Научные разработки
Электрофизические вакуумные установки
СОЛО
Электронно-пучковая установка
| Габаритные размеры установки | 1350×2150×2000 мм |
| Размеры вакуумной камеры | 600×500×400 мм |
| Энергия электронов | 5—25 кэВ |
| Длительность импульса тока пучка | 20—200 мкс |
| Частота следования импульсов | 0.3—15 с-1 |
| Плотность энергии пучка | до 100 Дж/см2 |
| Максимальная потребляемая мощность, в зависимости от используемого источника питания ускоряющего напряжения | 2—5 кВт |
| Рабочее давление | 0.01—0.05 Па |
| Рабочий газ | Ar; N2 |
| Диаметр отпечатка | 1—3 см |
| Размеры области сканирования манипулятора | 165×180 мм |
| Расход воды в системе охлаждения не менее чем | 0.5 м3/ч |
Вакуумная электронно-пучковая установка «СОЛО» (входит в УНУ «УНИКУУМ» ( http://ckp-rf.ru/usu/434216/ ) перечня объектов Современной исследовательской инфраструктуры Российской Федерации), в основе которой лежит электронный источник с плазменным катодом на основе импульсного дугового разряда низкого давления с сеточной стабилизацией границы катодной плазмы. Установка полностью автоматизирована и позволяет управлять параметрами электронного источника, вакуумной системы и манипулятора при помощи компьютера. Использование плазменного катода позволяет плавно и независимо друг от друга изменять параметры генерации электронного пучка, что является одним из основных конкурентных преимуществ данного электронного источника. Низкие энергии электронов (до 25 кэВ), используемые в электронном источнике, не требуют дополнительной радиационной защиты, так как генерируемое рентгеновское излучение полностью задерживается стенками камеры, изготовленными из нержавеющей стали толщиной 8 мм. По совокупности параметров (энергия электронов 5—25 кэВ, ток пучка 50—200 А, длительность импульса 10—200 мкс, частота следования импульсов тока пучка 1—10 с-1) данная установка превосходит зарубежные аналоги и может успешно использоваться для модификации поверхности различных материалов и изделий.
Возможности и особенности
- высокая плотность энергии пучка при низком ускоряющем напряжении;
- широкий диапазон параметров;
- независимая регулировка параметров;
- возможность работы в частотном режиме;
- продолжительное время работы без обслуживания;
- обработка поверхности (полировка, упрочнение) металлов, различных сплавов включая твердые карбидные сплавы типа WC-Co и TiC-NiCr;
- повышение коррозионной стойкости и износостойкости поверхности изделий;
- обработка систем «покрытие/подложка» с возможностью перемешивания материала покрытия (толщиной ~ 1 мкм) с материалом подложки на глубину до 20 мкм;
- электронно-пучковая абляция материала мишени с возможностью нанесения различных покрытий и их последующим перемешиванием с материалом подложки в одном цикле вакуумной откачки;
- обработка изделий сложной формы (штампы, пресс-формы) путём перемещения манипулятора;
- глубина обработки (1—20) мкм;
- удобство управления с помощью персонального компьютера;
- нет специальных требований по размещению установки (низкая величина ускоряющего напряжения, не требуется дополнительная радиационная защита);
- использование манипулятора позволяет обрабатывать образцы с большой площадью поверхности или партию мелкоразмерных образцов или изделий;
- средства диагностики позволяют управлять параметрами электронного пучка.
КВИНТА
Ионно-плазменная установка для комплексной обработки поверхности материалов и изделий
| Размеры вакуумной камеры | 650×650×770 мм |
| Давление | 0.015—1 Па |
| Скорость нанесения покрытий | до 6 мкм/ч |
| Размеры установки | 2500×2500×2000 мм |
| Потребляемая мощность | до 50 кВт |
| Расход воды для охлаждения | 2 м3/ч |
Автоматизированная вакуумная ионно-плазменная установка «КВИНТА» (входит в УНУ «УНИКУУМ» ( http://ckp-rf.ru/usu/434216/ ) перечня объектов Современной исследовательской инфраструктуры Российской Федерации) используется для нанесения различных покрытий и ионно-плазменной обработки образцов и изделий. Использование сразу нескольких (пяти) дуговых источников, различных как по конструкции, так и по параметрам, и возможность работы на разных газах (Ar, N2, O2 и др.) позволяет создавать композиционные покрытия с различными свойствами. Для генерации объёмной газовой плазмы используются плазменные источники с накалённым катодом «ПИНК» также разработанные в ИСЭ СО РАН. Использование наряду с аксиальными протяжённых источников газовой и металлической плазмы позволяет получать более однородные по толщине и качеству покрытия, которые могут конкурировать со многими зарубежными аналогами, а по ряду параметров превосходить их.
Возможности и особенности:
- возможность работы на смеси двух газов;
- возможность проведения комплексных процессов обработки, включающих ионную очистку, диффузионное насыщение и напыление покрытий;
- возможность одновременного создания газовой и металлической плазмы в одном вакуумном объеме;
- широкий диапазон параметров;
- независимая регулировка основных параметров;
- нанесение твердых и сверхтвердых (≥ 40 ГПа) покрытий с регулируемой in situ стехиометрией;
- повышение коррозионной стойкости и износостойкости поверхности изделий;
- возможность одновременного или поочередного использования двух материалов катода;
- возможность использования композиционных катодов;
- обработка изделий сложной формы;
- глубина обработки до 500 мкм;
- нет специальных требований по размещению установки (низкая величина ускоряющего напряжения, не требуется дополнительная радиационная защита);
- использование манипулятора позволяет обрабатывать образцы с большой площадью поверхности или партию мелкоразмерных образцов или изделий;
- увеличенная область однородной обработки изделий;
- автоматизация управления вакуумной системой;
- автоматизированная стабилизация рабочего давления;
- автоматизированная стабилизация состава газовой смеси;
- автоматизация управления параметрами технологического цикла;
- возможность создания новых технологических процессов по технологической карте;
- возможность автоматического проведения заданных технологических процессов.
КОМПЛЕКС
Установка электронно-ионно-плазменного инжиниринга поверхности материалов и изделий
Установка «КОМПЛЕКС» (входит в УНУ «УНИКУУМ» ( http://ckp-rf.ru/usu/434216/ ) перечня объектов Современной исследовательской инфраструктуры Российской Федерации) включает в себя все отдельные виды плазменной, ионной и электронной обработок, отработанные на разработанных в лаборатории плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН электрофизических установках «ТРИО», «КВИНТА» и «СОЛО». Установка позволяет в едином вакуумном цикле осуществлять в любой последовательности и необходимом количестве процессы плазменного азотирования поверхности, плазменно-ассистированного электродугового напыления пленок и покрытий и электронно-пучкового миксинга напылённого слоя.
| Размеры установки | 2000×3600×2300 мм |
| Потребляемая мощность | до 70 кВт |
| Рабочее давление | 0.01—2 Па |
| Водяное охлаждение | не более 5 м3/час |
| В состав установки входят следующие основные узлы: | |
| 1) Рабочая вакуумная камера для азотирования и напыления: | |
| Диаметр внутренний | 690 мм |
| Ширина | 350 мм |
| 2) Рабочая вакуумная камера для обработки электронным пучком: | |
| Размеры внутренние | 550×600×550 мм |
| 3) Водоохлаждаемый шибер для разделения камер: | |
| Размеры внутренние | 630×120×1390 мм |
| 4) Трёхкоординатный манипулятор: | |
| Диапазон перемещения образцов | 200×200×200 мм |
| Грузоподъёмность манипулятора | 5 кг |
| Количество позиций крепления | 3 шт |
| Точность позиционирования | ≤ 1 мм |
| Характеристики функциональных узлов установки: | |
| 1) Генератор газовой плазмы с накаленным катодом «ПИНК»: | |
| Ток разряда | 5—150 A |
| Напряжение разряда | 20—80 В |
| Ток магнитной катушки | 0.5—0.7 A |
| Рабочее давление | 0.05—1 Пa |
| Рабочий газ | Ar, N2 |
| Концентрация плазмы | 109—1011 cм-3 |
| 2) Дуговой испаритель ДИ-60: | |
| Ток дуги | до 150 А |
| Рабочее давление | 0.02—1 Па |
| Ток фокусирующей катушки | 0.05—0.4 A |
| Ток стабилизирующей катушки | 0.6—1 A |
| Скорость напыления покрытий | до 5 мкм/час |
| 3) Электронный источник «СОЛО»: | |
| Ток пучка | 20—250 A |
| Энергия электронов | 5—25 кэВ |
| Длительность импульса | 20—250 мкс |
| Частота следования импульсов | 0.3—10 с-1 |
Возможности и особенности
- высокая плотность энергии пучка при низком ускоряющем напряжении;
- широкий диапазон параметров;
- независимая регулировка параметров;
- возможность работы в частотном режиме;
- продолжительное время работы без обслуживания;
- обработка поверхности (полировка, упрочнение) металлов, различных сплавов включая твердые карбидные сплавы типа WC-Co и TiC-NiCr;
- повышение коррозионной стойкости и износостойкости поверхности изделий;
- обработка систем «покрытие/подложка» с возможностью перемешивания материала покрытия (толщиной ~ 1 мкм) с материалом подложки на глубину до 20 мкм;
- обработка изделий сложной формы (штампы, пресс-формы);
- глубина электронно-пучковой обработки (1—20) мкм;
- нет специальных требований по размещению установки (низкая величина ускоряющего напряжения, не требуется дополнительная радиационная защита);
- использование манипулятора позволяет обрабатывать образцы с большой площадью поверхности или партию мелкоразмерных образцов или изделий;
- средства диагностики позволяют управлять параметрами электронного пучка;
- возможность работы на смеси двух газов;
- возможность проведения комплексных процессов обработки, включающих ионную очистку, диффузионное насыщение, напыление покрытий и электронно-пучковую обработку в едином вакуумном цикле;
- возможность одновременного создания газовой и металлической плазмы в одном вакуумном объеме;
- нанесение твердых и сверхтвердых покрытий с регулируемой in situ стехиометрией;
- возможность одновременного или поочередного использования двух материалов катода;
- возможность использования композиционных катодов;
- глубина ионно-плазменной обработки до 500 мкм;
- автоматизация управления вакуумной системой;
- автоматизированная стабилизация рабочего давления;
- автоматизированная стабилизация состава газовой смеси;
- автоматизация управления параметрами технологического цикла;
- возможность создания новых технологических процессов по технологической карте;
- возможность автоматического проведения заданных технологических процессов.
