Материал: Конечный вариант

25. Определение твердости пленок.

Твердость можно измерить известными в машиностроении методами (по Виккерсу, по Бринеллю, по Роквеллу). Поверхность образцов перед измерением твердости подвергают шлифованию, полированию. Поверхность испытуемого образца должна быть блестящей, свободной от посторонних веществ. При измерении твердости по Виккерсу наконечник в форме правильной четырехугольной пирамиды вдавливается в испытуемый образец под действием нагрузки, приложенное в течении определенного времени. После снятия нагрузки измеряют диагональ отпечатка на поверхности образца

.

Минимальная толщина испытуемого образца должна быть больше диагонали отпечатка для стальных изделий в 1,2 раза, для изделий из цветных металлов в 1,5 раза.

Твердость по Бринеллю измеряют стальным шариком диаметром D, вдавливаемым в испытуемый образец под действием нагрузки P в течение определенного времени. После снятия нагрузки измеряют диаметр отпечатка, оставшегося на поверхности образца

.

Твердость по Роквеллу измеряют вдавливанием в испытуемый образец алмазного конуса (шкалы А и С) или стального шарика – шкала В под действием двух последовательно приложенных нагрузок – предварительной P₀ и общей P, которая равна сумме предварительной и основной.

Измерению подвергают глубину внедрения наконечника в образец h.

Твердость по Роквеллу при измерении по шкалам А и С

HRA=100 – e,

а по шкале В твёрдость будет:HRB=300–e, где e=(h–h₀)/0,002

h – глубина внедрения наконечника под действием общей нагрузки после снятия Р₁;

h₀–глубина внедрения под действием предварительной нагрузки Р₀; Р=Р₀+Р₁,где Р₁–основная нагрузка.

26. Контроль электрофизических свойств покрытий

Основные контролируемые параметры функциональных слоев: 1) удельное сопротивление ρ, поверхностное сопротивление R пленок, 3) переходное сопротивление пленка – контакт или контактное сопротивление R_K, 4)температурный коэффициент сопротивления . используют компенсационный метод.

Исследуемую пленку 3 наносят на диэлектрическую подложку (стекло) В качестве контактов 1 и 2 используют никелевые стержни . В электрическую цепь включены батарея Б, регулировочный потенциометр R и амперметр А, ключ служит для замыкания цепи. Разность потенциалов в точках В - Е и С - Д измеряются мостом 4, для коммутации прибора предназначен тумблер .При помощи простых вычислений определяют переходное R_K, поверхностное сопротивление R и удельное электрическое сопротивление ρ.Температурный коэффициент сопротивления характеризуется в общем случае изменением сопротивления пленки при разных температурах Т₁›Т₂›Т₃.

Наиболее распространенный неразрушающий метод – рентгеновский. Метод основан на измерении микродеформаций кристаллической решетки материала, вызванных действием остаточных напряжений.

Основные преимущества этого метода:

–исключения воздействия на объект;

–возможность многократных измерений;

–локальность;

–высокая точность;

–высокая производительность;

Недостатком – непригодность при наличии в поверхностном слое значительных концентраций напряжения. Из разрушающих методов наиболее распространенный так называемый механический метод, основанный на измерении деформации образца, возникающей при разгрузке (удаление напряженных слоев), т.е. удаляется часть напряженного тела или нарушение его связей. Далее измеряют деформации, возникающие при удалении части напряженного тела или нарушении его связей и вычисляют напряжения по измеренным деформациям.

Недостатки – разрушение изделия при измерении, сложность определения напряжений в малых объектах и отдельных участках тела, влияния дополнительных факторов на результаты измерения ( к примеру наводораживание при травлении).

27. Определение напряжений и изнашиваемости покрытий.

Изнашивание–это изменение размеров, формы, массы или состояния поверхности вследствие разрушения слоя при трении.

Различают следующие виды изнашивания: механическое (абразивное,гидростатические,газообразное,газоэрозионное,кавитационное,усталостное); –коррозионномеханическое (окислительное);электроэрозионное. Лабораторные машины для испытаний на изнашивание подразделяют на следующие группы:– машины, воспроизводящие заданный вид изнашивания;– машины, воспроизводящие определенные сочетания условий трения;–машины универсального типа.

Напряжения, сохраняющиеся в детали после устранения вызвавших их причин, называются остаточными. Причины появления остаточных напряжений–воздействие различных физико-химических и термических факторов. Остаточные напряжения–нежелательные явления т.к. могут приводить к разрушению, стимулировать коррозию, вызывать ускорение диффузионных процессов при повышенных температурах эксплуатации. Методы измерения остаточных напряжений делят на разрушающие и неразрушающие. Наиболее распространенный неразрушающий метод–рентгеновский. Метод основан на измерении микродеформаций кристаллической решетки материала, вызванных действием остаточных напряжений. Основные преимущества этого метода: –исключения воздействия на объект;–возможность многократных измерений;–локальность;–высокая точность;–высокая производительность; Недостатком–непригодность при наличии в поверхностном слое значительных концентраций напряжения. Из разрушающих методов наиболее распространенный так называемый механический метод, основанный на измерении деформации образца, возникающей при разгрузке (удаление напряженных слоев), т.е. удаляется часть напряженного тела или нарушение его связей. Далее измеряют деформации, возникающие при удалении части напряженного тела или нарушении его связей и вычисляют напряжения по измеренным деформациям. Недостатки–разрушение изделия при измерении сложность определения напряжений в малых объектах и отдельных участках тела, влияния дополнительных факторов на результаты измерения ( к примеру наводораживание при травлении).

28. Автоматизация контроля вакуума установок для напыления

Важным параметром техпроцесса напыления является степень вакуума в камере, который поддерживается автоматической системой.

Совокупность методов измерения давления разряженных газов получила название вакуумметрия. Универсального метода измерения вакуума не существует. Измерение давления основывается на различных физических закономерностях, прямо или косвенно связанных с давлением или плотностью газа.

Единица измерения давления в международной системе СИ–Ньютон/м². В вакуумной технике применяется также внесистемная единица мм.рт.столба. Соотношения 1мм.рт.ст=133,322Н/м².

Измеряют вакуум вакуумметрами, каждый из которых имеет свой диапазон измерения давления.

Жидкостные

Деформационные

Компрессионные

Тепловые

Ионизационные

Магнитные

Вязкостные

Радиометрические

29,30,33,34,35. Вакуумме́тр — вакуумный манометр, прибор для измерения давления разреженных газов.

Виды: деформационные, компрессионные, тепловые, ионизационные, магнитные, вязкостные, радиометрические

В жидкостном (гидростатич.) В газ давит на жидкость, находящуюся в U образной трубке. В одном колене находится газ давление которого нужно измерить, а в другом –известное (опорное) давление .

,где g=9,8м/c²–ускорение свободного падения. Применяемые жидкости могут быть ртуть или вакуумные масла.

«-» проникновение паров жидкости в вак.сист.и небольшой диапазон измерения.

В механич вакуумметре газ давит на чувствительный элемент (спиральная трубка, сильфон, мембрана), аналог барометра. Деформация мембраны передается стрелке или электрическому датчику и далее показывающему прибору либо в систему автоматического поддержания Р.

Компрессионным вакуумметром можно измерять давления до 10⁵мм.рт.ст. Действие такого измерителя основано на законе Бойля–Мариотта. Основные части прибора: баллон объемом V, два капилляра одинакового диаметра d, один из которых запаян и трубка, соединяющая прибор с системой, в которой измеряется давление; снизу вводится жидкость (ртуть), которая отсекает в объеме V газ, при измеряемом давлении Р и затем сжимает его до давления в малом объеме запаянного капилляра ,где h–высота части капилляра не заполненная жидкостью (ртутью). Давление P₁ определяется по разности уровней столбиков жидкости в запаянном и открытом капиллярах. По закону Бойля–Мариотта

, т.о. измеряемое давление можно определить, если известны d и V.

Принцип действия теплового вакуумметра основан на зависимости теплопроводности разряженных газов от давления. Датчиком прибора служит герметичный баллон с проволокой, нагреваемой электрическим током. При изменении давления в системе изменяется отвод тепла от нити датчика и следовательно ее температура.

Существуют термопарные вакуумметры, температура нити которых измеряется термопарой, и термоэлектрические, где температура нити определяют по ее электрическому сопротивлению с использованием мостовой схемы. Электрический сигнал можно использовать в системе управления давлением в камере.

ионизационные вакуумметры, в которых газ ионизируется источником постоянного ионизирующего излучения. Интенсивность ионизации газа зависит от давления. Обычно такой измеритель изготавливается в виде электрической лампы. Измеритель имеет электроды катод, анод и коллектор, которые расположены в колбе соединенной с камерой. Между анодом и катодом создается электрическое поле, которое ускоряет электроны и сообщает им энергию, необходимую для ионизации. Коллектор собирает образующие в газе положительные ионы. Сила ионного тока в цепи коллектора служит мерой давления газа.

В магнитном электроразрядном вакуумметре используется зависимость тока электрического разряда в магнитном поле от концентрации газа, а следовательно и от его давления. Он состоит из преобразователя, имеющего две плоскопараллельные катодные пластины и помещенный между ними кольцевой анод, плоскость которого параллельна пластинам. Трубка расположена в магнитном поле постоянного магнита N S. Между электродами приложено напряжение kv. Сила разрядного тока служит мерой давления и измеряется гальванометром. Совместное действие электрического и магнитного поля многократно удлиняет траектории электронов и увеличивает вероятность ионизации газа. Это приводит к возникновению и существованию самостоятельного разряда при очень низких давлениях.

Вязкостные вакуумметры работают на основе принципе зависимости вязкости разряженного газа от его давления. Мерой давления служит время затухания свободных колебаний вибратора в газе.

В радиометрическом вакуумметре используется радиометрический эффект. Между двумя неодинаково нагретыми пластинами, помещенными в разряженный газ, возникают силы, отклоняющие пластины на величину, пропорциональную давлению газа.

Манометрические преобразователи

ТЕПЛОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Принцип действия тепловых преобразователей основан на зависимости молекулярной теплопроводности газа от его давления. Перенос теплоты происходит от тонкой металлической нити, нагреваемой электрическим током, через разреженный газ к баллону, находящемуся при комнатной температуре.

Градуировочные характеристики тепловых преобразователей

а) в режиме постоянного тока накала; б) в режиме постоянной температуры нити.

1 – держатели; 2 – V – образный нагреватель; 3 – спай хромель- копелевой термопары; 4 – трубка для присоединения к вакуумному объему; 5 – прибор для измерения Э.Д.С. термопары; 6 – прибор для контроля тока накала V –образного нагревателя.

Преимуществом тепловых преобразователей является их способность непрерывно измерять полное давление всех газов и паров в вакуумном объеме и надежность при аварийных напусках воздуха, так как в конструкции датчика отсутствуют накальные элементы.