Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Кафедра электрофизики

Оценка проекта

Члены комиссии

ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ ПЛАЗМОЙ И ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ

Проект по модулю

Руководитель Доцент кафедры электрофизики, к.ф.-м.н Жидков И.С.

Студент

Фт-160010 В.М. Кощеев

Екатеринбург 2017

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Физико-технические институт

Кафедра электрофизики

Направление 210100 – Электроника и микроэлектроника

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ____________ С.П. Никулин

«___» __________________ 201_ г.

ЗАДАНИЕ

на выполнение выпускной квалификационной работы, курсового проекта (работы)

студента группы

(фамилия, имя, отчество)

1 Тема ВКР

Утверждена распоряжением по институту от «_____» _____________ 201_ г. №

2 Руководитель

(Ф.И.О., должность, ученое звание, ученая степень)

3 Исходные данные к работе

4 Содержание пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)

5 Перечень демонстрационных материалов

6 Консультанты по проекту (работе) с указанием относящихся к ним разделов проекта

Раздел	Консультант	Подпись, дата
		задание выдал	задание принял

7 Календарный план

Наименование этапов выполнения работа	Срок выполнения этапов работы	Отметка о выполнении

Руководитель

(подпись) Ф.И.О.

Задание принял к исполнению

(подпись)

8 Выпускная работка закончена «____» ________________ 201_ г.

Пояснительная записка и все материалы просмотрены

Оценка консультантов: а) б)

в) в)

Считаю возможным допустить

к защите его выпускной квалификационной работы в экзаменационной комиссии.

Руководитель

9 Допустить к защите выпускной квалификационной работы в экзаменационной комиссии (протокол заседания кафедры № __________ от «____» ______________ 201_ г.).

Зав. кафедрой

РЕФЕРАТ

Курсовая работа 20 с., 10 источников.

ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА, ПЛАЗМЕННАЯ АКТИВАЦИЯ, ПЛАЗМЕННОЕ ТРАВЛЕНИЕ, ПЛАЗМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ, ПЛАЗМЕННАЯ НАПЛАВКА, ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА, ПЛАЗМЕННАЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ, ПЛАЗМЕННО-ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ

Объект разработки: плазменная обработка материалов

Цель работы: выяснить, что такое плазменная обработка материалов

Методы исследования: поиск необходимой информации в интернете

Полученные результаты: курсовая работа на тему «обработка материалов плазмой и электронным пучком»

СОДЕРЖАНИЕ

Задание 2

Реферат 5

Содержание 6

Введение 7

Основная часть 8

Плазменная обработка 8

Плазменная активация 10

Плазменное травление 11

Плазменное напыление 12

Плазменная наплавка 14

Плазменная резка 16

Плазменная полимеризация 17

Плазменно-химическое осаждение из газовой фазы 18

Заключение 19

Список использовавшихся источников 20

ВВЕДЕНИЕ

Главной задачей данной работы был поиск и систематизация информации о плазменной обработке материалов. Сейчас плазменная обработка является очень полезной, так как способна осуществлять действия, недоступные другими способами. Благодаря плазменной обработке осуществляется много процессов, начиная резкой, и заканчивая активацией. Главным методом работы был поиск информации в интернете. Основной продукт, полученный в ходе данной работы-систематизированная информация по плазменной обработке.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Плазменная обработка

Плазменная обработка (П.о.) — обработка материалов низкотемпературной плазмой, генерируемой дуговыми или высокочастотными плазматронами. При П. о. изменяется форма, размеры, структура обрабатываемого материала или состояние его поверхности. П. о. включает: разделительную и поверхностную резку, нанесение покрытий, наплавку, сварку, разрушение горных пород (плазменное бурение).

  П. о. получила широкое распространение вследствие высокой по промышленным стандартам температуры плазмы (~ 10⁴ К), большого диапазона регулирования мощности и возможности сосредоточения потока плазмы на обрабатываемом изделии; при этом эффекты П. о. достигаются как тепловым, так и механическим действием плазмы (бомбардировкой изделия частицами плазмы, движущимися с очень высокой). Удельная мощность, передаваемая поверхности материала плазменной дугой, достигает 10⁵—10⁶ вт/см², в случае плазменной струи она составляет 10³—10⁴ вт/см². В то же время тепловой поток, может быть рассредоточен, обеспечивая «мягкий» равномерный нагрев поверхности, что используется при наплавке и нанесении покрытий.

  Резка металлов осуществляется сжатой плазменной дугой, которая горит между анодом (разрезаемым металлом) и катодом плазменной горелки. Стабилизация и сжатие токового канала дуги, повышающее её температуру, осуществляются соплом горелки и обдуванием дуги потоком плазмообразующего газа (Ar, N₂, H₂, NH₄ и их смеси). Для интенсификации резки металлов используется химически активная плазма. Плазменной дугой режут нержавеющие и хромоникелевые стали, Cu, Al и др. металлы и сплавы, не поддающиеся кислородной резке. Высокая производительность плазменной резки позволяет применять её в поточных непрерывных производственных процессах. Неэлектропроводные материалы (бетоны, гранит, тонколистовые органические материалы) обрабатывают плазменной струей (дуга горит в сопле плазменной горелки между её электродами). Нанесение покрытий (напыление) производится для защиты деталей, работающих при высоких температурах, в агрессивных средах или подверженных интенсивному механическому воздействию. Материал покрытия (тугоплавкие металлы, окислы, карбиды, силициды, бориды и др.) вводят в виде порошка или проволоки в плазменную струю, в которой он плавится, распыляется, приобретает скорость ~ 100—200 м/сек и в виде мелких частиц (20—100 мкм) наносится на поверхность изделия. Плазменные покрытия отличаются пониженной теплопроводностью и хорошо противостоят термическим ударам. Для получения порошков со сферической формой частиц, применяемых в порошковой металлургии, в плазменную струю вводят материал, частицы которого, расплавляясь, приобретают под действием сил поверхностного натяжения сферическую форму. Размер частиц может регулироваться в пределах от нескольких мкм до 1 мм. Более мелкие (ультрадисперсные) порошки с размерами частиц 10 нм и выше получают испарением исходного материала в плазме и последующей его конденсацией.

Подвидами плазменной обработки являются:

• Плазменная активация;

• Плазменное травление ;

• Плазменное напыление;

• Плазменная наплавка;

• Плазменная резка;

• Плазменная полимеризация;

• Плазменно-химическое осаждение из газовой фазы.

Плазменная активация

Плазменная активация - обработка поверхности плазмой (как правило, с небольшим количеством кислорода) для образования свободных радикалов на обрабатываемой поверхности с целью формирования химически активного поверхностного слоя.

Применяется с целью очистки и улучшения свойств поверхности для дальнейших технологических операций.

Как правило, сочетается с плазменным нагревом и ионной обработкой за счёт подачи отрицательного потенциала смещения на обрабатываемую поверхность. Если поверхность проводящая, используется постоянное или импульсное смещение, в противном случае — высокочастотное, обеспечивающее отрицательное автосмещение.

При вакуумно-дуговом нанесении покрытий плазменная активация производится перед началом нанесения покрытия в плазме наносимого материала путём подачи отрицательного потенциала на обрабатываемую поверхность. При достаточной величине потенциала смещения обеспечивают превышение скорости ионного распыления материала подложки над скоростью осаждения наносимого материала. То есть происходит распыление поверхности подложки, удаление адсорбированных атомов, образование поверхностных радикалов.

При нанесении покрытий методом магнетронного распыления для плазменной активации, как правило, используются специализированные ионные источники или источники плазмы.

Плазменное травление

Плазменное травление является одной из форм обработки плазмы, используемой для изготовления интегральных схем. Он включает в себя высокоскоростной поток тлеющего разряда (плазмы) соответствующей газовой смеси, снимаемой (в импульсах) на образце. Источник плазмы, известный как разновидность травления, может быть заряжен (ионы) или нейтрален (атомы и радикалы). Во время процесса плазма генерирует летучие продукты травления при комнатной температуре из химических реакций между элементами материала травления и реактивными видами, генерируемыми плазмой. В конце концов атомы элемента выстрела внедряются в или чуть ниже поверхности цели, таким образом изменяя физические свойства цели.

Плазменное травление можно разделить на два основных типа:

• Генерация химических веществ

• Взаимодействие с окружающими поверхностями

Без плазмы все эти процессы будут происходить при более высокой температуре. Существуют разные способы изменения химического состава плазмы и получения различных видов плазменного травления или плазменных осаждений. Один из методов возбуждения для образования плазмы - это использование ВЧ возбуждения источника питания 13,56 МГц.

Режим работы плазменной системы изменится, если рабочее давление изменится. Кроме того, он различен для разных структур реакционной камеры. В простом случае структура электрода симметрична, и образец помещается на заземленный электрод.

Плазменное напыление

Плазменное напыление — процесс нанесения покрытия на поверхность изделия с помощью плазменной струи.

Сущность плазменного напыления заключается в том, что в высокотемпературную плазменную струю подаётся распыляемый материал, который нагревается, плавится и в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе и деформации происходит взаимодействие частиц с поверхностью основы или напыляемым материалом и формирование покрытия. Плазменное напыление является одним из вариантов газотермического напыления.

Сжатая дуга помещается в узких каналах и обдувается струями газов или паров. Особенно мощные плазменные потоки у сжатой дуги. Сжатые дуги являются основой дугового плазмотрона - устройства для получения «низкотемпературной» плазмы. Физические исследования по созданию плазмотронов начались в начале ХХ века, а наиболее широкое исследование в конце 50-х, начале 60-х годов. В конце 50-х были созданы первые дуговые плазмотроны, а в начале 60-х годов – плазменные распылители. Из-за своей универсальности (температура плазменной струи обеспечивала плавление любых материалов) плазменные распылители заняли значительное место в газотехническом напылении, потеснив газопламенные методы.

Плазменная обработка позволила упрочнять поверхность конструкционных материалов. Плазменное напыление - создавать новые композиционные материалы и покрытия, которые не могут быть получены другими методами. Особенно широко плазменное напыление используется для нанесения порошков оксидов различных металлов.

Плазменный процесс состоит из трех основных стадий:

1. генерация плазменной струи;

2. ввод распыляемого материала в плазменную струю, его нагрев и ускорение;

3. взаимодействие плазменной струи и расплавленных частиц с основанием.

Плазменным напылением наносятся износостойкие, антифрикционные, жаростойкие, коррозионностойкие и другие покрытия. 

Напыление с помощью низкотемпературной плазмы позволяет:

• наносить покрытия на листовые материалы, на конструкции больших размеров, изделий сложной формы;

• покрывать изделия из самых разнообразных материалов, включая материалы, не терпящие термообработки в печи (стекло, фарфор, дерево, ткань);

• обеспечить равномерное покрытие, как на большой площади, так и на ограниченных участках больших изделий;

• значительно увеличить размеры детали (восстановление и ремонт изношенных деталей). Этим методом можно наносить слои толщиной в несколько миллиметров;

• легко механизировать и автоматизировать процесс напыления;

• использовать различные материалы: металлы, сплавы, окислы, карбиды, нитриды, бориды, пластмассы и их различные комбинации; наносить их в несколько слоев, получая покрытия со специальными характеристиками;

• практически избежать деформации основы, на которую производится напыление;

• обеспечить высокую производительность нанесения покрытия при относительно небольшой трудоёмкости;

• улучшить качество покрытий. Они получаются более равномерными, стабильными, высокой плотности и с хорошим сцеплением с поверхностью детали.