Установка для нанесения модифицирующих плазменных

Установка для нанесения модифицирующих плазменных покрытий на
поверхность твердых тел
«Комплект вакуумного оборудования КВО для плазменной
лабораторной установки»
Техническое описание
и инструкция по эксплуатации
ТОМСК – 2008г.
СОДЕРЖАНИЕ
I. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
1.
Введение ……………………………………………………………………………… 3
2.
Назначение…………………………………………………………………………… 3
3.
Технические данные………………………………………………………………… .4
4.
Состав изделия……………………………………………………………………… .4
5.
Устройство установки КВО-А2
6.
Указание мер безопасности………………………………………………………… .9
7.
Требования к помещениям ……………………………
… ………………………………………….…… .5
……………………
9
II. ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ
8.
Подготовка к работе……………………………………………… ……………… 10
9.
Включение установки ………………………………………………………………. 10
10.
Выключение установки ………………………………………………………………11
11.
Работа с ионно-плазменным оборудованием ……………………………………….11
12.
Разгрузка (загрузка) рабочей камеры ………………………………………………11
13.
Техническое обслуживание …………………………………………………………..12
14.
Гарантии изготовителя ……………………………………………………………….13
2
I. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Техническое описание предназначено для ознакомления потребителя с
устройством установки для нанесения модифицирующих плазменных покрытий на
поверхность твердых тел, принципом работы, техническими и технологическими
возможностями и другими данными, необходимыми для эффективного использования
установки в НИР, НИРС, УИР.
1.2. При работе и изучении установки следует дополнительно руководствоваться
документами, указанными в таблице 1.
Таблица 1
Наименование документа
Обозначение документа
-Насосы вакуумные пластинчато-роторные
Руководство по эксплуатации.
НВР -20.
-Насос диффузионный паромасляный Н-250.
Паспорт.
-Насос двухроторный ДВН
Паспорт
-Затвор вакуумный с электромеханическим
Техническое описание и инструкция по
приводом 2ЗВЭ.
эксплуатации 0.336.014 ТО
-Клапаны вакуумные электромагнитные
Паспорт.
КВМ.
-Клапаны вакуумные электромеханические
Паспорт.
КВЭ.
-Регуляторы расхода газа РРГ-10.
Техническое описание и инструкция по
эксплуатации БРАГ.421413.002ТО
-Вакуумметр ВИТ - 3
Паспорт 3.339.112 ПС.
-Блок питания магнетрона .
Руководство по эксплуатации
-Блок питания ионного источника PS3/6DC.
Руководство по эксплуатации
ИПС.341500.006 РЭ.
2. НАЗНАЧЕНИЕ
2.1. Установка «Комплект вакуумного оборудования КВО для плазменной
лабораторной установки» (далее по тексту КВО) предназначена для нанесения
модифицирующих покрытий на поверхность твердых тел.
2.2. Установка позволяет: освоить навыки работы на вакуумном оборудовании,
изучить практику сборки и настройки вакуумной системы.
Конструкция установки обеспечивает следующие режимы обработки:




освоить навыки работы на вакуумном оборудовании;
изучить практику сборки и настройки вакуумной системы;
осаждать покрытия с помощью магнетронных источников;
осуществлять ионную очистку поверхности образцов.
3
3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Установка представляет собой ионно-плазменное высоковакуумное устройство с
рабочей камерой оборудованной магнетроном, ионным источником для очистки
поверхности образцов.
3.1. Конструкция установки обеспечивает осаждение покрытий в среде рабочего
газа или смеси газов, что позволяет получить металлические и неметаллические пленки
(оксиды, нитриды и т.п.).
3.2. Ионный источник обеспечивает очистку поверхности осаждения.
3.3. Управление установкой осуществляется в ручном режиме.
Таблица 2
Параметр
Величина
Примечание
1. Объем РК, м3
0.36
2. Предельное остаточное давление рабочей камеры, Па
7.010-4
3. Напряжение питания магнетронов, В
100 – 750
4. Максимальный ток магнетронного разряда, А
8
5. Ускоряющее напряжение ионного источника очистки,
2
кВ
6. Ток ионного пучка, А
0.1-2
7. Материал катода
Немагнитные
металлы и
сплавы
8. Число каналов подачи рабочего газа, шт.
1
9. Напряжение питающей сети, 3 фазы, 50,60 Гц, В
380 220
10. Максимальная потребляемая мощность установки,
15
кВт
11. Расход охлаждающей воды, 200С, м3/час
0.5
12. Расход рабочего газа, л/час
1-3
13. Габаритные размеры, в плане:
13.1. Вакуумная камера (с опорным основанием), мм
1650 x 800
13.2. Шкаф управления, мм
600 x 800
14. Высота:
14.1. Вакуумная камера, мм
14.2. Шкафы управления, мм
2150
1600
15. Масса установки, кг
16. Установочная площадь с зоной обслуживания, м2
600
20
4. СОСТАВ ИЗДЕЛИЯ
Состав установки КВО-А2 указан в таблице 3
№.
1
2
3
4
5
Наименование
Кол.
Камера рабочая
Затвор вакуумный
Магнетрон планарный
Источник ионный протяжённый
Система вакуумная
1
1
1
1
1
4
Таблица 3
Примечание
6
7
8
9
Система управления установкой
Система газообеспечения
Система нагрева
Техническое описание и инструкция по
эксплуатации
1
1
1
1
5. УСТРОЙСТВО УСТАНОВКИ КВО
Расположение основных компонентов установки представлено на рисунке 1.
Устройство и назначение основных узлов установки следующее:
Рисунок 1. Установка КВО: 1 – рабочая камера; 2 – диффузионный насос Н-250; 3 –
форвакуумный насос НВР-20; 4 – затвор вакуумный с электромеханическим приводом 2ЗВЭ-250.;
5 – напускной клапан КВУМ-25; 6 – термопарный (ПМТ-2) и ионизационный (ПМИ-51)
манометры; 7 – смотровое окно; 8 – ручка привода дроссельной заслонкой; 9 – ручка привода
заслонки смотрового окна; 10 – траверса перемещения дверей рабочей камеры; 11 – дверь рабочей
5
камеры; 12 – угловой патрубок (для соединения рабочей камеры и системой откачки; 13 – защелки
(для фиксации дверей на рабочей камере); 14 – фланцы;
5.1. Рабочая камера 1 (РК) представляет собой герметизированный объем круглого
сечения внутренним диаметром 800 и длиной 720 мм. В верхней и нижней части РК
расположены фланцы 14 для установки ввода воды, электропитания и иных необходимых
устройств. На правой стороне РК расположен фланец для присоединения углового
патрубка 12, который предназначен для соединения РК с вакуумной системой через
вакуумный затвор 4. На этом же фланце расположены грибковые разъемы для установки
датчиков вакуума (манометрические лампы). Для проведения работ внутри камеры служат
двери11. Основное назначение рабочей камеры - осуществление процесса нанесения
плазменного покрытия на размещаемые в ней образцы для чего в ней размещается
необходимое оборудование и обеспечивается необходимая вакуумно-газовая среда. РК.
5.2.Затвор вакуумный 4 предназначен для «отсечения» высоковакуумной части
системы откачки от рабочей камеры при выполнении в ней загрузочно-разгрузочных
работ. Затвор имеет собственный герметичный корпус с расположенным внутри
механизмом плоского перемещения заслонки с уплотняющим устройством.
5.3. Магнетрон предназначен для нанесения покрытий на поверхности образцов.
Магнетрон не жестко связан с РК что позволяет изменять расстояние от поверхности
катода до напыляемых образцов. Охлаждение магнетрона водяное.
5.4. Ионный источник (с замкнутым дрейфом электронов) предназначен для
очистки поверхности образцов, расположенных в рабочей камере методом распыления
газовыми ионами. Для повышения эффективности очистки ионный источник
предпочтительней располагать под углом 45о к поверхности напыляемого образца.
Охлаждается ионный источник проточной воды.
5.5. Вакуумная система (ВС) служит для создания необходимого разрежения в
рабочей камере установки для осуществления процесса напыления.
Вакуумная схема установки показана на рис. 2
ВС собрана по стандартной схеме получения высокого вакуума на базе
диффузионного паромасляного насоса Н-250.
ВС включает в себя:








Диффузионный паромасляный Н-250
Пластинчато-роторный насос НВР-20;
Насос двухроторный ДВН- 50
Магистраль откачки диффузионного насоса
Затвор 2ЗВЭ–250
Клапан вакуумный электромагнитный КВМ–25
Клапан вакуумный электромеханический КВМ-63
Клапан вакуумный электромеханический КВЭ–63
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
2 шт.
Насос НВР–20 служит для форвакуумной откачки диффузионного насоса и
предварительной откачки рабочей камеры.
6
Рисунок 2. Вакуумная схема установки КВО: РРГ - регулятор расхода газа; VE1клапан вакуумный с электромагнитным приводом (КВМ-25); VE2 - клапан вакуумный с
электромагнитным приводом (КВУМ-25); VP - натекатель НМБ-1; VT – затвор вакуумный с
электромеханическим приводом (2ЗВЭ–250); VM1- клапан вакуумный с электромагнитным
приводом (КВМ-63); VM2- клапан вакуумный с электромеханическим приводом (КВЭ-63); PD вакуумметр; ND - насос вакуумный диффузионный паромасляный (Н-250); NZ - насос
двухроторный (ДВН-50); NL - форвакуумный насос(НВР-20).
5.6. Система управления
Система управления (СУ) КВО служит для контроля и управления работой
вакуумной системы, ионно-плазменных устройств по нанесению покрытий на образцы.
Узлы и блоки СУ смонтированы в стойке ШТС 600x800x1600. На рис. 3 показана стойка
.
7
8
Рисунок 3. 1 – вакуумметр ВИТ - 3; 2 – блок питания ионного источника PS3/6DC; 3 –
панель управления блоком питания магнетрона; 4 – блок управления регулятором расхода газа
РРГ - 10; 5 – мнемосхема вакуумной системы; 6 – панель управления вакуумными насосами,
клапанами и затвором; 7 – панель электропитания установки.
5.7. Система газообеспечения предназначена для создания в вакуумной камере
газовой среды необходимого состава и давления для проведения осаждения покрытий.
Основные компоненты:
Газовые баллоны
1 шт.
Двухступенчатый редуктор
1 шт.
Регулятор расхода газа
1 шт.
Работа системы газообеспечения основана на использовании управляемого
регулятора расхода газа, который обеспечивают заданный уровень давления в РК.
Система редукторов обеспечивает снижение давления в газовых баллонах до 0.4 бар на
выходе газовых регуляторов. Коммутационные клапаны на выходе каналов обеспечивают
подачу одного или двух разных газов в РК или в ионный источник. Правила эксплуатации
регуляторов расхода газов изложены в инструкциях по эксплуатации приборов.
5.8. Система охлаждения предназначена для отвода тепла от тепловыделяющих
приборов (магнетрон и ионный источник).
6. УКАЗАНИЕ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ
6.1. К работе на установке должен допускаться обслуживающий персонал, хорошо
знающий устройство и работу установки, комплектующего оборудования,
электропитания, вакуумных измерений, а также технологический процесс, для которого
установка предназначена, и прошедший подготовку по правилам эксплуатации установки,
правилам техники безопасности и вакуумной гигиены.
6.2. Персонал, эксплуатирующий и ремонтирующий установку и ее оборудование,
должен иметь удостоверение, дающее ему право самостоятельной работы на
электроустановках напряжением свыше 1000 В.
6.3. Помещение должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией.
6.4. Профилактическую очистку стенок камеры производить пылесосом и
металлической щеткой.
6.6. При очистке стенок камеры пользоваться защитными очками и бесклапанным
противопылевым респиратором.
6.7. Рабочие помещения, в которых производится обработка компонентов
оборудования или вакуумных сосудов с применением бензина, спирта, ацетона, должны
быть обесточены.
6.8. Курение в этих помещения категорически запрещено.
6.9. В помещении, где производятся работы, необходимо иметь средства для
тушения пожара - огнетушители (не менее двух штук).
6.10. Работа на установке ЗАПРЕЩАЕТСЯ при:
 снятых защитных кожухах, панелях ограждения;
 неисправной системе электропитания;
 неисправной системе водоохлаждения;
7. ТРЕБОВАНИЯ К ПОМЕЩЕНИЯМ
Для эксплуатации установки КВО необходимо закрытое отапливаемое помещение
класса «нормальные» или «сухие» по Правилам устройства электроустановок ПУЭ-76 в
9
зданиях не ниже III-ей степени огнестойкости с естественным и искусственным
освещением в соответствии с действующими нормами для производственных помещений.
В помещении должны быть:
 Источник трехфазной сети 380/220 В частотой 50 Гц. Нормы качества
электрической энергии должны соответствовать ГОСТ 13109.
 Контур заземления сопротивлением не более 4 Ом.
 Магистраль водоснабжения, обеспечивающая расход воды не менее 10 л/мин
при давлении не менее 2.0х105 Па и температурой от 100С до 200С, качество
охлаждающей воды – по ГОСТ 2874.
 Сливная магистраль со свободным сливом.
 Выхлопная магистраль для отвода паров форвакуумных насосов.
 Приточно-вытяжная вентиляция с пылеулавливающим фильтром на входной
линии.
II. ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ
8. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ





Проверить внешнее состояние токоведущих проводов, кабельного канала и
убедиться в отсутствии повреждений и надлежащем расположении.
Проверить положение тумблеров панели управления 6 рис.3 (должны
находиться в среднем или нижнем положении).
Проверить положение ручного вакуумного клапана (должен находиться в
закрытом положении).
Проверить положение вакуумного затвора VT (тумблер VT рис.2 должен
находиться в положении «Закрыт»).
Клапаны VE1, VE2, VP, VM1, VM2 (п.6 рис.3) должны находиться в
положении «Закрыт»). О чем также свидетельствует красный цвет
соответствующих индикаторных ламп на панели 5 рис.3.
9. ВКЛЮЧЕНИЕ УСТАНОВКИ










Открыть общий вентиль подачи воды на установку.
Открыть вентиль подачи воды на диффузионный насос 2 (рис.1).
Подать напряжение на установку включив тумблер «380 В 50 Гц» на панели 7
(рис.3).
Включить вакуумметр ВИТ-3 (п.1 рис.3) для прогрева.
Включить блок управления РРГ-10 (п. 4 рис.3) для прогрева.
Включить форвакуумный насос NL кнопкой «ПУСК NL» и двухроторный
вакуумный насос NZ кнопкой «ПУСК NZ» на панели 5 (рис.3).
Открыть ручной клапан.
Включить двухроторный вакуумный насос NZ кнопкой «ПУСК NZ» на
панели 5 (рис.3). Насос включиться автоматически при достижении разряжения
в камере ~ 10 Па.
Включить диффузионный насос ND кнопкой «ПУСК ND» на панели 5 (рис.3).
Выход диффузионного насоса в рабочий режим происходит через ~ 40÷45 мин.
Открыть клапан VM2 установив тумблер VM2 (рис.3) в положении «Открыт»
При этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VM2)
индикаторная лампа зеленого цвета.
10
После выхода диффузионного насоса в рабочий режим погаснет индикаторная
лампа красного цвета таймера времени на панели 7 рис.3





Закрыть клапан VM2 установив тумблер VM2 (рис.3) в положении «Закрыт».
При этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VM2)
индикаторная лампа красного цвета.
Открыть клапан VM1 установив тумблер VM1 (рис.3) в положении «Открыт»
При этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VM1)
индикаторная лампа зеленого цвета. Создать в рабочей камере необходимого
предварительного разряжения (соответствует 2,5 mV по шкале термопарного
индикатора вакуумметра ВИТ – 3).
Закрыть клапан VM1 установив тумблер VM1 (рис.3) в положении «Закрыт».
При этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VM1)
индикаторная лампа красного цвета.
Открыть клапан VM2 установив тумблер VM2 (рис.3) в положении «Открыт»
При этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VM2)
индикаторная лампа зеленого цвета.
Открыть затвор VT установив тумблер VT (рис.3) в положении «Открыт».
При этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VT)
индикаторная лампа зеленого цвета.
После проведения вышеуказанных процедур и достижения необходимого
разряжения в рабочей камере установка готова к работе с ионно-плазменными
устройствами (магнетрон, источник ионов).
10. ВЫКЛЮЧЕНИЕ УСТАНОВКИ
Выключение установки производится в обратном порядке.
11. РАБОТА С ИОННО-ПЛАЗМЕННЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
Эксплуатация ионно-плазменного оборудования
инструкциям по эксплуатации данных приборов.
осуществляется
согласно
12. РАЗГРУЗКА (ЗАГРУЗКА) РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ
Разгрузка рабочей камеры осуществляется в следующем порядке:


Закрыть затвор VT установив тумблер VT (рис.3) в положении «Закрыт». При
этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VT)
индикаторная лампа красного цвета.
Открыть клапан VE1 установив тумблер VE1 (рис.3) в положении «Открыт»
При этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VE1)
индикаторная лампа зеленого цвета.
После проведения указанных операций произойдет напуск атмосферы в рабочую
камеру. Загрузка рабочей камеры осуществляется в следующем порядке:
11






Закрыть двери дверь 11 (рис.1) рабочей камеры и зафиксировать их защелками
13.
Закрыть клапан VM2 установив тумблер VM2 (рис.3) в положении «Закрыт».
При этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VM2)
индикаторная лампа красного цвета.
Открыть клапан VM1 установив тумблер VM1 (рис.3) в положении «Открыт»
При этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VM1)
индикаторная лампа зеленого цвета. Создать в рабочей камере необходимого
предварительного разряжения (соответствует 2,5 mV по шкале термопарного
индикатора вакуумметра ВИТ – 3).
Закрыть клапан VM1 установив тумблер VM1 (рис.3) в положении «Закрыт».
При этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VM1)
индикаторная лампа красного цвета.
Открыть клапан VM2 установив тумблер VM2 (рис.3) в положении «Открыт»
При этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VM2)
индикаторная лампа зеленого цвета.
Открыть затвор VT установив тумблер VT (рис.3) в положении «Открыт».
При этом на панели 5 (рис.3) должна загореться соответствующая (VT)
индикаторная лампа зеленого цвета.
13. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
После длительных перерывов в работе или ремонта установки с целью
установления пригодности к использованию необходимо произвести проверку
технического состояния.
Работы, связанные с проверкой технического состояния и краткие методики их
проведения, приведены в таблице 4.
Таблица 4
№
Вид и методика проверки.
Технические требования
п/п
Внешний вид сборочных единиц установки.
Отсутствие коррозии, загрязнений,
Проведите визуальный осмотр всех сборочных механических повреждений,
единиц, проверьте прочность крепежных
отвернутых гаек и винтов,
соединений и надежность электромонтажа.
целостность конструкции и
электромонтажа.
Качество соединения заземления на корпус.
Наличие электрической цепи между
Проверку качество соединения на корпус
корпусом сборочной единицы
сборочной единицы установки проведите по
установки и заземляющей шиной,
следующей методике:
надежное присоединение корпуса к
- проверьте соединение корпуса прибора
заземляющей шине.
сборочной единицы с корпусом установки;
- проверьте соединение корпуса сборочной
единицы с заземляющей шиной;
- проверьте прибором Ц 4315 ТУ 25-04-75070 (или его аналогом) наличие цепи между
заземляющим болтом на корпусе и
заземляющей шиной
12
Проверьте величину сопротивления между
электродами МРС и камерой мегомметром.
Проверьте состояние распыляемого катода
визуально, штангельциркулем.
Проверить работу привода затвора VT1.
Проверить работу системы охлаждения.
Сопротивление отдельного
элемента МРС должно быть
не ниже 0,5 МОм.
Катод не должен иметь трещин,
кратеров. Выработка катодов не
должна превышать 2/3 величины
толщины пластины.
Перемещение механизма затвора
должно происходить плавно с
мягкой остановкой в конечных
положениях. При открытии затвора
заслонка должна полностью
освобождать проходное отверстие.
Для каждого канала проверить
проток охлаждающей воды, при
необходимости отрегулировать.
14. ГАРАНТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЯ
Изготовитель гарантирует работу установки в соответствии требованиям
технического задания при соблюдении правил эксплуатации и технического
обслуживания.
Срок гарантии устанавливается 12 месяцев со дня ввода в эксплуатацию.
Гарантии изготовителя не распространяется на стандартные комплектующие и
изделия.
13