Исследование технологического процесса нанесения нанопленок на изделия из стекла с помощью установки вакуумного напыления

1.

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(ВлГУ)
Институт прикладной математики, физики и информатики
Кафедра физики и прикладной математики
Выпускная квалификационная работа на тему:
«Исследование технологического процесса нанесения
нанопленок на изделия из стекла с помощью установки
вакуумного напыления»
Выполнил: Зайцев Д. В.
Руководитель: Кузнецова Е. Г.,
ст. преподаватель каф. ФиПМ
Владимир, 2022

2.

ВВЕДЕНИЕ
Цель работы: исследование технологического процесса нанесения тонких
пленок на стеклянные изделия с помощью установки вакуумного напыления.
Объект исследования – процесс получения тонкопленочного покрытия в
установке вакуумного напыления.
Предметом исследования является пленка, полученная методом
металлизации.
Задачи исследования:
1) изучение принципа работы установки вакуумного напыления;
2) выявление оптимальных параметров для процесса металлизации;
3) исследование образцов на морфологию поверхности с помощью РЭМ;
4) провести анализ полученных результатов.
2

3.

Нанопленочные покрытия
Нанопленки - это тонкие слои материала толщиной от
доли нанометра до нескольких микрометров. Их получают
осаждением на подложку (основу) различных материалов.
Свойства:
Применение:
Методы получения:
адгезия;
космическая техника; вакуумтермическое
получение пленок;
напряжения
микроэлектроника;
термовакуумное испарение;
износостойкость; машиностроение;
плазмохимический метод;
микротвердость; электротехника;
электронно-лучевое
осаждение;
прочность.
строительная
метод капель;
индустрия.
вакуумное напыление.
3

4.

Вакуумное напыление
Декорирование посуды вакуумным
напылением
Вакуумное напыление
применяется для придания
изделиям защитных свойств, таких
как износостойкость, устойчивость
к коррозии, изоляции и истиранию.
С помощью данной технологии
осуществляется обработка
поверхностей изделий путём
переноса мелких металлических
частиц в вакууме, которые
покрывают изделия достаточно
плотным слоем.
4

5.

Установка вакуумного напыления
«Оратория-9»
5

6.

Элементы установки
Основными компонентами
магнетронного распыления
являются катод-мишень, анод и
магнитная система.
Основные характеристики
Рабочее напряжение, В
Плотность тока мишени, мА/см2
Числовые
значения
300 – 700
40 – 200
Удельная мощность, Вт/ см2
Индукция магнитного поля, Тл
40 – 100
0,03 – 0,1
Рабочее давление, Па
10-2 – 1
Оптимальные параметры магнетронной
распылительной системы
Планетарный механизм вращения
6
изделий

7.

Этапы подготовки изделий к напылению
Комната для сушки чистой
посуды
Маскирование
изделий
Установка изделий в
кассеты
7

8.

Процесс получения тонких пленок
Стадии процесса напыления:
1) откачка камеры до давления
0,02 Па;
2) включение источника ионной
очистки;
3) запуск газа;
4) подача
напряжения
на
магнетрон;
5) бомбардировка мишени ионами
рабочего газа;
6) осаждение частиц металла;
7) выключение блоков питания и
запуск атмосферы в камеру.
Напыленные изделия в УВН
8

9.

Материалы, использованные в ходе
эксперимента
Напыление
AV (золото)
Металл
Газ
Латунь
Аргон
G (оливковое золото) Нержавеющая сталь +
титан
Аргон + азот
S (серебро)
Нержавеющая сталь
Аргон
Q (кварц)
Нержавеющая сталь
Аргон
C (янтарь)
Нержавеющая сталь
Кислород
9

10.

Результаты получившихся напылений
Напыление Напряжение Сила тока I, Температура,
Время
U, В
А
°С
напыления,
мин
AV
G
S
Q
C
490,5
505,0
475,5
470,0
495,0
12,2
13,1
11,8
11,4
13,1
25,6
25,6
25,6
25,6
25,6
Параметры, используемые при напылении
различными металлами
15
20,5
18,5
12
24
Результаты получившихся тонких пленок:
а) напыление AV; б) напыление G;
в) напыление S; г) напыление Q;
д) напыление C. 10

11.

Исследование образцов (образец №1)
РЭМ-изображение с напылением
нитрид титана (оливковое золото) с
увеличением 2000x
РЭМ-изображение с напылением
нитрид титана (оливковое золото) с
11
увеличением 2500x

12.

Исследование образцов (образец №2)
РЭМ-изображение с напылением латунь
(золото) с увеличением 2000x
РЭМ-изображение с напылением латунь
(золото) с увеличением 2500x
12

13.

Заключение
1) Изучен принцип работы установки вакуумного напыления.
2) Исследован процесс напыления тонкопленочных покрытий на
стекле с помощью метода металлизации из различных
материалов.
3) Подобранны
оптимальные
параметры
для
процесса
металлизации.
4) Исследована морфология поверхности получившихся образцов
из нитрид титана и латуни.
5) Проведен анализ исследования и сделан вывод об однородности
тонкопленочных покрытий.
13

14.

Спасибо за внимание!
14