Осаждение углеродных и алмазоподобных пленок при помощи плазменных струй тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат технических наук Цыганов, Дмитрий Леонидович

• Цыганов, Дмитрий Леонидович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Цыганов, Дмитрий Леонидович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 . СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА.

1.2 СВОЙСТВА ПЛЕНОК И ИХ ВЗАИМОСВЯЗЬ С МЕТОДАМИ ПОЛУЧЕНИЯ.

1.3 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК.

1.4 ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АПП, ОСНОВАННЫЕ НА МЕТОДЕ ОСАЖДЕНИЯ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ (CVD-МЕТОД).

1.5 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СИНТЕЗА АЛМАЗНЫХ И АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК СПОСОБОМ ОСАЖЕНИЯ В ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕ, ИЗГОТОВЛЕННОЕ НА БАЗЕ ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ ГАЗА (ПЛАЗМОТРОН) ПОСТОЯННОГО ТОКА.

1.6 ЗАКЛЮЧЕНИЯ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ.

ГЛАВА 2 УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК.

2.1 ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННАЯ УСТАНОВКА ВПУ-2М.

2.2 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПЛАЗМОТРОНА.

2.3 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ РАЗРАБОТАННОГО ПЛАЗМОТРОНА С МЭВ.

2.4 СХЕМА ВОДОСНАБЖЕНИЯ.

2.5 ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

2.6 РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ И СРЕДНЕМАССОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ПЛАЗМОТРОНА С МЭВ.

2.7 РАСЧЕТ СТЕПЕНИ ИОНИЗАЦИИ ПЛАЗМЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Осаждение углеродных и алмазоподобных пленок при помощи плазменных струй»

Актуальность темы. В последнее время проблемы повышения надежности отдельных деталей механизмов, машин и износостойкости рабочего инструмента приобрели большое значение. Это связано с тем, что стоимость сырья и материалов специального назначения, необходимых для создания деталей механизмов и машин с высоким ресурсом работы, достаточно высокая. Энергоемкие технологические процессы обработки деталей требуют создания технологий, позволяющих повысить износостойкость рабочего инструмента.

Поэтому, проблемы создания эффективных технологий упрочнения рабочих поверхностей деталей механизмов, машин и повышения износостойкости рабочего инструмента, являются актуальными. Отметим, что подобные технологии упрочнения входят в число приоритетных высоких технологий государственного уровня, т.к. формирование поверхности с новыми свойствами позволяет существенно повысить качество и долговечность деталей. Например, в Германии изготовляется и используется режущий инструмент с износостойким покрытием, причем доля такого инструмента на рынке обрабатывающего инструмента составляет около 90% и постоянно растет.

В настоящее время наряду с традиционными способами упрочнения рабочих поверхностей находят все большее применение способы нанесения на рабочие поверхности углеродных, алмазоподобных или алмазных пленок (АПП и АП).

Как известно, такие пленки обладают уникальными свойствами, которые характеризуются низким коэффициентом трения, высокой химической стойкостью и износостойкостью рабочих поверхностей деталей механизмов и машин и инструмента. Кроме высокой твердости, алмазоподобные пленки имеют высокую теплопроводность и обладают хорошими электроизоляционными свойствами.

В настоящее время существует ряд методов получения и осаждения углеродных и алмазоподобных пленок. Одним из наиболее эффективных является метод осаждения пленок из газовой фазы при пониженном давлении способом химического осаждения (CVD). Наиболее перспективными для практического использования является CVD метод с использованием плазменной струи, генерируемой плазмотроном. Применение плазмотрона с межэлектродными вставками (МЭВ) позволяет достигать заданной мощности при умеренных токах, и благодаря этому варьировать характеристики струи в широких пределах.

Актуальность работы подтверждается вовлечением ее в тематические планы ГНТП по направлению "Алмазы", государственной программой "Плазмодинамика" и грантом Министерства образования республики Беларусь по теме диссертации.

Целью работы является разработка методики процесса осаждения алмазоподобной пленки на плазматронах с МЭВ и разработка технологического процесса осаждения АПП на поверхности. В соответствии с этой формулировкой определяется общая научная задача: в экспериментально-теоретическом плане - разработка научно-обоснованных положений, обеспечивающих оптимизацию взаимосвязанных положений тепловых и аэродинамических режимов осаждения АПП и разработка специализированного плазмотрона с МЭВ для осаждения АПП; в экспериментально-прикладном плане — создание на основе полученных результатов технологического процесса осаждения АПП и реализация наукоемких плазменных технологий, установление особенности изнашивания АПП на твердосплавных пластинках типаТ15К6.

Объект и предмет исследования. Износостойкие покрытия рабочих поверхностей режущего инструмента на основе АПП; физико-механические (твердость, модуль упругости) и триботехнические (коэффициент трения, износостойкость) характеристики покрытий различной конструкции, их морфология и химический состав, плазмотрон.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод получения алмазоподобной пленки на высокоэнтальпийном плазмотроне (ПА-19В) постоянного тока с межэлектродными вставками (МЭВ);

2. Результаты экспериментальных исследований по осаждению алмазоподобных и углеродных пленок при помощи высокоэнтальпийного плазмотрона постоянного тока с МЭВ. Наилучшая АПП получена при степени ионизации плазмы около 25%, температуры подложке 800-1200°С.;

3. Конструкция высокоэнтальпийного плазмотрона с межэлектродными вставками с тепловым КПД до 0.8. Для плазмотрона: экспериментально определены тепловые потери и вольтамперные характеристики; был рассчитан тепловой КПД, среднемассовая температура и средняя степень ионизации. Была разработана конструкторская документация;

4. Рекомендации по выбору режимов осаждения в виде технологической инструкции и технологического процесса при осаждении АПП на режущий инструмент, а также по рекомендации по выбору режимов для точения и фрезерования для режущего инструмента, оснащенного твердосплавными пластинками типа Т15К6, которые покрыты АПП.

Научная значимость и новизна. В результате проведенных исследований БрГТУ впервые на территории СНГ удалось получить алмазоподобные пленки при помощи плазменной струи методом химического осаждения (CVD) с использованием высокоэнтальпийного плазмотрона с МЭВ. Проведенное исследование свойств полученных пленок методами КРС, Оже-спектроскопии и др. показали, что пленки относятся к типу а-С.

Проведены исследования для выяснения связи факторов технологического процесса напыления с твердостью покрытия, с величиной коэффициента трения, износостойкостью. Показано также, что увеличение энергии осаждающихся частиц оказывает положительное влияние на качество реализующегося покрытия.

Выполнен комплекс научно-исследовательских работ, обеспечивающих существенное повышение износостойкости режущего инструмента в 4-8 раз.

Практическая и экономическая значимость полученных результатов. Разработана методика нанесения АПП на режущий инструмент. Упрочненные пластинки для режущего инструмента методом CVD на плазменно-вакуумной установке ВПУ-2 успешно прошли испытания на РУМП «Кузлитмаш» (г. Пинск), ОАО "Березовский мотороремонтный завод " (г. Береза) и ОАО "Металлист" (г. Брест).

Произведена модернизация плазменно-вакуумной установки ВПУ-2. Увеличена надежность ее работы при осаждении алмазоподобных пленок методом CVD.

Расчет экономического эффекта при напылении АПП на пластинки для режущего инструмента составил 100-200% от стоимости режущей пластинки или в ценовом исчислении 2-3$ на одну пластинку или при средней потребности одного небольшого предприятия типа РУМП «Кузлитмаш» 8000 шт. - 22420$.

Был отработан технологический режим осаждения алмазоподобных пленок в зависимости от режимов работы плазмотрона и состава реагентов.

Личный вклад соискателя. Автор принимал непосредственное участие в постановке задачи исследования, в проведении экспериментов, в анализе экспериментальных результатов, подготовке рукописей публикаций, в проведении работ по выпуску опытных партий изделий, в создании опытно-конструкторской документации и технологического процесса осаждения АПП.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты исследований были представлены на следующих научно-технических конференциях, ассамблеях и симпозиумах: "Материалы и технологии — 2000" (Гомель, 2000), "Теоретические и технологические основы упрочнения и восстановления изделий машиностроения" (Новополоцк, 2001), "Фуллерены и фуллереноподобные структуры в конденсированных средах" (Минск, 2002), "Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедения, технологии" (Москва, 2002 и 2003), Харьковская научная ассамблея (Харьков, 2003).

Опубликованность результатов. По результатам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 16 научных работ, в том числе 3 статьи в научных рецензируемых журналах, 3 статьи в научно-технических сборниках, 5 тезисов докладов на конференциях, 5 заключительных отчетов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-ех глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержание диссертации изложено на 159 стр., из которых 7 стр. занимает список используемых литературных источников, включающие 97 наименований, из 78 рисунка, 19 таблицы и 55 стр. приложений.

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Цыганов, Дмитрий Леонидович

выводы

1. Разработан высокоскоростной метод (скорость осаждения пленки до 30-50 мкм/час) осаждения алмазоподобной пленки при помощи высокоэнтальпийного плазмотрона (ПА-19В) постоянного тока с межэлектродными секционированными вставками (МЭВ). а) Получена алмазоподобная пленка на различных материалах: кремний, медь, сталь, алюминиевая бронза, карбид вольфрама и др. б) Наилучшие результаты (отсутствие в составе пленок графитовой фазы) были получены при наиболее высокой степени ионизации аргоновой плазмы (около 25%). в) Устойчивое осаждение алмазных и алмазоподобных пленок происходило при нагреве подложки до температуры 800-1200 °С. г) Лучший реагент — метан. д) Положительное влияние на свойства алмазоподобной пленки оказывает отжиг на воздухе (температура 400 °С, в течение 1 часа).

2. Разработана и испытана конструкция катодного узла и секции МЭВ плазмотрона с газовой завесой стенок разрядной камеры холодным газом. а) Измерены тепловые потери и получены вольт-амперные характеристики. б) Рассчитаны основные параметры плазмотрона (диаметр сопла, тепловой КПД плазмотрона, среднемассовая температура, средняя степень ионизации плазмы и др.) в) Разработана конструкторская документация на высокоэнтальпийный плазмотрон ПА-19В и на модернизацию пламенно-вакуумной установки ВПУ-2. г) Модернизирована установка ВПУ-2.

3) Проведены экспериментальные исследования по осаждению алмазоподобных пленок на твердосплавных пластинках типа Т15К6 для режущего инструмента. Проведенные испытания опытной партии образцов показали, что эксплуатационные качества пластин увеличились по сравнению с контрольными пластинками: в 4-5 раз при точении и 1,7-2 раза при фрезеровании. Износостойкость пластин Т15К6 с АПП по сравнению с пластинами, на которые был нанесен нитрид титана, повысилась в 1,3 раза.

4) Разработан технологический процесс (ТП) осаждения алмазоподобных пленок с помощью установки ВПУ-2М для твердосплавных пластин типа Т15К6.

5) Экономический эффект от внедрения составил до $2-3 на режущую пластинку. Результаты работы внедрены на предприятиях - ОАО "Металлист" и РУМП «Кузлитмаш».

4.3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ГЛАВЕ 4

Проведены исследования по напылению и испытанию твердосплавных пластинок с осажденной АПП. Показано, что происходит заметное увеличение стойкости режущего инструмента, оснащенного данными пластинками (в сравнении с контрольными пластинками). Проведенные исследования позволяют разработать технологическую инструкцию (см. приложения) по нанесению АПП на режущие поверхности инструмента методом плазмохимиче-ского осаждения в вакууме.

Кроме того, необходимо отметить, что установка ВПУ-2М позволяет наносить алмазную пленку не только на пластины из твердого сплава, но и на пресс-формы, штампы, сверла, фрезы и т.д. В настоящее время в БрГТУ проводятся исследования по отработке оптимальных режимов осаждения АПП на различный инструмент. Решение поставленной задачи позволит значительно повысить износостойкость различного инструмента, что в конечном итоге позволит повысить производительность труда и получить экономический эффект.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Цыганов, Дмитрий Леонидович, 2005 год

1. Диесперова И. И., Слепцов В.В. Наукоемкие иоино-плазменные технологии инженерии поверхности: положения сегодня и преспективы развития российского рынка // Приложение №7 к инженерному журналу: Справочник. М.: «Машиностроение», 2001, № 1, с. 59-61.

2. Старт Б.В., Белянин АФ. Предисловие // Электронные, ионные и плазменные технологии. Приложение № 7 к инженерному журналу: Справочник. М.: «Машиностроение», 2000, № 7, с. 2-3.

3. Б.В. Спицын, А.Ф. Белянин и др. Строение и механическая обработка слоев алмаза, выращенных из газовой фазы //Техника средств связи. Серия: ТПО. 1987, вып. 1,. с. 61—70.

4. Спицын А.Б. Кристаллизация из газовой фазы пленок алмаза и алмазоподобных нитридов /Автореф. канд. дис. М.: МИСИС (ТУ), 2002.

5. Стщин Б.В. Методы нанесения и свойства углеродных алмазоподобных пленок // Приложение № 7 к инженерному журналу: Справочник. М.: «Машиностроение», 2000, № 7, с. 3-10.

6. Lifshitz Y. Diamond-like carbon — present status //Diamond and Related Materials. 1999, v. 8, p. 1659-1676.

7. Yamamoto K., Wazumi K. and other. Tribological properties of diamond-like carbon films pre-parated by mass-separated ion beam deposition //Diamond and Related Materials. 2002, v. 11, p. 1130-1134.

8. Yamamoto fC, Wazumi K., Watanabe Т., Koga Y., Iijima S. Tribological properties of diamond-like carbon films prepared by mass-separated ion beam deposition //Diamond and Related Materials. 2000, v.l 1, p. 1130-1134.

9. Белянин А.Ф., Спицын Б.В. Строение и применение в электронике пленок алмаза, выращенных методом дугового разряда //Алмаз в технике и электронике на пороге III тысячелетия. М.: Полярон, 2001, с. 50-67.

10. Трахтенберг И.Ш., Владимиров А.Б. Трибологические свойства алмазоподобных покрытий на алюминии //Сборник трудов Харьковской научной ассамблеи, Харьков, Украина, 2002, с. 202-205.

11. Елинсон В.М. Управление рельефом поверхности пленок углерода и пленочных структур при ионно-плазменном осаждении. Материалы симпозиума «Алмазные пленки и пленки родственных материалов», Харьков, 2001. с. 129 - 132.

12. Spitsyn В. К, Bouilov L.L., Derjaguin B. V.I I J. Cryst. Growth. 1981. V.52. P.219

13. Matsumoto S., SatoY.ll J. Appl. Phys. Jpn. 1982.V.21P.183

14. Matsumoto S., Hino M., Kobayashi ТУ/ J. Appl. Phys. Lett. 1987.V.51.N10.P.737

15. Kroesen G.M.W., Schram D.C. and van de Sandle M.J.F. Fast Deposition of Amorphous Hy-drogenated Carbon Films Using a Supersonically Expanding Arc Plasma.// Plasma Chem. & Plasma Proc.- 1990. — V. 10.- P.49-69.

16. Morrison P. W., Glass J.T. Applications of flame-grown diamond films. In the book The Properties and Grawth of Diamond. — London, Ed. G.Davies, Roy.Colledge, UK, 1994. — P.391.

17. Okano H., Tanaka N. et al. Preperation of aluminum nitride thin films by reactive sputtering and their applications to GHz-band surface acoustic wave devices //Appl. Phys. Lett. 1994, v. 64, N2, p. 166-168.

18. Diamond deposition: Science and Technology. 1990, v. 1, N 1, p. 3.

19. Polushkin V.M., Polyakov S.N. et al. Diamond film deposition by downstream DC glow discharge plasma chemical vapor deposition //Diamond and Related Materials. 1994, N 3,. p. 531— 533.

20. Robertson J. The deposition mechanisms of diamond-like а- С and a- C:H // diamond and related materials. 1994, v.3, p.361-368.

21. Бабаев В.Г., Новиков НД. и д.р. Получение углеродных пленок импульсно-плазменым методом // Электронные, ионные и плазменные технологии. Приложение № 7 к инженерному журналу: Справочник. М.: «Машиностроение», 2000, № 7, с. 13-15.

22. Белянин А.Ф., Найда С.М., Пащенко П.В. Получение пленок алмазоподобного углерода методом высокочастотного магнетронного распыления //Молекулярная физика неравновесных систем. Материалы 1 Всерос. научной конф. Иваново: ИвГУ. 1999, с. 98-100

23. А.с. СССР. № 1021106 (приоритет от 29.12.1981). Способ наращивания поликристаллического алмаза /Б.В. Спицын, Н.А. Бульенков и др.

24. А.с. СССР № 1082082 (приоритет от 07.04.1982). Способ выращивания слоев алмаза и устройство для его осуществления /Л.Л. Буйлов, А.А. Ботев и др.

25. А.с. СССР. № 1122018 (приоритет от 08.06.1983). Способ получения слоев алмаза /А.А. Ботев, А.Ф. Белянин и др.

26. Haubner R„ Lux В. Techniques of hot-filament assisted deposition of diamond. In the book The Properties and Grawth of Diamond. — London, Ed. G.Davies, Roy.Colledge, UK, 1994. — P.336-348.

27. Schram D.C., Beulens J.J., Buuron A.J.M., Kroesen G.M. W. and others. The physics of plasma jets used for fast atomic deposition // Proc. Int. Symp. on Plasma Jets.- Alma-Ata: 1990. — P.627-637.

28. Bachmann P.K., Beylens J.J., Kroesen G.M.W., Lydtin H, Schram D.C. and Wiechert D.U. Diamond Deposition from a Cascaded Arc DC Plasma // Proc. 3rd on Surface Modification Technologies, Neuchatel, Switzerland.- 1989.

29. Bachmann P.K. Plasma CVD synthesis of diamond. In the book The Properties and Grawth of Diamond. London, Ed. G.Davies, Roy.Colledge, UK, 1994. — P.354-363.

30. Bachmann P.K. Plasma CVD techniques for low pressure synthesis diamond: an overview. In the book The Properties and Grawth of Diamond. — London, Ed. G.Davies, Roy.Colledge, UK, 1994.- P.349-353.

31. Bachmann P.K. General aspects of CVD growth of diamond and their correlation. In the book The Properties and Grawth of Diamond. — London, Ed. G.Davies, Roy.Colledge, UK, 1994.-P.364-367.

32. Shikata S., Nakahata H. et al. SAW filters based on diamond //Applications of Diamond Films and Related Materials: 3 Int. Conf. 1995. USA, p. 29-36.

33. Minoo H. Feasibility of Diamond Formation in the Arc Cathode Region Plasma // Proc. Int. Symp. on Plasma Jets. — Alma-Ata: 1990. — P.685-690.

34. Pfender E., Han Q.Y., Or T. W., Lu Z.P. and Heberlein J Л Diamond and Related Materials. — 1992.-Vol.1. —P.l 27.

35. Zhuang Q.D., Guo #., Heberlein J. V.R. Control of Substrate Temperature and its Uniformity for Thermal Plasma CVD. //Proc. Int. Conf. on Plasma Chem.- England.- 1993.- P.l680-1685.

36. Gat R., Angus J. C. Principles of hot-filament deposition of diamond. In the book The Properties and Grawth of Diamond. — London, Ed. G.Davies, Roy.Colledge, UK, 1994. — P.325-335.

37. Morrison P.W., Glass J.T. Flame characteristics for combustion growth of diamond. In the book The Properties and Grawth of Diamond. — London, Ed. G.Davies, Roy.Colledge, UK, 1994. —P.368-375.

38. Morrison P.W., Glass J.T. The physics and chemistry of flames used for combustion growth of diamond. In the book The Properties and Grawth of Diamond. — London, Ed.G.Davies, Roy.Colledge, UK, 1994. —P.376-379.

39. Morrison P.W., Glass J.T. Nucleation and film characteristics of combustion-grown diamond. In the book The Properties and Grawth of Diamond. — London, Ed G.Davies, Roy.Colledge, UK, 1994.- P.380-390.

40. Watanabe Т., Yamashita N. Kato M., Wada Т. Synthesis of CBN and CNX films by ion beam assisted deposition. Proceedings of Applied Diamond Conrference. 1999, Japan, p. 651-656.

41. Vandersande J. W. Thermal conductivity of thin film diamond. In the book The Properties and Grawth of Diamond. —London, Ed. G.Davies, Roy.Colledge, UK, 1994. — P.399-400.

42. Самойлович М.И., Белянин А.Ф. Алмазные и алмазоподобные углеродные пленки: формирование и строение// Сборник трудов Харьковской научной ассамблеи, Харьков, Украина, 2002, с. 6-385.

43. А.Ф. Белянин, JI.JI. Буйлов. Поликристаллические алмазные пленки в микроэлектронике //Технология и конструирование в электронной аппаратуре. Украина. 1997, № 2, с. 9-15.

44. А.Ф. Белянин, Б.В. Спщын. Строение и применение в электронике пленок алмаза, выращенных методом дугового разряда //Алмаз в технике и электронике на пороге III тысячелетия. М.: Полярон, 2001, с. 50-67.

45. А.Е. Алексенко, А.Ф. Белянин и др. Установка для выращивания алмазных пленок //Техника средств связи. Серия: ТПО. 1992, вып. 1,2, с. 64-67.

46. А.Е. Алексенко, А.Ф. Белянин и др. Установка для выращивания поликристаллических алмазных пленок методом дугового разряда //Труды Украинского вакуумного общества. Киев, 1995. Т. 1, с. 213-216

47. Collins J.L. Diamond-like carbon (DLC) — a review // Industrial diamond review. 1998, v. 58, N 578, p. 90-92.

48. S. K. Baldwin, Jr., T. G. Owano, and С. H. Kruger, "Increased deposition rate of chemically vapor deposited diamond in a direct-current arcjet with a secondary discharge," Applied Physics Letters, vol. 67, pp. 194-196,1995.

49. Жуков М.Ф., Засыпкин KM. и др. «Электродуговые генераторы с межэлектродными вставками». Новосибирск: Наука, 1981. 220 с.

50. Бублиевский А.Ф. Анизотропная модель излучающей электрической дуги // ИФЖ. — 1995. -Т. 68,№5-С. 820-826.

51. Бублиевский А.Ф. Критериальные зависимости для безрасходных электрических дуг в канале // ИФЖ. 1997. - Т. 70, № 1. - С. 99-104.

52. Бублиевский А.Ф. Расчет характеристик водородной цилиндрической дуги по обобщенным зависимостям // ИФЖ. 1997. - Т.70, №4. - С. 569-575.

53. Жуков М.Ф., Коротеев А.С., Урюков Б.А. «Прикладная динамика термической плазмы». Новосибирск: Наука, 1975 296 с.

54. Н.Б. Варгафтинг Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей М.:Наука, 1972, 720ст

55. Каролинский В.Г., Кузьмич В.А., Пекун А.И., Сазонов М.И., Хвисевич В.М., Цыганов Д.Л. Осаждение из газовой фазы алмазоподобных пленок с применением вакуум-но-плазменной установки ВПУ-2. Респ. конф. "Материалы, технологии-2000", г. Гомель, 2000.

56. Вулис Л.А., Ершин Ш.А., Ярин Л.П. Основы теории газового факела. JI.: Энергия, 1968. -204 с.

57. Кутателадзе С.С. Пристенная турбулентность. Новосибирск: Наука, 1973. -227 с.

58. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М.: «Наука», 1976, 567 с.

59. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. -М.: Наука, 1973. 847 с.

60. Лукьянов Г.А. «Сверхзвуковые струи плазмы». JI: Машиностроение. 1985 -264с.

61. Меккер Г. О характеристиках цилиндрической дуги // Движущаяся плазма. М., ИЛ, 1961. С.438-477.

62. Самарский А.А. Уравнения математической физики. — М.: Наука, 1966. 724 с.

63. Седов Л. И. Методы подобия и размерностей в механике. М.: Наука, 1965. 386 с.

64. Смирнов Б. М. Отрицательные ионы. М.: Атомиздат. 1978.176 с.

65. Финкельбург В., Мекнер Г. «Электрические дуги и термическая плазма». М., ИЛ, 1961.-369с.

66. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкости. Т1,Т2//Москва,"Мир"1991

67. Хинце И.О. Турбулентность. М.: Физматгиз, 1963.

68. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969. -742 с.

69. Юдаев Б.Н. «Теплопередача». М:, Высшая школа, 1981. 319 с.

70. Кидин Н. И., Махвиладзе Г. М. Электрическое поле ламинарного пламени с большой степенью ионизации. //Физика горения и взрыва. 1976. Т.12. № 6. С. 865-871.

71. Ватажин А. Б., Грабовский В.И., Лихтер В.А., Шульгин В.И. Электрогазодинамические течения. М.: Наука. 1983. 344 с.

72. Абрамович Г.Н. «Прикладная газовая динамика». М:, Наука, 1969 824 с.

73. Bublievsky A.F., Yas 'ко O.I. An Anisotropic Model of an Electric Arc // Journal of High Temperature Chemical Processes. — 1992. — V.l, №3. P. 411-418.

74. Pereverzev KG., Konov V.I., Ralchenko KG., Pozharov A.S., Metev S., Brecht H„ Sepold G. Parametric studies of diamond film deposition by DC arc-jet technique // Proc. of 4-th Intern, symp. Khratov. Ukraine. 1999. P. 110-113.

75. Бордусов C.B., Босяков M.И., Свадковский КВ., Ильюшенко А.Ф., Ануфриев Л.П. Lugsheider Е. «Плазменные процессы в производстве изделий электронной техники» в 3-х т. Том 1. Мн.: информ, 2000. 424 с.

76. Вакуумное осаждение тонких пленок // Приложение № 7 к инженерному журналу: Справочник. М.: «Машиностроение», 2001, № 2, с. 14-21.

77. Каталог режущего инструмента из твердого сплава фирмы Mitsubishi. 1999. 501 с.

78. Inkin K.N., Kirpilenko G.G. and other A superhard diamond-like carbon film //Diamond and Related Materials. 2000, v. 9, p. 715-721.

79. Sharma J. N., Singh H. Propagation of generalized thermoelastic waves in cubic crystals // Arch. Mech. 1990. - Vol. 42. - No. 1. - P. 19—30.

80. Yas'ko O.I., Marotta A., Laktyushina T.V., Da Silva L.O.M. Current Voltage characteristics generalization for plasma torches operating with different gases, Proc. ISPC, Vol IV, Aug. 21-25,1995, Minneapolis, Minnesota, USA, pp. 1909-1913.

81. Бабичев A. 77., Бабушкина H. А., Братковский A. M. и др. Физические величины. Справочник. //М.: Энергоатомиздат, 1991.1232с

82. Физические величины. Справочник под ред. И. С. Григорьева и Е. 3. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991.1232с.

83. Патент РФ. № 2105379 (приоритет от 29.05.1998). Способ получения сплошной пленки с алмазоподобной структурой и устройство для его осуществления. Капустин В.И, Лысов Г.В. и д.р.

84. Патент РФ. № 2006538 (приоритет от 14.07.1992). Способ выращивания алмазов. Акционерное общество "Компакт ЛТД", КуличенкоВ.А., Маслеников В.Г. и д.р.

85. Патент РФ. № 2054056 (приоритет от 10.02.1996). Способ получения изотопических чистых алмазных пленок. Дженерел Электрик Компани.

86. Патент РФ. № 2040600 (приоритет от 22.12.1992). Способ осаждения алмазных покрытий в плазменной струе. Быкова Н.Г., Першин И.С. и д.р.

87. Патент РФ. № 2049830 (приоритет от 22.09.92). Устройство для выращивания кристаллов из газовой фазы. Способ выращивания алмазов. Акционерное общество "Компакт ЛТД", КуличенкоВ.А., Маслеников В.Г. и д.р.

88. Патент РФ. №2215061 (приоритет от 30.09.2002).Высокоскоростной способ осаждения алмазных пленок из газовой фазы в плазме СВЧ-разряда и плазменный реактор для его реализации. Вихарев А.Л., Горбачев A.M. и д.р.

89. Патент РФ. № 2176683 (приоритет от 21.11.1997).Способ получения гомоэпитаксильной алмазной тонкой пленки и устройство для его осуществления. Такеути Даисуке (JP), Оку-си Хидейо (JP) и д.р.

90. J. Коска, Н. Stuchlikova, J. Stuchlik, В. Rezek, Т. Mates, V. Scrcek, P. Fojtik, I. Pelant, A. Fe-jfar, J. Non cryst. Solid./ 299-302. 355 (2002).

91. Patent US (Data of Patent Jul,23,1996) DC Plasma Jet CVD Method for Producing Diamond. Kazuaki Kurihara, Kenichi Sasaki, Tsukasa Itani, Motonobu Kawarada Fujitsu Ltd., Kawasaki, Japan

92. СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ1. Статьи в журналах

93. Ватажин А.Б., Улыбышев К.Е., Холщевникова Е.К., Цыганов Д.Л. "Электрические диффузионные процессы на высокотемпературной турбинной лопатке и ее вклад в ток выноса из авиационного двигателя" // М. ТВТ. 2002. Т. 40 №3. 1-12с.

94. Граджска-Далке М., Сазонов М.И., Цыганов Д.Л., Якушевич С. Изучение триболо-гических свойств алмазоподобных пленок. // "Вестник БГТУ. — Машиностроение, автоматизация, ЭВМ", № 4, 2002 г. Брест 5-11с.

95. Сазонов М.И., Цыганов Д.Л Плазмотрон с межэлектродными вставками для осаждения алмазоподобных и алмазных пленок// М. ПТЭ. 2005. №1. 1-4с.1. Тезисы

96. Сазонов М.И., Цыганов Д.Л. "Плазмотрон с графитовым катодом для получения фуллеренов "// Тез. 2-го международного симпозиума «Фуллерены и фуллереноподобных структуры в конденсированных средах». Минск. 2002. С. 145.

97. Цыганов Д.Л. "Увеличение износостойкости твердосплавных пластин при осаждении алмазоподобной пленки"// Тез. 1-ой международной конференции "Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедения, технология". М. 2002. С.203

98. Д.Л. Цыганов, М.И. Сазонов, В.М. Хвисевич "Упрочнение фрез на основе твердосплавных сплавов алмазоподобным покрытием" Тез. 2-ой международной конференции "Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедения, технология". М. 2003. С.217

99. Статьи в материалах конференции

100. Цыганов Д.Л. Исследование стойкости режущего инструмента (фрезы) при нанесении алмазоподобной пленки// 15-й Международный симпозиум «Тонкие пленки в оптике и электронике» Харьков. -2003. с. с.201-204

101. Веремейчик А.И., Сазонов М.И., Цыганов Д.Л. Плазмотрон для осаждения алмазоподобных пленок// 15-й Международный симпозиум «Тонкие пленки в оптике и электронике» Харьков. 2003. с. 205-2081. Отчеты

102. Цыганов Д.Л. Осаждение алмазоподобных пленок при помощи плазменных струй. // Отчет (заключительный) по заданию МО РБ №02/205. — Брест, 2002. 59 с.

103. Век-торJE>p ерр;кого государственногоаГ-ГГ,>1. BejEEopJBpeftn1.!адского университета1. С. Пойта 2004г.

104. ОСАЖДЕНИЕ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК НА РАБОЧИЕ ПОВЕРХНОСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

105. Технологическая инструкция.1. Начальник НИСа1. Зав. кафедрой СМиТМ1. Руководитель темы1. Разработал1. Киптик В.П.1. Хвисевич В.М.'^Сазонов М.И. Цыганов Д.Л.1. Брест, 2004г.1. СОДЕРЖАНИЕ1 ВВЕДЕНИЕ 3

106. Характеристика плазмохимического метода нанесения алмазо- 3 подобных пленок3 Технологическая схема 4

107. Технологическое оборудование 4

108. Описание основных технологических операций 4

109. Указание по мерам безопасности б1. ВВЕДЕНИЕ

110. ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО МЕТОДА НАНЕСЕНИЯ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК.

111. Достоинством данного метода при нанесении покрытия на установке ВПУ-2М является высокая скорость осаждения.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА.

112. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.

113. Для нанесения алмазоподобных покрытий на режущий инструмент применяется модернизированная вакуумно-плазменная установка ВПУ-2М.

114. Очистка от загрязнений и обезжиривание инструмента осуществляется в установке ультразвуковой типа УЗВ-10.

115. В зависимости от характера загрязнений очистка ведется в соответствующих моющих средах. В качестве моющих сред используются водные растворы щелочных солей в сочетании с поверхностно-активными веществами.

116. Сушка производится конвекционным методом в сушильном лабораторном электрошкафу типа СНОЛ-3,5хЗ,5хЗ,5-Н2У4.2

117. Промывка от щелочных растворов производится в горячей (желательно проточной) воде с температурой от +60 до +90°С.

118. После ультразвуковой обработки необходимо изделия просушить. Инструмент размещают в проволочных корзинах и производят сушку в сушильном лабораторном электрошкафу CHOJ1-3, 5x3, 5x3, 5/3-У4.2 при температуре 50-60°С в течение 10-30 мин.

119. Обезжиривание и обезвоживание.

120. УКАЗАНИЯ ПО МЕРАМ БЕЗОПАСНОСТИ.

121. К работе на установке ВПУ-2М и приборах, применяемых в технологическом процессе, допускается обслуживающий персонал, хорошо знающий устройство и работу оборудования, его основных узлов и контрольно-измерительные приборы.

122. Персонал, эксплуатирующий установку, должен знать основы вакуумной техники и иметь удостоверение, дающее ему право работать на электроустройствах с напряжением до 1000В.

123. Эксплуатация установки допускается только при наличии в смене не менее двух человек, имеющих квалификационную группу по электробезопасности не ниже третьей.

124. Очистку камеры производить металлической щеткой, скребком и пылесосом.

125. При очистке стенок камеры и пылесоса пользоваться защитными очками и противопылевым респиратором типа «Лепесток 40».

126. Во избежание ожогов выгрузку изделий из камеры производить с помощью пинцета или щипцов.

127. Промывку инструмента и деталей оснастки бензином, ацетоном или спиртом осуществлять в вытяжном шкафу при включенной приточно-вытяжной вентиляции.

128. В помещении, где проводятся работы, должны быть огнетушители (типа ОУ-5 не менее 2 шт).

129. Бензин, ацетон, спирты хранить на стеллажах в плотно закрывающейся небьющейся таре.

130. Курение в помещении запрещается.1. БИЗНЕС -ПЛАНпо проекту НИОТР

131. Модернизировать, изготовить и внедрить вакуумно-плазменнуюустановку ВПУ-2. Исследовать и разработать технологический процесс осаждения нанокристаллических алмазных пленок методом CVD на режущий инструмент и пары трения "

132. Научный руководитель работы: Профессор кафедры СМ и ТМ БГТУ, д.т.н. "Т55""Сазонов М. И.1. Разработал Цыганов Д.Л.г. Брест 20001. ОБЩИЕ ДАННЫЕ

133. Организация-инициатор проекта Брестский государственный технический университет, Сморгонский завод оптического станкостроения.

134. Институт создан в 1966 году по приказу Совета Министров СССР № 533 от 09.05.1963 г.

135. Форма собственности государственное учреждение.

136. Подчиненность Министерство образования РБ.

137. Основные виды деятельности: научно-исследовательские, опытно-конструкторские работы, преподавательская.

138. Почтовый адрес 224000, г. Брест, ул. Московская 267, БГТУ . Телефон - 42-90-021. Факс -42-21-27

139. Ректор БГТУ профессор, к.т.н. Федоров Владислав Германович1. Телефон [phone]. Факс -.42-57-57

140. Заместители ректора по науке:- профессор, к.т.н. Драган Владислав Игнатьевич -телефон [phone]. РЕЗЮМЕ.

141. ОСНОВНОЙ ЗАДАЧЕЙ предлагаемого проекта является:

142. Модернизировать и внедрить вакуумно-плазменную установку ВПУ-2.

143. Исследовать процесс осаждения нанокристаллических алмазных пленок методом CVD

144. Разработать технологию их получения.

145. Обеспечить внутренние потребности Республики Беларусь и экспорт установок ВПУ-2М.

146. Брестский государственный технический университет имеет необходимые наработки и специалистов высокой квалификации для проведения разработок и подготовки производства для выпуска установок ВПУ-2М.

147. На основании научно-технического задела предлагается разработать, изготовить и испытать в условиях промышленной эксплуатации опытные образцы инструмента с АП для машиностроительных заводов республики Беларусь.

148. Внебюджетное финансирование осуществляется за счет средств СЗОС.

149. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАЯВИТЕЛЯ ПРОЕКТА.

150. Краткая характеристика результатов научной и производственно-хозяйственной деятельности за последние 2 года:1998г.

151. Научно-техническое сотрудничество осуществлялось в рамках 9 межвузовских договоров о сотрудничестве с вузами Польши и Германии.

152. По результатам проведенных исследований только по данной тематике опубликованы 3 тезисов докладов, 5 статей, представлено 1 экспонат на выставке "Белэкспортер".1999г.

153. В 1999 году завершено 103 хозяйственных договоров и 14 госбюджетных тем, в том числе 1 тема по межвузовской программе фундаментальных исследований "Приоритет".

154. Продолжают расширяться международные связи вуза с зарубежнымипартнерами, в 1999 году заключен межвузовский договор о научно-техническом сотрудничестве с Ченстоховской политехпикой (РП).

155. По результатам проведенных исследований только по данной тематике опубликованы 2 тезисов докладов, 3 статьи.4. ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА НИОТР.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

156. Модернизировать и внедрить вакуумно-плазменную установку ВПУ-2.

157. Исследовать процесс осаждения нанокристаллических алмазных пленок методом CVD и разработать технологию их получения

158. Создание современной технологической базы для серийного производства установок ВПУ-2 полного импортозамещения и возможности поставки за рубеж.1. АКТУАЛЬНОСТЬ И НОВИЗНА.

159. Указанный объем работы предполагается выполнить за 2 года. Основным исполнителем по проекту является БГТУ.

160. ХАРАКТЕРИСТИКА НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ.

161. Для повышения надежности и ресурса работы элементов механизмов и машин, работающих в жестких режимах эксплуатации, исключительно важное значение имеют износостойкие покрытия на рабочих поверхностях.

162. Сопоставительный анализ основных характеристик разрабатываемого оборудования и АП известными аналогами представлен в таблице 1.