Совершенствование вибрационного метода контроля толщины покрытий в процессе их осаждения в вакууме путем создания автоматизированной системы на базе камертонного датчика

• Автор: Паутов, Илья Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Методы осаждения покрытий в вакууме.

1.2 Автоматизированные системы

1.2.1 Классификация автоматизированных систем.

1.2.2 Автоматизированная система контроля толщины покрытий, наносимых

в вакууме.

1.3 Методы контроля толщины и скорости осаждения покрытий в вакууме

1.3.1 Весовой метод.

1.3.2 Метод кварцевого резонатора.

1.3.3 Фотометрический метод.
1.3.4 Эллипсометрический метод
1.3.5 Резистивный метод.
1.3.6 Вибрационный метод
1.3.7 Ионизационный метод.
1.3.8 Метод электронноэмиссионной спектроскопии
1.3.9 Комбинированные методы
1.4 Современный уровень автоматизации оперативного технологического контроля процесса осаждения покрытий в вакууме
1.5 Выводы и постановка задач исследований
2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КАМЕРТОННОГО ДАТЧИКА ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЙ, НАНОСИМЫХ В ВАКУУМЕ
2.1 Камертонные частотные датчики.
2.2 Камертонные осцилляторы.
2.3 Камертонный датчик толщины покрытий, наносимых в вакууме
2.3.1 Конструкция камертонного датчика
2.3.2 Математическая модель камертонного датчика.
2.3.3 Чувствительность камертонного датчика
2.3.4 Добротность камертонного датчика.
2.3.5 Погрешность камертонного датчика.
2.4 Камертонные генераторы.
2.5 Выводы.
3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЙ, НАНОСИМЫХ В ВАКУУМЕ.
3.1 Разработка аппаратного обеспечения автоматизированной системы контроля толщины покрытий.
3.1.1 Анализ возможных путей реализации устройства сопряжения
3.1.2 Связь устройства сопряжения с персональным компьютером.
3.1.3 Измерение периода колебаний камертонного датчика толщины покрытий.
3.1.4 Контроль температуры контрольного образца
3.1.5 Контроль состояния вакуума в рабочей камере установки вакуумного напыления.
3.1.6 Управление заслонкой
3.2 Разработка программного обеспечения автоматизированной системы контроля толщины покрытий
3.3 Выводы
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КАМЕРТОННОГО ДАТЧИКА И АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЙ, НАНОСИМЫХ В ВАКУУМЕ.
4.1 Автоматизированная система контроля толщины покрытий на базе камертонного датчика
4.1.1 Камертонный датчик толщины покрытий, наносимых в вакууме.
4.1.2 Устройство сопряжения.
4.1.3 Блок нагрева силовой
4.1.4 Программное обеспечение автоматизированной системы контроля толщины покрытий
4.2 Метрологическое обеспечение и испытания автоматизированной системы контроля толщины покрытий на базе камертонного датчика.
4.3 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Актуальность и научная значимость настоящей диссертационной работы отмечена фантом Министерства образования и науки Российской Федерации (шифр фанта АОЗ-3. По материалам диссертации опубликовано печатных работ, из них 8 статей и 3 тезисов докладов. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка источников и двух приложений на 0 листах, содержит рисунков, таблиц, список источников из 3 наименований. В первой главе диссертации проведен анализ современного состояния области исследования. Рассмотрены существующие методы осаждения покрытий в вакууме и сформулированы требования к технологическому процессу осаждения тонкопленочных покрытий. Разработана обобщенная структурная схема автоматизированной системы контроля толщины покрытий в процессе их электронно-лучевого осаждения в вакууме, не зависящая от метода контроля толщины. Рассмотрены и проанализированы существующие методы оперативного контроля толщины покрытий в вакууме и уровень их автоматизации. Сформулированы цели и задачи исследований. Во второй главе проведены разработка и исследование камертонного датчика толщины покрытий, наносимых в вакууме. Разработаны конструкция и математическая модель камертонного датчика, а также схема оптимального камертонного генератора. В третьей главе проведены разработка и исследование автоматизированной системы контроля толщины жаростойких и теплозащитных покрытий в процессе их осаждения в вакууме па лопатки авиационных ГТД и другие изделия с использованием камертонного датчика толщины. Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям и испытаниям камертонного датчика и автоматизированной системы контроля толщины жаростойких и теплозащитных покрытий в процессе их осаждения в вакууме. Приводится описание опытного образца АСК ТП на базе камертонного датчика. В заключении анализируются полученные результаты и приводятся общие выводы по работе. В приложениях приведены основные алгоритмы работы программного обеспечения АСК ТП и акты внедрения результатов диссертационной работы. Диссертационная работа выполнялась на кафедре «Вычислительные системы» Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева и на Опытном заводе ОАО «НПО «Сатурн». Теоретические и экспериментальные исследования, проводимые в процессе работы, осуществлялись при финансовой поддержке в форме гранта Министерства образования и науки Российской Федерации (шифр гранта АОЗ-З. ОАО «НПО «Сатурн». Известно несколько классификаций методов и средств осаждения покрытий (тонких пленок) в вакууме, например, по способу генерации частиц - из твердой, жидкой и газовой фазы [1]; типу осаждаемых частиц - из атомарных, ионных и плазменных потоков [2,3,4, 5]; энергии и массе потоков, переносимых от источника к подложке; конструктивным особенностям или областям применения источников [6] и т. Более полная классификация методов осаждения покрытий в вакууме приведена в [6] (рисунок 1), где описаны базы данных “ТБО^т” и “ТРО_р”, разработанные на основе существующих классификаций и содержащие информацию о методах осаждения пленок с принципиальными схемами процессов и табличные данные об основных и вспомогательных характеристиках, а также о конструктивных параметрах технологического оборудования. Осаждение тонких пленок в вакууме методом термического испарения [1,6] осуществляется путем подведения к веществу энергии резистивным и высокочастотным нагревом, электронной бомбардировкой, электронно-лучевым нагревом и нагревом с помощью лазерного излучения. При достаточно высокой температуре вещества частицы покидают испаритель и переносятся в вакууме на подложку, конденсируясь на ее поверхности в виде тонкой пленки. К достоинствам метода осаждения тонких пленок термическим испарением относятся высокая чистота осаждаемого материала (процесс проводится при высоком и сверхвысоком вакууме), универсальность (можно нанести пленки металлов, сплавов, полупроводников, диэлектриков) и относительная простота реализации. Ограничениями метода являются невоспроизводимая скорость осаждения, а также низкая, непостоянная и нерегулируемая энергия осаждаемых частиц.