2.1.2 Основные узлы вакуумной установки вита
1. вакуумная камера;
2. газораспределительная и откачная системы, состоящие из вакуумных насосов, фланце, натекателей, клапанов, средств измерения;
3. технологическая оснастка;
4. система электропитания и блокировки, в которые входят системы контроля и управления технологическими параметрами; 5. ускоритель, состоящий из эродируемого катода, анода, магнитной системы, устройства поджига дуги;
6. для ионного легирования поверхности деталей в установках необходимо наличие источников высокоэнергетичных ионов.
Установка ионной имплантации «Вита» [6] (рисунок 3.1) предназначена для обработки деталей машин и механизмов, режущего, штамповочного и мерительного инструмента методом ионной имплантации, с целью увеличения их износостойкости, коррозионной стойкости, повышения сопротивления усталостному разрушению, придания им антифрикционных свойств.
Рисунок 3.1 – Установка ионной имплантации «Вита»
В основе принципа действия лежит метод ионной имплантации, заключающийся в облучении изделий ионным потоком различных элементов заданной энергии и интенсивности, выбираемых в зависимости от задачи получения необходимых свойств обрабатываемой поверхности.
В установке предусматривается применение различных модификаций ионных источников, позволяющих получать интенсивные пучки ионов многих химических элементов и соединений. В состав включаются мощные источники заряженных частиц низких энергий – плазменные ускорители. Предусматривается дополнительная возможность обработки поверхностей деталей за счет распыления плазменным пучком материала различных мишеней, нанесения различных покрытий, чистка изделий и сочетание этих процессов в зависимости от заданной технологии.
Основная составная часть установки – имплантер, в составе которого:
1) электромагнит источника;
2) камера источника;
3) источник ионов;
4) устройство приемное с ускорителем РКТЕ;
5) плазменный ускоритель 1;
7) устройство приемное с распылением;
8) плазменный ускоритель 2;
9) камера приемная;
10) камера промежуточная;
11) тумба;
12) линия вакуумная.
Имплантер представляет собой вакуумный объем, на фланцах которого установлены ионный источник И1 и плазменные ускорители ПУ1 и ПУ2. Большую часть объема занимает приемная камера, где располагается устройство для подачи деталей в зону обработки. Камера ионного источника и приемная камера могут изолироваться вакуумным затвором.
Ионный источник является устройством, в котором генерация ионов происходит в дуговом разряде с накаленным катодом. Ионизация нейтральных атомов рабочего вещества, поступающего в газоразрядную камеру происходит в результате их взаимодействия с потоком первичных электронов, испускаемых катодом. Для увеличения эффективности ионизации в газоразрядной камере и увеличения потока извлекаемых ионов, источнику требуется внешнее магнитное поле, создаваемое электромагнитом. Вытягивание ионного пучка происходит поперек оси разряда электростатическим полем системы, ускоряющего и фокусирующего электрода. Рабочее вещество поступает в газоразрядную камеру в результате испарения из тигля в случае работы на конденсированных веществах или через систему газонапуска – при работе на газах.
Плазменный ускоритель предназначен для обработки деталей потоком заряженных частиц с энергией до 400 эВ и плотностями составляющей ионного тока до 10 мА/см2. Основными элементами ПУ являются: коаксиальная магнитная система с катушкой намагничивания; полая диэлектрическая камера, расположенная между полюсами магнитной системы; анод являющийся одновременно газораспределителем; компенсатор и поджигающий электрод, расположенный недалеко от среза канала. нейтральные атомы выходят из отверстий в аноде, попадают под действие электронов. Образующиеся ионы подхватываются электрическим полем, ускоряются и выходят из разрядного канала, имея направленную энергию
В приемной камере производится обработка деталей, которые подаются в зону обработки и перемещаются в этой зоне по определенному закону.
Имплантер оснащен «карусельным» приемным устройством для деталей, рассчитанным на установку 24 изделий (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2 – Приемное устройство базовой установки
Система электропитания ионного источника предназначена для полуавтоматического ввода источника в режим поддержания заданных параметров в рабочем режиме, полуавтоматического выключения после выполнения заданной программы. Все электрические цепи ионного
источника, находящиеся под потенциалом ускоряющего напряжения, питаются от отдельных разделительных трансформаторов с целью исключения их взаимовлияния в процессе работы; регулирующие элементы (тиристоры) подключены со стороны первичных обмоток трансформаторов.
Источник ионов снабжен двумя контурами водяного охлаждения: первый охлаждает конструктивные элементы источника, находящиеся под потенциалом ускоряющего напряжения (50 кэВ), второй – остальные элементы, находящиеся под потенциалом Земли.
Оба контура охлаждаются от станции водяного охлаждения с оборотной деионизованной водой с теплообменником, использующим обычную техническую воду. Расход воды на охлаждение ионного источника должен составлять не менее 10 л/мин.