Устройство для обработки изделий в газовой среде

Устройство для обработки изделий в газовой среде

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ; содержащее источник газа, камеру высокого давления, ра бочую камеру и систему откачки, соединенные через диаграмму последовательно, с т. л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поддержания заданного давления, газа, камера высокого давления снабжена приводом перемещения, а ее стенки выполнены в ввде гибкой оболочки, кинематически свя-. занной с приводом перемещения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СФ!И Л

РЕСПУБЛИК (1% (111

peÐ С 23 С 13/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТ0РСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3543068/18-21 . (22) 19.01.83 (46) 23.09.84. Бюл. Р 35 (72) А. А. Биршерт (53) 621.793.14 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 640160, кл. G 01 1 27/00, 1972.

2. Установка высокочастотного катодного распыления УВК вЂ” 62П-3, ДЕМ 273.036ГО, 1973 (прЬтотип) . (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ

ИЗДЕЛИЙ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ; содержащее источник газа, камеру высокого давления, ра бочую камеру и систему откачки, соединенные через диаграмму последовательно, с т.л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поддержания заданного давления, газа, камера высокого давления снабжена при-. водом перемещения, а ее стенки выполнены в виде гибкой оболочки, кинематически свя-. занной с приводом перемещения.

I 114706

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения производительности путем уменьшения времени обработки, оно снабжено дополнительной

Ф

Изобретение относится к вакуумной технике и может быть использовано в устройствах для создания химически активной среды с контролируемым низким (меньше 1000 Па) давлением, например плазмо-химических.

Особенности плазмо-химической технологии заключаются в следующем: малое время рабочего цикла (меньше 10 мин); требование к поддержанию заданного давления технологического газа с точностью не хуже тг10%; высо- 10 кая химическая активность технологического газа, особенно его плазмы; присущие плазмохимической технологии сорбционные процессы, приводящие к возникновению в рабочей камере дополнительных элементов поглощения технологического газа с относительно высокой и непостоянной во времени быстротой откачки. Высокая химическая активность технологического газа и наличие дополнительных элементов поглощения (имеющих неконтролируемую быстроту откачки) препятствуют получению в рабочей камере заданного уровня давления технологического газа с требуемой точностью.

Известно устройство, предназначенное для точного воспроизведения давления.

Такое устройство состоит из. трех камер (камера высокого давления, рабочая камера и камера низкого давления, связанная с вакуумным насосом), соединенных через диафра 30 му последовательно через входную и выходную диафрагмы заданной проводимости.

Устройство работает по принципу редукции давления, когда давление в рабочей камере прямо пропорционально давлению в камере высокого давления, а коэффициентом поропор- З5 циональности является отношение проводимостей входной и выходной диафрагм foal

Недостатком указанного устройства при использовании его в плазмо-химических технологических установках является нарушение пропорциональности между давлениями технологического газа в камерах высокого давления и рабочей из-за наличия в последней неконтролируемых сорбционных процессов, а также большое (больше 1 мин) время выхода уст. ройства s рабочий режим. камерой, установленной между рабочей камерой и камерой высокого давления и соединенной с этими камерами через клапаны.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является установка высокочастотного катодного напыления, содержащая источник газа, камеру высокого давления, рабочую камеру и систему откачки, соединенные через диафрагму последовательно, что позволяет стабилизировать в рабочей камере давление неагрессивных газов по показанию вакуумметра при проведении длительных процессов (21.

Недостатками известной установки прн использовании ее для плазмо-химических процес- . сов с малым (менее 10 мин) временем одного цикла являются большое (больше 1 мин) время выхода в рабочий режим, а также зависимость давления в рабочей камере от нестабильности показаний вакуумметра из-за действия на вакуумметр химически активного технологического газа и его плазмы.

Цель изобретения — повышение точности поддержания заданного давления газа и повышение производительности путем уменьшения времени обработки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для обработки изделий в газорой среде, содержащем источник газа камеру высокого давления, рабочую камеру и систему откачки, соединенные через диафрагму последовательно, камера высокого давления снабжена приводом перемещения, а ее стенки выполнены в виде гибкой оболочки, кинематически связанной с приводом перемещения.

Кроме того, устройство снабжено дополнительной камерой, установленной между рабочей камерой и камерой высокого давления и соединенной с этими камерами через клапаны.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из рабочей камеры 1, камеры 2 высокого давления и вакуумного насоса 3. Рабочая камера соединена с камерой высокого давления через входную диафрагму 4 и с вакуумным насосом — через выходную диафрагму 5.

Между рабочей камерой и камерой высокого давления расположена соответственно через клапаны 6 и 7 дополнительная камера 8. По3 1 следовательно с входной и выходной диафрагмами установлены клапаны 9 и 10 соответственно, Между рабочей камерой и вакуумным насосом в обход выходной диафрагмы с клапаном установлен клапан 11. Вакуумный насос соединен с устройством 12, предназначенным для нейтрализации химически активного технологического газа.

Стенки камеры высокого давления выполнены (полностью или частично) в виде гибкой оболочки 13, связанной с перемещающим ее приводом 14 перемещения. К камере высокого давления через клапан 15 подсоединена линия высокого давления технологического газа. К рабочей камере и камере высокого давления подсоединены вакуумметр 16 и манометр 17 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Через загрузочное устройство (не показано) в рабочую камеру 1 закладывают обрабатываемые изделия, после чего камера 1 уплотняется. При первом запуске устройства в работу (или после долгого перерыва в работе) все камеры (.1, 2 и 8). откачиваются вакуумным насосом 3 при закрытом клапане 15 и открытых клапанах 6, 7, 9, 10 и 11.

Ilo завершению откачки клапаны 7, 9 и 11 перекрываются (вакуумный насос 3 при этом не выключается) и камера 2 высокого давления вместе с дополнительной камерой 8 наполняется через клапаны 15 и 6 соответственно технологическим газом до некоторого заранее расстичанного давления Р2(0), зависящего от характеристик всей системы.

Первоначальное наполнение камеры 2 высокого давления, а в последующем и ее пополнение ведут при нейтральном положении приво да 14 перемещения, что обеспечивает, возможность как увеличения, так и уменьшения объема рабочей камеры 2.

По заполнении камер 2 и 8 клапаны 6 и

15 закрывают, после чего устройство готово к работе.

С целью максимально быстрого ((10 с) создания требуемого давления Р» технологического газа в рабочей камере 1 открывают клапан 7. Открытие клапана 7 приводит к тому, что давление технологического газа в рабочей камере 1 за счет его перетекания из дополнительной камеры 8 резко возрастает от нуля до величины P„(O)

Р„(О) = Р (О) V / (Vq + Ч ) (1) где ׄ— объем рабочей камеры 1;

V — объем дополнительной камеры 8.

Из уравнения (1) следует, что для того, чтобы. Р» (О) = Р„требуемому значению необходимо выполнение следующего условия:

ll4706,4

Р (О) = P„(V„+ Ч )! Ч . (2)

Таким образом, уравнение (2) позволяет рассчитать начальное давление технологического газа Р2(О) в камере 2 высокого давления.

Лля того, чтобы предотвратить изменение давления и состава газа из-за возможных химических реакций и негерметичностей одновременно с открытием клапана 7 открывают клапаны 9 и 10. Открытие клапанов 9 и 10 приводит к возникновению в рабочей камере

1 потока технологического газа, идущего из камеры 2 высокого давления в вакуумный насос 3. Наличие этого потока приводит к . созданию в рабочей камере 1 некоторого постоянного по своей величине давления Р» (1) технологического газа, определяемого динамическим режимом равновесия, причем

Р„(1) .= Р (0) С Ä (3) где Свх — проводимость входной диафрагмы 4;

С> проводимость диафрагмы 5, При условии, что

Чв Я+ V8) — Сьх Сей - (4) легко обеспечить, чтобы и начальное давление

Р„(0) и установившееся в динамическом режиме давление P„(l) были равны между собой, а с учетом уравнения (2)

Р„ = Р (О) = Р (1), (5)

Таким образом, правильный выбор величин Рэ (О), Ч, Ч, Св„и С „ обеспечивает поддержание давления технологического газа в рабочей камере 1 на постоянном уровне

P », z предлагаемый метод подачи газа резко (более чем в 100 раз) сокращает время установления в рабочей камере этого давления, Иэ изложенного следует, что в рабочей камере 1 имеет место динамическое равновесие давления технологического газа с коэффициен40 том гаэообмена К, причем

Свьр! Ч» (б)

Таким образом, перед началом плазмохимического процесса в рабочей камере 1 создано и непрерывно поддерживается на постоянном уровне с высокой степенью точности требуемое давление технологического газа, определяемое в соответствии с уравнением (3). Наличие в рабочей камере 1 стабильного во времени и и требуемого технологией по величине давления газа позвол;.ет перед началом плазмохими50 ческого процесса провести (в случае необходимости) регулировку отсчета вакуумметра 16 с целью компенсации ухода его характеристи. ки под действием химически активного технологического газа.

После регулировки отсчета вакуумметра 16 начинают плазмохимическую обработку изделий, загруженных в рабочую камеру 1. Плазмохими1114706 ческая обработка заключается в воздействии на поверхность загруженных изделий потока высокоэнергетических ионов технологического газа, вырабатываемых специальным источником ионов.

Работа источника ионов приводит к возникнове- 5 нию в рабочей камере 1 дополнительного элемента поглошения технологичесКого газа, действие которого основано на ионно-сорбционных процессах. Быстрота откачки этого дополни. тельного элемента газопоглошения по абсолютной величине сравнима с проводимостью выходной диафрагмы 5 и непостоянна во времени.

С учетом действия дополнительного элемента газопоглошения зависимость от времени давления Рч (t) .в рабочей камере 1 будет опреде- 15 ляться следующим соотношением:

Р (т) = Р (О) Свк/ 1Свь х+ S(t)l где S(t) — быстрота откачки дополнительного элемента гаэопоглошения, обусловленного работой источни- 20 ка ионов, зависящая от времени.

Как следует из уравнения (7), после включения источника ионов давление в рабочей .камере 1 резко падает относительно требуемого технологией уровня, определяемого уравнени- 25 ем (1) или (3).

С целью стабилизации давления технологического газа в рабочей камере 1 при работе источника ионов предлагается следуюшее. По разностному сигналу от вакуумметра 16 (разность сигналов между наперед заданным и мгновенным значениями давления) привод

14 перемешения начинает перемешать гибкую оболочку 13 камеры 2 высокого давления, изменяя как объем камеры 2, так и давление технологического газа в ней. При этом можно записать

Рл (t) - Pg (t) Свх / tCabq + S(t) З в (8) где Р (t) — давление в камере 2 высокого давления, изменяемое во време- 40 ни с помошью привода 14 перемещения.

С помощью системы автоматического регу-:. лирования, содержащей вакуумметр 16 и привод 14 перемещения, можно обеспечить .чтоб)

Р (t) /P (O) S (t) /C ebs (9)

При этом условии уравнение (8). можно записать в вице

P„(t) = Р (О) ° С „/Св,„, (10)

Из уравнения (10) следует, что давление технологического газа в рабочей камере 1 остается на том же уровне, который был задан до включения источника ионов в соответствии с уравнением (3).

После завершения процесса плазмохимической отработки и выключения источника ионов клапаны 7 и 9 закрываются, а клапан 11 открывается для быстрого освобождения рабочей камеры 1 от технологического газа. Одновременно привод 14 перемешения, а значит и объем камеры 2 высокого давления переводятся в исходное нейтральное положение. После откачки рабочей камеры 1 клапаны 10 и 11 закрываются и через загрузочное устройство производится замена обрабатываемых изделий на новые с последуюшим уплотнением рабочей камеры

Второй цикл работы идет далее в следующей последовательности: подпитка (в случае необходимости) камеры 2 высокого давления до давления Р (0); открытие клапанов 10 и

11 для откачки иэ рабочей камеры 1 воздуха; закрытие клапанов 10 и 11; кратковременное открытие клапана 6; одновременное открытие клапанов 7, 9 и 10 с последующей регулировкой (калибровкой) вакуумметра 16j включение ионного источника с одновременным запуском системы автоматического регулирования давления технологического газа в рабочей камере

1; прекрашение процесса плазмохимической обработки (выключение ионного источника) и закрытие клапанов 7 и 9; открытие клапана 11 для быстрого освобождения рабочей камеры 1 от технологического газа; закрытие клапанов 10 и 11 и замена обрабатываемых изделий.

После смены обрабатываемых изделий цикл повторяется.

Предлагаемое устройство обеспечивает точное поддержание давления технологического газа в рабочей камере 1 как при выключенном, так и при включенном источнике ионов, при этом постоянная времени установления стационарного давления в рабочей камере 1 существенно уменьшена по сравнению с известным устройством с величины Vq / Св„до величины V„/C, где С вЂ” проводимость клапана 7 в открытом состоянии (C>/С „ ) 100).

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить стабильность давления технологического газа при проведении плазмохимических процессов, а также снизить затраты времени на вспомогательные операции и тем самым повысить производительность всего устройства при одновременном повышении воспроизводимости его характеристик, особенно при циклическом режиме работы.

Экспериментальная проверка полностью подтвердила работоспособность предлагаемого устройства для создания технологической газовой среды с низким контролируемым давлением. Использование устройства наиболее целесообразно в плазмохимических установках

1114706

Составитель Н. Серебрянникова

Техред М. Тенер .. Корректор И. Муска

Редактор С. Пекарь

Заказ 6737/18 Тираж 899 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 циклического действия, где требуется высокая степень точности поддержания постоянства давления химически активной газовой среды (р (1000 Па), активность которой усугубляется необходимостью использования мощных ионных источников.