Термическое нанесение является одной из современных технологий нанесения покрытий. Основные преимущества нанесения термическим способом – нанесение покрытия из медно-никелевых пленок толщиной от сотых долей мкм до десятков мкм, с высокой адгезией к подложке, без газовой среды [1].
Высокий вакуум в рабочем объеме создавался пароструйным диффузионным насосом. Механический вакуумный насос роторного типа обеспечивал предварительный вакуум на выходе диффузионного насоса, и создавал предварительный вакуум в рабочей камере. Процесс достижения высокого вакуума 3 ÷ 5 ×10-4 Па автоматизирован. Согласно алгоритму, срабатывали исполнительные механизмы установки, создание вакуума в рабочем объеме контролировалось посредством датчиков [2, 3].
Механизм термического нанесенияпленкообразующего металла обладает рядом особенностей. Молибденовый тигель с распыляемым материалом 11, является анодом и нагревается ускоренными электронами, эмитируемыми катодом 12. Разность потенциалов 2,5 кВ создавалась источником питания 16. Скорость напыления 10-30 нм/с.
Такая схема нагрева обладает преимуществами перед обычным резистивным нагревом. Существует возможность увеличения массы распыляемого материала. Плавность нагрева исключает разбрызгивание расплавленного металла с поверхности тигля. Положительной особенностью в сравнении с магнетронными распылительными системами является высокий процент использования напыляемого металла, отсутствие дорогостоящего высокочистого плазмообразующего газа, простота конструкции.
В механической части камеры для термического напыления предлагается доработка конструкции оснастки для крепления материалов с низкой температурой плавления. На рис. 2 приведен сборочный чертеж разработанной конструкции оснастки. Данная конструкция оснастки позволяет наносить медно-никелевые пленки методом термического нанесения без повреждения материала основы, рис.3. Оснастка имеет канал охлаждения для циркуляции воды, понижения температуры материала основы в процессе напыления и уменьшения температурного воздействия процесса. На рис. 3 приведены фотографии материала с нанесенными медью и алюминием.
Следует отметить, что термическое нанесение пленок в виде паров металлов, конденсирующихся на подложке, косвенно повышает химическую активность металла и способствует взаимодействию практически с любым материалом основы, даже с инертными фторполимерами. Это позволяет наносить алюминий на фторполимеры с целью активации поверхности для последующей сополимеризации с другими полимерами в интересах повышения адгезии.
|
|
|
|
Рис. 1. Общая схема установки термическогонанесения металлов
|
Рис. 2. Конструкция оснастки: 1 – прижимной болт, 2 – прижимное основание, 3 – кассета, 4 – нижнее основание, 5 – гайка, 6 – вал для крепления, 7 – водяной канал |
|
|
|
|
Фторлон-4 + Cu (без охлаждения) |
Фторлон-4 + Al (с охлаждением) |
|
Рис. 3. Поверхность материала основы после термического нанесения |
|
Близкую технологию можно использовать для получения токопроводящих покрытых медью или алюминием нитей, из которых ткать полотно для защитных настенных экранов, штор и жалюзи в интересах исключения проникновения радиочастотного сигнала из защищаемого помещения, защиты внутренней проводки ЛВС и шин питания, защитной одежды (так называемой одежды ESD), снижения помех от радарных установок, изготовления боксов по измерению частотных характеристик РЭА. Защитные свойства ткани дают удовлетворительные результаты на частотах от 100 кГц до 10ГГц. Для большего подавления помех применялось нанесение позолоты, приводящее к увеличению коэффициента подавления еще на 15-20 дБ в рабочем диапазоне частот. Токопроводящая ткань на основе Ф-42 соответствует требованиям по пожаробезопасности международного стандарта. Материал не только не поддерживает горение, но и препятствует его распространению. Металлизированная ткань - создает клетку Фарадея, ослабляющую интенсивность ЭМИ. На основе такой ткани можно разработать ряд высокоэффективных моделей индивидуальных экранирующих комплектов, представляющих новое поколение средств индивидуальной защиты от электромагнитных полей. Каждый из элементов комплекта – обувь, перчатки и одежда изготовлены с применением электропроводящих материалов и гальванически соединены между собой. Таким образом, вокруг человека создается замкнутое экранированное пространство, так называемая "клетка Фарадея", эффективно ослабляющая интенсивность электромагнитного поля. Благодаря особой трехслойной конструкции, комплекты надежны и обладают высокими защитными свойствами: 1) внешний слой одежды выполнен из ткани общего назначения, помимо обычных защитных функций, например, масло- или водоотталкивающей он также защищает экранирующую ткань от внешних агрессивных факторов, например, при сухой чистке (вода, кислоты, щелочи). Внешний слой может быть выполнен из материала стойкого к воздействию электрической дуги с постоянными защитными свойствами, например, Nomex®.
2) средний слой состоит из экранирующей ткани фторлон-4 на основе Ф-42 + металл (медь, алюминий и др.). Отличительная особенность этой технологии - нанесение электропроводящих слоев на каждую нить. Поэтому ткань отличается не только превосходными экранирующими свойствами, но и хорошими гигиеническими качествами.
|
|
где: 1 - внешний слой, 2 - средний металлизированный экранирующий слой, 3 - внутренний слой |
|
Рис.4. Экранирующая одежда от ЭМИ |
|
3) внутренний слой изготовлен из хлопчатобумажного материала, так же как и внешний слой, помимо своих обычных функций, он защищает экранирующую ткань от воздействия потоотделения человека. Комплекты зимнего исполнения дополнены съемным слоем утеплителя (войлок) и могут применяться в осенне-весенний период.
Экранирующие ботинки выполнены трехслойными. Подошва изготовлена по особой технологии с применением комбинированной маслобензостойкой резины, обладающей высокой электрической проводимостью.
Выводы: 1) приведена усовершенствованная конструкция блока термического нанесения медных и алюминиевых пленок на поверхность ткани фторлон-4, 2) разработана экранирующая одежда от ЭМИ, включающая средний промежуточный металлизированный слой на основе фторлона-4 и меди или алюминия.
Литература:
- Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. Книга 6. Учеб. изд. Минайчев В.Е. Нанесение пленок в вакууме. М.: Высшая школа, 1989. - С. 108.
- Колибабчук Д В.С., Скрипаченко К.К., Шумилин А.И., Таганова В.А., Пичхидзе С.Я. Блок термического нанесения металлов на фторполимеры. 4-ая международн. научн. конф. для молодых ученых, студентов и школьников. Наноматериалы и нанотехнологии: проблемы и перспективы. Саратов: СГТУ. 2015.- 3с.
- Еленкова Т.В., Шумилин А.И., Таганова В.А., Пичхидзе С.Я. Усовершенствование установки термического нанесения металлов. Тольятти: ТГУ, 2015. – 3с.
