К.т.н. Береговая О.М., Чабанова А.А.

Одесская национальная академия пищевых технологий

К ВОПРОСУ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОГО ИСПАРЕНИЯ АЛЮМИНИЯ В ВАКУУМЕ

Нанесение покрытий путем испарения или распыления металла при пониженном давлении с последующей конденсацией его паров на защищаемой поверхности является одним из методов создания новых материалов с необходимыми свойствами [1, 2]. Этот метод является универсальным, позволяя наносить покрытия практически на любые материалы (металл, стекло, пластмассы, бумагу и т. п.). Толщину наносимых покрытий можно варьировать в широких пределах. Достоинством этого метода является принципиальная возможность полной автоматизации процесса нанесения покрытий. Одна и та же вакуумная установка без существенных переделок может быть использована для получения покрытий из различных материалов. Вакуумная технология позволяет наносить покрытия на установках периодического, полунепрерывного и непрерывного действия. В установках периодического действия обычно металлизируются отдельные детали, при полунепрерывном процессе – рулон защищаемого материала. В установках непрерывного действия ленточный материал подается в вакуумную камеру и выводится из нее после металлизации с помощью специальных шлюзовых устройств.

Вакуумная технология позволяет сделать процесс нанесения покрытий «замкнутым» и полностью устранить контакт с окружающей средой. С этой точки зрения процесс нанесения покрытий в вакууме можно считать экологически чистым. В этом состоит большое преимущество металлизации в вакууме перед «открытыми» методами нанесения покрытий (металлизация распылением, электролитическое осаждение и пр.). Следует заметить, что вакуумная металлизация в настоящее время относится к энергоемкой технологии. Однако модернизация вакуумного оборудования, автоматизированный контроль процесса, внедрение рациональной конструкции испарителей и другой оснастки вакуумной камеры дают возможность существенно снизить энергопотребление.

Несмотря на большие достижения все еще остается много неразрешенных проблем и направлений в научных исследованиях и в вопросах практического применения вакуумных технологий. В частности, одним из перспективных материалов для получения вакуумных покрытий является алюминий, однако из-за высокой химической активности его расплава возникают трудности испарения алюминия в вакууме. Проблема создания испарителя для достаточно большого количества алюминия еще и сейчас далека от своего решения.

Была поставлена задача – устранить необходимость принудительного охлаждения устройства подачи испаряемого материала (алюминиевой ленты) на рабочую поверхность испарительного элемента. Для этого использовали метод периодического приближения и удаления из зоны испарения механизма подачи алюминия. Исследовано влияние времени нахождения алюминиевой ленты у поверхности испарительного элемента и времени, на которое механизм подачи удаляется из зоны испарения, на надежность работы испарителя. Установлено, что если край подаваемой алюминиевой ленты находится над испарительным элементом более 5 с, то происходит ее перегрев и разогрев механизма подачи. При продолжительности «передышки» менее 30 секунд (на это время испаряемый материал удален из зоны испарения) – механизм подачи не успевает самоохладиться. Если это время составит более 45 секунд, нарушится непрерывность присутствия алюминия на поверхности испарительного элемента. Использование этого метода в экспериментальной установке позволило устранить необходимость принудительного внутрикамерного охлаждения при алюминировании ленточного материала, в том числе полимерной пленки.

На рисунке представлена кинематическая схема устройства. Сплошными линиями показан сдвоенный шарнирный параллелограмм с механизмами подачи испаряемого материала в нейтральном положении устройства, пунктирными – испарение алюминия из испаряющих элементов 1 и 4.

Разработанный метод периодического приближения и удаления из зоны испарения механизма подачи алюминиевой ленты на рабочую поверхность испарительного элемента позволяет за счет самоохлаждения избежать необходимости принудительного охлаждения механизма подачи и испарять достаточно большое количество алюминия в одном цикле работы вакуумной установки.

Литература:

1. И.Л. Ройх, Л.Н. Колтунова, С.Н. Федосов. Нанесение защитных покрытий в вакууме. – М.: Машиностроение, 1976. – 377 с.

2. D.M. Mattox. Ion plating – past, present and future // Surface and Coatings Techn. – 2000. – Vol. 134-135. – P. 517-521.

3. Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме / А.И.Костржицкий, В.Ф.Карпов и др.– М.: Машиностроение, 1991. – 176 с.