1.3.5 Електронно-променеве нагрівання при вакуумно-конденсаційному напиленні покриття

Цей спосіб є найбільш ефективним і поширеним для нагрівання і випаровування розпилюваного матеріалу.

Відомо багато різних схем випаровувачів і установок для вакуумно-конденсаційного напилення з використанням електронно-променевого нагрівання.

Одна з схем, яка досить часто зустрічається наведена на рисунку 1.10.

При взаємодії електрона з поверхнею матеріалу виділяється енергія у вигляді рентгенівського випромінювання, вторинних електронів і теплоти.

На рентгенівське випромінювання витрачається біля 0,1 % енергії, на вторинні електрони ~ (15 - 30) %, вся остання енергія витрачається на нагрівання. При прискорюючий напрузі (15 - 20) кВ електрони впроваджуються у поверхню на глибину (1 - 2) мкм. Основне гальмування електрона та виділення теплоти відбувається у кінці шляху гальмування. Тому джерело теплоти знаходиться у самому матеріалі, що нагрівається. Цим пояснюється висока ефективність електронно-променевого нагрівання, особливо при максимальному фокусуванні проміння.

1 – робоча камера; 2 – камера електронно-променевої гармати;

3 – електронно-променева гармата; 4 – електронний промінь;

5 – виріб; 6 – потік напилюваних частинок;

7 – водоохолоджуваний тигель

Рисунок 1.10 – Схема електронно-променевого випаровування при вакуумно-конденсаційному нанесенні покриття з незалежними вакуумними системами робочої камери і камери електронно-променевої гармати

При електронно-променевому нагріванні утворюються умови для отримання однорідних за товщиною покрить з різною пружністю пари при охолодженні.

Деякі системи, які дуже сильно відрізняються тиском насиченої пари використовують випаровування з різних джерел.

Звичайно відстань від випаровувача до виробу складає (250 - 300) мм. Якщо розміщувати джерела випаровування на такий відстані, то можна отримувати покриття рівномірне за товщиною.

Для отримання однорідного складу покриття необхідно щоб напилюваний виріб здійснював зворотно-поступовий рух від одного джерела до іншого.

Найбільш важливим параметром процесу електронно-променевого напилення є потужність променя. В основному вона регулюється прискорюючою напругою, яка впливає на кінетичну енергію електрона. Залежно від типу гармати прискорююча напруга може бути в межах від 5 кВ до 60 кВ. До параметрів процесу належить тиск у камері та струм пучка променя. Для різних гармат струм пучка променя знаходиться в межах від 50 мА до 500 мА.

Процес електронно-променевого випаровування здійснюється в вакуумі при тиску не нижче 10^-3 Па. Широке поширення набули електронно-променеві установки з гарматами потужністю від 100 кВт до 200 кВт.

Енергія атомів у потоці, як і в інших способах напилення покриття випаровуванням, мала і становить (0,2 - 0,3) еВ, ступінь іонізації частинок – (0,05 - 0,1) %. Але для цього способу напилення характерна висока щільність парового потоку.

До основних переваг напилення покриттів електронно-проненевим випаровуванням належать:

- висока продуктивність, наприклад, для установок з 3 та 4 випаровувачами вона становить до (10 - 15) кг/год пари, а швидкість конденсації (50 - 100) мкм/хв;

- можливість напилення покриття зі сплавів та деяких сполук;

- підвищені механічні властивості покриття.

До недоліків належать: підвищена складність установок у виготовленні та експлуатації, а також наявність жорсткого опромінювання при високих прискорюючих напругах.