УДК 681. 7.026.6 ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ СВОЙСТВ ОПТИЧЕСКИХ ВАКУУМНЫХ ПОКРЫТИЙ В. С. ТОМАЛЬ1, Н. К. КАСИНСКИЙ1+, И. В. ИВАНОВ2 1 РУП «О птическое станкостроение и вакуумная техника», ул. Ф илимонова, 25, 220114 г.М инск, Беларусь. 2 УО «Белорусский национальный технический университет», ул. Ф ранциска С корины , 25, корп. 3, 220114 г. М инск, Бела­ русь. Проанализированы факторы воспроизводимости свойств оптических вакуумных покрытий, оце­ нено их влияние на оптическую толщину покрытия. Установлена зависимость воспроизводимо­ сти при нанесении покрытий на ненагретые и нагретые детали, а также от положения детали на приемной поверхности. Введение Воспроизводимость свойств оптических ва­ куумных покрытий (ОВП) является важной харак­ теристикой современной вакуумной установки. Обычно эту величину количественно не опреде­ ляют. Процесс нанесения ОВП определяется рядом контролируемых или заданных и неконтролируе­ мых факторов. К контролируемым факторам относятся: 1) давление; 2) температура; 3) скорость напыления; 4) толщина покрытия; 5) геометрические размеры напыляемой де­ тали; 6) характеристики пленкообразующих мате­ риалов; 7) форма и геометрические размеры прием­ ной поверхности; 8) взаимное геометрическое расположение источников испарения, нагревателя и приемной поверхности; 9) движение детали; 10) мощность испарителя и нагревателя; 11) технологические газы; 12) качество поверхности детали; 13) коррекция потока испаряемого вещества. Неконтролируемые факторы: 1) плотность пленки; 2) концентрация дефектов; 3) угол падения потока пара на деталь; 4) размеры кристаллов, текстура; 5) отклонение от стехиометрии; 6) профиль покрытия; 7) остаточная атмосфера; 8 ) термообработка пленки; 9) адгезия; 10 )конденсация; 11) показатель преломления. И в итоге все эти факторы влияют на спек­ тральные характеристики, механическую и луче­ вую прочность, повторяемость процесса форми­ рования ОВП и на коэффициент полезного дейст­ вия солнечных элементов. Анализ и влияние факторов на воспроизводимость оптической толщины вакуумных покрытий Известно, что конденсированные пленки со­ стоят из столбчатых кристаллитов, оси которых направлены перпендикулярно плоскости подлож­ ки [1,2]. При нанесении покрытий изменяется угол падения потока пара пленкообразующего мате­ риала на подложку, т.е. реализуется наклонное падение, в этом случае возникает эффект самоза- менения [1], увеличивается концентрация пор в пленке. Таким образом, плотность пленки являет­ ся величиной переменной и относится к некон­ тролируемым параметрам. Пленки получают в ус­ ловиях значительного переохлаждения, что опре­ деляет особенности кристаллической структуры пленок. Размеры кристаллитов, их ориентация отно­ сительно плоскости подложки, плотность пор и термообработка пленок относятся к неконтроли­ руемым факторам. + Автор, с которым следует вести переписку E-mail:os_vt@ m ail.belpak by. Кристаллизация пленок является вероятност­ ным процессом, в связи с этим воспроизводи­ мость можно определить как доверительную ве­ роятность [3]. Для оценки случайной погрешности опреде­ ляют среднеквадратичную погрешность. нагретые детали характер изменяется на противо­ положный (рис. 2, 6). § = ■ Рис. 1. Условное изображение вакуум ной камеры: К - верш и­ на купола; I, 2, 3, 4, 5 - места располож ения деталей; 6 - ис­ паритель Фильтры напыляли на ненагретые и нагретые до 300 °С детали. Воспроизводимость свойств ВОП определялась для одного технологического процесса и от процесса к процессу для разных значений доверительного интервала изменения оптической толщины: ±1,5%; ±2%; ±3% [4]. Для деталей, расположенных на сферической приемной поверхности, воспроизводимость свойств в одном процессе при напылении на на­ гретые детали составляет - 84%, а при напылении на ненагретые - 99%. При определении воспроизводимости от про­ цесса к процессу следует отметить, что воспроиз­ водимость зависит от положения детали на при­ емной поверхности и уменьшается последова­ тельно от образца к образцу при напылении на ненагретые детали (рис. 2, а), при напылении на где Зс - среднеарифметическое значение измеряе­ мой величины; х, - текущее значение измеряемой величины; п - количество точек в интервале. При нанесении ВОП важно знать воспроиз­ водимость оптической толщины как в одном тех­ нологическом процессе в разных местах приемной поверхности, так и от процесса к процессу. Оптическую толщину покрытия определяли по положению Я.тах узкополосного фильтра. На детали диаметром 40 мм наносили 13-слойный уз­ кополосный фильтр 2-го порядка на основе оки­ слов Z r02 и S i02. Оптическую толщину определяли в 5 точках сферической приемной поверхности (рис. 1). Рис. 2. Завимость воспроизводимости от положения детали на сферической приемной поверхности при напылении на нена­ гретые (а) и нагреты е детали (б): I - +1,5% ; 2 - ±2% ; 3 - ±3% Эксперименты проводились на современной вакуумной установке модели ВУ-3 (рис. 3). Рис. 3. Общ ий вид вакуумной установки ВУ-3 Заключение Таким образом, проведена эксперименталь­ ная оценка воспроизводимости оптической тол­ щины вакуумных покрытий и установлено, что она уменьшается при переходе к нагревной тех­ нологии. Это вполне закономерный процесс, так как трудно учитывать характер превращений в пленке при термообработке, т.е. добавляется еще один фактор неопределенности в технологиче­ ском процессе. Введена количественная мера вос­ производимости, что позволяет ее учитывать в ре­ альном технологическом процессе. Tomal V. S , Kasinsky N. К ., and Ivanov I. А. Precision optical properties vacuum coatings. The analysis factors affecting reproducibility o f optical vacuum coating, to assess their im pact on the optical thickness o f the coating. The dependence o f the reproducibility o f the coating o f the heated and unheated parts as well as the position o f the parts on the receiving surface. Поступила в редакцию 05.02.2013. Литература 1. M artin, P.J. V acuum / P.J. M artin. - 1986. - № 10. - C. 36. 2. Тонкие поликристаллические и аморфные пленки. Ф изи­ ка и применение / П од ред. Л Казмерскм. - М: Мир, 1987. - С. 218 3. Зайдель, А Н. П огреш ности измерений физических вели­ чин / А Н. Зайдель. - 1985. - С. 39. 4. Горелик, Г.Е. О собенности нагрева деталей в вакуумной камере / Г.Е. Горелик, Т.И. Д емидович, В Т. Лейцина, О.М. Л ексакова, Ж .П. Т рофимова, В.М. Холодов // О пти­ ко-механическая промы ш ленность. - 1989. - № 8. - С 38-40. © В. С. Томаль, Н. К. Касинский, И. В И ванов, 2013.