×
15.05.2023
223.018.5b7f

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТОДОВ ДЛЯ УСТАНОВОК МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ ИЗ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке и изготовлению деталей. Способ включает электроэрозионную обработку заготовки в виде прутка на проволочно-вырезном станке с числовым программным управлением (ЧПУ), обеспечивающем точность размеров с учетом припусков на последующую механическую обработку, при которой от прутка отрезают диск. После электроэрозионной обработки осуществляют чистовое точение полученного диска путем последовательного снятия припуска от 0,007 до 0,015мм на токарном станке с ЧПУ за два установа с каждой стороны с обеспечением шероховатости поверхности Ra 0,4 мм и отсутствия дефектного слоя на поверхности катода. Обеспечивается получение катодов из тугоплавких металлов для установок магнетронного распыления с требуемыми параметрами химического состава и шероховатости поверхности при минимизации отходов. 8 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке и изготовлению деталей типа «диск».

Известно удаление металла заготовки электроэрозионной обработкой в среде диэлектрика за счет микроразрядов, расплавляющих часть металла [Артамонов Б. А., Волков Ю.С., Дрожалова В.И. и др.: «Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов». Учеб. пособие (в 2х томах), т. 1: «Обработка материалов с применением инструмента» / Под ред. В.П. Смоленцева. М.: Высш. Шк., 1983. 247 с. Часть 1, стр. 7].

Недостатком данного способа является внедрение в поверхностный слой материала электрода-инструмента, а также возникновение различных фаз, полученных из материалов заготовки и электрода - инструмента, за счет кратковременного высокотемпературного воздействия на заготовку и последующего резкого охлаждения, что недопустимо при изготовлении мишеней (катодов) для установок магнетронного распыления.

Известна электрохимическая обработка материалов, тяжело поддающихся лезвийным методам обработки [«Способ двусторонней электрохимической размерной обработки деталей», RU 2473412 C2 (АЛЕКСАНДРОВ А.П. и др.), 27.01.2013]. Этот метод позволяет одновременно с двух сторон снимать одинаковые припуски. Так же известен способ обработки изделий с помощью комбинации двух известных методов: электроэрозионной обработки и последующего электрохимического полирования [«Способ изготовления зубчатого колеса» RU 2586936 C1 (ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"), 10.06.2016].

Недостатком этих способов является недостаточное удаление поверхностного слоя, содержащего частицы материала электрода-инструмента, а также неравномерное снятие поверхностного слоя, что недопустимо при изготовлении катодов для установок магнетронного напыления.

Известны способы изготовления катодов, в которых применяется расплавление и литье катодов с применением различных дополнительных действий (вращение, вибрация, предварительная обработка углубления в катоде и залив расплава) «Способ изготовления мишени для распыления в вакууме» SU 1494559 опубл. 10.03.1996, «Способ получения кремниевых мишеней для магнетронного распыления» RU 2635209 опубл. 09.11.2017, «Способ изготовления распыляемой мишени магнетронного источника для нанесения покрытия» RU 2567783 опубл. 10.11.2015.

Недостатком этих методов является низкая производительность изготовления катодов (мишеней). Для тугоплавких материалов существует сортовой прокат (пруток) со шлифованной поверхностью высокого процентного содержания (99,995%) осаждаемого на поверхность материала при магнетронном распылении. Такие заготовки можно использовать сразу после разреза на катоды, если при обработке не возникает диффузионный слой на поверхности.

Известен способ изготовления мишеней (катодов) фасонной формы из тугоплавких материалов и их сплавов (тантал, ниобий) для магнетронного распыления («ПОЛАЯ КАТОДНАЯ МИШЕНЬ И СПОСОБЫ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ» US 6113761 A1 (KARDOK US), 05.09.2000).

Недостатком этого метода является усложненная технология получения мишеней, далее катодов, при которой необходимо выполнить поперечную прокатку заготовки и осуществить холодную обработку прокатанной заготовки, а также необходимость термической обработки и механической очистки между этапами проката и холодной обработки, что приводит к низкой производительности изготовления катодов.

Задачей изобретения является снижение отходов при обработке редких и как следствие дорогих, тугоплавких металлов при изготовлении катодов для установок магнетронного распыления.

Данный технический результат достигается тем, что обработку производят комбинированным способом, на первом этапе – немеханическим (электроэрозионным), а на втором этапе – механическим (тонкое точение). Сначала производится электроэрозионная обработка в электроискровом или электроимпульсном режиме непрофилированным инструментом (проволокой), при данной обработке от прутка цилиндрической формы с диаметром от 40 до 50 мм отрезают диск того же диаметра (40-50 мм) и толщиной 6-12 мм. Далее производится чистовое точение на токарном оборудовании за два установа с каждой стороны, для устранения дефектного слоя, оставшегося после электроэрозионной обработки, и достижения требуемого качества поверхности.

Способ изготовления катодов для установок магнетронного распыления из тугоплавких металлов, включающий электроэрозионную обработку заготовки в виде прутка на проволочно-вырезном станке с числовым программным управлением (ЧПУ), обеспечивающем точность размеров с учетом припусков на последующую механическую обработку, при которой от прутка отрезают диск, согласно заявляемому техническому решению, после электроэрозионной обработки осуществляют чистовое точение полученного диска путем последовательного снятия припуска от 0,007 до 0,015 мм на токарном станке с ЧПУ за два установа с каждой стороны с обеспечением шероховатости поверхности Ra 0,4 мкм и отсутствия дефектного слоя на поверхности катода.

Рассмотрим способ изготовления катодов для установок магнетронного распыления из тугоплавких металлов на конкретном примере. Электроэрозионную обработку заготовки осуществляют на проволочновырезном станке с числовым программным управлением (ЧПУ), обеспечивающим размеры при обработке катодов толщиной 6 мм – от 6,04 до 6,1 мм, при обработке катодов толщиной 12 мм – от 12,04 до 12,1с учетом припусков на последующую механическую обработку, а затем осуществляют механическую обработку полученного диска, при которой диск крепится в трехкулачковый самоцентрирующийся патрон и обрабатывается с двух сторон. Диск устанавливают на стол проволочновырезного станка с помощью призмы. По чертежу катода задают траекторию обработки с отступом от измерительной базы. Система программирования устройства числового программного управления (ЧПУ), например, Heart NC UTY ЧПУ генерирует (определяет) режимы обработки: длину импульса, длину паузы между импульсами, основной текущий ток, напряжение искрового зазора, напряжение источника питания генератора, верхний предел скорости обработки, величину натяжения проволоки, скорость промотки проволоки. Далее запускают программу обработки в устройстве ЧПУ и производят рез в прямом направлении, перпендикулярно оси диска, с помощью электрических искровых разрядов, протекающих через проволоку, получая необходимый профиль. Далее полученный диск устанавливают в трехкулачковый самоцентрирующийся патрон и обрабатывают на токарном станке с ЧПУ для последующего снятия дефектного слоя. Производят обработку одной стороны на режимах: скорость резания (V) – 61–91 м/мин, подача режущего инструмента (S) – 0,03 мм/об, радиус режущей кромки инструмента (r) – 0,2 мм). После чего диск переворачивают и обрабатывают на этих же режимах с другой стороны. После электроэрозионной обработки осуществляют чистовое точение полученного диска путем последовательного снятия припуска от 0,007 до 0,015 мм на токарном станке с ЧПУ за два установа с каждой стороны с обеспечением шероховатости поверхности Ra 0,4 мм и отсутствия дефектного слоя на поверхности катода.

На Фиг. 1 представлен стол электроэрозионного станка SODICKVZ300L с закрепленной на нем призмой, в которую установлена заготовка.

Фиг. 2 Фиг. 8 отображают фотографии и иллюстрации, которые представлены как дополнение к графическими изображениям.

На Фиг. 2 представлено меню функции автоматического разворота системы координат («РАЗВОРОТ СК АВТО») в режиме «РУЧНОЙ».

На Фиг. 3 представлено меню функции определения нулевых координат (по осям X и Y) в режиме «РУЧНОЙ».

На Фиг. 4 представлен выбор траектории движения проволоки в меню «WIRECUTDEFS».

На Фиг. 5 представлена таблица определения параметров «DEFINITION PARAMETERS»

На Фиг. 6 представлена таблица выбора режимов обработки на экране.

На Фиг. 7 представлены диски из разных металлов, отрезанные от прутков.

На Фиг. 8 представлена схема обработки катода на токарном оборудовании в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне для токарной обработки: 1) катод; 2) трехкулачковый самоцентрирующийся патрон; 3) резец.

Рассмотрим конкретный пример реализации обработки заготовок в процессе изготовления катодов для установок магнетронного распыления (фиг. 1).

Заготовку 1 устанавливают в призму 2, закрепленную на столе 3 проволочно-вырезного станка, например SODICKVZ 300L. С помощью прижима 4 и винта 5 заготовку закрепляют в призме 2, которая в свою очередь уже закреплена с помощью прижима 4 и винта 5 на столе 3. Определяют положение заготовки 1 на столе 3 станка. Обработку производят с помощью проволочного электрода 6 (Фиг. 1). Для того чтобы не выверять заготовку на столе станка индикатором, необходимо развернуть систему координат по торцу. Для этого в режиме «РУЧНОЙ» выбираем функцию автоматического разворота координат «РАЗВОРОТ СК АВТО» (Фиг. 2). В поле «НАПРАВЛЕНИЕ ST» указать направление, в котором проволока должна коснуться заготовки. В нашем случае «Х+». В поле «РАССТОЯНИЕ ДО ДРУГИХ ТОЧЕК» указать максимально отдаленную точку (например, 40 мм при диаметре заготовки 50 мм). После нажатия клавиши «ENTER» станок автоматически разворачивает систему координат по грани заготовки. Далее «локальное» начало координат для данного положения заготовки относительно системы координат станка. Для этого в режиме «РУЧНОЙ» выбрать функцию «КАСАНИЕ ГРАНИ» сначала по оси X (Фиг. 3). После касания проволокой торца заготовки, присвоить данной поверхности 0 по оси X. После проделать аналогичные действия для оси Y, с касанием по круглой поверхности. Далее задать траектории движения проволоки (Фиг. 4) по чертежу детали, оставляя припуск на последующую шлифовальную обработку в меню «WIRECUTDEFS» выбрать тип траектории обработки «OPEN» (открыто). При этом появляется таблица определения параметров «DEFINITION PARAMETERS» (Фиг. 5). В таблице задаем длину стартового вреза «Starting Сut Length» 5 мм. На стартовом врезе станок занижает режимы обработки для уменьшения вероятности обрыва проволоки. Подтвердить выбранные параметры кнопкой «ОK» (Фиг. 5). На мониторе появляется изображение таблицы выбора режимов (Фиг. 6). В ней задать диаметр проволоки, которая установлена на станке. В конкретном примере реализации 0,20 мм, материал заготовки цирконий, толщина заготовки 50 мм, позиция сопла «OPEN», количество проходов - 1. Подтверждаем выбранные параметры кнопкой «ПОИСК». Указываем курсором контур, по которому будет двигаться инструмент, и задаем стартовую точку, от которой производим рез заготовки электрическими искровыми разрядами, протекающими через проволоку. Нажимаем кнопу «Gen NC Data». После этого набираем имя программы: например, «KATOD», под которым она будет храниться на жестком диске. Устройство ЧПУ автоматически генерирует программу и определяет оптимальные режимы реза: длину импульса (ON), длину паузы между импульсами (OFF), основной текущий ток (IP), напряжение искрового зазора (SV), напряжение источника питания генератора (V), верхний предел скорости обработки (SF), величину натяжения проволоки (WT), скорость промотки проволоки (WS), основываясь на введенных данных. По сгенерированной программе производят рез заготовки электрическими искровыми разрядами, протекающими через проволоку и получают готовый диск. Далее полученный диск устанавливаем в трехкулачковый самоцентрирующийся патрон по торцу и цилиндру (Фиг. 8) и на токарный станок. Затем производим механическую обработку (с рассчитанными режимами, исходя из материала заготовки, для тугоплавких материалов скорость резания (V) – 61–91 м/мин, подача режущего инструмента (S) – 0,03 мм/об, радиус режущей кромки инструмента (r) – 0,2 мм), в нашем случае при величине зерна 30 мкм и материале заготовки – циркониевый сплав Э-110, время обработки одной стороны равно 20 сек. После чего диск необходимо перевернуть и производить обработку для обеспечения равномерного съема металла. Последовательное применение данных методов обработки обеспечивает производительность, не зависящую от механических свойств материала, таких как, например, твердость и вязкость, благодаря чему достигается более высокая технологичность при обработке изделий в процессе изготовления катодов для установок магнетронного распыления из тугоплавких металлов, в сравнении с механической обработкой изделий.

Такой способ изготовления может быть использован для изготовления катодов для установок магнетронного распыления из редких и как следствие дорогих металлов, так как отход при обработке минимален.

Способ изготовления катодов из тугоплавких металлов для установок магнетронного распыления, включающий электроэрозионную обработку заготовки в виде прутка на проволочно-вырезном станке с числовым программным управлением (ЧПУ), обеспечивающем точность размеров с учетом припусков на последующую механическую обработку, при которой от прутка отрезают диск, отличающийся тем, что после электроэрозионной обработки осуществляют чистовое точение полученного диска путем последовательного снятия припуска от 0,007 до 0,015 мм на токарном станке с ЧПУ за два установа с каждой стороны с обеспечением шероховатости поверхности Ra 0,4 мм и отсутствия дефектного слоя на поверхности катода.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 41 items.
02.10.2019
№219.017.cde5

Датчик микропримесей аммиака

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака, и может быть использовано для экологического мониторинга. Датчик содержит полупроводниковое основание и подложку....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700035
Дата охранного документа: 12.09.2019
26.10.2019
№219.017.dadc

Устройство защиты обмоток однофазного трансформатора от электрических повреждений

Использование: в области электроэнергетики для защиты трансформаторов от замыканий в его обмотках. Технический результат - повышение надежности функционирования устройства защиты обмоток однофазного трансформатора от электрических повреждений за счет снижения зависимости его чувствительности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704127
Дата охранного документа: 24.10.2019
29.11.2019
№219.017.e826

Способ изготовления изделий из композиционных материалов

Изобретение относится к способу изготовления изделий из композиционных материалов с наполнителями и может быть использовано при производстве и изготовлении изделий из композиционных материалов посредством прессования. Прессование проводится в закрытой пресс-форме при непрерывном воздействии на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707361
Дата охранного документа: 26.11.2019
01.12.2019
№219.017.e97c

Линейная магнитоэлектрическая машина

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – увеличение электромагнитного усилия. Линейная магнитоэлектрическая машина содержит неподвижный статор в виде броневого сердечника, подвижный якорь и постоянные магниты якоря. Подвижный якорь выполнен призматической формы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707559
Дата охранного документа: 28.11.2019
19.12.2019
№219.017.ef44

Способ газификации невырабатываемых остатков жидкого кислорода и керосина в баках ступени ракеты-носителя и устройство для его реализации

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ газификации невырабатываемых остатков жидкого кислорода и керосина предусматривает подачу источника тепловой энергии из отдельной ёмкости (8) в баки (2, 3) с остатками компонентов топлива в жидкой (4, 5) и газообразной фазах, газа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709291
Дата охранного документа: 17.12.2019
29.12.2020
№219.017.f3fd

Полупроводниковый газовый датчик микропримесей кислорода

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей кислорода. Изобретение может быть использовано для экологического мониторинга. Техническим результатом изобретения является повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710523
Дата охранного документа: 26.12.2019
04.02.2020
№220.017.fd46

Комбинированная виброизолирующая опора

Комбинированная виброизолирующая опора содержит резинокордные оболочки (РКО) пассивной и активной систем виброизоляции. Верхняя и нижняя РКО активной системы виброизоляции вместе с опорной площадкой, кронштейнами и реверсором установлены внутри РКО пассивной системы. Достигается компактность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002712724
Дата охранного документа: 30.01.2020
06.02.2020
№220.017.ff8e

Способ защиты однофазного печного трансформатора с короткой сетью в виде группы шин от электрических повреждений

Использование: в области электроэнергетики для защиты печных трансформаторов с короткой сетью в виде группы шин от витковых замыканий в первичной обмотке трансформатора, а также коротких замыканий и обрывов в цепи шин короткой сети. Технический результат – расширение функциональных возможностей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713204
Дата охранного документа: 04.02.2020
13.03.2020
№220.018.0b91

Способ упрочнения твердосплавного инструмента

Изобретение относится к упрочнению твердосплавного лезвийного инструмента. Осуществляют предварительное покрытие наружных поверхностей лезвийного инструмента термоизоляционным слоем толщиной от 10 до 20 мкм. Осуществляют нагрев лезвийного инструмента до температуры 900-1000°С. Производят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716329
Дата охранного документа: 11.03.2020
02.04.2020
№220.018.12af

Гидропневматический диод с закольцованным движением рабочей среды

Изобретение относится к резисторным струйным диодам и может найти применение в струйной гидро- и пневмотехнике. Гидропневматический диод содержит корпус (1) с прямоточным каналом (2) прямоугольного сечения для прохода жидкой или газообразной среды, в котором установлены друг против друга...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718196
Дата охранного документа: 31.03.2020
Showing 1-4 of 4 items.
27.11.2015
№216.013.94b0

Способ формирования профиля щеток электрических машин постоянного тока

Изобретение относится к машиностроению, в частности к изготовлению и ремонту электрических машин постоянного тока. Способ формирования профиля щеток электрических машин постоянного тока заключается в том, что берут одну или несколько новых щеток и устанавливают на стол проволочно-вырезного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569683
Дата охранного документа: 27.11.2015
10.06.2016
№216.015.4550

Способ изготовления зубчатого колеса

Изобретение относится к области машиностроения. В способе вначале при электроэрозионной обработке заготовки формируют требуемый профиль зубчатого колеса, а после путем его электрохимической обработки обеспечивают требуемые параметры поверхности. Электроэрозионную обработку осуществляют на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586936
Дата охранного документа: 10.06.2016
24.07.2020
№220.018.37eb

Способ определения толщины тонких пленок

Использование: для определения толщины тонких пленок. Сущность изобретения заключается в том, что осаждают тонкие пленки с различной толщиной слоя на подложку, измеряют толщину слоя методом атомно-силовой микроскопии, измеряют аналитический сигнал рентгеновской флуоресценции от элементов пленки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002727762
Дата охранного документа: 23.07.2020
15.05.2023
№223.018.5b80

Способ изготовления катодов для установок магнетронного распыления из тугоплавких металлов

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке и изготовлению деталей. Способ включает электроэрозионную обработку заготовки в виде прутка на проволочно-вырезном станке с числовым программным управлением (ЧПУ), обеспечивающем точность размеров с учетом припусков на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002763719
Дата охранного документа: 30.12.2021
+ добавить свой РИД