Приборный комплекс для исследования поверхности твердых тел тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ АНАЛИТИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

КОВНЕР Леонид Григорьевич

УДК. 681.78

ПРИБОРНЫЙ КОМПЛЕКС з;ля ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Специальность 01.04.01 — техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1992

Работа выполнена в Физико-техническом институте Россш ской АН и Удмуртском государственном университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессо Трапезников В. А.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических нау Голиков Ю. К.; кандидат технических наук Баянкин В. Я.

Ведущая организация: Ижевский механический институ г. Ижевск.

Защита состоится « ^^ » — 1992 г. в

часов на заседании специализированного ученого совета К003.53.С при институте аналитического приборостроения Российской А] по адресу: Санкт-Петербург, пр. Огородннкова, д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институт аналитического проборостроения Российской АН.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного

t

I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

•и/. ) _А&тхаЛЧ£оаг£ IPMM». Важность иссяадовавай гговерхное»-' "та обусловлена неойхадгстстьо развития новые отраслей промш-ленност* до производству элементов эмясеяоаяоА элакгронягсг н июсроэлектрошш!, лазерной, сптячеоксИ ж сраргороводящой техники, гдо внешние поверхностные ело* оказывай влияние на свойства твердого тола, выступавшего здесь с яовш ^шеда-оаалышм назначенном - в качества прибора. Не ненов взхши р&-зулътаги изучения состояния поверхности и для таких областей, производства как машиностроение, кютвлиургил л др., где твердое тело амезт традиционное принеяеииа в ваде конструюионно-го матерчала.

Научные прхборц для нровэдсшкя Ешюуказашшх «с&те-догший даляны отвечать ряду специфических требований. Например, посыла экгуалышм становягм созданзс аппаратуры дат проведения комплексных анализов в экстремальных условгях по темпера гураи, величина газовнх потоков, степэта разрэженда,

йредлагзечая работа вы;голнаяа в ¡Ё;гзяг:о-гвхштчеокок ик-стптуто УрО Ait СССР п соотбэгстеии g планом лаучно-ясслодовагэль-оллх работ по rem 5.2.2.9, 4 Создана© новых к иадораяэацая -сулэствутсзях электронных слоктромэтров", JÉ государственной регистрация 01340064476 и Удмуртском государственном ушшорса-тото по нлэну нэучао-исслбдоватвльскях работ,

-fe^i: â â^E^-Pâ^a»-. Цоль» данной работы яьалось создаете приборного комплекса для изучения состояняя поверхности твердых тол кятоцом электрошок спектроскопия в условиях . высоких температур и агрессивных газонах потоков,

Б связл с эти-л была поставлена следующие задачи:

- разработка архитектуры комплекса и тр&бованлй к его частям; .'

- набор тялов я особенностей конструкции частой комплекса я их рояякзаэдя;

проведение ясслёдоагншй'для провэркя работоспособности KDMWojîca.

Предложат состав в архитектура приборного комплекса ддл азучешш поверхности твердых тец методом электронной спектроскопа« в условиях высока* температур л агрессивных газовых потоков, в которое в качества аналитического элемента цснольэовап электронный шгшгскнй спектрометр, для расширения ¿соледоцательских возможностей предаюкен комплект приставок» а а качества трааспортируюадго средства применен шкаиудяюр оригинальной конструкции.

В свсгеие вакуумной откачки комплекса предложена а аспользоваяэ новая цельноштадляческая задорная арматура с расашрешшма функциональными ^оэмохлостльш и повышенной надежностью уплотнения.

Экспериментально подтверждена пригодность приборного комплекса для проведения исследований при высоких температурах, агрзсояакых газовых потоках.

Драк?*дзак£Я_мпSPS^k ÍPÜPXPjl Результаты ксс-яедовакаД направленная на создание устройства яхя изучения поверхности гаердш тел в услоаяях высоки температур, агрессивных газовых потоков позволили сфорцудяровать рекомецдаци х архитектуре я составу срабораого комплекса я предложить новые технические рутения его частей.

Полученная информация использована при изготовлении устройства, его опытной эксплуатация, выполнении -яссдодоэанкй поверхностей подножек в покрытий в процессе отработка элементов вакуумных технологий.

Данная, padora, в целом, является ааучаэ-техияческой базой дан создания приборного комплекса с бодое высоты функ-шокальншы вазш&ноогяна (см. постановке яиз ГШ? М335 от 10.04.90 Г.), .;-,'

Осцовние результаты, подучешша upa работе аад даосертащоЙ, докладывались я обсуждались на ааучпо^гехлщческой кон^оронци * йетода и оборудование ддл филпкЬ-хпдачеекнх исследований поверхности, материалов зхек-.s-fониоП г<?хки«"{Рдэакь, 1963 г.), на IX Всесоюзной иаучно-тех-йич<«окой ядкфероюш фокальные рвяггеиовдвкгрошше исслодош-.

-к гг. ^■даноадз" (г.Усгтов, I9S5 г.), ни Всасоозной нвучпо-••г*дачг-г«;:.г? к^^руведыг ''КеяйРрукшшо-техналогитеокое эбео-

печение качества микро- и радиоэлектронной аппаратуры при проектировании и в производство" (г. Ижевск, 19Ш), на 1-я Всесоюзной конференции "Автоматизация, интенсификация, интеграция процессов технологии микроэлектроники" (г. Лея и«град, 1989). .

Конструкция комплекса в 1983 г. была отмечена Дипломом Удмуртского областного Совета научно-технических обществ, а в 1964 г. бронзово» медалью ВДНХ СССР. ■

По материалам диссертации опубликовано 9 початках работ, из иих два авторских свидетельства. • Диссертация- состоит из

введения, трех разделов, заключения, выводов, списка литературы из 49 наименований и прядокения. Изложена на 93 страницах машинописного текста, содержит И таблиц и 36 рисунков.,

ОСНОВНОЕ СОДОМИТ РАБСШ :

Как отмечено в раФозах 7 / современное состоите приборостроения для анализа поверхности характеризует две ос-нокные тенденции. Ол'а из них состоит в том, что » единой вакуумном объеме используется сочетание нескольких разных измерительных систем для различных методов с целью получения боле« полного описания поверхности.

I Примет ительяс к электроники спектрометрам эта тенденция нашла воплощай© в серийно выпускаемых зарубежных и отечественных приборах, где в одной установке используются методы оже-спектроскопии, д^ракиия медленных и быстрых электронов и т.д. "... '

Прибори комплектуются,' как кр&вило, енамтшеским олеиентсы в виде спектрометра с электростатически)« зиерго-ьналуэатосом.

Приборы, построенный в рамках второй тенденции, имеет болов широкие исследовательские возможности за счет прима-нения (крема вше названных)- ряда устройств для осуществления технологических воздействий на аяализидогмую поверхность. Это мояет быть нагрев, ехлаяденяе, приложение механических нагрузок, вакуумное напыление и т.д. Реализация второй .у«5«дбиции, наряду с типовыми исследования««, обеспечивает проведение анализа поверхности; т> процесса отработки элементов технологии,

б

что является новый напраьлеииви в научном приборостррении. При проведении такого рода, исследований зачастую возникают значительные потоки'активных газов, которые могут вывести функциональные углы оборудования, в частности электростатический анерго анализатор или систему входной фокусировки спектрометра, иа строя, В этом случае белее приемлеи анергсаиализатор магнитного типа, т.к. его элементы установлены снаружи рабочей каиери спнктроиетра.

Приборные системы для реализации как первой, так и второй тенденции весьма слокяи. В их состав, кроме аналитических, входят сродства получения и контроля вакуума, разнообразною механические, электрические, магнитные и электронные устройства, средства вычислительной техники.

Известные электронные ыа гни та ко спектрометры и приборное комплексы на их основа, сведения о которых изложены в работах / Ю, /У / иыовт одно или двухуровневую архитектуру.

В случае одноуровневой архитектуры спектрометр, размеченный внутри контура системы компенсации внешних магнитных полей (далее КШП) и другие системы размещены ни оСщеЯ установочной йаза, Такая архитектура на позволяет оснастить прибор разнообразном набором приставок к устройств для воздействия иа объект исследования. Их установка непосредственно на ' исследовательскую камеру спектрометра или вблизи нее внутри контуры КЕШ может привести к возникновению переменных некой-«знсироеанних кагиктных полей и, следовательно, к искаженны кагиитаоЯ фокусировки и результатов эксперимента. Вынесение источников вовд-гйстйкй на исследуемый образец за контур КЕМП с цель» устранения .магнитных помех сложна осуществить, т.к. Р этш случае длина хода ыая«шулят<5ра достигает значительной величины (до нескольких метров).

Более прогрессивной является двухуровневая архитектура. на'пирао« уроше узтаиавливается спектрометр с, «¡гнймадьным набором источников воздействия и контуром КЬЖ, ата часть прибора,-иаа прамиш, приподнята над поло*."

. Второй }риввиь- образуют вчкуукна* и друпш системы. &»ш:к&е? зоэкоякость уаэиеще-ния вн.? контура КБШ совместно с ¿аьмежкци в&кдонга • системы цряст-.йок и ывиапул-перав, рас -¿ылх иселе^сгательскке бози-.-ьи^сгч оборудования.. Однако,

тякое проектное решение се оптимально ио критериям безопасной работы на прибора.

Наиболее приемлемой для данного типа оборудования является предложенная в настоящей работе трехуровневая архитектура, когда с учетом эргономических требований между спектрометром и обслуживавшими системами вводится манипулятор, при Помощи которого осуществляется кинематическая связь между приставками и исследовательской камерой спектрометра Сем. рис. ( ) Количество и назначение приставок может меняться в зависимое-

По .сообррле-ния>4 одсказанним внзва, аналитический элемент кскпл&кса дредст&вляет собоЯ рентгеноэлектрон-ньй магнитный спектрометр, построений по типовой схехе / /с? /. Си с одержит магнипшП (;ез*елезигЯ анергоанализатор, источник возбуждения (рентгеновскую трубку открктого типа}, детектор, систему диафраш, .экспериментальную камеру и с и с т ему к сип ен с a i y.w внешних MWHKTHiac галеЯ.

Кон отру кипя спектрометра и его параметры е' большой мере оОусловлини типен применяемого анерго&налиэатора.

Зг.Рктрюч«ооптическая схема рентген о-электрон« ого магнитного спектрометра из с Сражена на рип. £, .

Водбужплщее излучение от рент геновo,ïc.î труб«к I воздейстиуйт на обрааец '¿. Лотоалоктроны через входную диафрагму 3 попадают я рабочее пространство эноргоямализотора, где происходит фокусировка в радиальном и осевом направлениях. Угол фокусировки OlVi. . В плоскости фокусировки усга!«с*лень' диа^рлгмз 5 и 7 детектор 4. Теоретическая орбита joTcawïpo-

ти 01 прогрзимы исследований*.

Рис. 4 ■ Архитектура приборного

нов обозначена поз. 6.

Каркасы катушек енергоаналмоатора изготовлены из алюминиевого сплава Д16Г, обистка произведена медиим проводом прямоугольного сечения.

На рис. Л приведены основные номинальные размеры знвргоаиадизатора, а в таблице I особенности его намотки.

Рис.2 .

Элактрокноопти-ческая схема спектрометра

Таблица I.

Па^аыетры катушек

Внешняя

ВиуТрОНк ля

Число витков

Средний диаметр, м

Высота, и

Размеры сечения провода, и

Тип про года

Числе одиогфеыйгно нама»ыьа.'?«кх ьрогодов

''.«сл.; слое»

('«г.рс! яГ-лекио, Ом

77

0,720 0,49

0,00263 х 0,00181

медный а х,б изоляции

0.17У

371)

о,м>

0,49

0,0038 х 0,00226

медный в х.б, изоляции

2 4

0,Ь78

В связи с той, что основные зависимости для магнитного гивргоаяализато-ра были определони рвнее // /, его расчет в наетояшей рабств не проводился.

Реализация преимуществ предложенного спектрометра

роиетра. приборного комплекса, возможна лявь при

соответствующем исполнении рентгеновской трубки. Основные требования к ее конструкции сводятся к следудации:

1) линейний фокус рентгеновского излучения для обеспечения необходимой интенсивно«»« в обдаст« фокусного пятна электроинооптической системы;

2Î минимальное расстояние от анодд до поверхности исследуемого образца, т.*. »то обстоятельство так»» определяет интенсивность облучения;

3) высокая надежность, fia стадии проекта высокая надежность рентгеновской трубки обеспечивалась выполнением сзпрущкк условий:

Î) уровень воздейст5ия энергии на изделие не превосходит значений, при которых могут возникнуть процессы, изменя-щие начальные свойства или осмгояиия изделия, йялоя энергетическая погруженность элемента» - один из главных путей псвы-пеиия надежности;

2) вогникатацис npoimccu не связаяы с повреждениями, опрчделнтеими безотказность работы изделия;

3) изменения выходных параметров, который возникает в результат« повреждения элементов не гсиходяг за допустимые пределы; - '

4) для обеспечвния условий I, 2, 3 прямейяптсл м-тодн и средства, направленные на уметьсетие интенсивности протекция ра?'счих процессов или f i комп№сапкю кх пгослядстрий'

a t.

Рис. 3, Энергоаиализатор спеит-

1С

Ваш перечжо.ленше требования учтены в канет-р>юда установленной в спектрометра рентгеновской трубка открытого типа с изолированным анодом номинальной моарюстьо 250 Вт (Рис» 4,5 ). Катодный узел трубки 1 состояит из корпуса и размещенного в нем источника влектронов в виде слира-+к8 ли иг проволоки тормрован-лого вольфрама диаметром ЫСГ4 и. Охлаждаемый водой анод 2 выполнен как

Рис. Схема рентгеновской шл^ бнстросьемный стер-

трубки жень. Рабочая часть анода

имеет наклонное ребро, обращенное о сторону иишеии. Трубка собрана на стальном фланце Уплотнение франца со стыковой поверхностью экспериментальной камеры канавочно-клшноБое через медчую прокладку.

Рис. £. Конструкция рентгеновской трубки.

При проектировании катода ого узда для улучшения показателей надежности его эмиссионная поверхность была увеличена на '¿% но сравнению с расчетной, что позволило б процессе эксплуатации снизить температуру нити.

Экспериментальная ьекуужая какера, как элемент рйитгеиог»л(.'ктро»гнсго м&гнитиого спектрометра должна удовлет-ьир>'.гь ряду гребовани*. Ь ссотвечствии с выб-

ракным-.'илиом..фскусяройки дяя конструкции вакуукноИ камерй при-гсдсн ам& пра^'йчс^ц» немагикяша материал. Важным фактором

и

являог-ся достаточная жесткость кямери, т.к. ее поверхности используется в качестве устшовочинх баз для элементов спектрометра, взан'л'со расположение которых в процессе эксплуатации не должно изменяться, Эксперимечтадьмая к&мера должна тзкхе удовлетворять требованиям, предъявляема! и сяерхвысокорэкуум-иой аппаратуре.

В процессе выполнения работы были рассмотрены свойства различных «атериалов. применяемых для изготовления вакуумных систем. Следует отметить, что критерии, на основании которых я вакуумном аппарат остроепяи подходят к применению ма-теряалов, существенно отличаются от примятых в других областях техники. Здесь необходимо учитывать давление насщтгиых паров, способность к поглощению и выделении газа, вакуумнуп плотность щ т.д.

Наиболее широкое приметите для изготовления мкууи-ных устройств находят прокатные материалы. Оки должны обладать гогеохоД пластичностью при достаточной прочности, спссобнсстьзо образовывать вакуумноплотене сгаи с металлом, стеклом к керамикой. В табл. й даны для сравнения некоторца параметры г'стгкитчих гакууммых копструкцио>;них материалов. Ил •тд>!?->ък та<5л. 2 видно, что для иэготоялснчя вакуумной, прогреваемой, нематктноЯ аппаратур» пригоден нержавеющие стали марок 3 ЙХ18Н9Т, 1<ХШЯ0Т медь МБ я стланы титана.

первоначально, лри макетировании у злой спектрометра йил.л "римесса немагмитнея аусгенигяая сталь 12Х1£!!'/Г ввиду се i-.hc.okov) коррппио»иох стойкости в нагретом состоянии, пропс схол^ым вакуумным и технологическим свойствам,

Ог;дпкс. п процессе испытаний макета спектрометра происходило намагничивание свярии швов и нагруженных элементов, что приводило к его расфокусировке, ¡¡сотому зисперимек-таям'вч вакуумная камера спектрометра была изготоьлема из •гигя"0!?ого сплава ВТ-6, Гитвнок-'в «¡лавы по сряи-уат с дру-1имк хонструкциояикки штериалеыи для мготозлечия сакуум-чей техники обладают лучами сочетанием высоких механических г,яо?ств, коррозионной стойкости, немагннтности и палого .удельного веса.

■\0"т-ми явлрятся и т!вкоторче другие сигДстра тита-сплавов - #паШ кое^пционт дмкейчого расширения, сно-

Таблица 2.

г/г ¡¡редо&рсгедьнея оор&йоткв

НегжонывагУ!, яек&гнитн&к

стал:. марок ¿¿'ЛЬг!?!., ИХХШЮГ погмв отжига г вегууме яри Ь?3°К

. Медь Щ. МВ посла отжига В при 65'?ОК

Алюминий АД1

Латунь }'&с, ¿68. Давление , промывка б оскзоле

у. ;:<;гтоуе

^раяеюмйй Д16, В9Ь. ¿вавлеяке. лрсшэка ё бензоле и апетоне

Б:-00, ЗП-й, 311-0 к дг. 'П'.тановке сплава. Мехачнч. е, «истин металлической кеглей. Промквка в бензоле и ацетоне

¿¿лагтичяоеть

в«оскад

высокая

высокая

удовлетворит. неудовлетворит

удовлетворит.

Прочность «гс/см*

Оариваемссть А5аксю;ально допустим : температуру г.ри обез-гаки£аник °К

6С0С

хородая

.620

200 г 3200 хорссая 630

500 9СС неудевлетворкт. 570

3500 * 9500 пайка

не прсгреЕве:

4000 * 6000 удовлетворит. 570 с применением сг.ец. ал пар.

50Х 10000 хотхжая

730

6

х Намагничивается при СЕарке под нагрузке;.

собиость пог/оцагь азот и кислород гри высоких температурах и т.д.

Для раамец<?няя и транспортировки объектов исследс-вачия в вакуумных трактах комплекса Рнл раурмботая рогор»?о-лииейньЯ манипулятор оригинальной конструкции с использованием ревений, издохших в /7,4,5/. Манипулятор (рис.6 >' состоит из корпуса I, восемнемшвтипоэиционнога вращаюцеч-осп в горизонтальней плоскости хранилища 2 и системы механизмов,

куда входит захват 3, каретка. .4, тврмобдок 5 и фиксатор б с рейкой, ври г-снош которых исследуем»« обращай а произвольном порядке берутся, трвиспо -нируотея, устанавливаются под зноргетичвекка лучок в исследовательской камере спектрометра, а также нагревается до определенной температуры в процессе исследований. Ввода движения, обслужицвыдиа манипулятор, -уки^йциропаниыв, цельнометаллические с рядделительным элементом в виде бесшовного сильфона

Работавший в лакуумиои объеме механизм изменяет качественные показатели среды, создавая гаэо?кЯ поток, компоненты которс;го чшце всего нежелательны. Стабильность газовой среди в еакуууси объеме при использовании манипулятора характеризуется коэффициентом ее качества Кс_ / ? /.

где У^ : -у-) з^ - газовый поток, создаваемый злемантачл вакуумной системы и объектами исследован«?.; - газовый пою«, тоэ«ккаюциЯ при функционировании механизмов манипуля-

СуцествсичоЯ компонентой гааоваго потока, дли еакуухикх объемов комплекса является гаэоотделенве с поверхностей, ограничивающих эти объемы. Очевидно, что газоьне ий-тони , 8оэникн«сйй в процессе реализации эдйиемтпй

Рис. б. Схема манипулятора приборного комплекса.

из стали ЦЩБН-УГ.

и

куунных технологий имеют определяющее значение для состояния гаэороП среды в вакуумных объемах комплекса. Зги потоки могут достигать величин 5* 1С"3 м°!1А/с м311А/с и в этом слу-

чае определение К^ теряет смысл. Газовьй поток (рис. ? )

от механизмов манипулятора складывается иг частных газовых лото-

ков % Лгщ^вт rs.fr где поток гааа от натека-

ния через уплотнения присоединительных элементов манипулятора аа-ьисит ОТ; параметров Х^ - Х^ ¿Х^ -конструктивна фактор, Х^ - температурное факторы, Х^ - уплотни-тельные свойства прокладок, Х4 -качество поверхности уплотнения, - усилие герметизации). В тазовый поток <^гар» учитывающий технологи» изготовлен»« и условия эксплуатации механизмов, входят варзметры:

г// - газосодерсанме конструкционных материалов, Уд - степень нагрева алиментов механизма,

- |А*тор, учитываицкй чистоту поверхностей мехеякз-ма в процессе сборки, -

¿Д, - фактическая плоцадь поверхностей, обращенных в вакуумный объем,

- параметр, учитываьций технологию изготовления

механизма,

- характер и значения дайствуюцих нагрузои. Д/1Яуггр ./у- газ о содержание материалов контактирующих пар.

Рис. 7. Состав газовых потокаэ о* элементов манипулятора^

пар.

физико-химические характеристики контактирующих

температура в зоне контакта, Ьц~ удельное давление в зэне контакт«,

эпросительная скорость перемещения контактирующих й'оеерхнсстеЯ,

"«'б- геометрий контакткругхцих поверхностей, ¿у ~ *а$»ктер трйиия. ^рс оцеяк«: газового поток». (р.г необходимо учитывгть

IS

влияние параметре» . Да- технологические и меха-

нические характеристики материалов тон кос гению разделительно* элементов, - деЯстнуицее напряжение в материала тссгость-'-ных раздели/¿яьньпс элементов, - число циклов нагруления, Xтолщина стенки разделительного тонкостенного алеш.-ита /? /.

Вклад каждого из вцве приведенных параметров в состав интегрального газового потока "У^ безусловно неоднозначен.

Ьеличкна газового потока 9"YT7> ь течен*е первых i&O «> йОО чвсо& работы манигулатора, в основном, определяется составлявшей 2j , зависящий or газоссдерк&ния материала под-шип^миов.

йид^ление газа яри изаииоде^ствиа элементов подаип-ника происходит из деформированного поверхностного слоя, »¡осле упрочнения в процессе трения этот сдой» в дальмеЛюеа, препятствует вькоду газа иэ »¡аеяежащйх слое» J 9 /. Величина 2t определяется из виражей и н ¿^ ~ ¿п с (2)

где с - гаэосодо ржание материала, M3iU/r; tTt - количество материала а активно» объеме тренья, г.

В манипуляторе установлено ¿3 гкудашжмт # 10000% ГОСТ ЬЗЗЬ-'Тб обще*» массой 0,56Ь кг. По ысгодике, принято» в / 9 / деформации подвергается слой ьатариаяа подаигшика и>х-цкной приблизительно 0,03 им, т.е. не более 1% толц-даь колец и диаметра аариков, что приблизительно составляет не более 1% всего объема материала. При расчетах причем также, qvo vca подшшники работает одювременно, хотя такое состояние манипулятора маловероятно. Удельное газосодержание материала подшипников (.сталь 1Ш5 ГОСТ 60I-7S) - 4,1 м3ИА/кг. Время выделения гааа, растворенного в деформируемом слое приблизительно iCO часов. Тогда, с учет см виоеприведенных фактических величин, J?/ составит приблизительна 1,6-1С'"' м3!1А/с.

3 качестве разделительных тонкостенных элементов в манипуляторе применены цельнснагянугне скльфони нэ сг&*и miaH9T, еуимар(бя у^ хоторих равна 0,109 (6 сильно-нов). Ограничения в Пределах расчета по загрузкам и деформациям обеспечивается кмгетруктигшо. В атом случае <Jrnp аа&и-

сит тояь ко от X $ . Окончательно для манипул поре в течение г,ерм* £Ш чясог эксплуатации • 'гн^^гпр * + составит 2,13с . 10" мч!а/с. При*"длительной вксплуатации от качипулчтора буд?т ран'о 0.&32 • КГ7 мэПА/с. Имея творе-ическк подсчитанные Щ и с покопьв выражения ( 4 )

«ожил определить который составит во время запуска коми- ^ ь лекса 0,Ь&4, & после ¿00 чесов экепду»!шдии-0,

Таким образок, при длительном использовании прибора применение манипулятора / 7 / * вакуумных объемах комплекса ухудшит параметр« сиорхвисоковакууммой среда не Ролей, чем на 11&. " '

При проектировании и изготовлении манипулятора болызэв внимание уделялось обосгеченую его надежности.

Вероятность безотказной работ мехвнйпыа, разма^ея-ною в *й«уу»сом о' ; вме, иолио оценить госпо.гь?>оеагет.сь выра-*ени ™ ; / (3)

где" К 1юаф$и1гиеиг,-^нтеввящиЛ изменение 'общего или я&рци-«лъиого давления от газового потека, создаьаеюго исхояизиом;

п - количество элементов механизм». отказ которых ведет к оч к&эу "вс'есо механизма; ■ • -

С - I, 2, 3 в т.д. Су«С--еС1ь коаЭДишентоз Кэ н КСр идентична, поэтому в практических расчетлх по определение Р; Ъ > принято Кэ « Кср.

Бнредение ( 3 ) ВъЛран» из тех соображений, что от-«ай хотя бы ода?го момента ивни.пудвтора выездят из строя всю систему. Поскольку манипулятор 'является на 9'У« метанииеоксА системой, для обеспечения надежности его роботы применен при конструировании принцип избыточности. широко распространен-нцй в лодобни* системах.

Бн^ду гсго, -что детали, механизмов иьнилул«тср.а выполнены с бохьшод, в +• 10 - кратными запасами прочности и Четкости, онн исключены иу расчет а. т.к. вероятность их безотказна'! райо№ весьма близка к единице.

Н&дешопть манипулятора, как слезной системы с пос-лодов&т&гьнкм соединением эяехентоа. в основном, определяют па_г,шигшик,и. р^сполохепние внулри вакуумных o6iey.es:, и уонад-стемнке екднрон«, приягненные в качбе-тве разделительных апе-

мемтов. '

Параметры тонкостенных раэдалитальнцх элементом манипулятора 1сильфонои) выбраны в соотоетствии с рекоменд'щия-ми ГОСТ I7iT.0-.7I и ГОСТ 17^4-71 яа бесшовные однослойна стальные сильфоны.

При конструирогании механизмов, рийочка ход си.уь-фонов выбирался в пределах 0,8 t- 0,9 от максимально допустимо го. Согласно приложении к ГОСТ Г7^Ю-71 (стр. 2.3) такие деформации гарантируют долговечность около £0000 циклон с вероятностью безотказной работ 0,9Ь - 0,99.

Подаиг.ники им'млулятора подбирались с учетом величина1 и направленна нагрузки, характер« нагрузки, числа оборотов, долгоьечнести конструктиБшм требоьилиЛ к мехамисму л аксплуатйционных условий (перепад температур» отсутсп-у.ь смао-ки, влияние разреженная среди).

Для падвигоиков по - проекту была задана вероятность

Овзот-казноа работы Р ( Ь ) равная О.УЙЬ. Величину дкнашчес-

/

кой груаоподьеиности подшипника С , о01:сиечиьй.иу& зад^н- . нув надежность можно вычислить воспользовались ьцраж-ни^м

c'*cKt (4;

где О - динамическая грузоподъемность подаипкика пи кати-логу (Н); Kj_ - коэффициент, учитивлхииЛ аадиннуг вероятность выхода подшипника из строя 1 if /. Подстаьляя змичени,! с и выражение i 4 ) получаем Ь&Ь Н,

Б конструкции манипулятора предусмотрены «ери, ограничивающие радиальную нагрузку на единичны!! пидшшик и пределах - 4 СО Н. учесом всех допущения можно ожидать хорошего совгадени.! практических сёэультатоь с расч«т-ими значениями вероятности безо. плохой работы манлгуллтора a nenwrnu длительного времени. Характер и величина ыаиотих rasoiifu потоков а вакуукных cfcuC-мах комплекса определили следукз.ич основные параметры систеии dskуумной откачки:

I) возмолмоегь масляного или беаыасл иного способа откачки, либо совместное применение этих сг.особон;

'¿) возможность автоматизации процесса pi.coTi: насосов;

3) paNp"»AfHM? .1 накууш'^л ооышех i- 'Ji >10"' ,>...;

4) отсутствие ьагмить помех вбриксинг.'* селячихц

»iT мпс'Т(;в го врем no.»речения эксперимента.;

Ь) ннсокав оксплу атгшиоина'я надежность, й результате анализа конструкций различных типов кпсосор и аркотурн наиЛоле*' приемлемыми были признаны:

п) для Аеэмасляиой форвакуу^той откачки «оолитовые Tiaoocv с n;icop6oí'."iOM 5 Я;

f.) для последуицей йисоковакуудаой бе?маслпной откачки - геттор'ио и >тгииторазрзд«ме насосы типа ШРД, ШД;

в) для откачки больших гаэогкх потеков инертных или агреепиы»да газов - блок насосов ТМВ600-НШР-16-066.

Дип коммутации злементок ткуумиой системы комплекса и системы откачки били специально разработаны цельнометаллически« прогреваемые аапорные устройства, отличающиеся рас-киреннкми функциональными козыежностями, повквенной надежность»,' уплотнения и уееличеннш ресурсом работы / 2, В /. Так, при испытаниях на мадегцость одаого ю запорикх устройств / ¿ / была зафиксировано бйзоткаэмея работа в точение 500 циклов. Технологические приставки комплекса раскиряют возможнее.! v прибора, иоаголкют исследовать образки как при отрица-теяьтчгх температурах, так и при их нагреве до ПС0°К и гр0во-лить пословное уд«ленка чатермаяа с погеркнос?и. Технологические приставки вклвч&ют танжо устройства для нанесения различными способа«» металлических покрчгий иа поверхность подложки в рачууме.

Судаечвуе'Г iiftJív^ ряд cr< corto» формирования таких ; «у срзрн«:с.1ь"ы<? шрдиогры рассмотрены в работе

/ ? А

Ъ комплекте i exvoto гическах грнстачок реализованы ciioct/'-к .fop««j ¿гения покрытий ™ермячвс>- напылением и ионным

с-.'йлле-'ием. Сущность пгрього сг.псс^а состоит г, том, что пари :<•«•,-ыл':емого мсладяа сезд.шптел на ррспиБостоякле поверхности. Металл ,из рогорсо «вносится повсьтие, помещается в ракууы-■г-Т! кзмеру и нагревается до теипер&турн, при которой давле-«го r.nrof- достигает при<5л'лэ»1й5ь«о I Па. На поверхности „г'п.тлгп'ия при определенных условиях «•'•ралуотея плотное, против егкчтдеичт с оатъек покрнтие. Мег од термического .мапы-».•í'-jiv о rnryyv.c отличайся арсокгй лрпиэдодиткн.ноегь». Су-•f.-i-ует mw«,e»r.«.is>-K.',n аазиош nr. гь ■•■i" vjMv.r.'unv/ пгоцегся.

При реализации метода полность» исключается водородная хрупкость, которая может возникнуть в процессе формирования покрытия метолом электролиза ведиих растворов. Йетод термического напнления позволяет получить послойные и комбинированные покрытия. Технологическая приставка для формирования покрытий методом термического напыления выполнена как дегкосъеичиИ

блок. Она состоит (ряс. -А.

н

м

[Т

=¿

о

53

) из основания I, с укрепленными на нем исп&рителъными устройствами '¿, над которыми расположен ърак;ао~ щиЯся диск (хранилище похоже*) иагип/лятора 3 с подложками 4, Приставка размещается ь рь-куудоой камера 6.

Соншкпное

Рис. Я. Схеме приставки для функциониромичо с.ект-

термического раепшпчнкя. ршвтра. пряста&ки и ма-

нипулятора било проворено при отработке элементов технологии нанесения пленки железа на моиокристАлличоскую подло*ку из кремния. Г'.ри этом получет>ы спектры кислорода, углерода, кремния и железа. Основные параметры эксперимента приводятся в таблице 3. '

Таблица

йоа^ность Раурежение

испарителя в камере Ь ,

а. Па

ОТ

Анодное напр. Анодиъй Изноно'мя Рентген".источ- ток рент- Кср.при ника, к8 ген. испельяо-источника, ьгш и и мамА. кипулятора

600

IC-

IO

20

не

наблюдалось

Технологический условия при проведении эксперимента по степени разрежения в обьеие приставки и типу вакзумне.! отиачнч Лили максимально пря5ли*о»м к заводски!/. Получении*' »лектронт;* спектры 015 , F«2p3A (рис. 9, Ю ) отражает состояние

поверхности подложки до i проведения технологич«ск*го процаесч термического напыления и посла era окончания. По эде^гетичес-

'él

Ряс. 9. Постав поверхностного слоя ¡юдеожки до нанесения покрытия.

г'ас, LU. ('ос vat пореряадтно г.) слоя подложки поел«?

т exwfl яогичес ко го л^'оцчсся.

кому полояению и полуширине (виркиа линии на половике ее имеет) можно оценить соответствие технических параметров изготовленного спектроыетра по отноеонию к первоначально заминку. Так, электронная линия С1$ имеет энергии снязи Есв 3о,0_г _т 0,2 эВ , что соотбетствуот табличным значениям для дьнйоЛ линии / /О { Несколько увеличенная полуширина (1,0 аВ) характерна для спектра, получаемого ¡в условиях масляной откачки, когда в вакуумном объема присутствуют сложные иояекули вакуумных масел.

Энергетические положение и форыа сиектров&Зр и Ы'^рЪ ^ позволяют определить характг химических взаимодействий в поверхностном слое.

Так, из рис. 9 видно, что поверхность подлож-

ки, креме материала основу, содержит в болганч количествах кислород и углерод.

Рис. /О характеризует еоетчлтиа коьерх^ос;н

годлоккк после завершения процесса напыления.

Присутствие сиг? ала 2р и ого форма (рис. /О ) позволяет сделать швод, чч-о и а поверхности подложки ооразз-ввлся неко'-орнЯ переходный слой.

Изображенный на рис. /О сг.ькчр хельзь так?» имезт два характерных пика 706 и 706,6 эВ, соитв&гстьуицих хши>.«с

кии соединениям Ус -¿к, -4,

1

г-1

г- г 1

10 ____

1§ 7

^ - 111 1 —.

Сг; —.—

—1

Л.

О сис/п«'му.

у««® «•"

£ЗЪХЦ С/

Рис.//. Схема пргстакки для ионного ос&лдамин.

Приставка содержяла: ] -г,ус пристенки, 4 - источник »»«сл-.охо иаприг-гмя« нагрева пйгоюгли.

31- Ре - и.

Магод ионного осаждении о реьистиьним нагреьом испарители и изделия позьояя-ет шлучиг-ь шсокий показатели цо осноьниа ц&рс-метрлы сравнения с альтернат»! ьними ьикуумныыи технологиями. лтша методом в лристапке им.рис.

/-/ ) 1<а Сазе кош.'лекса Сило п$юнз>и.»дьио хронирование ннутренних тях-рхьостел ос?-симиетр^щал ийл>м!иЯ з 7 /.

0«ку , - ы:1'й)'итсл!>, 3 -

- пгчь л

В рожимо ищ{ого оснащения на заготовку I от источника 4 подавался отрдкзтельный яотониизл порядка (2 3} кВ.

Экспчрямонги провоцилааь нря исходном разрекоиш внутри корпус.о щкотвикл 1 * Ю-3 ... 5' IQ~Mla по остаточ-HIM газам и различных ниачониях температуры заготовки и иптоы-савгоотк нзпиления. Варианты технологического процесса опробовались на двадцати заготовках длиной-0,1 м. Испаритель был выполнен нз молибдене/-ого прутка о хромовым покрытием.

ß результате проведения экспериментов были получении первоначальные рокомоидаиия по определению тохшх состашш-юцкх твяюдогичаоиого процосоч, как ¿¡утренний диаметр заготовки, велячлиа лонного тока, состав я давление рабочего гаэл ж др.

ОСЕЮШШЕ швода

1. Разработай, изготовлен и находится в эксплуатацией првборннй комдяекс дчя исследования поверхности твердых тел в вмроксм лнгершхе температур г при наляпан агрессшшх гаэових потоков, содержаний ревтгвноэлекгрогаш?. мзшшшЗ ciKiinpotfOTp, т.аняпуаетор с чотирьмя степеням.! свободы и хранившем образцов, комплект технологических приставок к друтио сйстшль

2. Сяр*>-зкт5фсвэна и рваиизовчив в состава скстош втнуумноЯ откачни приборного кошзлзкеи оверхзнеокоЕак.уушая цчльяокагаллд'юскал аркатура с и'грокго-я функциояаяьш»«

р.опмжноот-чщ, нпр.езшэлю ушотненад я сроком

службы.

3. В технологических пр:ют-';лхях предтэжшш я опробованы метода;« «яир.секня теш'кх шгонск аагсэа на иодчожкя кояо->флстлдгл40оксго крс»ш а хро.-.щровон.гя внутренней поверхности ота.'-ьнше азЕолчЗ освсямжтрччноЗ формы о аоеледущаи роитгоно-o«ei;rpon;i л? гиюлдз&м поверхности.

0CÜÖSH02 С0Д2£ЕШЕ РА50ТН ЯЗЛСЗгйЮ а

сядаиях шъшацилх

Г. A.c. 7185/2 (СССР). Устройство длл изготовления этоктрогодх врйбо]о» /Флнигаков B.W., АйнОуэд М.Р., Вкдздгру-

rfe Г.С., Кокюр Л.Г. и др.// Б,il. 1Ш), ¡«25.

2. Л.о. 1ГЭ3357 (СССР) Запорная хыра/ Ковнор Я.Г.,

Огорельцев В.А., Вотякоз В.А. // Б.И. 1985. МЗ

3. Шабанова Ü.H., Добшшва Л.В., Варгааов Д.В., Карпов BJ?., Кознер Л.Г. я др. Новые автоматизированное ро пг-лю-электронные спектрометры. Спектрометр о тахкологчческаш приставкам« и ыанапудягором. Спектрометр дтд исследования расплавов // Известия All ССОР серия физичаейая, 1936, йЭ, с.16??-1б02.

4. Ковдар Л.Г., Вотяков Б.А., Полояеп В.В. Ианипуля-тор спектрометра 5T.I00 // Газиси доллядов отраслевой научно-технической конфоренцни "Цотоды я оборудование для физяко-химаческих ксследовш*? поверхности материалов электронной техника", Рязань,1983, 1 с

5. Ковнер Д.Г., ¡¿знаков Ю.Г., Пелвнев В.й. и др. . Автоматизированный электрошшЛ магнатныЗ спэктроиетр о технологическим« щкктавкэщ я роботом // Тоэиси докладов IX Всооо-юэноЯ научно-технической хон^орешши "Лопалты рентгеноепак-тральниа ясследовани;; н ах применение" Уст/л ton, 1985, c,I8.

G. Иовиер Л.Г., Мэкаков Ю.Г., Шабанова И.Н., Автоматизированный комплекс 51.100 дая отработка вакуулчих техколо-гей // Таз и с и докладов I Г.аесоюзноЗ хонфорэтда по аатоштдза-ция шкенс^акадян, интеграции ароцассоа технологи* ьикро-электронакд. Л., 1939, с.59.

?. Трапезников В.А., Ковнер Д.Г., !.Ьнаков Й.Г., пова И. И. и др. Пряйорзшй комплекс 5T.IÜÜ. Реютеноэлоктрошшй ызгинтшй спэктром-зтр, 'гс.таологяческяэ црнстаькя, систем явто-иатЕЗация. Икавск, IS8S -204 о. - IS. ВДОТЩектр, Ä5230.ÜÜ4Ii?3.

8. A.c. 12Ш93 (СССР). Запорная пэра для вакуумных установок /Огорельцев В.А., Вотя-ков Б.Л. // Б.Й. I98G,Ä 6.

9. Бейзодьшн P.a. , Цдпкяк Б.В., Пере/.i Л.Я. Подшив шка KtmKi'ji. Ы. :!Дзшш>с:троанав, 1976.

10. Зггйаи К., Нордязнг К., ¿алшаа А.и др, Злект-ронгшя сдентроскоаия. - М. :iinp, 1971.

И. Тралезешеев В.А., Шабанова И.II. рантгенозлектроя-ная свекгрогк^ляя .сверхтонких ясворхиоогиих ох. эв ковдекеяро-ваннкх слет&ы. й.:й«ука,1388.

12, Прошсков A.C. Надеяность шшж.-il.Шашякостроенаа,

1Э78,

13. Харадаа 4.Й. Освоза расчета охдавденжл анодов рентгеновских труйок. - 1. :ЛиТИ,12«;0.