Общие закономерности формирования потока частиц
 |
При вакуумном конденсационном нанесении покрытий на поверхность изделий поступают потоки частиц, как это было отмечено ранее, в атомарном, молекулярном или в ионизированном состоянии. Наряду с этим в потоке присутствует и некоторое количество конденсированной фазы в виде кластеров или других образований. Формирование покрытий начинается с конденсации частиц на поверхности. Поступающие на поверхность конденсации частицы потока взаимодействуют с силовым полем поверхности, обусловленным поверхностным натяжением, вызванным некомпенсированными силами поверхностных атомов. Высокий уровень концентрации неуравновешенных поверхностных атомов облегчает закрепление конденсирующихся частиц, поступающих из потока. Не все частицы потока удерживаются поверхностью конденсации; некоторые из них отражаются, другие, мигрируя по поверхности, сосредотачиваются в наиболее благоприятных участках (потенциальных ямах), образуя скопления с различной степенью термодинамической стабильности.
Рисунок 5.3 - Процессы взаимодействия частиц потока на поверхности конденсации, где 1 - адсорбция; 2 - поверхностная диффузия (миграция); 3 - возникновение кластеров; 4 - отражение частиц (реиспарение); 5 - зарождение новой фазы (кристаллического зародыша); 6 - переход на поверхность конденсированной фазы потока
Процессы формирования конденсационных покрытий достаточно подробно рассмотрены в монографии М. М. Никитина. На рисунке 5.3 схематически показан процесс зарождения покрытия на поверхности конденсации. Частицы из парового потока, поступающие на поверхность конденсации, имеют достаточно высокий энергетический уровень. В связи с этим частицы (атом, ион и др.) могут быть захвачены поверхностью или отражены. Захват частиц означает их конденсацию - переход из газообразного состояния в жидкое или твёрдое.
Вероятность перехода характеризует коэффициент конденсации ак отношение количества частиц, закрепившихся на поверхности, к общему количеству частиц, поступающих из потока на поверхность. Каждая частица, ударяющаяся о поверхность, обменивается с ней энергией, и средняя доля энергии, обмениваемой при столкновении частиц с поверхностью, определяет коэффициент термической аккомодации аТ
 ,
| (5.1) |
где Т1, и Т2 - средние эквивалентные температуры соответственна падающих и отраженных частиц потока; Т0 - средняя температура поверхности конденсации.
Установление термодинамического равновесия происходит почти мгновенно. Взаимодействие атомов (ионов) с поверхностью конденсации оценивается временем релаксации tр и длительности пребывания частицы на поверхности до реиспарения tп:
 ;
| (5.2) |
где n - частота колебаний адсорбированного атома; ЕД - энергия десорбции. При tр > tп адсорбированные атомы способны к десорбции. Оценки показывают, что при Ед = (1,6-6,4)´10 Дж tр > tп даже для высоких температур T0. Адсорбированный атом (частица) мигрирует по поверхности до встречи с другими атомами (кластерами) или более стабильными образованиями. Возможны сотни перескакиваний по поверхности конденсации. В современных процессах нанесения конденсационных покрытий атомы в основном не десорбируются, поскольку через некоторое время tр < tп встречаются с другими и образуют более устойчивые образования. На десорбцию и миграцию атомов по поверхности влияют тип материала поверхности конденсации и уровень поверхностной энергии.
Дата добавления: 2017-12-05; просмотров: 445;