Магнетронные распылительные системы и технологии нанесения энергосберегающих покрытий на архитектурные стекла и полимерные пленки

• Автор: Захаров, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

Глава 1 Магнетронное нанесение энергосберегающих покрытий

1.1. Тонкопленочные покрытия на архитектурных стеклах и полимерных пленках.

1.1.1. Структура и характеристики низкоэмиссионных энергосберегающих покрытий.

1.1.2. Структура и характеристики электрохромных покрытий.

1.2. Технологические устройства и установки для нанесения тонкопленочных покрытий на архитектурные стекла и полимерные пленки

1.2.1. Магнетронныс распылительные системы

1.2.1.1. Основные типы магнетронных распылительных систем

1.2.1.2.1 есбаласированнье магнетроны

1.2.1.3. Магнетроны с импульсным питанием. Дуальные магнетроны

1.2.2. Факторы, определяющие однородность равномерность толщины покрытий, наносимых магнетронными распылительными системами и методы ее повышения
1.2.2.1. Геометрические факторы, влияющие на равномерность толщины покрытий.
1.2.2.2. Конструкция магнитной системы.
1.2.2.3. Влияние анода.
1.2.2.4. Равномерность подачи газов
1.2.3. Методы повышения коэффициента использования мишени
1.2.3.1. Магнетроны с вращающимся цилиндрическим катодом.
1.2.4. Сильноточные импульсные магнетронныс распылительные системы
1.3. Предварительная ионноплазменная обработка поверхности как метод
увеличения адгезии наносимых покрытий
1.3.1. Источники ионов и плазмы для предварительной обработки поверхности подложек
1.3.2. Механизмы увеличения адгезии покрытий, наносимых на предварительно обработанные подложки.
1.4. Технологические установки для нанесения энергосберегающих покрытий на
архитектурные стекла и полимерные пленки.
Выводы к главе 1.
Глава 2. Экспериментальное оборудование и методики измерений.
2.1. Экспериментальное оборудование
2.1Л. Лабораторная установка для нанесения тонкопленочных покрытий
2Л .2. Протяженная магнетронная распылительная система с цилиндрическим
вращающимся катодом.
2.1.3. Протяженная планарная магнетронная распылительная система
2Л.4. Протяженная магнетронная распылительная система с цилиндрическим
катодом.
2Л .5. Магнетронная распылительная система с электромагнитной катушкой
2.1.6. Ионный источник с анодным слоем
2.1.7. Источник питания магнетронной распылительной системы мощностью
5 кВт.
2.1.8. Источник питания магнетронной распылительной системы мощностью
2.1.9. Источник питания ионного источника с анодным слоем
2.1 Источник питания для возбуждения сильноточного импульсного магнетронного разряда.
2.2. Измерительное и аналитическое оборудование. Методики исследования характеристик разработанных устройств, параметров плазмы, а также свойств получаемых покрытий
2.2.1. Измерительное и аналитическое оборудование.
2.2.2. Методика измерения параметров плазмы.
2.2.3. Методика измерения равномерности тока ионного
пучка.
2.2.4. Методика определения функции распределения ионов по энергиям
2.2.5. Методика измерения плотности ионного тока
2.2.6. Методика измерения потенциала плазмы эмиссионным зондом
2.2.7. Метод измерения адгезии.
2.2.8. Методика исследования прозрачности покрытий в видимом диапазоне спектра.
2.2.9. Методика измерения отражения покрытий в инфракрасном диапазоне спектра.
2.2 Методика исследования электрофизических характеристик покрытий
2.2 Методика исследования стойкости покрытий к атмосферным воздействиям
2.2 Методика исследования структуры покрытий с помощью атомно
силового микроскопа.
Выводы к главе 2
Глава 3. Исследования формирования функциональных покрытий на архитектурном стсклс
3.1. Физические основы создания низкоэмиссионных покрытий
3.2. Технологическая установка ВНУК для нанесения низкоэмиссионных покрытий на архитектурные стекла.
3.3. Исследование влияния конфигурации магнитного поля в протяженном магнетроне с цилиндрическим катодом на однородность толщины наносимых покрытий.
3.4. Экспериментальное исследование характеристик ионного источника с анодным слоем
3.5. Разработка технологии нанесения низкоэмиссионных покрытий на
архитектурные стекла.
3.6. Спектральные характеристики стекол с низкоэмиссионными покрытиями и
стеклопакетов на их основе.
Выводы к главе 3.
Глава 4. Нанесение низкоэмиссионных покрытий структуры диэлектрикметаллдиэлектрик на полимерные пленки
4.1. Установка для нанесения низкоэмиссионных покрытий на полимерную пленку.
4.2. Исследования равномерности покрытий, наносимых протяженными магнетронними распылительными системами.
4.3. Исследование свойств низкоэмиссионных покрытий структуры лиэлектрикметаллдиэлектрик на полимерной пленке
4.3.1. Низкоэмиссионные покрытия с серебряным функциональным слоем
4.3.2. Низкоэмиссионные покрытая с медным функциональным слоем.
4.4. Исследование параметров плазмы сильноточного импульсного магнетронного разряда и нанесение с его помощью медного функционального слоя
низкоэмиссионных покрытий
Выводы к главе 4.
Глава 5. Нанесение элсктрохромных покрытий на стекло методом магнетронного распыления.
5.1. Принцип работы и структура электрохромных покрытий
5.2. Экспериментальная установка для получения электрохромных покрытий методом реактивного магнетронного распыления
5.3. Метод изготовления твердотельного электрохромного ус гройства ЭХУ.
5.3.1. Получение прозрачных проводящих слоев ЭХУ
5.3.2. Определение оптимальных режимов нанесения электрохромных слоев
5.3.3. Определение режимов нанесения электрохромных слоев i с наилучшей окрашиваемостью.
5.3.4. Нанесение твердого электролита
5.3.5. Изготовление твердотельного ЭХУ.
Выводы к главе 5
Заключение
Список литературы


Далее приведены результаты экспериментальных исследований влияния конфигурации магнитного поля в протяженном магнетроне с цилиндрическим катодом на однородность наносимых покрытий, исследуются характеристики ионных источников с анодным слоем, предназначенных для . В завершении описывается технология нанесения пятислойных низкоэмиссионных покрытий на архитектурное стекло, приводятся характеристики стекол с покрытием и стеклопакетов на их основе. В главе 4 представлены результаты экспериментов по нанесению низкоэмиссионных покрытий структуры диэлсктрикмсталлдиэлектрик на полимерную ПЭТФ пленку. Приводятся описание установки для нанесения покрытий, результаты исследования однородности наносимых покрытий и их свойств. В качестве металлических низкоэмиссионных слоев использовались тонкие пленки серебра и меди. В завершении главы описывается экспериментальное исследование параметров плазмы СИМР, показана перспективность использования этого типа разряда для нанесения тонких медных слоев. В главе 5 приводятся результаты по нанесению на стекло электрохромных покрытий с твердым электролитом методом магнетронного распыления. Найдены оптимальные режимы нанесения оксидных слоев. Показано преимущество использования сбалансированного магнетронного распыления применительно к нанесению слоя оксида тантала. Исследованы свойства полученных пленок. В Заключении изложены основные результаты работы, обоснована достоверность результатов исследований, отмечается личный вклад автора. Плоское архитектурное стекло является одним из самых распространенных строительных материалов. Мировой объем его производства растет ежегодно на 4 5 и в настоящее время составляет 6,2 млрд. Ежегодно в развитых странах на одного жителя производится около 1,5 м2 листового стекла. В России объем производства архитектурного стекла в г. Значительная часть плоского архитекгурного стекла подвергается дальнейшей переработке, причем, процент переработанного стекла быстро увеличивается. Структура переработки плоского стекла в и гг. Рисунок 1. Структура использования плоского стекла в строительстве в и гг. Без обработки. Зеркальное. Можно видеть, что структура использования плоского стекла существенно изменилась в течение всего одного десятилетия. Если в г. Отметим, также, что наибольший рост произошел на сегменте стекол с различными видами покрытий с 7 до . В ближайшие лет эта величина должна достигнуть 5. Производство стекол с различными видами покрытий увеличилось с 0 млн. Т.е. Увеличение объемов производства стекол с различными видами покрытий в основном происходит за счет появления новых видов покрытий, обладающих уникальными функциональными характеристиками. Перечень основных видов функциональных покрытий на архитектурных стеклах приведен в работах 4, 6 и представлен в Таблице 1. Таблица 1. Отметим также, что в течение десятилетия гг. Современные ламинирующие пленки могут иметь те же функциональные характеристики, что и стекла с покрытиями, т. Тенденцией последних лет является замещение стекол с функциональными покрытиями на стекла ламинированные полимерной пленкой с такими же покрытиями. Это объясняется тем, что технологически процессы нанесения тонкопленочных покрытий на стекла и пленки близки в подавляющем большинстве это технологии магнетронного напыления, но стоимость оборудования для нанесения покрытий на полимерные пленки кратно ниже. Более подробно остановимся на характеристиках энергосберегающих покрытий, а именно, низкоэмиссионных и электрохромных. Нанесение функциональных покрытий на архитектурные стекла и полимерные пленки является одной из наиболее широких областей применения вакуумных технологий. Лидирующее положение по мировым объемам производства в этой области занимает нанесение низкоэмиссионных покрытий, называемых также энергосберегающими, теплоотражающими или спекгралыю селективными. Мы будем называть такие покрытия низкоэмиссионными, так как такой термин iivi, Е чаще всего употребляется в англоязычной литературе. Низкоэмиссиошюе стекло это флоатстекло с нанесенной на одну из его сторон тонкой пленкой, имеющей свойства спектральной селективности.