Оборудование для магнетронных технологий

В лаборатории ионно-плазменных технологий (ЛИПТ) института ядерной физики (ИЯФ) в течение ряда лет проводят исследование процессов формирования материалов в плазме при низком давлении. Полученные результаты положены в основу разрабатываемых технологий формирования покрытий из металлов и их соединений. Нанесение специальных покрытий повышает технический уровень изготовления и ценность изделий. Кроме этого, многие материалы в форме тонких покрытий на несущей основе имеют уникальные свойства и развитую сферу применения.
       При выполнении работ специалисты лаборатории уделяют большое внимание техническому обеспечению исследований. Усилия, сконцентрированные на достижении практических результатов, позволили изготовить в 1994 г. базовую универсальную установку для синтеза и нанесения покрытий. В установке использованы авторские разработки магнетронных распылителей и вакуумная система, изготовленная в OAO SELMI (Сумы, Украина). Масса установки 300 kg, потребляемая мощность 3 kW (рис. 1).

Рис.1 Универсальная магнетронная установка

       Комплекс исследовательских и технических работ, выполняемых в лаборатории ИПТ ИЯФ, направлен на создание технологий, оборудования и новых материалов, предназначенных, прежде всего, для промышленного использования.
       Новый импульс развитию прикладных исследований был дан в процессе выполнения в 1997-1999 г. проекта ISTC К-040С-97 "Технология получения бериллиевых материалов и покрытий и исследование их свойств в условиях, моделирующих температурно-силовые, газовые и радиационные эффекты ТЯР". К окончанию проекта были получены практические результаты в области разработки процессов и оборудования для изготовления покрытий и тонких фольг из бериллиевых и других материалов.
       Одна из главных характеристик - скорость нанесения покрытий - была увеличена в несколько раз и достигла 4 mkm/min для металлических покрытий и 0,5 mkm/min для синтезируемых покрытий типа TiN. Высокая скорость осаждения не только сокращает цикл осаждения, но и повышает качество покрытий.
       Увеличение производительности магнетронных распылителей обеспечено путем повышением энергетической эффективности системы распыления, т.е. за счет улучшения качественных показателей оборудования. Это обеспечено, прежде всего, разработкой оригинальной конструкции узлов магнетронов, а также созданием специализированной системы электропитания. Магнетроны устойчиво работают в режиме длительной нагрузки при подаче к мишеням большой удельной мощности - до 150 W/cm².
       Другое важное условие повышения качества покрытий состоит в уменьшении концентрации примесей в техническом аргоне или в рабочей газовой смеси. Перед подачей в рабочую камеру газ подвергают глубокой многоступенчатой очистке. При этом аргон дополнительно пропускают через оригинальное очистное устройство магнетронного типа.
       Большое внимание уделено также вспомогательным процессам - в частности, подготовке поверхности изделия перед формированием покрытия. Предварительную очистку рабочей поверхности проводят с использованием паров органических растворителей. На последнем этапе изделие подвергают ионному травлению в рабочей камере непосредственно перед осаждением. Тщательная подготовка поверхности изделий обеспечивает хорошую адгезию покрытий.
       С использованием созданного в лаборатории оборудования разработан ряд промышленных технологий:

• Изготовление тонких фольг из бериллия, из других металлов или их комбинаций, в том числе из несмешивающихся металлов.
• Нанесение устойчивых к износу покрытий из драгоценных металлов.
• Синтез защитных и декоративных покрытий из нитрида титана.
• Получение покрытий из соединений ниобия для ленточных сверхпроводящих кабелей с высоким критическим током.

На заводе цветных металлов (г. Усть-Каменогорск, Казахстан) действует с 1994 года технологическая линия осаждения защитных покрытий из драгоценных металлов на государственные награды с использованием вакуумных магнетронных установок, изготовленных в лаборатории ИПТ ИЯФ. Опыт работы в промышленности показал надежность разработанной техники при длительной эксплуатации.
       На основные технические результаты исследований зарегистрированы более 20 патентов в Казахстане и в России.

Заведующий лабораторией Тулеушев Юрий Жианшахович