Устройство вакуумной откачки вакуумных камер технологических вакуумно-плазменных установок

Устройство вакуумной откачки вакуумных камер технологических вакуумно-плазменных установок содержит патрубок (вакуумопровод) системы вакуумной откачки (2), последовательно соединенные высоковакуумный затвор (3) и высоковакуумный насос (4) и последовательно соединенный с высоковакуумным насосом через магистраль форвакуумной откачки (5) форвакуумный насос (6). При этом высоковакуумный насос (например, криогенный) (4) монтируется сверху вакуумной камеры (1) посредством входного патрубка (2), а форвакуумный насос (6) может располагаться либо также сверху, либо на некотором удалении от вакуумной камеры (1), причем расположение форвакуумного насоса (6) и магистралей форвакуумной откачки (5) не должно ограничивать свободный доступ ко всем частям боковой поверхности вакуумной камеры (1).

Полезная модель относится к технике вакуумно-плазменных технологий, к конструктивно-технологической организации откачки вакуумных камер технологических вакуумно-плазменных установок и может быть использована в вакуумно-плазменных технологиях, при создании вакуумно-плазменных установок.

Известны устройства систем вакуумной откачки вакуумных камер, когда высоковакуумный патрубок достаточно большого диаметра (200-450 мм) монтируется (приваривается) на боковой поверхности вакуумных камер. Примером-аналогом являются откачные системы вакуумных ионно-плазменных установок «МИР-1», «МИР-2», «Булат», «ННВ-6,6-И1» (Григоров А.И., Елизаров О.А. Ионно-вакуумные износостойкие покрытия. Обзор. - М.: НИИмаш, 1979. 48 с.; Разработка и внедрение участков упрочнения режущего инструмента и формообразующих деталей технологической оснастки методом КИБ: Отчет о НИР (заключит.) / Всесоюз. проектно-констр. ин-т технологии электротехнического производства; Руководитель И.П.Точилин. ГР. 80052130; Инв. 028300015538. - Ленинград, 48 с.; НИР по повышению технического уровня и надежности установок типа «Булат»: Отчет по НИР (заключит.) / ВНИИЭТО; Руководитель В.Г.Бажов. ГР. 0180009577; Инв. 02830045226. - Истра, 32 с.). В таких установках довольно большая часть боковой поверхности вакуумных камер занята громоздким узлом системы вакуумной откачки - входным патрубком высоковакуумной откачки с закрепленным на нем высоковакуумным затвором и высоковакуумным насосным агрегатом. Данное обстоятельство исключает возможность монтажа на боковой поверхности в месте расположения узла системы вакуумной откачки дополнительных технологических устройств, расширяющих технологические возможности установки. Кроме этого, становится затруднительным свободный и быстрый доступ операторов ко всем частям вакуумной камеры для технического осмотра и обслуживания технологических устройств, расположенных на вакуумной камере.

Конструктивно-технологическая организация вакуумной системы устройства для нанесения упрочняющих покрытий (Патент РФ 2210618, Устройство для нанесения упрочняющих покрытий. C23C 14/24, C23C 14/46, опубл. 20.08.2003), взятая за прототип, заключается в том, что патрубок системы вакуумной откачки находится на боковой стенке вакуумной камеры. Для построения полной системы вакуумной откачки к данному патрубку последовательно должны быть присоединены вакуумопровод достаточно большого диаметра (200 мм), высоковакуумный затвор и высоковакуумный насос. Кроме этого, система вакуумной откачки данного устройства для нанесения упрочняющих покрытий должна содержать последовательно соединенный с высоковакуумным насосом через магистраль форвакуумной откачки форвакуумный насос. Это означает, что в совокупности вся конструкция системы вакуумной откачки вакуумной камеры данного устройства должна представлять собой довольно громоздкое сооружение (протяженностью не менее 1 м), присоединенное к боковой стенке технологической вакуумной камеры. Поэтому способ реализации откачки вакуумной камеры данного устройства исключает возможность совершенствования технологического потенциала установки, ввиду ограниченности «полезной» поверхности вакуумной камеры. Данные недостатки могут быть устранены путем применения предлагаемого устройства системы вакуумной откачки.

Особенностью предлагаемого устройства системы вакуумной откачки является то, что высоковакуумный насос (например, криогенный) монтируется сверху вакуумной камеры посредством расположенного на ее верхней стенке патрубка, при этом форвакуумный насос может располагаться либо также сверху, либо на некотором удалении от вакуумной камеры, причем расположение форвакуумного насоса и магистралей форвакуумной откачки не должно ограничивать свободный доступ ко всем частям боковой поверхности вакуумной камеры.

Технический результат, достигаемый при такой организации системы вакуумной откачки, состоит в следующем:

- обеспечивается более эффективная защита высоковакуумного насоса от загрязнения продуктами ионно-плазменных процессов (испарения, распыления материалов) - макрочастицами (каплями, осколками, кластерами и др.), ввиду уменьшения вероятности их попадания в находящийся наверху вакуумной камеры высоковакуумный насос, вследствие того, что под действием силы тяжести поток макрочастиц на верхнюю часть вакуумной камеры значительно снижен.

- обеспечивается свободный доступ операторов ко всем частям внешней боковой поверхности вакуумной камеры с возможностью беспрепятственного обхода вакуумной камеры со всех сторон, улучшения условий контроля, обслуживания вакуумной камеры и всей установки в целом;

- обеспечивается возможность монтажа большего количества различных технологических ионно-плазменных устройств на боковой поверхности вакуумной камеры, ввиду отсутствия на ней громоздких патрубков вакуумной откачки и вакуумных откачных устройств, с увеличением производительности и расширением технологических возможностей всей вакуумно-плазменной установки в целом;

- обеспечивается возможность монтажа технологических ионно-плазменных устройств на всей боковой поверхности вакуумной камеры согласно определенной электрофизической схеме, с определенной регулярностью, заданными условиями конкретных технологических процессов, с расширением технологических возможностей установки в целом;

Результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве системы вакуумной откачки вакуумных камер технологических вакуумно-плазменных установок входной патрубок высоковакуумной откачки, а также, по крайней мере, высоковакуумный насос (например, криогенный) монтируются на верхней стенке вакуумной камеры, а расположение форвакуумного насоса и магистралей форвакуумной откачки реализуются таким образом, чтобы не ограничивать свободный доступ ко всем частям ее боковой поверхности.

Применение предложенного устройства позволит достичь высокой эффективности использования вновь создаваемых и модернизированных бывших в употреблении вакуумных камер с точки зрения задействования как можно большей части их наиболее полезной боковой поверхности для реализации различных функциональных технологических возможностей. Это также позволит обеспечить лучшие условия технического контроля работы установки, ввиду свободного доступа операторов к боковой поверхности вакуумной камеры, являющейся, как правило, наиболее функциональной.

С использованием предлагаемого устройства системы вакуумной откачки авторами данной заявки была создана вакуумно-плазменная установка для создания новых нанокомпозитных материалов и упрочняющих поверхностных структур изделий. Общий вид созданной вакуумно-плазменной установки представлен на фиг.1. Установка содержит вакуумную камеру 1 (фиг.1), установленный на верней стенке вакуумной камеры входной патрубок системы вакуумной откачки 2, последовательно соединенные высоковакуумные затвор 3 и криогенный насос 4, магистраль форвакуумной откачки 5, форвакуумный насос 6 и технологические плазменные источники 7.

Предлагаемое устройство системы вакуумной откачки позволило в созданной вакуумно-плазменной установке более эффективно использовать боковую поверхность вакуумной камеры, благодаря чему были равномерно размещены по всей боковой поверхности вакуумной камеры восемь технологических плазменных источников: 2 генератора плазмы газов, 4 магнетронно-распылительные системы и 2 электродуговых испарителя. На фиг.2 приведена электрофизическая схема вакуумной камеры (вид сверху) созданной установки, использующей предлагаемое устройство системы вакуумной откачки. На этой схеме (фиг.2) обозначены вакуумная камера 1, генераторы газовой плазмы 2, магнетронно-распылительные системы 3, электродуговые испарители 4. Из фиг.2 видно, что на боковой поверхности нет каких-либо громоздких патрубков системы вакуумной откачки.

При этом совместное или последовательное функционирование технологических плазменных источников позволяет осуществлять в едином технологическом цикле большое разнообразие ионно-плазменных воздействий на поверхность обрабатываемых изделий, обеспечивающее многофункциональность установки.

С помощью созданной установки с применением предлагаемого устройства системы вакуумной откачки была получена возможность формирования оптимальных фазово-структурных состояний композитных поверхностных структур и покрытий, определяющих физико-механические свойства обрабатываемых изделий. Была получена возможность синтеза многокомпонентных нанокомпозитных покрытий с возможностью вариации свойств в широких пределах TiN, TiN/Cu, Ti-Si-B-N, (FeCrNi)N, Ti-Al-Si-Cu-N, Ti-Al-Si-Cr-N, Ti-Al-Si-Ni-Cr-Sn-N, Ti-Al-Si-Ni-Cr-Cu-N. Полученные с помощью данной установки покрытия обладали нанокристаллической структурой с размером зерен от 50 до 10 нм, значениями микротвердости H₂₀ от 2600 до 5500 кг/мм², высокой величиной адгезии, низким коэффициентом трения (менее 0,3), а также высокой термической стабильностью твердости при отжиге в вакууме вплоть до температуры Т=900°C.

Получение таких покрытий с помощью устройства для нанесения упрочняющих покрытий, взятого за прототип, является невозможным.

1. Устройство вакуумной откачки вакуумной камеры технологической вакуумно-плазменной установки, содержащее входной патрубок и систему вакуумной откачки, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными высоковакуумным затвором, высоковакуумным насосом, магистралью форвакуумной откачки и форвакуумным насосом, выполненным с возможностью установки сверху вакуумной камеры или на удалении от нее, а высоковакуумный насос посредством входного патрубка выполнен с возможностью установки сверху вакуумной камеры, при этом форвакуумный насос и магистраль форвакуумной откачки выполнены с возможностью обеспечения свободного доступа ко всем частям боковой поверхности вакуумной камеры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высоковакуумный насос выполнен в виде криогенного насоса.