Технология и оборудование для синтеза покрытий из нитрида и оксида алюминия, оксида титана и других диэлектрических материалов с улучшенным спектром свойств.

Авторы: Григорьев С.Н., Метель А.С., Волосова М.А., Мельник Ю.А.

Назначение: Разработка предназначена для защиты от широкого спектра внешних воздействий (абразивного и адгезионно-усталостного изнашивания, коррозии и др.) ответственных деталей и узлов современных технологических машин и приборов, медицинского оборудования и электротехнических устройств. 

Область(и) применения: Электронная компонентная база, приборостроение, машиностроение, медицинская техника.

Описание, характеристики: Синтез на поверхности изделий покрытий из нитрида и оксида алюминия, оксида титана и других диэлектрических материалов с улучшенной структурой, повышенной адгезией и плотностью осуществляется путем применения газоразрядной плазмы и импульсных пучков высокоэнергетических молекул газа. Плазма образуется планарными магнетронами и тлеющим разрядом между вакуумной камерой и анодом внутри нее. При отключенных магнетронах тлеющий разряд является самостоятельным и концентрация его плазмы максимальна в центре камеры. В отсутствии напряжения на аноде магнетронные разряды заполняют камеру плазмой с минимальной в ее центре концентрацией. Повышение напряжения между анодом и камерой при включенных магнетронах приводит к несамостоятельному разряду, который выравнивает распределение концентрации плазмы. Синтез диэлектрических покрытий осуществляется на поверхности погруженных в плазму изделий.

Для реализации инновационной технологии была разработана экспериментальная установка внутри устройства планетарного вращения которой, предусмотрен цилиндрический сетчатый источник быстрых нейтральных молекул  газа с энергией до 1200 эВ для нагрева, очистки и активации поверхности диэлектрических изделий. Технология характеризуется следующими параметрами:

Макс. габаритные размеры изделия, на которое осаждается покрытие - 400х120 мм

Рабочее давление - 0,1-1 Па

Однородность наносимых покрытий ±3%

Плотность ионного тока на подложку - 0,01-1 мА/см2

Мощность распыления - до 5 кВт

Магнитное поле на поверхности катода - 350-600 Гс

Скорость осаждения покрытия - не менее 2 мкм/час.

Преимущества перед известными аналогами: Существующие методы получения покрытий из диэлектрических материалов (arc-PVD, PACVD) - оксида и нитрида алюминия не обеспечивают отсутствие в них пор, которые существенно снижают прочность адгезионной связи покрытий с подложкой, что ограничивает область их применения. Оборудование, оснащенное уникальным источником атомов металла, сопровождаемых нейтральными атомами газа с энергией до десятков кэВ, позволяет реализовать новую технологию синтеза покрытий из диэлектрических материалов с бомбардировкой импульсными пучками высокоэнергетических атомов газа. Перемешивание этими атомами в поверхностном слое толщиной 20–50 нм атомов изделия и покрытия в самом начале осаждения последнего значительно увеличивает ширину переходного слоя между ними и существенно улучшает адгезию.

Правовая защита: Заявление о выдаче патента РФ от 11.09.2017 № 2017131580 на изобретение «Устройство для осаждения покрытий»;

Заявление о выдаче патента РФ от 11.09.2017 № 2017131582 на изобретение «Устройство для синтеза покрытий»;

Заявление о выдаче патента РФ от 28.11.2018 № 2018141928 на изобретение «Устройство для синтеза покрытий»;

Заявление о выдаче патента РФ от 24.11.2018 №2018145828 на изобретение «Способ комбинированного упрочнения режущего инструмента».

Стадия готовности к практическому использованию: Изготовлен лабораторный образец технологической установки для синтеза покрытий из нитрида и оксида алюминия, оксида титана и других диэлектрических материалов.