So sánh hiệu suất của các mục tiêu quay tay bạc với các mục tiêu phẳng

- Jul 12, 2019-

So sánh hiệu suất của

Mục tiêu quay tay bạc với mục tiêu phẳng

 

TRỪU TƯỢNG

Màng bạc mỏng được sử dụng làm lớp chức năng trong nhiều ngăn xếp cho các ứng dụng phản xạ nhiệt. Tại thời điểm hiện tại, các ngăn xếp lớp phủ diện tích lớn được tạo ra bởi sự lắng đọng phún xạ từ và thường từ các mục tiêu hình trụ quay. Những lợi thế vốn có của công nghệ mục tiêu hình trụ xoay so với catốt phẳng đã được biết đến. Tuy nhiên, bạc vẫn là một trong số ít các mục tiêu kim loại không có sẵn trong phiên bản hình trụ xoay. Những lý do cho điều này có liên quan đến chi phí, độ bền cơ học và xử lý.

Trong bài báo này, một cách tiếp cận mới để hiện thực hóa các mục tiêu quay Ag đang được đề xuất trong đó các ống tay hình trụ được gắn và gắn trên ống phía sau. Một số thiết kế hình trụ được so sánh và so sánh với các mục tiêu phẳng. Các thông số liên quan đến quá trình và sản phẩm như độ ổn định của quá trình, tốc độ phún xạ, tính đồng nhất và chất lượng phim được đánh giá. Ảnh hưởng của tải nhiệt plasma và các ứng suất cơ học do nhiệt gây ra đối với hiệu suất mục tiêu Ag, cơ học cũng như ở cấp độ quy trình, sẽ được thảo luận. Các mục tiêu được đánh giá trong các giai đoạn khác nhau trong cuộc đời của chúng để xác định xem hiệu suất có ổn định hay không và có thể dự đoán được một cách đáng tin cậy hay không.

 

GIỚI THIỆU

Bạc đã được sử dụng trong một thời gian như là màng phản xạ hồng ngoại chính trong lớp phủ quang học. Các đặc tính dẫn điện và nhiệt vốn có của bạc đảm bảo rằng các mục tiêu bạc sẽ phun ra dễ dàng và ổn định trong hầu hết các môi trường hoạt động điển hình. Bạc chủ yếu được sản xuất và phun ra ở dạng phẳng, chủ yếu là do việc sản xuất bạc được tiến hành với số lượng nhỏ hơn nhiều so với đồng, nhôm hoặc titan. Thiết bị thường được sử dụng để sản xuất bạc ít có ý nghĩa về phạm vi và khối lượng hơn nhiều so với thiết bị được sử dụng cho các vật liệu thương mại khác.



THỦ TỤC THỰC NGHIỆM

So sánh các thiết kế

Để phù hợp với mục tiêu của thí nghiệm này, một số thiết kế mục tiêu khác nhau đã được đánh giá để kiểm tra các ưu điểm và hạn chế của từng thiết kế dựa trên những gì người dùng tiềm năng của công nghệ sẽ gặp phải khi thực hiện các mục tiêu quay bạc trong hệ thống sản xuất của họ.

Bốn thiết kế đã được đánh giá. Họ bao gồm:

  • Tay áo ngoại quan

  • Tay áo gắn cơ khí

  • Tay áo gắn cơ học tăng cường dán dẫn nhiệt

  • ống nguyên khối

Ba thiết kế đầu tiên được gắn trên một ống lót bằng thép không gỉ sản xuất tiêu chuẩn, thiết kế cuối cùng được làm hoàn toàn bằng bạc, không kết hợp bất kỳ ống hỗ trợ nào để hỗ trợ.

Đường kính tổng thể bên ngoài của mục tiêu trong mỗi trường hợp là 155 mm (6.1.) OD. Chiều dài mục tiêu là 878 mm (~ 35).



Thuộc tính thương mại và hạn chế

Các hệ thống mục tiêu quay có khả năng phún xạ với tốc độ cao hơn các mục tiêu phẳng do khả năng sử dụng mật độ năng lượng cao hơn. Hiệu suất mục tiêu quay phù hợp hơn vì sự xói mòn đồng đều hơn, rãnh được nhìn thấy trong suốt chiều dài của các mục tiêu phẳng bị giới hạn trên một mục tiêu quay đến tận cùng. Việc sử dụng cũng cao hơn cho các mục tiêu quay, thường là trên 80%, trong khi các mục tiêu phẳng trung bình đạt năng suất khoảng 30%. Trong lĩnh vực hậu cần và xử lý, việc sử dụng tay áo được gắn cơ học sẽ cho phép người dùng cuối gỡ bỏ và thay thế tay áo mục tiêu trong cơ sở của họ như một phần của bảo trì mục tiêu thông thường. Điều này mang lại cho khách hàng trọng lượng bạc chính xác hơn, yêu cầu ít ống ủng hơn và giảm chi phí vận chuyển.

Tay áo ngoại quan không cung cấp các lợi thế quản lý và cũng không thể dễ dàng xây dựng lại trong một cơ sở khách hàng. Họ cung cấp cơ hội cho các cấu hình bề mặt và sử dụng các vật liệu khác nhau khi thích hợp với ứng dụng cuối cùng.

Một ống nguyên khối cung cấp sự lắng đọng tốc độ cao, dễ đo năng suất mục tiêu và trọng lượng mục tiêu, nhưng có những hạn chế tiềm năng trong khả năng cơ học của nó để kéo dài thời gian dài mà không làm chệch hướng và không làm giảm chi phí vận chuyển khi xử lý chiều dài.


Kiểm soát & Đo lường

Nhiệt thu được trong mục tiêu là tài sản quan tâm lớn nhất đối với các nhà thí nghiệm. Theo trực giác, một thiết kế tay áo sẽ có nhiều vấn đề liên quan đến tản nhiệt hơn là các bộ phận nguyên khối, nguyên khối. Truyền nhiệt qua khe hở hoặc qua môi trường liên kết cũng sẽ khác nhau về tốc độ. Do đó, việc đo mức tăng nhiệt trong mục tiêu là rất quan trọng vì chức năng tăng dần của công suất phún xạ được áp dụng. Sau khi đánh giá và loại bỏ các kỹ thuật đo nhiệt dựa trên quang học bên ngoài, người ta thấy rằng một cặp nhiệt điện tiếp xúc là cách hiệu quả nhất để đo mức tăng nhiệt. Một hệ thống được thiết kế kết hợp với cánh tay đòn lò xo để đưa cặp nhiệt điện tiếp xúc chắc chắn với mục tiêu. Tải trọng tiếp xúc đủ để tạo rãnh mòn trong mỗi ống được thử nghiệm. Hình 1 minh họa bề mặt ghi điểm.

Figure 1

Hình 1. Điểm tiếp xúc cặp nhiệt điện

Mỗi mục tiêu đã được cài đặt trong hệ thống và phun ra với sức mạnh tăng dần. Dựa trên mô hình hóa quá trình và phản hồi của ngành, mục tiêu tải công suất là 5 kW (trên các mục tiêu 35 35) đã được đặt ra. Điều này sẽ cung cấp tốc độ phún xạ thương mại để tăng tốc độ đường truyền của máy bào. Để xác định đường bao hiệu suất tối đa, mỗi mục tiêu được chạy ở mức công suất tăng để xác định các cơ chế hỏng hóc có thể có khi tải công suất cao.


Đo hồ quang

Hành vi Arc được đo bằng một hệ thống phát triển nội bộ. Trong thực tế, các mục tiêu bạc không dễ bị kích hoạt do độ dẫn cao của chúng và chúng thường được bắn trong chế độ kim loại. Đếm các cung cho các thiết kế khác nhau sẽ làm nổi bật các vấn đề về độ dẫn điện hoặc không ổn định plasma.


CẤU HÌNH HỆ THỐNG

Hệ thống phủ

Một hệ thống buồng đơn (Hình 2) với hệ thống vận chuyển thủy tinh đã được sử dụng để thử nghiệm. Các ống mục tiêu đã được cài đặt đơn lẻ và mỗi loạt thử nghiệm được nhân rộng. Các mục tiêu đã được vận hành trong chế độ DC.

Figure 2

Hình 2. Buồng thử nghiệm nhỏ


Khí và áp suất buồng

Argon đã được sử dụng cho tất cả các thử nghiệm với tốc độ dòng chảy 140 sccm. Áp suất buồng cho tất cả các thử nghiệm là từ 2,0 - 2,3 x 10 -3 mbar.


Tốc độ dòng nước và nhiệt độ

Tốc độ dòng chảy được đo cho mỗi thử nghiệm cùng với nhiệt độ đầu vào và đầu ra. Những thay đổi lớn về nhiệt độ nước sẽ ngụ ý truyền nhiệt tốt. So sánh sự khác biệt ở mỗi cấp độ năng lượng cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự truyền nhiệt qua ống tay áo đến ống chống nước.


Nam châm mảng

Loại mảng nam châm cho tất cả các thử nghiệm là Bekaert AMBV2.1. Mảng nam châm có thể điều chỉnh này là thiết kế điển hình được sử dụng cho các ứng dụng phủ kính diện tích lớn, cung cấp cường độ trường song song (tiếp tuyến) khoảng 500 G trên bề mặt mục tiêu và mức sử dụng mục tiêu trên 80% ở cả chế độ DC và AC. Góc bao gồm giữa các phần đường đua là từ 30 đến 35 độ.



QUY TRÌNH & CÁC PARAMETERS LIÊN QUAN

Ổn định quá trình

Mỗi mục tiêu được cài đặt và đánh giá riêng bằng các điều kiện lắng đọng giống nhau. Các tham số sau được đặt làm điểm bắt đầu cho tất cả các khía cạnh của thử nghiệm.


Bảng 1. Thông số quy trình

Tham số

Đo lường

Chất nền cho khoảng cách nguồn

80 mm

Tốc độ dòng nền

1 mét mỗi phút

Số lượng

10

Đo chiều dày

34, cách nhau 25 mm


Cửa sổ phún xạ trong máy bào này tương tự như môi trường phủ kính diện tích lớn điển hình.


Tốc độ phun

Tốc độ phún xạ được xác định bằng cách đo độ dày của lớp phủ trên mỗi chất nền thông qua Dektak IIa và tính tốc độ phún xạ dựa trên tốc độ dòng của chất nền và số lần chuyền.


Hồ sơ lắng đọng - Đồng nhất lớp phủ

Đo độ dày được thực hiện bằng 34 chất nền riêng biệt để đo độ đồng đều của lớp phủ trên chiều rộng


Truyền thông dẫn

Đối với hai thiết kế kết hợp phương tiện dẫn điện để thúc đẩy sự dẫn điện và nhiệt giữa ống tay áo và ống lót, các vật liệu sau đây đã được sử dụng:

Ống ngoại quan - Indium nguyên chất - MP 156,6◦C, độ dẫn nhiệt (ở 85◦C) .78 W / m◦K

Cơ có dán nhiệt - Dow Corning DC340 - nhiệt độ hoạt động tối đa - 200◦C, độ dẫn nhiệt .42 W / m◦K



KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Bảng 2. Tốc độ phún xạ cụ thể - nm m / phút

Mức công suất (kW)

Ngoại quan

Cơ khí

gắn kết

Cơ khí

w / dán nhiệt

Nguyên khối

1
27 27 29 27
2,5 70 - 70 70
3,8 - - 108 -
5 135 - 140 140
7,5 198 - 202 200
10 - - 268 254


Bảng 3. Tải nhiệt - Nhiệt độ bề mặt mục tiêu - ◦C

Mức công suất (kW)

Ngoại quan

Cơ khí gắn kết

Cơ khí w / dán nhiệt

Nguyên khối

1
33.3

260 và tăng

32-34,5

32
2,5 44 -

42-44.3

38,8
3,8 - -

46,5-52,2

-
5 59,5 -

61 - 65,9

51
7,5 90 - - 63
10

> 200 và tăng dần

-

111,5

89


Bảng 4. Tối đa Thay đổi nhiệt độ nước - C -

 

Mức công suất (kW)

Ngoại quan

Cơ khí gắn kết

Cơ w / quá khứ nhiệt

Nguyên khối

1 0,4 0,5 1 1,5
2,5 1,5 - 2,5 1.8
3,8 - - 2,5 -
5 2.4 - 3.0 3
7,5 6,4 - - 4,5
10 6,3 - 5,7 4,7


Lớp phủ đồng nhất

Mỗi thiết kế được thử nghiệm cho thấy cạnh tương tự như tính chất lớp phủ cạnh. Các chất nền được đạp qua 10 lần bên dưới mục tiêu. Hình 3 là một ví dụ đại diện cho tính đồng nhất của độ dày trên chiều rộng. Hình dạng của đường cong tương ứng với chiều dài của mảng từ tính. Việc thả xuống ở cả hai đầu là do độ mịn của mục tiêu. Không có sự khác biệt rõ ràng về tính đồng nhất đã được ghi nhận.

Figure 3

Hình 3. Tính đồng nhất của lớp phủ cạnh với cạnh (điển hình)


Hạn chế của từng thiết kế

Trong chế độ thử nghiệm này, kết quả chỉ ra rằng mục tiêu cơ học không phải là một thiết kế phù hợp, sự gia tăng nhiệt độ mục tiêu là ngay lập tức và kịch tính. Mục tiêu tương tự khi được sử dụng cùng với một miếng dán dẫn điện, hoạt động tốt hơn nhiều, nhưng khi tải công suất cao, miếng dán trở nên lỏng hơn và sẽ khóc ra khỏi các khoảng trống tay áo gây ra các sự kiện vòng cung. Giảm khối lượng dán do rò rỉ cũng làm giảm khả năng truyền nhiệt của mục tiêu. Theo thời gian, điều này sẽ biểu hiện trong việc tăng nhiệt độ mục tiêu và giảm tuổi thọ mục tiêu hiệu quả. Mục tiêu ngoại quan thể hiện hiệu suất tốt lên tới 7,5 kW. Tuy nhiên, khi mục tiêu lần đầu tiên được chạy đến 10kW, một phần của liên kết indium đã thất bại. Hiệu suất sau đó là thất thường trên 5 kW. Như mong đợi, ống nguyên khối cung cấp kết quả tổng thể tốt nhất. Mục tiêu nguyên khối cung cấp hiệu suất tốt ở tất cả các cấp độ sức mạnh.


Ứng suất cơ

Độ tăng nhiệt trong ống không liên kết là đủ để gây ra sự giãn nở tuyến tính của ống tay áo. Nhiều đến mức vòng ngăn hàn bị biến dạng (xem Hình 4 và 5). Việc kiểm tra ống này đã bị giới hạn vào thời điểm này. Không có thiết kế ống nào khác thể hiện bất kỳ ứng suất cơ học rõ ràng nào có thể cản trở hành vi mục tiêu.

Figure 4

Hình 4. Vòng giữ hàn bị biến dạng không có tay áo


Arcing

Tốc độ hồ quang được đo cho từng cấu hình mục tiêu. Arcing là một vấn đề chỉ đối với ống kết hợp dán dẫn điện. Khi dán dẫn điện trở nên nóng và bắt đầu khóc qua các khoảng trống trong tay áo, một tỷ lệ hồ quang cao đã được ghi nhận. Mặt khác, arcing chỉ được nhìn thấy khi cặp nhiệt điện được tiếp xúc với ống.


Giải thích kết quả Phong bì điều hành ngụ ý

Figure 5

Hình 5. Vòng giữ hàn bị biến dạng với tay áo được gắn

Đối với mọi thử nghiệm, mục tiêu nguyên khối chạy mát hơn và cung cấp tốc độ phún xạ luôn cao. Không có vấn đề nào gặp phải sẽ chỉ ra rằng 10kW là giới hạn trên cho thiết kế này.

Các tay áo gắn cơ học tăng cường với dán dẫn điện cũng thực hiện tốt. Ngăn chặn và kiểm soát dán là một vấn đề và sẽ yêu cầu cải tiến thiết kế để đảm bảo rằng dán ổn định trong suốt vòng đời của ống. Mặc dù cấu hình thiết kế này ghi lại tốc độ phún xạ cao nhất, các biến thể trong thử nghiệm làm cho điều này ít quan trọng hơn. Có thể là sưởi ấm mục tiêu có thể đã góp phần tăng tốc độ phún xạ.

Tương tự, mục tiêu ngoại quan indium đáp ứng yêu cầu công suất 5 kW được đặt cho khả năng thương mại. Nó cũng thể hiện sự truyền nhiệt không ổn định ở mức 10 kW, sau đó tính toàn vẹn của trái phiếu bị giảm và mục tiêu sẽ không còn chạy ổn định ở cài đặt công suất lớn hơn 7,5 kW. Vì thử nghiệm này đã được tăng tốc, tại thời điểm này không thể xác định bản chất của tính toàn vẹn trái phiếu sẽ là gì đối với hoạt động kéo dài ở cài đặt công suất từ 5 đến 7,5 kW. Ảnh hưởng của khối lượng mục tiêu và địa hình bề mặt có thể có ảnh hưởng khi mục tiêu bị xói mòn theo thời gian. Indium nóng chảy ở 156,6◦C. Nhiệt độ bề mặt lên tới 7,5kW nhỏ hơn điểm nóng chảy, vượt quá 7,5kW, nhiệt độ trên 200C. Bất kỳ thay đổi nào về khối lượng hoặc nhiệt độ cung cấp nước, ngay cả trong một khoảng thời gian ngắn, có thể gây ra sự thất bại liên kết tự phát.


PHẦN KẾT LUẬN

Một số thiết kế khác nhau đã được đánh giá một cách thực tế. Điều này đã được thực hiện bằng cách sử dụng các công nghệ lắng đọng điển hình với phần cứng có sẵn. Nó đã được chứng minh rằng sự gia tăng tiềm năng trong hiệu suất lắng đọng là lớn nhất đối với các mục tiêu cung cấp sự phân tán tốt nhất các hiệu ứng làm nóng của plasma. Hiệu suất trượt trên tay áo rất hạn chế, các yếu tố đóng góp có thể là độ lệch tâm trong ống ủng và thiếu dẫn truyền dọc theo chiều dài đến các vòng giữ. Các thiết kế tay áo với môi trường truyền nhiệt kết hợp để lấp đầy các khoảng trống giữa ID của ống bọc đích và OD của ống sau, hoạt động tốt. Mỗi khái niệm này sẽ được hưởng lợi từ những cải tiến trong lựa chọn trung bình, dung sai và lắp ráp chặt chẽ hơn. Tối ưu hóa trong các lĩnh vực này sẽ dẫn đến hiệu suất cao hơn và phù hợp hơn.




Một cặp:Miễn phí Tiếp theo:Bay hơi và phún xạ