Автоматическая стабилизация параметров распределения мощности электронного пучка с целью обеспечения качества покрытий, наносимых методом электроннолучевого испарения

• Автор: Швалев, Николай Александрович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 167 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Влияние параметров технологического процесса

электроннолучевого испарения на качество покрытий.

1.1.1 Получение покрытий методом

электроннолучевого испарения

1.1.2 Влияние нестабильности параметров распределения мощности электронного пучка

по поверхности испаряемого материала на качество покрытий

1.2 Анализ требований

к датчику распределения мощности электронного пучка

и системе автоматической стабилизации параметров распределения

1.3 Классификация известных методов измерения
распределения мощности электронного пучка
1.4 Методы измерения
распределения мощности электронного пучка
1.4.1 Метод проволочного зонда.
1.4.2 Метод щелевого зонда.
1.4.3 Метод тонкопленочного зонда
1.4.4 Метод матричной мишени.
1.4.5 Метод прямого кругового среза
1.4.6 Метод рентгеновского излучения.
1.4.7 Метод вторичной электронной эмиссии
1.5 Сравнение методов измерения
распределения мощности электронного пучка
1.6 Формулировка задачи исследования.
1.7 Выводы по главе 1.
2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ДАТЧИКА
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА
2.1 Вторичноэмиссионный метод измерения
распределения мощности электронного пучка
по поверхности испаряемого материала
2.2 Математическая модель процесса формирования
выходного сигнала чувствительного элемента
2.3 Датчик распределения мощности электронного пучка
2.3.1 Чувствительный элемент датчика
2.3.2 Расчет выходного сигнала чувствительного элемента.
2.3.3 Расчет статических характеристик датчика
как элемента автоматики.
2.3.4 Вычислитель параметров выходного сигнала чувствительного элемента датчика.
2.3.5 Расчет погрешности датчика
2.3.6 Статические и динамические параметры датчика
как элемента автоматики.
2.4 Выводы по главе 2.
3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА
3.1 Разработка структурных схем системы.
3.2 Выбор способа технической реализации
цифрового вычислительного комплекса.
3.3 Статические и динамические характеристики звеньев системы, входящих в электроннолучевые установки для нанесения покрытий.
3.4 Разработка алгоритмов управления.
3.5 Разработка цифрового регулятора.
3.6 Анализ контура стабилизации траектории развертки
в динамическом режиме.
3.7 Анализ контура стабилизации фокусировки
в динамическом режиме.
3.8 Выводы по главе 3
4 ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДАТЧИКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ.
4.1 Опытные образцы чувствительного элемента
и устройства сопряжения с объектом.
4.2 Программное обеспечение
цифрового вычислительного комплекса
4.3 Оборудование и техника экспериментов.
4.4 Результаты экспериментального исследования
датчика распределения мощности электронного пучка
4.5 Результаты экспериментального исследования контура стабилизации траектории развертки системы автоматической стабилизации
параметров распределения мощности электронного пучка.
4.6 Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Во второй главе разрабатывается и исследуется вторичноэмиссионный метод измерения распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала, рассматриваются вопросы построения математической модели соответствующего датчика, оценивается погрешность датчика, исследуются статические и динамические характеристики датчика как элемента системы автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка. В третьей главе выполняется анализ элементов построения современных систем управления, синтез системы автоматической стабилизации пара
метров распределения мощности электронного пучка на базе персонального компьютера с архитектурой I и исследование ее в динамическом режиме. В четвертой главе рассматриваются вопросы технической реализации и программного обеспечения датчика распределения мощности электронного пучка и системы автоматической стабилизации параметров распределения, приводятся результаты их экспериментального исследования. В приложениях приведены листинг программы для моделирования датчика распределения мощности электронного пучка в среде i и акты внедрения результатов диссертационной работы. Диссертация выполнена на кафедре вычислительных систем Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева. Способы решения проблемы обеспечения качества и воспроизводимости свойств покрытий, получаемых методом электроннолучевого испарения, рассматриваются в работах 8. Суть всей совокупности этих способов полная механизация и автоматизация технологического процесса ТП электроннолучевого нанесения покрытий. Однако последняя не может быть достигнута без автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала. Метод электроннолучевого испарения заключается в осаждении на подложку атомов материала, испаряемого за счет энергии электронного пучка. В качестве подложки выступает поверхность детали, на которую наносится покрытие. Метод реализуется в установках вакуумного напыления УВН, типовая схема которых приведена на рисунке 1 . Основным элементом УВН является электроннооптическая система ЭОС. ЭОС для УВН состоит из электронной пушки, формирующей электронный пучок, и отклоняющей системы, позволяющей перемещать его по поверхности испаряемого материала. Схема электронной пушки представлена на рисунке 2 . Электронная пушка состоит из батареи накала 1, нити накала катода 2, прикатодного электрода 3 и анода 4. Принцип действия пушки основан на термоэмиссии электронов с поверхности катода, нагреваемого током батареи накала. Vпорядка нескольких киловольт, прикладываемого к прикатодному электроду. Разность потенциалов между анодом и при катодным электродом, равная V, является ускоряющим напряжением, под действием которого электроны пучка направляются к аноду. Пройдя через отверстие в аноде, электроны далее движутся уже без ускорения. Сечение электронного пучка поверхностью испаряемого материала называется электронным пятном ЭП. Фокусировка электронного пучка осуществляется путем изменения напряжения смещения см, прикладываемого к прикатодному электроду относительно катода. При изменении напряжения смещения изменяется радиус изгиба эквипотенциальных поверхностей электрического поля вблизи прикатодного электрода, а, следовательно, и диаметр пучка. В установках с ручной фокусировкой УВНР1 управление напряжением смещения производится с помощью переменного резистора , включенного между катодом и прикатодным электродом. В установках с автоматической фокусировкой используются специальные формирователи напряжения смещения, управляемые внешним унифицированным сигналом. В частности, в качестве такого формирователя может выступать привод микроэлектродвигателя постоянного тока или шагового, ротор которого напрямую или через редуктор соединен с валом переменного резистора К. Существуют установки, в которых применяется магнитная фокусировка электронного пучка 3. В этом случае в ЭОС установки имеется электромагнитная фокусирующая линза, через обмотку которой протекает фокусирующий ток. В таких установках также возможна автоматическая фокусировка, при этом унифицированный сигнал подается на специальный формирователь фокусирующего тока.