Marek Betiuk (kierownik), Jerzy Michalski, Piotr Wach, Kryspin Burdyński, Zbigniew Łataś
Istota wynalazku
Wynalazek zaprojektowany z myślą o zastosowaniu w kluczowych wysoko rozwiniętych gałęziach przemysłu, m.in. w przemyśle maszynowym, elektronicznym i optycznym.
Metoda magnetronowa umożliwia wytwarzanie cienkich materiałów powłokowych (powłok) na podłożach metalicznych
i ceramicznych. Materiałami powłokowymi są: metale, ich tlenki, azotki oraz węgliki o strukturze mikro-nano. Powierzchnie modyfikowane wymienionymi powłokami uzyskują szereg nowych, pożądanych cech materiałowych, np.: wysoką twardość, odporność na zużycie i korozję (w tym wysokotemperaturową), a w przypadku wykorzystania w energetyce - wykazują cechy barier dyfuzyjnych, cieplnych i radiacyjnych.
Technologia magnetronowa niskociśnieniowa wykorzystuje zjawisko rozpylania w silnym polu magnetycznym powierzchni metalicznej katody. Katoda jest źródłem jonów, elektronów i cząstek wzbudzonych tworzących plazmę niskociśnieniową. Plazma niskociśnieniowa emitowana z powierzchni katody w środowisku gazów wchodzi w reakcje chemiczne i oddziaływania fizyczne z podłożem, na którym ma być utworzona powłoka. Silne pole magnetyczne powoduje kilkukrotny wzrost drogi swobodnej elektronów, zwiększając jonizację atomów materiału napylanego w pobliżu podłoża. Dodatkowe pole elektryczne między rozpylaną katodą a podłożem przyspiesza ruch jonów w kierunku podłoża i silne jego bombardowanie, doprowadzając do zarodkowania i wzrostu materiałów powłokowych.
Celem pracy było opracowanie takiego sposobu wzbudzenia plazmy, w którym źródło silnego pola magnetycznego byłoby wystarczająco dobrze chłodzone i równocześnie zapewniałoby równomierny rozkład generowanego przez źródło pola magnetycznego względem katody i napylanego podłoża. Cel ten osiągnięto poprzez zastosowanie systemu drążonych magnesów chłodzonych cieczą, które dodatkowo wprowadzono w ruch posuwisto-zwrotny powodujący przemieszczanie linii sił pola magnetycznego. Ruch pola magnetycznego zmienia położenie stref rozpylania katody, czego rezultatem jest zwiększenie równomierności grubości napylanej powłoki i wzrost jednorodności trawienia powierzchni katody. Efektywność wykorzystania materiału katody wzrosła dzięki temu do 95%.
Potencjał komercjalizacji
Wynalazek/metoda:
- Jest opracowaniem oryginalnym i opatentowanym przez Instytut Mechaniki Precyzyjnej.
- Przeznaczony do wykorzystania w stale rozwijających się gałęziach przemysłu (przemysł maszynowy, elektroniczny, optyczny, energetyczny itp.).
- Umożliwia wytworzenie cienkich materiałów powłokowych o zmodyfikowanych, pożądanych właściwościach na podłożach metalicznych i ceramicznych.
- Nie wymaga inwestycji w nowe urządzenia - konstrukcja źródła i zasada jego działania pozwala dopasować wymiary magnetronu do już istniejących komór próżniowych, w których stosowana jest klasyczna technologia fizycznego naparowywania (PVD) i osadzania w środowisku plazmowym (PA PVD).
- Przeznaczony do stosowania w przestrzeniach zamkniętych i otwartych, dużych i małych (np. rury do wymienników ciepła, powierzchnie wewnętrzne cylindrów, silników spalinowych, luf strzeleckich, nanoszenie powłok na folie z tworzyw sztucznych i tkaniny) - rozwiązuje to dotychczasowy problem z wytwarzaniem przeciwzużyciowych powłok na powierzchniach wewnątrz elementów techniką PVD (utrudnienia wynikały z ograniczonej geometrii przestrzeni reakcyjnych i wymiarów źródeł plazmy).
