Использование компьютерного моделирования для выбора компоновки системы магнетронного нанесения покрытий на детали сложной формы

Ключевые слова: КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, МАГНЕТРОННОЕ НАНЕСЕНИЕ, ПОКРЫТИЕ, ВАКУУМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Аннотация

Расширение номенклатуры изделий, на которые необходимо наносить тонкопленочные покрытия методом магнетронного распыления мишени в вакууме, с обеспечением при этом высоких требований к их равномерности, требует создания эффективных инструментов моделирования процесса осаждения на произвольные 3D-объекты. Эффективность в данном случае определяется как возможность в кратчайшие сроки выбрать оптимальное компоновочное решение технологической системы, обеспечивающее высокую производительность при соблюдении требований по равномерности покрытия. Наиболее остро проблема отсутствия инструментов моделирования процессов осаждения покрытий проявляется в случаях, когда изделиями являются крупноразмерные объекты сложной пространственной конфигурации и/или традиционные технологические решения (например, использование многопозиционной технологической оснастки с планетарной схемой движения изделий) не применимы, требуются расчеты. В этих случаях, при определении оптимального взаимного расположения источника и изделия, невозможно использовать упрощенные аналитические модели, основанные на интегрировании потоков, распыляемых с элементарных участков мишени и осаждающихся на участки поверхности объекта.
Для создания универсального инструмента решения таких задач использовался дискретный подход, на основе которого авторами была разработана программа «TFDepositionR» (свидетельство о регистрации RU2022685121). Программа формирует распределение толщины покрытия, осажденного путем распыления мишени за некоторое время на поверхность модели произвольного 3D-объекта, представленную триангулярной сеткой. На базе имеющейся экспериментальной установки магнетронного нанесения покрытий проводилась апробация программы, по результатам которой была подтверждена корректность примененных подходов и разработанных алгоритмов.
В дальнейшем программа использовалась при разработке технологической системы установки нанесения покрытий MoS2 на крупноразмерные болты М64 для международного экспериментального термоядерного реактора ITER. Разработанное программное решение обеспечило возможность перебора и расчета различных вариантов компоновки оснастки и позволило в кратчайшие сроки выбрать предпочтительное технологическое решение на основе четырех магнетронов и двух позиций вращения.

Keywords: COMPUTER MODELING, MAGNETRON DEPOSITION, COATING, VACUUM EQUIPMENT

Abstract