книги из ГПНТБ / Александрова А.Т. Оборудование электровакуумного производства учеб. пособие

щиеся катушки 10 механизма намотки. Звездочки 11, сидящие на осях катушек 10, охватываются цепью 12, приводимой в движение звездочкой 13.

Раскладка проволоки осуществляется за счет воз­ вратно-поступательного движения рамки 14 с направ­ ляющими роликами 15. Движение на рамку передается от кулачков 16. Электродвигатель привода имеет бессту­ пенчатую регулировку угловой скорости до 2 400 об/мин. Передаточные отношения подобраны таким образом, что скорость вращения катушек 10 всегда больше ско­ рости вращения тянущего барабана. Этим обеспечива­ ется определенный натяг проволоки на участке тянущий барабан— механизм намотки. Разность скоростей ком­ пенсируется за счет проскальзывания фрикционных муфт катушек 10.

'Ванна никелирования 8 имеет резервуар 17, в кото­ рый заливается электролит. Подача электролита через клапаны 21 в ванну в процессе работы установки осу­ ществляется сжатым воздухом, очищенным от механи­ ческих примесей и подаваемым через трубопроводы 18 и 19 с помощью магнитных клапанов 20. Если сжатый воздух будет подаваться через трубопровод 18, то элек­ тролит будет подаваться в ванну из левой полости резервуара и сливаться из нее в правую полость. При подаче воздуха через трубопровод 19 движение воздуха будет происходить в обратном направлении. Таким образом, происходит непрерывная подача и слив рас­ творов, что обеспечивает их интенсивное перемешивание. Уровень электролита контролируется перегородкой, пе­ ренос на проволоку электролита, как это видно из схе­ мы, осуществляется роликами.

В резервуаре никелирования раствор, прежде чем поступить в ванну, фильтруется. В резервуарах обезжи­ ривания и никелирования предусмотрен подогрев рас­ творов. Устройство ванн для травления и обезжирива­ ния аналогично.

10-3. Оборудование для нанесения покрытий пульверизационным методом

Нанесение покрытий пульверизационным методом состоит в рас­ пылении суспензий или жидких составов с помощью сжатого воз­ духа специальными пульверизаторами. Струя распыляемой суспензии направляется на покрываемые детали, которые для получения по­ крытий, необходимой плотности и толщины должны перемещаться

200

Рис. 10-9. Схема изменения скорости воздушного потока па оси сво­ бодной струи пульверизатора.

относительно струи или струя должна перемещаться относительно деталей. В зависимости от формы поверхности деталей и конструк­ ции установки эти движения могут быть поступательными, враща­ тельными и колебательными.

Пульверизационный метод используется для нанесения эмисси­ онных покрытий на катоды, окраски внешних поверхностей прибо­ ров, нанесения металлических покрытий на керамику, для получения некоторых изоляционных покрытий и для других целей.

При применении метода пульверизации наиболее ответствен­ ным является процесс «внесения эмиссионных покрытий на катоды. Основные характеристики покрытия, такие как толщина, плотность, шероховатость, равномерность распределения, оказывают большое влияние на величину эмиссии, ее однородность, температуру катода и зависят от структуры и параметров воздушной струи пульвериза­ тора.

Всоответствии с теорией турбулентных струй движение воздуха

вгазовых струях имеет турбулентный (вихревой) характер, а ча­ стицы примесей, распределенные в струе, имеют скорости, совпадаю­ щие с местной вихревой скоростью струи.

Известно, что динамический напор пропорционален квадрату ско­ рости истечения струи в соответствии с уравнением

где Р — динамический напор «а расстоянии г от оси струи, кгс/см2; Рт — динамический напор на оси струи, кгс/смг.

Изменение скорости воздушного потока на оси свободной струи

воздуха Ро<1>9 кгс/смг. Таким образом, чем больше Ро и диаметр отверстия головки, тем на большем расстоянии от нее может быть достигнуто необходимое для получения плотного покрытия значе­ ние динамического напора. При этом, естественно, растет и диаметр воздушной струи.

201

В оборудовании для нанесения покрытий в соответствии с рас­ смотренной закономерностью должна быть предусмотрена возмож­ ность регулирования расстояния между соплом пульверизатора и покрываемой поверхностью. Покрытие поверхности образуется ря­

пределения толщины слоя в поперечном сечении следа. Для плос­ кой поверхности это распределение может быть выражено следую­ щим эмпирическим уравнением:

крытия.

Толщину покрытия «а оси следа öz можно выразить через про­ изводительность распыления. За единицу времени на поверхность наносится след длиной ѵ (о — скорость перемещения покрываемой поверхности относительно распылителя).

Масса вещества, нанесенного за единицу времени, равна про­ изведению объема следа на его плотность, т. е.

оо( г \ 1,5

Mt = d v 2 ^ i ae ' ' Р ' dz,

о

где d — плотность покрытия, г/см3; г — расстояние от оси следа, см. Вычисляя интеграл с помощью гамма функции, будем иметь:

Мі=і1,во,рбггі.

С другой стороны, масса Мі должна быть равна массе М рас­ пыленного за единицу времени покрытия, умноженной на коэффи­ циент Tj, характеризующий степень осаждаемости покрытия.

При нанесении плотных покрытий я = 0,5. Таким образом,

_ J V L

l,8d?v‘

Эта формула определяет взаимосвязь между параметрами по­ крытия, процесса и оборудования.

202

Рис. 10-10. Распылитель типа KP.

В качестве распылителей, на оборудовании для по­ крытий методом опрыскивания, используются распыли­ тели типа KP (рис. Ю-10). Струя суспензии, как это видно из схемы рис. 10-10,а, поступает по центральному каналу, устремляется в зону вакуума и увлекается сжатым воздухом, поступающим через кольцевое отвер­ стие, расположенное концентрично центральному ка­ налу.

Конструкция распылителя показана на рис. 10-10,6. Распылитель имеет форму пистолета, корпус 1 которого изготовлен из алюминиевого сплава. К головке 6 распы­ лителя подается состав для покрытия, поступающий из бачка, присоединяемого к верхнему 11 или к нижнему 12 патрубку. При этом сжатый воздух давлением 3—- 4 кгс/см2 поступает через трубку 13, находящуюся

203

Рис. 10-11. Кинематическая схема полуавтомата для нанесения покрытий опрыскиванием.

ось 4 крючка, отодвигает гильзу 9 иглы 8. Гильза, надавливая на воздушный клапан 15, открывает его, при этом внутреннее заплечико клапана отжимает конец иглы от отверстия сопла 7. Струя воздуха, выходя из воздушного сопла 10, засасывает покрывающий состав и на выходе из головки распыляет его. Для прекраще­ ния работы распылителя отпускают крючок 3, пружи­ на 14 возвращает иглу в исходное положение, а пружи­ на 16 закрывает воздушный клапан 15.

Давление воздуха, плотность и скорость движения струи суспензии в корпусе распылителя понижаются по мере удаления от сопла. Распределение концентрации частичек в плоскости сечения струи в пределах давле­ ния 1—3 кгс/см2 изменяется всего на несколько про­ центов, в то время как изменение расстояния от сопла до покрываемой поверхности значительно влияет на

204

Рис. 10-12. Сферический'катод.

а —конструкция катода; 6 —схема для расчета кинематики движения пульве­ ризатора.

косится п.ри качании катода вокруг оси Z. Угол качания должен быть несколько больше центрального угла у на катоде (рис. 10-12,а). При подходе к крайнему 'положению катод поворачивают в верти­ кальной плоскости относительно центра сферы на некоторый угол. При этом траектории центра струи пульверизатора на поверхности катода представляют собой окружности, плоскости которых накло­ нены друг к другу под углом а, определяемым настройкой механиз­ ма подачи. Расстояние между траекториями по поверхности катода уменьшается от центра сферической поверхности катода к его краю прямо пропорционально косинусу угла ß, что видно из рассмотре­ ния треугольников ОМС, А О В , A N B :

пятна от струи пульверизатора на поверхности катода, то полосы покрытия перекрываются.

Считая, что толщина покрытия пропорциональна времени опрыс­ кивания, определяем условия, при которых время опрыскивания любого, равного по площади участка катода было бы одинаковым.

Время t покрытия произвольного участка сферы площадью bill, расположенного на угле ß от центра торца катода, равно:

где V — линёйная скорость данного участка катода при его качании вокруг оси г (рис. 10-12,6); п — число проходов то данному уча­ стку, равное I Sß.

206

Отсюда

,AJjJ

ОS a '

где Sß = S„ cos ß.

Из последней формулы определяем закон, по которому должна изменяться скорость качания катода ѵ в зависимости от угла по­ ворота катода ß, чтобы выполнялось названное выше условие

i=const.

Здесь величины bi, h, t, So постоянны. При ß = 0 можно на­ писать Ѵ—Ѵо-

где Ѵо— скорость покрытия в центре торца.

Следовательно, скорость покрытия должна изменяться пропор­ ционально секансу угла поворота катода от центрального поло­ жения.

10-4. Оборудование для нанесения покрытий методом электрофорезного осаждения

Электрофорезом называют явление передвижения мелких частиц суспензий и коллоидов в жидкой среде под влиянием высокого по­ тенциала.

Вслучае, если находящиеся в жидкой среде твердые положи­ тельно заряженные частицы движутся по направлению к катоду, отлагаясь на нем в виде плотного равномерного слоя, это явление носит название катафореза. Отложение отрицательно заряженных ча­ стиц на аноде называется анафорезом.

Впроизводстве электровакуумных приборов преимущественное

распространение получил метод катафореза, который применяется для нанесения алундовых покрытий на подогреватели катодов, кар­ бонатных покрытий на оксидные катоды и газопоглощающих цирко­ ниевых и ториевых покрытий на соответствующие сетали приборов.

Скорость протекания процесса катафореза подчиняется следую­ щему уравнению:

ID E

ѵ — 4ія\1 ’

где V — скорость движения частиц, см/сек; £ — электрокинетический потенциал, влияющий также на направление процесса, в системе

Исходя из указанных взаимосвязей, в качестве жидкой фазы среды суспензии, как правило, применяется метиловый спирт, ди­ электрическая постоянная которого равна 31,2 и вязкость 0,58 спз (у этилового спирта соответственно 27,8 и 1,19). На скорость про­ цесса влияют также концентрация электролита, валентность ионов, наличие добавок поверхностно-активных веществ.

207

ния процесса.

Ыа рис. 10-13 показана зависимость увеличения массы покры­ тия (в миллиграммах) от продолжительности осаждения при напря­ жении 25 и 40 в. С увеличением продолжительности осаждения и

покрытия при постоянном времени осаждения. Левая кривая отобра­ жает ток к концу времени осаждения, правая кривая — ток в на­ чале процесса.

Расстояние между кривыми с увеличением тока становится боль­ шим. Обе кривые определенно изогнуты. Это означает, что, хотя осаждение и возрастает с увеличением тока, это увеличение не точно пропорционально.

Для покрытия подогревателей катодов методом ката­ фореза широкое распространение в промышленности получил восьмипозиционный полуавтомат, конструктив­ ная схема которого показана на рис. 10-15.

На этом полуавтомате производятся следующие опе­ рации: катафорезирование; промывка в ацетоне для удаления капель алундовой суспензии и затеков, обра­ зующихся в петлях подогревателя; сушка покрытия в струе горячего воздуха; закрепление покрытия для повышения его механической прочности; сушка оконча­ тельная.

Восемь шпинделей карусели 1 осуществляют пере­ нос зажимов с закрепленными в них подогревателями с позиции на позицию и опускание их в сосуды. Кару­ сель периодически поворачивается мальтийским меха­ низмом 3. Окунание зажимов с подогревателями про-

208

изводится под действием системы рычагов 2 и барабан­ ных кулаков 4.

Шпиндель состоит из трубки 5, внутри которой за­ ключен стержень 6, отжимаемый вверх пружиной 7.