Установка для нанесения покрытий на порошки

Установка для нанесения покрытий на порошки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Соаетских

Соцкалистммесеа

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТ6ЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свиа-ву (22) Заявлено 04 04 75 (21) 2123066/18-21 (1 657086 и (51) М. Кл.

С 23 С 13/08 с присоединением заявки №вЂ”

Гееуаеретеенньа кеннтет

СССР ее делам нзебретеннй н открытей (23) Приоритет

Опубликовано 15. 04.78Бюллетень Ме 14

Дата опубликования описания 18.04.79 (53) УД,К 621.762..32(088.8) I (72) Автор изобретения

А. Г. Зеберин (71) Заявитель Специальное конструкторское бюро вакуумных покрытий (54) УСТАНОВКА ЮЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ПОРОШКИ

Изобретение относится к области получения покрытий методом испарения и конденсации металлов в вакууме и может быть испопьзовано при нанесении металлических покрытий на сыпучие материалы, например на зерна абразивных по- 5 рошков.

Известно, что для реализации указанного метеда в целях капсуляции зерен дисперсных материалов существует несколько конструктивных схем. Эти схемы тВ различаются, в основном, способами экспонирования подложки, т.е. сыпучего материала, а различия сказываются прежде всего на том, в какой степени используется испаряемый металл. Наиболее аффективны в атом отношении схемы, которые обеспечивают почти полный охват испарителей плотным слоем обрабатываемого материала. Получение слоя такой формы достигается действием центробеж20 ных снл.

Известна установка для нанесения покрытий на порошки, содержашая каме2 ру, внутри которой находится полый, горизонтально расположенный барабан, имеющий форму глухого стакана с цилиндрической рабочей и конической переходной частью. Внутри барабана и соосно с иим закреплен обращенный шнек, внешний конец которого охватывает носик лотка питателя металлизируемым материалом, а внутренний оканчивается вблизи днища барабана и образует с ним кольцевой зазор. В полос ги барабана размещено испарительное устройство, а также другой шнек, винтовая лопасть которого выполнена в виде щетки. Этот шнек снабжен индивидуальным приводом вращения и расположен внизу и касательно к образующей цилиндрической части барабана.

Во время работы установки действием обращенного шнека к днищу барабана непрерывно доставляется сыпучий материал, который, попадая оттуда через зазор на поверхность полости барабана, образует на ней сплошной кольцевой слой. Вращаясь вокруг испарителей этот

657 086 слой поглощает испаряемый металл. Для равномерного покрытия всех зерен слой должен перемешиваться, а составляющий его матеоиал по мере завершения процесса непрерывно выводиться иэ рабочей зоны, т.е. с определенной скоростью смешаться вдоль образующей барабана к его открытому концу. Для осуществления этих операций, т.е. дпя пе ремешивания слоя и его аксиапьногр транспорта в известной установке служит указанный шеточный шнек j1).

Однако такому устройству свойстве« нен ряд недостатков: шеточный шнек сложен в изготовлении; применение вращающейся щетки все же не исключает истирание металлизнруемого материала, когда его зерна имеют малую механическую прочность; при металлизации твердых материалов, например порошков абра- зивов, устройство со шеточным шнеком недостаточно долговечно и эффективность перемешиваниа таким устройством падает по мера увеличения дисперсности обрабатываемого материала.

Пель изобретения повышение иэносостойкости установки, уменьшение исти« ранна порошка достигается тем, что в б установке для нанесения покрытий на порошки, содержащей полый несущий барабан, механизм для подачи, перемешивания и аксиального перемещения порошка вдоль несущей поверхности .барабана, механизм для перемешивания и аксиального церем .

mews выполнен в виде электродного узна, расположенного с зазором вдоль образующей барабана, и электрически связаниого с источником высокого на-пряжения. Электродный узел выполнен в виде двух рядов параллельных проводящих пластин, первый из которых имеет пластины с постоянным наклоном в радиальной" плоскости барабана и обращен к его поверхности, а второй выполнен иэ пластин с изменяемым. наклоном преиму1Шественно в вертикально-аксиальной плоскости барабана и кинематически соединен с устройством, обеспечивающим возможность изменения наклона пластин электродный узел выполнен в виде цилиндра и ряда параллельных пластин, причем цилиндр закреплен электрически изолированно и с возможностью вращения на снабженной .приводом оси, а пластины размещены под цилиндром с возможностью повороте в вертикально-аксиальной плоскости барабана и соединены с устройством управления их наклоном.

Электродный узел выполнен в виде винтового шнека, закрепленного и электрически изолированно на связанной с регулируемым приводом оси.

Непосредственное назначение предлагаемой конструкции заключается в том, чтобы осуществить бесконтактный срыв слагающих слой зерен с их круговой траектории на участке ее нисходящей

® ветви с тем, чтобы обеспечить движение эгих зерен между точками срыва и возврата на прежнюю траекторию не в плоч ном слое, а в падающем потоке, т.е. под действием гравитационных и инерциальв ных сил. Нетрудно видеть,:что при таком движении перемешивание зерен происходит автоматически. Дополнительно его можно интенсифицировать, расставив на пути потока систему препятствий в виде неподвижных, либо движущихся наклонных поверхностей. Задавая .этим поверхностям нужное направление и степень наклона, или соответственно, устанавливая определенное направление и скорость их движения, можно обеспечить решение и второй задачи, а именно, получить:возможность управляемого смешения слоя вдоль оси барабана. ь

Действие этой конструкции основывается на известном явлении перезарядки и автоколебательного движения твердых проводящих частиц между электродами, в случае, если к этим электродам приложена определенная разность потенциалов.

Расчетные оценки, а также модельные эксперименты показывают, что-указанный выше уровень напряженности поS ля в зазоре вполне достаточен для воз46 действия на зерна с размером порядка долей мм, т.е. на зерна грубых порошков. Для более мелких зерен эффективность воздействия увеличивается. Необходимая для работы механизма для перемешивания и аксиального перемещения (ПАП) мощность источника напряжения зависит от конкретных размеров установки, толщины слоя и величины зерна, но по порядку составляет доли киловатт.

56

Это существенно меньше мощности, нагреваюшей слой в результате переноса металла. При ширине зазора около 1 см, напряжение источника должно находиться

55 в пределах первых десятков киловольт.

Напряжения такого уровня широко используются в вакуумных установках, например для питания электронно-лучевых испарителей. Конкретное конструктивное

657 086 оформление механиз.ла для перемешивания и аксиального перемещения может зависеть от уровня сооственной электропроводности материала зерен. Требуемый для проявления аффекта уровень электропроводности невысок и заведомо перекрывается уже на начальных этапах основного процесса, однако поведеняе частиц из сушественно диэлектрических материалов может иметь ряд ос .обенностей. 10

Такие частицы способны к движению лишь в неравномерном поле. Однако я в этом случае они склонны к образованию агрегатов (цепочек) и налипанию на электроды. Учет всех таких особенностей И делает необходимым существование вариантов устройства (ПАП), которые в конкретных условиях не равноценны., Общая компоновка узлов прецлагаемой установки, а также варианты исполнения 20 ее устройства ПАП представлены на чертежах. На фяг. 1 и 2 схематически покаааны вертикально-аксиальный и радиальн ый ра эре зы ус тан овки в целом; на фиг. 3 и 4 — виды сечений по бараба- 2 ну и механизма для перемешивания и ак-, сиального перемещения в варианте, который пригоден цпя работы с порошком из материалов с собственной электропроводностью более 0,1 (oN ° м ); на фиг. 5, 6 я 7-варианты для работы с менее эпектропроводными материалами, аналогичные разрезы.

Установка содержит камеру 1, в которой установлены емкости для сыпучего материала 2 и 3, испарители 4, механизм для перемешивания и аксиального перемещения 5 я охватывающий эти элементы барабан 6. Последний при работе

40 вращается по стрелке Б и несет на своеи внутренней поверхности слой металлизируемого-материала 7. По оси барабана закреплен обращенный шнек 8, конец которого охватывает носик лотка пита45 теля сыпучим материалом 9. Механизм

5 электрически соединен с источником напряжения (не показан) через высоковольтный aaog 10.

Представленный на фиг. 3,4 механизм

SO

5 состоит, в основном, из двух, обьединенных коробом рядов электропроводных пластин, которые ориентированы во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Пластины первого ряда 11 имеют постоянный наклон в радиальной плоскости барабана 6 и расположены с зазором относительно движущегося с барабаном .слоя 7. Пластины второго ряда 12 снабжены осями 13, закреплены с возможностью поворота в этих осях в аксяальной плоскости барабана я соецинены между собой тягой 14, которая свяаывает эти пластины с органом управления их наклоном (не показан). Вся конструкция механизма 5 посредством изоляторов 15 закреплена на введенной в полость барабана консоли 16 и через высоковольтный ввод 10 соединена с источником напряжения.

Механиам 5 (фиг.5) состоит иа насаженного на ось 17 гладкого электропроводного цялиндра 18,-скрепленного с упомянутой осью посредством изоляторов 19. К поверхности цилиндра примы-.

-лает подпружиненный контакт 20, который опирается на изолятор 15 и через высоковольтный ввод 10 соединен с источником напряжения. Изолятор 15 закреплен на консоли 16. На этой же консоли установлен кронштейн 21, который несет короб

22, охватывающий смонтированный на нем ряд пластин 12 с осями 13 и тягой 14, а также упомянутый ранее цилиндр. Все устройство обращеяок поверхности барабана 7 и расположено с зазором относительно барабана и лежащего на нем.слоя 7. Ось 17 снабжена приводом (не показан) и приводится во вращение по стрелке Г.

Механизм 5 (фиг. 6 и 7) состоит, в основном, из насаженной на ось 17 винтовой электропроводной лопасти 23.

Лопасть закреплена посредством изоля-. торов 19 и соединена с источником напряжения через высоковольтный ввод я опирается на изолятор 15, скользящий контакт 20. Лопасть охвачена коробом

22, который закреплен на консоли 16 через кронштейн 21. Ось 17 снабжена приводом с изменяемой скоростью вращения (не показан) и приводится во вра шение по стрелке Г, согласно с напралением вращения барабана.

Установка работает следующим . образом.

Камеру 1 эвакуируют и поддерживают под высоким вакуумом, а барабан 6 при- водят во вращение по стрелке Б.

Сыпучий материал из емкости 2 по лотку питатепя 9 поступает в обращенный шнек S, которым этот материал транспортируется к днищу барабана. Здесь он проваливается в кольцевой аааор и попадает на коническую, и далее на цилиндрическую часть несущей поверхности.

Скорость вращения барабана выбирают так, чтобы ббеспечять надежное прижатяе

657 086 сыпучего материала во всех точках траектории. Поэтому этот материал образует сплошной кольцевой слой 7. На участке нисходящей ветви упомянутой траектории этот слой попадает в зону действия механизма 5. Последний, по крайней мере частью своих элементов поддерживается под высоким потенциалом относительно камеры, барабана и прижатого к его внутренней поверхности слоя 7. Благода- 10 ря этому в зазоре между механизмом 5 и барабаном (или слоем, если он сложен из электропроводного материала) возникает электростатическ.ое поле. Это поле электризует или поляризует зерна слоя, 15 причем электризация носит поверхностный, а иоляризация - объемный характер. В том и другом случае в неравномерном поле на зерна действуют кулоновы силы, зависящие от размеров зерен, напряжен1 нбсти и степени неравномерности поля.

Эти силы направлены, в основном, к цент ру вращения слоя, т.е. противоположно направлению центробежных сил. При должном выборе напряжения источника указан-! ные сипы срывают слой с его круговой траектории и зерна перемешаются к элементам механизма 5. Там они осущест о вляют перезарядку и, сместившись вдоль образующей барабана, вновь возвращаются на несущую поверхность. Перемещаясь, далее вместе с этой поверхностью слоя проходит в виду испарителей, где сорбирует испаряемый металл. Вследствие каждого акта взаимодействия слон с механизмом 5, т.е. на каждом обороте барабана, слой смещается на определенное расстояние в направлении оси. Таким образом, результирующая траектория слоя представляет собой цилиндрическую спи- 4О раль. В конце движения по такой спирали металлизированный материал покидает барабан и скапливается в емкости 3.

Ниже более детально излагается дейст- 45 вие устройства ПТС соответственно представленным вариантам.

В варианте по фиг. 3 и 4 .зерна сыпучего материала из слоя 7 под действием . кулоновых сил попадают на пластины первого ряда 11 и по ним соскальзывают на пластины второго ряда 12. Последние тягой 14 устанавливаются с наклоном в аксиальной плоскости барабана. Соскаль55 зьтвая по этим пластинам, материал смещается на дистанцию, величина которой зависит от степени указанного наклона.

Таким образом, положение упо лянутой тяги определяет скорость аксиапьного транспорта слоя, а следовательно, и время пребывания зерен в зоне металлизацни.

В варианте по фиг, 5 роль первогo ряда пластин выполняет вращающийся по стрелке Г цилиндр 18, который один поддерживают под высоким потенциалом.

Скорость врашения этого цилиндра выбирают из условия того, что действием центробежных сил должно предотвратить напипание зерен. (Заметим, что по поводу палипания речь может идти лишь применительно к зернам из существенно диэлектрического материала, причем только о тех из них, которые еше не побывали в виду испаритепей, т.е. «е несут на себе проводящую оболочку

Действие электростатического поля в зазоре между цилиндром и барабаном как и в предыдущем случае, вызывает срыв зерен с их траектории и движение к поверхности цилиндра 18; В контакте с этим цилиндром электропроводные зерна претерпевают п ер ее а рядку, вы зывающую смену направления кулоновых сил. Неэлектропроводные зерна на том же цилиндре приобретают импульс по касательной в точке отрыва. В итоге зерна сбрасываются на пластины 12. Назначение этих пластин аналогично предыдущему, В варианте по фиг. 6 и 7 срыв слоя и его смещение обеспечивается одним элементом; а именно, поддерживаемой над высоким потенциалом винтовой лопастью 23; При вращении этой -лопасти неравномерное поле в зазоре между лопастьЮ и барабаном приобретает свойства бегущего вдоль образующих обоих электродов. Двигаясь в таком поле, зерна сыпучего материала приобретают составляющую скорости в том же направлении, что и обеспечивает аксиапьный транспорт слоя. Скорость этого транспорта будет зависеть от скорости вращения указанной выше лопасти 23, Данная конструкция установки существенно расширяет возможности процесса капсуляции порошков как в направлении диапазона механических свойств их материала, так и в направлении дисперсности, что способно обеспечить значительный экономический эффект.

Формула изобретения

Q,Óc:òàíîâêà дпя нанесения покрытий на порошки, содержащая попый несущий

10 барабан, механизмы дл. подачи, переме- . шивания и аксиального пером:щения порошка вдоль несущей поверхности бар»бана, отличающаяся тем, что, с целью повышения износ:остойкости установки, уменьшения истирания порошка, механизм для перемешивания и аксиального перемещения выполнен в виде влектродного узла, расположенногп с зазором вдоль образующей оарабана, и электрически. связанного с источником высокого напряжения.

2. Устацовка по п.. 1, о т л и ч а юш а я с я тем, что электродный узел выполнен в виде двух рядов параллельных проводящих пластин, первый из которых имеет пластины с постоянным наклоном в радиальной плоскости барабана и обращен к его поверхности, а второй выполнен из пластин с изменяемым наклоном преимущественно в вертикальноаксиальной плоскости барабана и кинема-. тически соединен с устройством, обеспечивающим возможн )сть изменения н lKlloна пластин.

3. Установка по и. J, о т л и ч а ющ а я с я тем, что электродный узел

S Выполнен в виде цилиндра и ряда параллельных пластин, причем цилиндр закреплен электрически. HBoJIHpoBAHHo и с возможностью вращения на снабженной приводом оси, а пластины размещены под цилиндром с возможностью поворота в вертикально-аксиальной плоскости барабана и соединены с устройством управления их наклоно л.

4. Установка по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что электродный узел выполнен в виде винтового шнека, закрепленного и электрически изолированно на связанной с регулируемым приводом оси.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 440077, кл. С 23 С 13/08, 1974.

657086

Фиг.7

Составитель П. Лягин

Редактор Н. Каменская Техред М. Петко Корректор С, Шекмар

Закаа 1738/29 Тираж 1129 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4