Параметры конденсационного нанесения покрытий термическим испарением

Наиболее значимым показателем эффективности процесса является скорость испарения материала покрытия. В общем случае все материалы способны к испарению при температуре выше абсолютного нуля. Условно принято считать температурой испарения температуру, при которой давление насыщенных паров составляет 1,33 Па. Давление насыщенных паров Р_о, как известно, определяется уравнением Клапейрона-Клаузиуса:

;

(5.3)

где DН_и - теплота испарения; V_u, V_ж - молярные объёмы пара и жидкости; t - температура поверхности испарения.

Для расчетов обычно пользуются уравнением:

где A, B, C, D - константы.

При испарении в высоком вакууме скорость испарения (V_И, г/см³) определяют с помощью соотношения Люнгмера:

(5.5)

где М - молекулярная масса материала.

Рассмотрим влияние параметров вакуумного конденсационного нанесения термическим испарением на показатели эффективности процесса.

5.4.2.1 Конструктивные параметры

Большое влияние на скорость испарения, эффективный КПД, состав потока частиц и качество покрытий оказывает конструкция испарителя. Прежде всего, испаритель должен обеспечивать минимальные тепловые потери от испаряемого материала, благодаря чему сокращается количество энергии, необходимой для испарения материала. Например, применение керамических тиглей при электронно-лучевом испарении снижает необходимую мощность источника теплоты для испарения материала в 4–6 раз по сравнению с медным водоохлаждаемым тиглем. В то же время из медных водоохлаждаемых тиглей можно испарять многие материалы и получать покрытия без изменения исходного состава.

5.4.2.2 Энергетические параметры режима работы испарителя

Энергетические параметры режима работы испарителя определяют энергию, подводимую к испаряемому материалу, и уровень использования этой энергии.

Общий параметр режима работы испарителя – электрическая мощность, подводимая к источнику теплоты: резистору, электронному лучу, индуктору, дуге и др. С увеличением мощности источника электропитания возрастает и мощность источника теплоты. Регулирование мощности источника электропитания осуществляется за счёт изменения силы тока или напряжения. От мощности источника теплоты, распределения её по поверхности нагрева зависит температура испаряемого материала и поверхности испарения. Эти показатели в наибольшей мере ответственны за производительность процесса. На практике используют мощности источника электропитания от 0,5 до 200 кВт.