Покрытия

В вакууме возможно получение тонких металлических пленок в результате испарения металла с последующей его конденсацией на покрываемой поверхности (так называемой подложке). Например, серебрение в производстве зеркал почти везде заменено конденсацией в вакууме тончайшей пленки алюминия. Разработаны установки для металлизации в вакууме фольги из пластмассы и текстильной ткани. Для различных отраслей промышленности создают защитно-декоративные, теплоотражающие и другие покрытия.

Технику испарения в вакууме используют при изготовлении оптических фильтров, просветленной оптики, астрономических зеркал, в производстве совершенных высокоотражающих зеркал для лазеров и интерферометров. В электротехнической промышленности и электронном машиностроении испарение в вакууме используют для производства полупроводниковых выпрямителей тока, металлизации конденсаторной бумаги, нанесения проводящего слоя при изготовлении печатных схем, а также для изготовления элементов микрорадиосхем и памятных элементов электронно-вычислительных устройств.

В автомобильной промышленности металлизируют в вакууме сигнальные кнопки, ручки, фары, зеркала и т. п. Этот способ применяют для получения антикоррозионных покрытий металлов и листовой стали. Например, разработан режим нанесения двухслойных цинко-алюминиевых покрытий последовательным испарением этих металлов в вакуумной камере. Для защиты высокопрочных сталей от коррозии в морских условиях целесообразно применять вакуумные оловянно-кадмиевые покрытия. Цинковы е и кадмиевые покрытия наносят термическим испарением при давлениях 10-3 10-4 мм рт. ст.

В ряде случаев вакуумное напыление является единственным методом получения тонких пленок. Этот метод значительно экономичнее других известных методов массового производства металлизированных изделий. При его использовании механическая обработка поверхностей покрытия минимальна. Способ металлизации в высоком вакууме обеспечивает покрытие пластмасс, фольги, бумаги, тканей тонким металлическим слоем и прочное сцепление его с основным материалом.

В процессе металлизации изделие вращается вокруг испарителя и покрывается слоем металла. Специальные зажимные приспособления должны обеспечивать простое и надежное крепление изделий; приспособления не должны затемнять металлизируемую поверхность. Высоким качеством отличаются пружинные магнитные устройства. Можно осаждать в виде тонких пленок и неметаллические материалы, например, кварц, фтористый кальций. Физические свойства солей и металлов могут резко изменяться при испарении их в вакууме и образовании тонких пленок; их кристаллическая структура меняется или разрушается.

Большинство пластмасс и специальные сорта бумаги металлизируются при давлении пара ниже 10-4 мм рт. ст. Для сокращения продолжительности откачки между вакуумной камерой и диффузионным насосом устанавливают ловушки, охлаждаемые с помощью двух- или трехступенчатых холодильных установок. Наличие ловушки сокращает время откачки установок, заполненных деталями из пластмасс, содержащих высокоплавкие эластомеры и воду.

Если металлизируют детали, не выделяющие большого количества газа, можно обойтись и без ловушки, но необходимо иметь газобалластный насос. Для металлизации пластмасс, выделяющих большое количество газов (полиинилхлорид, целлидор, плексигум) и содержащих эластомеры или растворители, успешно применяют и другой

метод. Он заключается в том, что перед металлизацией изделия покрывают лаком (распылением либо погружением в жидкость).

После сушки изделия из пластмассы или металла выделяют очень мало газов и полностью уплотняется. Лак заполняет все поры поверхности, и наносимый на лак металлический слой получается зеркально гадким и блестящим. Он прикрепляется с лакированной поверхностью более прочно, чем с самим изделием. Многократное нанесение высокосортных лаков распылением и погружением позволяет получить очень гладкую поверхность металлических изделий, сравнимую с механически обработанной или электрополированной поверхностью.

Чрезвычайно широкое развитие получает метод напыления при производстве тонких ферромагнитных пленок толщиной от десятков до тысяч ангстрем. Магнитные свойства таких пленок имеют ряд особенностей по сравнению с магнитными свойствами массивных образцов из тех же веществ. Их применяют в качестве запоминающих и логических элементов вычислительных машин, для высокочастотных магнитных усилителей, параметронов, в технике СВЧ. По сравнению с другими магнитными элементами, применяемыми для этих целей, преимущества пленок заключаются в большем быстродействии, меньшем потреблении энергии и меньшем занимаемом объеме. Область их применения получила название микроэлектроники.

При изготовлении сложных электронных схем напылением в вакууме наряду с пассивными элементами (сопротивлениями, конденсаторами) применяют и полупроводниковые элементы. У тонких пленок полупроводниковых веществ отмечена очень высокая подвижность электронов; поэтому при напылении с целью получения сложных схем следует обеспечить высокую степень чистоты полупроводниковых элементов, а для этого нужно увеличить вакуум. Если определенная примесь инертного газа не играет заметной роли, то примесь такого газа, как кислород, может резко изменить сопротивление пленки. В первую очередь поэтому следует добиваться высокого вакуума по тому газу, который отрицательно влияет на процесс, и снизить его парциальное давление до необходимого минимума.