Usporedba performansi rotacijskih ciljeva s srebrnim rukavima i planarnih ciljeva

- Jul 12, 2019-

Usporedba izvedbe

Srebrni cilindri s rotirajućim ciljevima s planarnim ciljevima

 

SAŽETAK

Tanki srebreni filmovi koriste se kao funkcionalni sloj u mnogim garniturama za toplinski reflektirajuće primjene. U današnje vrijeme, veliki slojevi premaza za površinu proizvode se magnetnim raspršivanjem, a često i od rotirajućih cilindričnih ciljeva. Već su dobro poznate inherentne prednosti rotirajuće cilindrične ciljne tehnologije nad planarnim katodama. Međutim, srebro je još uvijek jedan od rijetkih metalnih ciljeva koji nisu lako dostupni u rotirajućoj cilindričnoj verziji. Razlozi su povezani s troškovima, mehaničkom čvrstoćom i rukovanjem.

U ovom radu predložen je novi pristup za ostvarivanje Ag rotary ciljeva u kojem su cilindrične čahure montirane i pričvršćene na potpornu cijev. Nekoliko cilindričnih konstrukcija uspoređeno je s referentnim ciljevima. Procijenjeni su parametri procesa i proizvoda kao što su stabilnost procesa, brzina raspršivanja, ujednačenost i kvaliteta filma. Razmatran je utjecaj toplinskog opterećenja plazme i rezultirajućih toplinski induciranih mehaničkih naprezanja na performanse cilja Ag, kako mehaničke tako i na procesnoj razini. Ciljevi su procjenjivani tijekom različitih faza njihovog vijeka trajanja kako bi se utvrdilo jesu li rezultati stabilni i mogu li se pouzdano predvidjeti.

 

UVOD

Srebro se neko vrijeme koristi kao glavni infracrveni reflektirajući film u optičkim premazima. Izvanredna električna i toplinsko vodljiva svojstva srebra jamče da će srebrni ciljevi lako prskati i stabilni su u većini tipičnih radnih okruženja. Srebro je prvenstveno proizvedeno i raspršeno u planarnom obliku, prvenstveno zbog činjenice da se proizvodnja srebra odvija u mnogo manjim količinama od bakra, aluminija ili titana. Oprema koja se tipično koristi za proizvodnju srebra je mnogo manje značajna po opsegu i volumenu od onog koji se koristi za druge komercijalne materijale.



POSTUPCI EKSPERIMENTA

Usporedba dizajna

U skladu s ciljevima ovog eksperimenta, procijenjeni su brojni različiti ciljni dizajni kako bi se ispitale prednosti i ograničenja svakog dizajna na temelju onoga što bi potencijalni korisnici tehnologije naišli na implementaciju srebrnih rotacijskih ciljeva u svojim proizvodnim sustavima.

Ocjenjeno je četiri dizajna. Uključili su:

  • Indijski spojeni rukavi

  • Mehanički postavljene čahure

  • Mehanički montirane čahure proširene termo-vodljivom pastom

  • Monolitna cijev

Prva tri dizajna postavljena su na standardnu proizvodnu cijev od nehrđajućeg čelika, a posljednja izvedba bila je u cijelosti izrađena od srebra, bez ugrađene podloge.

Ukupni vanjski promjer cilja je u svakom slučaju bio 155 mm (6,1 ”) OD. Ciljna duljina bila je 878 mm (~ 35 ”).



Trgovački atributi i ograničenja

Rotacijski ciljni sustavi imaju sposobnost raspršivanja većom brzinom nego planarne mete zbog mogućnosti korištenja veće gustoće snage. Izvedba cilja rotacije je konzistentnija jer je erozija ujednačenija, kopanje rovova u cijeloj dužini planarnih ciljeva ograničeno je na rotacijskoj meti do krajeva. Korištenje je također veće za rotacijske ciljeve, obično iznad 80%, dok planarni ciljevi iznose oko 30% prinosa. U području logistike i rukovanja, upotreba mehanički montiranih čahura omogućila bi krajnjem korisniku da ukloni i zamijeni ciljne čahure unutar svojih objekata kao dio normalnog ciljanog održavanja. To kupcu daje točnije težine srebra, zahtijeva manje podložnih cijevi i smanjuje troškove transporta.

Bonded rukavci ne nude prednosti upravljanja, niti se mogu lako obnoviti unutar objekta kupca. Oni pružaju mogućnost za profiliranje površine i korištenje različitih materijala kada je to prikladno za konačnu primjenu.

Monolitna cijev nudi visoku brzinu taloženja, lakoću mjerenja ciljnog prinosa i ciljne težine, ali ima potencijalna ograničenja u svojoj mehaničkoj sposobnosti da se proteže dugim duljinama bez otklanjanja i ne smanjuje troškove otpreme rukovanja dugim dužinama.


Kontrole i mjerenja

Toplinski dobitak u meti bio je najveća briga eksperimentatora. Intuitivno, dizajn rukava će imati više problema vezanih uz toplinsku disipaciju od čvrstih, monolitnih dijelova. Prijenos topline kroz prazninu ili preko medija za spajanje također će se razlikovati po brzini. Stoga je od velike važnosti mjerenje toplinskog dobitka u meti kao funkcija inkrementalnog povećanja primijenjene raspršne snage. Nakon ocjenjivanja i odbacivanja vanjskih optičkih tehnika mjerenja topline, utvrđeno je da je kontaktni termopar najučinkovitiji način mjerenja toplinskog pojačanja. Dizajniran je sustav koji uključuje opružnu polugu koja dovodi termopar u čvrsti kontakt s metom. Kontaktno opterećenje bilo je dostatno za stvaranje utora za trošenje u svakoj od ispitanih cijevi. Slika 1 prikazuje ocrtanu površinu.

Figure 1

Slika 1. Točka kontakta termoelementa

Svaka je meta bila ugrađena u sustav i raspršena u sve većoj snazi. Na temelju modeliranja procesa i industrijske povratne sprege, postavljen je cilj opterećenja snage 5 kW (35 ciljeva). To bi omogućilo komercijalno prihvatljivu brzinu prskanja da se poveća brzina linije uređaja za nanošenje. Kako bi se odredila maksimalna granica izvedbe, svaki cilj je bio pokrenut s povećanim razinama snage kako bi se identificirali mogući mehanizmi kvara na povišenim opterećenjima snage.


Mjerenje luka

Ponašanje lukova izmjereno je vlastitim sustavom. U praksi, srebrne mete nisu sklone iskrivljenju zbog svoje visoke provodljivosti i normalno su prskane metalnim načinom rada. Brojanje luka za različite konstrukcije bi istaklo probleme s električnom vodljivošću ili nestabilnošću plazme.


KONFIGURACIJA PREMAZIVOG SUSTAVA

Sustav premaza

Za ispitivanje je korišten jednokomorni sustav (Slika 2) sa sustavom transporta stakla. Ciljne cijevi su postavljene pojedinačno i svaka se serija testa ponavljala. Mete su radile u DC načinu rada.

Figure 2

Slika 2. Mala ispitna komora za premazivanje


Plin i tlak u komori

Argon je korišten za sva ispitivanja s brzinom protoka od 140 sccm. Tlak komore za sva ispitivanja bio je između 2,0 - 2,3 x 10 -3 mbar.


Protok i temperatura vode

Brzina protoka je mjerena za svaki test zajedno s ulaznom i izlaznom temperaturom. Velike promjene temperature vode značile bi dobar prijenos topline. Uspoređujući razlike na svakoj razini snage, pružamo uvid u prijenos topline kroz rukavce do zaštitne cijevi u vodu.


Magnetna matrica

Tip magnetnog polja za sva ispitivanja bio je Bekaert AMBV2.1. Ovaj podesivi magnetni niz tipičan je dizajn koji se koristi za velike staklene prevlake koje nude paralelnu (tangencijalnu) jačinu polja oko 500 G na ciljnoj površini i ciljno iskorištenje iznad 80% u DC i AC načinu. Uključeni kut između dionica trkališta je između 30 i 35 stupnjeva.



PARAMETRI S PROCESOM I PROIZVODIMA

Stabilnost procesa

Svaki cilj je pojedinačno instaliran i procijenjen korištenjem istih uvjeta taloženja. Sljedeći parametri postavljeni su kao polazište za sve aspekte eksperimenta.


Tablica 1. Parametri procesa

Parametar

Mjerenje

Supstrat na udaljenost izvora

80 mm

Brzina linije podloge

1 metar po minuti

Broj passe

10

Mjerenje debljine

34, razmaknuta 25 mm


Prozor za prskanje u ovom uređaju za oblaganje bio je sličan tipičnoj okolini stakla na velikom području.


Brzina prskanja

Brzina prskanja određena je mjerenjem debljine prevlake na svakom supstratu preko Dektak IIa i izračunavanjem brzine prskanja na temelju brzine linije supstrata i broja prolaza.


Profil odlaganja - Ujednačenost premaza

Mjerenje debljine provedeno je pomoću 34 zasebne podloge za mjerenje jednoličnosti prevlake po širini


Vodljivi medij

Za dva dizajna koji su ugradili vodljivi medij za promicanje električne i toplinske provodljivosti između ciljnih čahura i podložne cijevi, korišteni su sljedeći materijali:

Lijepljena cijev - Čisti indij - MP 156,6 ,C, toplinska vodljivost (na 85◦C) .78 W / m◦K

Mehanički s termalnom pastom - Dow Corning DC340 - maksimalna radna temperatura - 200◦C, toplinska provodljivost .42 W / m◦K



REZULTATI I DISKUSIJE

Tablica 2. Specifične brzine prskanja - nm m / min

Razina snage (kW)

vezan

mehanički

montiranje

mehanički

w / termalna pasta

monolitan

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


Tablica 3. Toplinsko opterećenje - ciljna temperatura površine - .C

Razina snage (kW)

vezan

Mehanički nosač

Mehanička toplinska pasta

monolitan

1
33.3

260 i povećava

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 i povećava se

-

111,5

89


Tablica 4. Maks. Promjena temperature vode - --C -

 

Razina snage (kW)

vezan

Mehanički nosač

Mehanička toplinska prošlost

monolitan

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


Ujednačenost premaza

Svaki ispitani dizajn pokazao je slična svojstva premaza od ruba do ruba. Podloge su kružile kroz 10 prolaza ispod cilja. Slika 3 predstavlja reprezentativni primjer jednoličnosti debljine po širini. Oblik krivulje odgovara duljini magnetskog polja. Povlačenje na oba kraja je zbog konačnosti cilja. Nisu zabilježene jasne razlike u uniformnosti.

Figure 3

Slika 3. Jedinstvenost oblaganja rubova do ruba (tipično)


Ograničenja svakog dizajna

U ovom testnom režimu, rezultati pokazuju da meta s mehaničkim rukavima nije bila prikladna konstrukcija, povećanje ciljane temperature bilo je trenutno i dramatično. Ista meta kada se koristi zajedno s vodljivom pastom, radila je mnogo bolje, ali pri povišenim opterećenjima, pasta je postala fluidnija i isplivala bi iz rupa u rukavice uzrokujući događaje u luku. Smanjenje volumena paste zbog propuštanja također smanjuje sposobnost prijenosa topline na cilj. Tijekom vremena to bi se očitovalo u povećanju ciljanih temperatura i smanjenju efektivnog životnog vijeka. Povezani cilj pokazao je dobre performanse do 7,5 kW. Međutim, kada je cilj bio prvi put pao na 10kW, dio indijske veze nije uspio. Izvedba nakon toga bila je nepredvidiva iznad 5 kW. Kao što se i očekivalo, monolitna cijev je pružila najbolji ukupni rezultat. Monolitni cilj omogućio je dobre performanse na svim razinama snage.


Mehanički naponi

Toplinski dobitak u nevezanoj cijevi bio je dovoljan da uzrokuje linearno širenje cjevastih čahura. Toliko toliko da je zavareni prsten za deformaciju deformiran (vidi slike 4 i 5). Ispitivanje ove cijevi u ovom je trenutku bilo ograničeno. Nijedna od ostalih izvedbi cijevi nije pokazivala nikakva vidljiva mehanička naprezanja koja bi ometala ponašanje ciljeva.

Figure 4

Slika 4. Deformirani sigurnosni prsten bez zavara


iskrenje

Brzina luka je mjerena za svaku od ciljnih konfiguracija. Iskrenje je bilo problem samo za cijev koja je sadržavala vodljivu pastu. Kada se vodljiva pasta zagrije i počne plakati kroz rupe u rukavima, zabilježena je visoka brzina luka. Inače, iskrenje je vidljivo samo kada je termopar doveden u kontakt s cijevi.


Tumačenje operativne omotnice koja se temelji na rezultatima

Figure 5

Slika 5. Montirani deformirani zavareni prsten za pričvršćivanje s rukavima

Za svaki test, monolitni cilj je bio hladniji i osiguravao je konstantno visoku brzinu prskanja. Nisu naišli na probleme koji bi ukazivali da je 10kW gornja granica za ovaj dizajn.

Mehanički montirani rukavi prošireni provodljivom pastom također su dobro obavljeni. Zadržavanje i kontrola paste bila je problem i zahtijevala bi poboljšanje dizajna kako bi se osiguralo da pasta bude stabilna tijekom cijelog vijeka trajanja cijevi. Iako je ova konfiguracija dizajna zabilježila najveću brzinu prskanja, varijacije u testiranju čine ovo manje značajnim. Moguće je da je ciljano zagrijavanje pridonijelo povećanoj brzini prskanja.

Slično tome, meta vezana za indij ispunila je zahtjev za snagom od 5 kW za komercijalnu održivost. Također je pokazivao nestabilan prijenos topline od 10 kW, nakon čega je integritet veze smanjen, a cilj više ne bi dosljedno radio na postavci snage većoj od 7,5 kW. Budući da je ovaj test bio ubrzan, nije moguće u ovom trenutku utvrditi kakva bi priroda veze trebala biti za produljeni rad pri postavci snage od 5 do 7,5 kW. Utjecaj ciljane mase i topografije površine može imati učinak kako se meta vremenom erodira. Indij se topi na 156,6 ° C. Temperatura površine do 7,5kW bila je manja od točke taljenja, iznad 7,5 kW temperatura je bila iznad 200 ° C. Bilo kakva promjena volumena isporuke vode ili temperatura, čak i za kratko vrijeme, može uzrokovati spontani kvar u povezivanju.


ZAKLJUČAK

Nekoliko različitih dizajna ocijenjeno je na praktičan način. To je postignuto korištenjem tipičnih tehnologija taloženja s lako dostupnim hardverom. Pokazano je da je potencijalno povećanje performansi taloženja najveće za ciljeve koji osiguravaju najbolje rasipanje učinaka zagrijavanja plazme. Učinak klizanja na rukavcu bio je vrlo ograničen, mogući čimbenici koji su pridonijeli tomu bili su ekscentričnost u podložnoj cijevi i nedostatak provođenja duž duljine do prstenastih držača. Dizajn rukava s koherentnim medijem za prijenos topline koji ispunjava praznine između ID ciljne čahure i OD podložne cijevi, dobro je radio. Svaki od ovih pojmova imat će koristi od poboljšanja u odabiru medija, oštrijim tolerancijama i montaži. Optimizacija u tim područjima dovest će do veće i dosljednije izvedbe.




Par:ne Sljedeći:Isparavanje i prskanje