Massendurchflussregelung für neue physikalische Gasphasenabscheidungsanwendungen

Physical vapor deposition system with custom mass flow controller

Sie haben ein Problem mit Eloxieren und Brünieren? Während edis Korrosion verhindert, kann es abkratzen. Die meisten Eloxierprozesse verstärken eine Oberfläche nicht wirklich. Verchromung war eine Alternative, aber Chrom-6 ist giftig und kann immer noch abgenutzt werden oder splittern. Duralar, ein Hersteller von Vakuum-Abscheidungssystemen, wollte einen schnellen, diamantähnlichen Beschichtungsprozess entwickeln, bei dem die physikalische Gasphasenabscheidung eingesetzt wird, die härter und haltbarer als beide ist. Diese ermöglicht Anwendungen zur Verhinderung von Korrosion, Erosion und Verschleiß an Metallteilen.

Angenommen, Sie sind wie Duralar ein Innovator für die physikalische Dampfabscheidung. Und nur um das Leben interessant zu machen, wollen wir so tun, als hätten Sie keine unbegrenzte Zeit und das Geld wächst nicht auf Bäumen(!). F & E bedeutet Tests, die neue Formulierungen von Barriere- und reaktiven Gasen erlauben. Sie müssen die Strömungsverhältnisse und die Gase ändern – und dabei den genauen Durchfluss beibehalten, damit der Erfolg reproduzierbar ist. Sie können nicht für jeden Test neue Vakuumdurchflussregler kaufen, und Sie können sich die Ausfallzeit nicht leisten, um sie für jedes neue Rezept neu kalibrieren zu lassen. Sie verstehen was ich meine.

Duralar begann mit einem generischen Vakuumabscheidungssystem, aber keiner der sechs eingebauten Temperaturregler wurde auf ihr spezielles Gas, Tetramethylsilan (TMS), eine verdampfte Flüssigkeit, kalibriert. Tatsache ist, dass diese Regler die Gase nicht genau ändern können, ohne dass es zu einer Neukalibrierung kommt. Duralar rief Alicat an. Obwohl TMS nicht auf unserer Standardliste steht, haben wir ihnen mit ein wenig Technik einen korrosionsbeständigen Durchflussregler mit einer kundenspezifischen Gaskalibrierung für TMS zur Verfügung gestellt.

PVD physical vapor deposition parts after vacuum coating process, with a plain steel part.

Nach der diamantharten PVD-Vakuumbeschichtung, blanker Stahl wird schwarz

Sie haben ihr System mit dem Alicat-Controller nachgerüstet – es handelt sich um einen Drop-In-Ersatz -, und sie sind jetzt sicher, dass die Genauigkeit ihres TMS-Flusses hoch bleibt, egal, ob sie in vollem Umfang oder bis zu 0,5% des Vollausschlags liegt. Das liegt daran, dass Alicats Gasauswahl nicht nur ein K-Faktor-Offset für einen einzelnen Punkt ist, sondern eine vollständige Leistungskurve, die auf den Viskositätstabellen von NIST basiert. In Zukunft muss sich Duralar nicht um Ungenauigkeiten aufgrund von Temperatur- oder Druckschwankungen in der Fabrik kümmern, da der Regelungssensor im Regler volumetrische Änderungen kompensiert – im Gegensatz zu den ursprünglichen thermischen Reglern.

Bald stellte Duralar beschichtete Teile her, indem es die Kammer auf ein Vakuum abpumpte, exakte Gasströme garantierte, Materialdampf hinzufügte und diese in ein Plasma umwandelte, das sich an die Teile bindet. Bei der physikalischen Gasphasenabscheidung wird das Vakuum benötigt, da die Chemie in Gegenwart von atmosphärischen Gasen nicht funktioniert.

Mass flow controllers used to develop a PVD process

Eine Vakuumpumpe und drei Massendurchflussregler für das Prototyping

Als nächstes wollten sie ein Verfahren entwickeln, um diese dünne Beschichtung in Rohren  abzulagern. Mit der beschichteten Innenseite des Rohrs können Sie abrasiven Verschleiß und Korrosion reduzieren – perfekt für das Abfließen von abrasiven Flüssigkeiten in einem Rohr oder zum Schutz der Innenseite eines Gewehrlaufs vor Rost. Die Technik ist clever: Versiegeln Sie die Enden der Rohre, und das Innere des Rohres wird zur Vakuumkammer. Der Haken ist, Sie müssen in der Lage sein, den Ort der plasmaerzeugenden elektrischen Entladung in einem engen Rohr zu variieren, um eine vollständige Beschichtung zu erhalten. Also, mehr Prototyping, mehr Experimente und Alicat als Rettung.

Durch die Verwendung eines MCS-Durchflussreglers für das korrosive TMS und nur zwei weiterer Alicat MC Massendurchflussregler konnten die Gase nach Belieben ausgetauscht werden, wobei aus bis zu 98 eingebauten Typen und 20 benutzerdefinierbaren Mischungen – noch mehr zur Korrosion – ausgewählt werden konnte –es entstand ein noch resistenterer Controller.

laptop with LabVIEW interface

Alicats LabVIEW-Downloads wurden angepasst, um ein Prototypsystem zu betreiben

Dann verwendeten sie unsere herunterladbaren LabVIEW-Treiber, um die Vakuumprozessschritte zu erstellen und die MFCs und ihre Abschaltmagnete von einem entfernten Laptop aus zu steuern. Zu gegebener Zeit hatten sie den Prozess perfektioniert und begannen, Beschichtungssysteme auf Bestellung zu bauen. Jetzt können Sie diamantähnliche Beschichtungen für Ihre Metallteile bestellen – oder die Systeme, die den Service für andere bieten – und die Vakuumbeschichtung ist haltbarer als die Eloxierung, während sie schneller und härter ist als die Verchromung. Dank der Anpassungsfähigkeit des Durchflussreglers von Alicat wird die physikalische Gasphasenabscheidung immer besser.

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