Повышение эффективности размерной и поверхностной обработки деталей и инструмента за счет применения источников пучков быстрых нейтральных молекул

• Автор: Панин, Виталий Вячеславович
• Шифр специальности: 05.02.07, 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ РАЗМЕРНОЙ И ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПУЧКАМИ ИОНОВ И БЫСТРЫХ АТОМОВ.

1.1. Конструкция и принцип работы сухих газовых уплотнений.

1.2. Основные методы создания газодинамических канавок на плоских поверхностях колец сухих газовых уплотнений.

1.2.1 Технологические процессы ионноплазменного травления материалов.

1.2.1.1 Методы плазмохимического травления.

1.2.1.1.1 Плазменное травление.

1.2.1.1.2 Радикальное травление

1.2.1.2 Методы ионнохимического травления

1.2.1.2.1 Реактивное ионноплазменное травление

1.2.1.2.2 Реактивное ионнолучевое травление.

1.2.1.3 Методы сухого физического ионного травления
1.2.1.4 Использование для создания газодинамических канавок источников широких пучков ионов
1.2.1.5 Создание газодинамических канавок с помощью
источников быстрых нейтральных молекул
1.3. Ионное азотирования режущих инструментов из
быстрорежущей стали.
1.3.1. Ионное азотирование инструментов из быстрорежущей стали в плазме тлеющего разряда.
1.3.2. Ионное азотирование инструментов из быстрорежущей стали в плазме тлеющего разряда с электростатическим удержанием электронов.
1.3.3. Ионное азотирование инструментов из быстрорежущей стали в плазме двухступенчатого вакуумнодугового разряда
1.3.4. Азотирование инструментов из быстрорежущей стали в плазме, получаемой ионизацией газа пучком быстрых молекул азота.
1.4. Анализ данных литературного обзора. Постановка цели и
задач исследований
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ШИРОКИХ ПУЧКОВ БЫСТРЫХ НЕЙТРАЛЬНЫХ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ С СЕКЦИОНИРОВАННЫМИ ЭМИССИОННЫМИ СЕТКАМИ И ХОЛОДНЫМИ ПОЛЫМИ КАТОДАМИ.
2.1. Источник быстрых нейтральных атомов и молекул прямоугольного сечения с секционированными электродами
2.2. Источник быстрых нейтральных атомов и молекул круглого сечения с секционированными электродами.
2.3. Исследование возможности длительной бесперебойной работы источников широких пучков быстрых нейтральных молекул прямоугольного и круглого сечения.
2.4. Создание лабораторного стенда для изучения технологических процессов размерной и поверхностной обработки изделий машиностроения с помощью источников быстрых нейтральных атомов и молекул
2.5. Использование технологии маскирования для физического сухого травления изделий из керамических материалов
2.5.1. Способы маскирования поверхностей обрабатываемых образцов
2.5.2. Получение углублений с требуемыми параметрами качества за счет использования способа свободной маски.
2.5.3. Способы создания прорезей окон в масках шаблонах.
2.5.3.1. Механическая лезвийная обработка.
2.5.3.2. Методы обработки концентрированными потоками
энергии.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПУЧКА БЫСТРЫХ АТОМОВ АРГОНА И ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ТРАВЛЕНИЯ ИМИ МЕТАЛЛОВ В РАБОЧЕЙ ВАКУУМНОЙ КАМЕРЕ.
3.1. Описание экспериментальной установки.
3.2. Исследование радиального распределения скорости травления подложек при различных режимах работы источника быстрых нейтральных атомов
3.3. Определение эффективного диаметра пучка по отпечаткам на
плоских мишенях.
3.4 Исследование угловых характеристик быстрых нейтралов в
пространстве рабочей вакуумной камеры
3.5. Изучение основных факторов, определяющих диаметр области однородного травления подложки пучком быстрых
атомов аргона.
ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ТРАВЛЕНИЯ ТВЕРДОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ИСТОЧНИКОМ ПУЧКА С СЕКЦИОНИРОВАННОЙ СЕТКОЙ.
4.1. Использование для травления диэлектрических поверхностей источников быстрых нейтральных молекул с секционированными электродами.
4.2. Исследование радиального распределения в пространстве вакуумной камеры скорости травления подложек с помощью источников быстрых нейтральных молекул с секционированными электродами.
4.3. Разработка технологии травления газодинамических канавок с требуемыми параметрами качества на плоской поверхности образцов, изготовленных их сверхтвердых непроводящих керамик ГЛАВА 5. АЗОТИРОВАНИЕ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ В ПЛАЗМЕ, ПОЛУЧАЕМОЙ ПРИ ИОНИЗАЦИИ ГАЗА ПУЧКОМ БЫСТРЫХ НЕЙТРАЛЬНЫХ
МОЛЕКУЛ АЗОТА
5.1. Применение источников быстрых нейтральных молекул для ионизации газа и нагрева изделий в вакуумной камере.
5.2 Изучение пространственного распределения концентрации плазмы в вакуумной камере технологической установки
5.3 Повышение концентрации и однородности азотной плазмы в пространстве вакуумной камеры
5.4 Азотирование в несамостоятельном тлеющем разряде, поддерживаемом пучком быстрых нейтральных молекул азота
5.5. Изучение микрогеометрии главной режущей кромки режущих пластин, азотированных в плазме, полученной ионизацией газа пучком быстрых молекул азота
5.6. Изучение микроструктуры режущих пластин, азотированных в плазме, полученной ионизацией газа пучком быстрых молекул азота.
6. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ


В настоящее время широко используют новые высокоэффективные технологии обработки, такие как электроэрозионная, электроннолучевая, ионнолучевая, лазерная, а также обработка быстрыми нейтральными атомами и молекулами. Для изготовления газодинамических канавок на поверхности подвижного уплотнительного кольца из керамики можно использовать технологию сухого физического травления 9 через прорези окна в маске. В этом случае поверхностные атомы обрабатываемого материала выбиваются с поверхности под воздействием налетающего на нее потока ионов или быстрых атомов. Для распыления диэлектрической поверхности необходим источник пучка ионов или быстрых нейтральных атомов с поперечным сечением, превышающим ее размеры. Сечение пучка известных ионных источников с термоэмиссионными катодами позволяет обрабатывать металлические поверхности диаметром до 0 мм. Однако при травлении диэлектрической поверхности осаждение на катодах и других электродах такого источника пленок диэлектрического материала, поступающего в него через ускоряющие сетки, сразу приводит к выходу источника из строя. Осаждение диэлектрических пленок на эмиссионной сетке и холодном полом катоде источника быстрых нейтральных атомов и молекул также приводит к выходу его из строя. Пленки вызывают пробои между этими электродами и плазменным эмиттером источника, следующие друг за другом с высокой частотой, и приводят к выходу из строя системы дугозащиты источников электропитания. Таким образом, разработка и исследование новых принципов и технологий изготовления фасонных канавок с требуемыми параметрами качества и в установленном производственной программой количестве на плоских поверхностях изделий машиностроения из керамических материалов с помощью источников быстрых нейтральных атомов и молекул является актуальной задачей. Цель работы заключается в повышении эффективности травления канавок различного профиля в деталях из керамических материалов и поверхностной упрочняющей обработки режущих инструментов на основе разработки и применения источника быстрых нейтральных атомов и молекул и выбора рациональных условий обработки. В результате такой обработки не происходит увеличения радиуса округления режущей кромки по сравнению со значением данного параметра, достигаемого при использовании традиционных технологий, предусматривающих нагрев инструмента ионами из плазмы, ускоренными подаваемым на инструмент отрицательным напряжением. Первая глава содержит обзор литературных данных по источникам широких пучков ионов и быстрых нейтральных атомов, используемых для травления спиральных газодинамических канавок в керамических кольцах и азотирования режущих инструментов из быстрорежущей стали. Во второй главе представлено оборудование, используемое для проведения экспериментальных исследований в соответствие с целями и задачами работы. А быстрых атомов аргона с энергией до 4 кэВ. Четвертая глава посвящена исследованию травления с требуемыми параметрами качества образцов из диэлектрических материалов с помощью источников быстрых нейтральных атомов и молекул с секционированными электродами. АЬОз. С помощью источника быстрых нейтральных атомов и молекул можно изготавливать спиральные газодинамические канавки на поверхности подвижного уплотнительного кольца из акорунда глубиной до 0,5 мкм, с шероховатостью Ла 0,4 мкм. Азотирование режущих пластин из быстрорежущей стали Р6М5 можно проводить в плазме, создаваемой пучком быстрых нейтральных молекул азота. Поток быстрых нейтралов способен нагревать образцы до температуры 0 С. В результате модификации твердость поверхностного слоя увеличивается в 1,5 раза, а радиус округления режущей кромки не увеличивается. Работа выполнялась в рамках государственного контракта с Минобрнауки России . Проведение коллективом научнообразовательного центра Центр физикотехнологических исследований работ по созданию и практической реализации технологий и оборудования для высокопроизводительного травления сложнопрофильных углублений в изделиях из композиционных и керамических материалов широким пучком быстрых атомов ФЦП Научные и научнопедагогические кадры инновационной России.