Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ процессов, влияющих на качество электроплазменных порошковых покрытий 11
1.1.Особенности напыления электроплазменных покрытий на детали электровакуумных приборов 11
1.2. Влияние пространственных факторов технологии электроплазменного напыления на качество покрытия 13
1.3. Сцепление частиц порошка с поверхностью подложки 21
1.4. Методы активации напыляемой поверхности 25
1.5. Автоматизированное оборудование для плазменного напыления порошковых покрытий 27
1.6. Постановка задачи 30
Глава 2. Исследование влияния технологических факторов на качественные показатели электроплазменных порошковых покрытий 32
2.1. Анализ процесса формирования электроплазменного покрытия при случайном перемещении пятна напыления 32
2.2. Выбор технологической структуры электроплазменного напыления, обеспечивающей повышение качества покрытия 38
2.3. Анализ процесса термической активации подложки дополнительным дуговым разрядом 45
2.4. Экспериментальная установка и методика исследований 54
2.4.1. Исследование адгезии покрытий 65
2.4.2. Исследование пористости плазменных покрытий 78
2.5. Результаты экспериментов, обсуждение 88
Глава 3. Разработка технологии электроплазменного напыления порошковых покрытий на детали электровакуумных проборов 119
3.1 .Исследование кинематических закономерностей формирования равномерных по толщине покрытий 120
3.2. Разработка кинематической схемы напыления покрытий на сетки генераторных ламп 134.
3.3. Разработка технологии электроплазменного напыления покрытий на детали электровакуумных приборов 144
3.4. Исследование газовыделения плазменных покрытий 151
3.5. Исследование плазменных покрытий с помощью рентгеновской дифрактометрии 164
Глава 4. Разработка автоматизированного оборудования для электроплазменного напыления порошковых покрытий на детали электровакуумных приборов 169
4.1. Структура и состав системы управления установкой для электроплазменного напыления порошковых покрытий 169
4.2. Исследование статистических и динамических характеристик локальных САР 182
4.3. Алгоритм управления установкой для электроплазменного напыления покрытий 187
Основные выводы : 197
Литература 199
- Влияние пространственных факторов технологии электроплазменного напыления на качество покрытия
- Выбор технологической структуры электроплазменного напыления, обеспечивающей повышение качества покрытия
- Разработка кинематической схемы напыления покрытий на сетки генераторных ламп
- Исследование статистических и динамических характеристик локальных САР
Введение к работе
В производстве электровакуумных приборов электроплазменный метод используется для нанесения эмиссионных, электроизоляционных, антиэмиссионных и других покрытий, которые выполняют сложные функции в вакууме. Электроплазменное нанесение покрытий имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами, такими как электрофорез, катафорез, пульверизация, намазка, окунание. Для этих методов характерны высокая трудоемкость и плохие санитарно-гигиенические условия труда. Они с большим трудом поддаются механизации и автоматизации.
При электроплазменном напылении отпадает необходимость в использовании химических реактивов и отжига покрытий в специальных вакуумных или водородных печах. Разным аспектам решения задач исследования и разработки электроплазменных методов напыления покрытий посвящены работы Н.Н. Рыкалина, В.Н. Лясникова, В.В. Кудинова, А.А. Кур-дюмова, Ю.А. Харламова и других отечественных и зарубежных ученых.
Однако такие покрытия в ряде случаев не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к деталям электровакуумных приборов в части их показателей таких как адгезия, равномерность , пористость, газовыделение и др. Обусловлено это тем, что при изготовлении электровакуумных приборов покрытия наносятся, в основном , не на отдельные детали , а на узлы, выполненные из материалов малой толщины, имеющих сложную конфигурацию и низкую механическую прочность. При напылении покрытий на изделия электровакуумных приборов необходимо исключить изменение химического состава и структуры материалов, а также насыщение их газами. Покрытия должны легко обезгаживаться при откачке приборов и поэтому важное значение име-
^
ет пористость покрытия и структура пор. Желательно, чтобы эти параметры были управляемыми.
При традиционных методах электроплазменного напыления на изделия электровакуумных приборов адгезия и равномерность покрытия бывают невысокими, а пористость неуправляемой. В связи с этим возникает необходимость в совершенствовании технологии и оборудования электроплазменного напыления, направленном на повышение качественных показателей покрытий, что и обуславливает актуальность исследований по данной работе.
Цель и задачи работы
Целью работы является повышение качества порошковых покрытий в производстве электровакуумных приборов за счет совершенствования технологической схемы напыления и автоматизации оборудования, а так же внедрение технологий и оборудования в производство изделий электронной техники. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи :
Исследовать взаимосвязь случайных технологических факторов и показателей качества покрытий, на основании которых установить степень влияния элементов технологической структуры электроплазменного напыления на стабильность технологических параметров и качество;
Разработать усовершенствованную технологическую структуру электроплазменного напыления и экспериментальными исследованиями определить степень влияния ввода новых технологических элементов на стабилизацию технологических параметров и повышение качества;
Исследовать и разработать алгоритмы управления технологическим процессом электроплазменного напыления, направленные на автоматическую стабилизацию параметров процесса;
Разработать технологию и автоматизированное оборудование для электроплазменного напыления покрытий на изделия электровакуумных приборов.
Методы и средства исследования
Методы исследований включали теоретический анализ тепловых условий взаимодействия напыляемой частицы порошка с поверхностью подложки. Экспериментальные исследования проводились на специальной установке для электроплазменного напыления в защитной газовой среде с совмещенной обработкой подложки дополнительным источником энергии. Основные методы экспериментальных исследований следующие. Адгезию измеряли специально модернизированным методом нормального одновременного отрыва с использованием клея и разрывной машины МР-05-1 и 2055Р-0,5 , а также бесклеевым штифтовым методом и методом конической маски. Для определения параметров пористости использовался растровый электронный микроскоп JSM-50A( фирмы JEOL), Stereoscan S-4-10 , микроскоп - микроанализатор "Camebax " фирмы " Cameka" и оптический микроскоп МИМ- 8М. Газовыделение исследовали в специально сконструированном многоцелевом комплексе, объединяющим в себе масс- спектрометрический вариант метода термодесорбции и проницаемости. Состав поверхности покрытий контролировали с помощью ОЖЕ- спектроскопии, рентгенофазо-вые исследования выполнены на установке ДРОН -ЗМ.
6'
Научная новизна работы
1.Предложена математическая модель для оценки зависимости взаимодействия напыляемой частицы порошка с поверхностью подложки от случайного смещения пятна напыления, на основании которой прогнозируется адгезия покрытия.
2.На основе теплового расчета условий на поверхности подложки при взаимодействии дополнительного дугового разряда, возбуждаемого в разряженной среде, установлено, что катодное микропятно дугового разряда активирует 12-27 мкм зоны взаимодействия частица-поверхность подложки.
Активация подложки импульсным дуговым разрядом при избыточным давлении газовой среды активирует полосу напыления шириной до 10 мм, что повышает адгезию покрытия и обеспечивает возможность регулирования средней температуры нагрева обрабатываемого изделия.
Обнаружены специфические закономерности газовыделения плаз-монапыленных титановых покрытий.
Получены экспериментальные зависимости показателей качества покрытия (адгезия, равномерность, пористость) от технологических факторов (тока плазмотрона, дистанции напыления, тока дополнительного источника питания, частоты импульсов тока и качания плазмотрона), позволяющие выбрать оптимальные режимы электроплазменного напыления порошковых покрытий на детали электровакуумных приборов.
Установлены закономерности получения равномерных по толщине покрытий применительно к условиям напыления в производстве изделий электронной техники при напылении на атмосфере, в контролируемой среде и в динамическом вакууме.
6.Теоретически и экспериментально обоснованы схемы и режимы технологических процессов плазменной очистки и активации поверхности подложки,
плазменного напыления порошковых покрытий с повышенной равномерностью характеристик.
Практическая ценность работы в:
разработке усовершенствованной технологической схемы напыления на основе установления взаимосвязи случайных технологических факторов и показателей качества покрытий;
разработке алгоритмов управления технологическим процессом электроплазменного напыления;
разработке технологии электроплазменного напыления на детали электровакуумных приборов;
разработке автоматизированного оборудования для электроплазменного напыления и внедрение его в производство.
Реализация результатов работы Технологические процессы и оборудование внедрены в производство ГНШ1 «Контакт», ОАО «Тантал», НПА «Плазма Поволжья». Испытания показали, что уменьшается неравномерность толщины на 15-30%, повышается адгезия на 15-30% и увеличивается вероятность получения заданной пористости на 15-30% при высокой адгезии. Результаты работы вошли в отчеты по ряду НИР и ОКР, выполненных по планам электронной промышленности и по планам Министерства общего и профессионального
образования.
На защиту выносятся следующие научные положения и результаты:
1. Разработанные вероятностная и тепловая модели взаимодействия частиц порошка с поверхностью подложки, позволяющие расчетным путем прогнозировать качество электроплазменного порошкового покрытия;
/
Предложенная усовершенствованная технологическая схема электроплазменного нанесения порошковых покрытий в камере с защитной газовой средой, позволяющая повысить качество покрытий;
Результаты экспериментальных исследований зависимостей показателей качества от технологических факторов, позволяющие выбрать оптимальные режимы напыления покрытий на детали электроплазменных приборов;
Предложенная структура автоматической системы управления установкой электроплазменного напыления и алгоритм управления технологическим процессом, обеспечивающих повышение качества порошковых покрытий;
Результаты разработки технологии и автоматизированного оборудования для электроплазменного напыления порошковых покрытий на детали электровакуумных приборов.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на 27 конференциях и семинарах; в том числе на 10 -м Всесоюзном совещании "Теория и практика газотермического нанесения покрытий" /Дмитров, 1985г/, " Газотермическое напыление в промышленности СССР и за рубежом" (Ленинград, 1991г.), "Вакуумная наука и техника "(Гурзуф, 1994 г.), " Технологические процессы и материалы приборостроения и микроэлектроники"( Москва, 1994г: МГАТУ.М.),"Напыления и покрытия -95" (Санкт-Петербург, 1995 год), Вакуумная наука и техника " (Гурзуф, 1995 год), " Современные электротехнологии в машиностроении", Тула, 1997 г.," Вакуумная наука и техника ", Гурзуф, 1998 г., "Thermal Plasma Processes", S - Peterburg, 1998г, "Пленки и
-го
покрытия - 98", 1998г, 1-й,2-й,3-й,4-й,5-й,6-й Международных конференциях «Современные проблемы имплантологии » (Саратов 1993-2002 гг.)
Публикации
Материалы, отражающие основное содержание работы, изложены в 17 публикациях центральной печати, обсуждались на 27 международных научно-технических конференциях и симпозиумах. Результаты работы отражены в отчетах по НИР и ОКР , имеющих номера государственной регистрации , в которых автор является ответственным исполнителем.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка используемой литературы, включающего 118 наименований, 4 приложения и содержит 191 страницу основного текста, включая 16 таблиц и 80 рисунков.
у/
Влияние пространственных факторов технологии электроплазменного напыления на качество покрытия
Функционально в процессе электроплазменного напыления целесообразно выделить следующие этапы: Генерация плазменной струи; Загрузка потока частиц порошка в плазменную струю; Формирование потока апыления частиц порошка в плазменной струе; Физико-химическое взаимодействие частиц порошка с плазменной струей и окружающей газовой средой; Физико-химическое взаимодействие частиц порошка с поверхностью подложки; Формирование покрытия.
В работе [49] физико-химические явления, происходящие в системе плазмотрон - поток напыляемых частиц - подложка, представлены в виде структурной схемы (Рис. 1.2.), которая позволяет проследить взаимосвязь входных первичных параметров, характеризующих используемую технологическую систему, с выходными вторичными параметрами , которые характеризуют результаты напыления. Как видно из схемы, электроплазменный процесс характеризуется большим количеством параметров, которые прямо или косвенно влияют на ход технологического процесса.
По мнению авторов [6,31,112,114], к определяющим параметрам электроплазменного напыления относятся следующие:
G - массовый расход порошка; L - расстояние напыления. В электроплазменном процессе напыления струя, генерируемая с помощью плазмотрона, является основой технологической зоной обработки материалов, участвующих в формировании покрытия. Плазменная струя характеризуется существенной пространственной неоднородностью. Обычно выделяют три характерных участка струи: началный, переходной и основной (рис. 1.3.) [37]. Начальный участок струи, отсчитываемый от сопла плазмотрона диаметром do до границы Н-Н, характеризуется неизменностью скорости Uo и температуры потока и равенством их начальных значений при Хо.
В плазменной струе, на начальном участке, идет интенсивная ионизация и диссоциация, наблюдается вынос электрического тока и дополнительное омическое выделение энергии, турбулизация потока, за счет процессов крупно-и мелкомасштабного шунтирования дуги [75] .В связи с электромагнитным сжатием ионизированного газа в электрической дуге, статистическое давление на начальном участке не равно нулю, и поэтому у среза сопла происходит резкое расширение струи.
Начиная от среза сопла, в периферийной области струи, формируется зона смещения, в которой происходит радиальный перенос импульса и энергии, а параметры плазменной струи непрерывно изменяются от их начальных значений до значений в окружающей среде. Таким образом, за пределами начального участка до границы П-П формируется переходной участок струи, а далее основной. Угол расширения на начальном участке осн иногда больше, чем на основном участке аосн, так как плазма в электрической дуге сжата электромагнитными силами и при выходе потока из сопла происходит интенсивное расширение струи.
Экспериментальные данные [31], представленные на рис. 1.4, свидетельствуют о значительной неравномерности распределения температуры и скорости плазменной струи. Пространственная неоднородность плазменной струи неизбежно приводит к неоднородности условий формирования напыленного материала.
Исследования работы [44,115] показали, что коэффициент использования порошка уменьшается как с возрастанием дистанции напыления, так и с уменьшением размера напыленных частиц. Оба факта могут быть объяснены потерей части материала порошка, которая оказалась недостаточно прогретой в периферийной области плазменной струи. Установлено, что центр пятна напыления не совпадает с центром струи плазмы. Так угол между осями потока порошка и плазменной струи может составлять (2 -5 ). С увеличением дистанции напыления рассовмещение геометрических центров струи и пятна напыления становится значительным и имеет случайный характер.
Неоднородность процессов в плазменной струе неизбежно приводит к тому, что состояние плазменных частиц будет также неоднородным в осевом и радиальном направлениях. Часть дисперсного материала не успевает расплавиться в высокотемпературной области потока. Другая часть материала порошка, которая попадает в приосевую область струи, подвергается наиболее интенсивной обработке.
Уменьшить неоднородность плазменной струи удается в плазмотронах с распределенной дугой (рис. 1.5).
Для получения длинных плазменных потоков за счет исключения азимутальных перемещений анодного пятна по поверхности электрода используют кольцевой анод, разделенный на несколько секторов (обычно до восьми), при этом на каждом секторе располагается свое анодное пятно. Для большего повышения стабильности приэлектродных участков дуги используют кольцевые или стержневые электроды, установленные радиально к оси плазмотрона, причем распределенные электроды подключены к индивидуальному источнику питания или параллельно к одному полюсу источника питания.
Плазмотроны с распределенной дугой существенно повышают стабильность плазменной струи, однако они имеют низкую надежность, что затрудняет их использование в камерах с защитной атмосферой. В то же время, используемый в этих плазмотронах принцип формирования плазменной струи путем использования нескольких электродов и источников питания является перспективным.
Сцепление между покрытием и подложкой, на которую оно напыляется, обусловлено действием сил механического зацепления, сил Ван-дер-Ваальса и химического взаимодействия [50,117] . Сцепление, полученное за счет сил двух первых типов, обычно слабое. Поэтому при напылении необходимо обеспечить условия для химического взаимодействия между материалами покрытия и изделия [40].
Разработана теория, которая позволяет наметить пути увеличения прочности покрытия. Эта теория особо выделяет стадию химического взаимодействия покрытия с поверхностью основного материала. Предпосылкой теории явились результаты экспериментальных исследований, на основании которых было установлено, что взаимодействие материала покрытия с поверхностью происходит поэтапно [107]. По современным представлениям процесс соединения материалов относится к термохимической реакции, протекающей на поверхности тела [49]. Термохимические реакции характеризуются двухстадийностью образования прочных связей между атомами соединяемых веществ. В течение первой стадии происходит образование физического контакта, т.е. сближение соединяемых поверхностей на расстояния, требуемые для межатомного взаимодействия. Для этого к соединяемым поверхностям необходимо приложить определенное давление, однако по достижении ими расстояния межатомного взаимодействия дальнейшее их сближение пойдет самопроизвольно. В течение второй стадии происходит прочное соединение в результате химического взаимодействия на поверхности раздела твердых тел. Решающую роль здесь играют квантовые процессы электронного взаимодействия [38] . Прочность сцепления с поверхностью при напылении определяется степенью развития реакции на границе взаимодействия фаз [47]:
Выбор технологической структуры электроплазменного напыления, обеспечивающей повышение качества покрытия
На основании литературного обзора, выполненного в главе 1, составлена структурная схема плазменного напыления (рис.2.3), на которой показаны наиболее значимые параметры электроплазменного напыления покрытий.
В табл.2.1 приведены условные обозначения параметров и их наименованиеС учетом выполненного в п. 2.1 анализа, на рис.2.4 представлена информационная модель, в которой параметры электроплазменного напыления разделены на детерминированные и вероятностные. На основании информационной модели предложена новая технологическая структура (рис.2.5), применение которой должно улучшить качественные показатели покрытия.
В табл.2.2 приведены условные обозначения и наименования предлагаемой технологической структуры электроплазменного напыления. Символами «а» обозначены традиционные элементы технологической структуры, а символами «в» вновь предлагаемые.Ниже приведены обоснования ввода новых элементов в технологическую структуру электроплазменного напыления с точки зрения их роли в повышении качества покрытия.
Ввод автоматизированного привода качания плазмотрона (ві) в технологическую структуру должен обеспечить улучшение таких качественных показателей покрытия, как адгезия и равномерность. Целесообразность ввода этого элемента подтверждена анализом вероятной модели напыления, выполненным в разделе 2.1.Применение дополнительного автоматизированного привода горизонтального перемещения плазмотрона (вг) позволит оптимизировать алгоритм управления процессом напыления покрытия и за счет этого улучшить качество покрытия.
Ввод в технологическую структуру автоматизированной системы контроля и управления защитной газовой средой (вз) должен улучшить характеристики плазменного покрытия, связанные с газовыделением и сорбцией.
Применение автоматической системы контроля и управления температурой нагрева подложки (в4) связано с тем, что температура подложки является одним их главных факторов, определяющих адгезию покрытия (рис. 2.3). Ввод этого элемента дает возможность оптимизировать технологический процесс напыления.Применение элементов в3 и B5 направлено на улучшение газопогло-щающих и газовыделяющих свойств покрытия.
Ввод дополнительного источника питания (вб) существенно расширяет возможность термической активации подложки как перед напылением, так и в процессе напыления. При этом появляется возможность термической активации подложки в разреженной газовой среде (локальной или импульсной термической активацией), тем самым существенно расширяются возможности для оптимизации технологического процесса с целью повышения качества покрытия.
Применение элемента B-J ДОЛЖНО улучшить равномерность подачи порошка в плазменную струю, что играет важную роль в получении качественных покрытий. Ввод элемента Bg должен обеспечить стабильную работу плазмотрона, так как при вводе порошка внутрь плазмотрона происходит случайное смещение плазменной струи и потока порошка относительно друг друга, что неизбежно приводит к ухудшению качества покрытия. Эта ситуация анализировалась в разделе 2.1.
Обоснованность ввода новых элементов в технологическую структуру (рис. 2.5) проверялась методом априорного ранжирования на основе экспертных оценок.Таблица 2. 3 Результаты опроса экспертов
В табл.2.3 приведены данные опроса экспертов (т = 8) для оценки влияния элементов технологической структуры (BI - Bg) на улучшение качества покрытия в части повышения адгезии и равномерности. В качестве экспертов приглашались высококвалифицированные специалисты в области электроплазменного напыления покрытий. Оценки ранжирования факторов проводились по десятибалльной шкале. По данным матрицы ранжирования (табл.2.3) проводилась оценка согласованности экспертов с помощью коэф-фициента конкордации (w 0,94) и критерия Пирсона (х кр 14,1) для уровня значимости 5%. Результаты проверки подтвердили гипотезу о наличии согласия экспертов.
По данным табл.2.3 построена гистограмма ранжирования (рис.2.6), где на оси абсцисс указывается условное обозначение элементов технологической структуры, а по оси ординат - соответствующие им обобщенные суммы рангов Yf ij- На основании принятого порогового критерия tnop = 60, ниже которого вновь вводимые элементы технологической структуры признаются незначимыми для улучшения качественных показателей. Экспертами отвергнут ОДИН ЭЛемеНТ В2.Окончательные выводы о целесообразности введенных элементов в технологическую структуру электроплазменного напыления будут сделаны на основе экспериментальных исследований.
Новые возможности в решении задачи повышения качества электроплазменных покрытий открывает использование защитной газовой среды. Обычная газовая среда при напылении может оказывать влияние на химический состав покрытия или выполнять защитные функции по отношению к участвующим в напылении материалам [40], оставаясь при этом электрически нейтральной.Однако защитную газовую среду можно использовать не только для защиты [59,62], участвующих в напылении материалов от положительных химических воздействий, но и для термической активации поверхности напыления [6,34,70,]. При этом процессы термической активации и напыления покрытия совмещаются в пространстве и времени, что предоставляет более широкие возможности для их оптимизации, в частности, предоставляется возможность напыления покрытия при давлении ниже атмосферного, т.е. в разреженной газовой среде [86,95,101].
Схема оборудования для электроплазменного напыления в разряженной газовой среде приведена на рис. (2.5). Воздух из вакуумной рабочей камеры откачивается до давления ниже половины атмосферного. Затем между соплом-анодом плазмотрона и обрабатываемым изделием устанавливается требуемое расстояние и включается дополнительный источник питания. Одновременно продолжается откачка вакуумной камеры для поддержания заданного давления. При работе плазмотрона и разряжении в камере между соплом плазмотрона и обрабатываемым изделием образуется плазменная струя, которая покрывает значительную площадь обрабатываемого изделия и нагревает ее до определенной температуры, т.е. проводятся два технологических процесса: термическая активация подложки и плазменное напыление покрытия.
Рассмотрим возможности термической активации поверхности подложки дополнительным дуговым разрядом в разреженной защитной газовой среде. Отметим, что дуговой разряд, возбужденный в разреженной газовой среде, состоит из большого числа микропятен, быстро перемещающихся по поверхности катода-подлолеки. Из литературных источников [70] известно, что плотность тока в микропятнах находится в пределах 10 - 10 А/см , а среднее время их существования на участке диаметром примерно 0,1 мм составляет 10"3 - 10"5 с. Таким образом, каждое катодное микропятно представляет собой достаточно интенсивный источник нагрева. Особенностью микропятен является также их свойство возникать на участках катода с наиболее благоприятными условиями для термоэлектронной эмиссии [89,92,96,98]. На участке удара напыляемой частицы о подложку происходит резкое повышение температуры, разрушение поверхностных окисных пленок, структурные изменения материала [33,41], то есть создаются благоприятные условия для эмиссии электронов. Поэтому микропятно с наибольшей вероятностью перемещается на участки поступления напыляемых частиц на поверхность подложки. Естественно предположить, что в результате действия катодного
Разработка кинематической схемы напыления покрытий на сетки генераторных ламп
Сетки являются электродами электровакуумных приборов. Сетки мощных электронных приборов работают при высоких температурах, поэтому их изготавливают из молибденовой, вольфрамовой или танталовой проволоки. Сетки состоят из проволочных витков, закрепленных чеканкой или контактной сваркой на траверсах. Общий вид сетки показан на рис. 3.5 . Различные конструкции сеток показаны на рис.3.6. Высокая температура сеток и их загрязнения различными активными веществами, напыляющихся с оксидного или торированного катодов, а также сеточные токи при высоких напряжениях вызывают термоэлектронную и вторичную эмиссию сеток, что, как правило, неблагоприятно влияет на работу электронных приборов. В результате нагрева сетки возможно повышение выделения из нее адсорбированных газов [26]. Для уменьшения термоэлектронной и вторичной эмиссии сетки покрывают титаном, цирконием, карбидом циркония. Эти покрытия увеличивают коэффициент интегрального излучения поверхности сеток, что приводит к изменению их температуры, а некоторые из них (титан, цирконий) выполняют функцию геттеров [22,23,27,30,106].Традиционными методами нанесения покрытий на сетки электронных приборов является пульверизация и катафорез. Эти процессы требуют приготовления суспензий и биндеров. После нанесения покрытий требуется провести спекание изделий в вакуумных печах при температуре 1000Сивыше.
Благодаря использованию электроплазменного напыления удалось сократить число технологических операций и повысить производительность процесса.
Однако при электроплазменном напылении покрытий на сетки неравномерность покрытия достигает величины 60%. Кроме того, разброс пористости покрытия достаточно широк от 10 до 50%. Приведенные показатели качества электроплазменных покрытий являются неудовлетворительными, поэтому возникла необходимость в совершенствовании технологии нанесения геттерных покрытий на сетки электронных приборов. Как показали исследования, представленные в главе 2 , применение усовершенствованной технологической схемы электроплазменного напыления позволяет улучшить также качественные показатели покрытия как адгезии и равномерность, а также позволяет изменять пористость покрытия в заданном направлении, что очень важно при напылении геттерных покрытий.
В связи с этим технология электроплазменного напыления покрытий на сеткигенераторных ламп разрабатывалась на базе усовершенствованнойтехнологической схемы. В технологическом процессе напылении покрытий на сетки электронных приборов важную роль играет кинематическая схема перемещения плазмотрона и обрабатываемого изделия. Одним из основных требований к процессу электроплазменного напыления покрытий на цилиндрические сеточные изделия является получение равномерного покрытия по всем напыленным поверхностям сетки, включая внутренние поверхности и участки соединения витков с траверзами. По традиционной технологии напыления покрытий, кинематическая схема установки предусматривает вращение сетки и возвратно-поступательное перемещение плазмотрона вдольнапыляемой поверхности [24,60]. Недостаток кинематической схемысуществующего оборудования для электроплазменного напыления сеток состоит в том, что она не обеспечивает равномерного покрытия на внутренних поверхностях сетки и на участках соединения витков с траверзами. Это обусловлено тем, что наружние поверхности сетки экранируют внутренние. На наружних поверхностях сетки слой покрытия образуется быстрее, чем на внутренних и толщина покрытия получается неравномерной. Кинематическая схема перемещения плазмотрона и обрабатываемого изделия, обеспечивающая равномерное покрытие по всем поверхностям изделия, включая внутренние участки соединения витков с траверзами, представлена на рис. 3.7. В представленной кинематической схеме предусмотрено вращение сетки 1, возвратно-поступательное перемещение плазмотрона вдоль напыляемой поверхности, качание плазмотрона и поворот его на угол (р относительно оси сетки. На рис. 3.8. и 3.9. представлены схемы напыления покрытий на виток сетки при повороте плазмотрона на угол ф. На кинематической схеме (рис.3.9а) видно, что угол поворота плазмотрона относительно оси сетки при движении плазмотрона вниз равен ( 90 - ф) , а при движении вверх ( 90 +ф) . Рассмотрим последовательное формирование покрытия на витки сетки при использовании предложенной кинематической схемы. Выпишем в сечении витков сетки квадрат abed ( рис. 3.8. ) . При движении плазмотрона вниз ( рис. 3.96) напыление покрытия будет происходить на наружную хорду ав и внутреннюю хорду dc витков , которые находятся в зоне прохождения потока напыляемого порошка. При движении плазмотрона вверх (рис. 3.9в), как отмечалось, угол поворота плазмотрона относительно оси сетки устанавливается (90 + ф) ; при этом напыление покрытия будет происходить на наружную хорду Bd и внутреннюю са витков, которые находятся в зоне прохождения потока напыляемого порошка. Таким образом, при каждом возвратно-поступательном перемещении плазмотрона вдоль образующей сетки и последовательном изменении угла
Исследование статистических и динамических характеристик локальных САР
Для правильного выбора типа регулятора и параметров его настройки необходимо знать статистические и динамические характеристики того участка установки, регулирование которого осуществляется локальной САР. Определение статических и динамических характеристик составляет проблему идентификации объекта управления. Современные методы идентификации достаточно разнообразны [2,13]. Их можно условно подразделить на две основные группы: аналитические и экспериментальные. Условность такого деления определяется тем, что указанные методы обычно взаимосвязаны: аналитические методы требуют экспериментального подтверждения, а экспериментальные методы не могут быть осуществлены без соответствующих теоретических расчетов при постановке опытов и обработке его результатов.
Чисто аналитический путь получения математических моделей трудоемок и сопровождается целым рядом упрощенных допущений. Последнее зачастую приводит к получению модели, весьма далекой от реального объекта управления. Экспериментальные методы идентификации объекта управления более употребительны в практических работах. Наиболее эффективно сочетание аналитических и экспериментальных методов , при котором общий вид уравнений находится аналитически, а численные значения параметров, соответствующих конкретному объекту экспериментально. В теории управления статической характеристикой САР называют зависимость его выходной величины от входной при установившимся режиме [3,4,32,65]. В общем виде статическая характеристика может быть выражен следующим выражением:
Где у - выходные (регулируемые) величины; x - входная величина.На практике САР имеет нелинейную функциональную зависимость между входной и выходной переменными. Однако при небольших отклонениях регулируемой величины нелинейную зависимость между входной и выходной величинами можно заменить линейной:где А у, А х - отклонения выходной и входной величины; к- коэффициент пропорциональности. Зависимость (4.2.) принимается за статическую характеристику САР. Коэффициент К в линейных САР получил название коэффициента усиления. Как и при исследовании статики, чисто аналитические методы при определении динамических характеристик САР систем оборудования для электроплазменного напыления порошковых покрытий не нашли широкого распространения . Это объясняется тем, что аналитические методы не дают достаточно точных численных результатов, поскольку невозможно учесть многообразие и многочисленность факторов , влияющих на переходные процессы. При исследовании динамических характеристик САР принимались следующие упрощения и допущения:
Такая аппроксимация вполне удовлетворительна, для решения задач синтеза САР оборудования электроплазменного напыления порошковых покрытий. В этом случае каждый динамический канал САР может быть представлен в виде последовательного включенного инерционного звена первого порядка и звена чистого запаздывания [13]. Благодаря этому передаточная функция объекта по каждому каналу САР аппроксимируется простой передаточной функцией вида:р - оператор, используемый в преобразовании Лапласа [32 ].
Динамические параметры объектов регулирования К, Тр , т определялись экспериментально разгонным методом [13].Ступенчатое возмущение входной величины создавалось регулирующим органом, управляемым вручную. Величина внешнего возмущения А у составила 10% от максимального допустимого значения выходной величины. Регистрация т кривых разгона проводилась с помощью осциллографа. Определение динамических параметров по кривой разгона проводилось методом касательной ( рис. 4.12 ). Полученные экспериментальным путем численные оценки динамических параметров САР установки для электроплазменного напыления порошковых покрытий сведены в табл. 4.1. В качестве иллюстрации на рис. 4.12 приведены кривые разгона по каналам САР.
