Duralar innoviert Verfahren zur physikalischen Abscheidung aus der Gasphase mit Massenflusskontrolle

Duralar innoviert Verfahren zur physikalischen Abscheidung aus der Gasphase mit Massenflusskontrolle

Duralar innoviert Verfahren zur physikalischen Abscheidung aus der Gasphase mit Massenflusskontrolle

Eloxieren und Bläuen verhindern zwar Korrosion, verstärken die Oberfläche aber kaum und können abkratzen. Verchromen war eine Alternative, aber Chrom-6 ist giftig und kann sich trotzdem abnutzen und abplatzen.

Der Hersteller von Vakuumbeschichtungssystemen, Duralar, wollte ein schnelles, diamantähnliches Beschichtungsverfahren unter Verwendung der physikalischen Gasphasenabscheidung entwickeln, das härter und haltbarer ist als beide anderen Verfahren. Das Verfahren würde zum Schutz vor Korrosion, Erosion und Verschleiß von Metallteilen eingesetzt werden.

Physical vapor deposition system with custom mass flow controller

Duralars System zur physikalischen Gasphasenabscheidung mit kundenspezifischem Massendurchflussregler

Herausforderung 1: Praktische Innovation erfordert vielseitige Flusskontrolle

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

Nach der diamantharten PVD-Vakuum-Beschichtung zeigt sich blanker Stahl schwarz.

F&E bedeutet Tests, die neue Formulierungen von Sperr- und Reaktivgasen ermöglichen. Dies erfordert eine Fehlersuche mit unterschiedlichen Durchflussverhältnissen und Gasarten. Duralar musste einen Weg finden, um einen genauen, wiederholbaren Durchfluss bei wechselnden Durchflussverhältnissen und Gasen aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Notwendigkeit einer Neukalibrierung oder der Anschaffung neuer Steuerungen zu minimieren.

Sie begannen mit einem allgemeinen Vakuumbeschichtungssystem, aber keiner der sechs eingebauten Thermoregler war für Tetramethylsilan (TMS), eine verdampfte Flüssigkeit, kalibriert. Die Regler waren auch nicht in der Lage, verschiedene Gasarten ohne Neukalibrierung genau zu steuern.

Lösung: Korrosionsschutz-Massendurchflussregler mit kundenspezifischer Gaskalibrierung

TMS steht nicht auf der Standardgasliste von Alicat, aber unsere Ingenieure konnten Duralar eine maßgeschneiderte Lösung anbieten. Der Massedurchflussregler wurde als Drop-in-Ersatz mit Korrosionsbeständigkeit und einer kundenspezifischen TMS-Gaskalibrierung gebaut.

Da die Alicat-Geräte mit laminarer Differenzdrucktechnologie arbeiten, boten sie Duralar einige zusätzliche Vorteile gegenüber den alten thermischen Reglern:

  • Alicat-Geräte sind mit vollständigen Leistungskurven für alle vorinstallierten Gaskalibrierungen vorgeladen und ermöglichen eine hochgenaue Durchflusskontrolle von 0,5% bis 100% des Skalenendwerts
  • Keine Ungenauigkeiten durch wechselnde Temperatur- oder Druckverhältnisse, da der Sensor im Regler Volumenänderungen ausgleicht

Schon bald stellte Duralar beschichtete Teile her, indem es die Kammer auf ein Vakuum herunterpumpte, genau die richtige Menge an Gasen einströmen ließ, Materialdampf hinzufügte und diesen in ein Plasma verwandelte, das sich mit den Teilen verband.

Herausforderung 2: Entwicklung eines Verfahrens zur Abscheidung dünner Schichten

Mass flow controllers used to develop a PVD process

Eine Vakuumpumpe und drei Massendurchflussregler für das Prototyping.

Als Nächstes wollten sie ein Verfahren entwickeln, mit dem sich diese dünne Beschichtung im Inneren von Rohren ablagern lässt, um abrasiven Verschleiß und Korrosion zu verringern. Die Technik ist raffiniert: Die Enden der Rohre werden versiegelt, so dass das Innere des Rohrs zur Vakuumkammer wird.

Die Herausforderung besteht darin, den Ort der plasmaerzeugenden elektrischen Entladung innerhalb einer engen Röhre zu variieren, um eine vollständige Beschichtung zu erhalten. Um eine Lösung zu finden, stürzte sich Duralar erneut in den Prototypenbau und weitere Experimente.

Lösung: Zwei weitere Massendurchflussregler

Durch den Einsatz von Korrosionsschutz-Durchflussreglern für das korrosive TMS und zwei zusätzlichen Alicat-Massendurchflussreglern konnten sie zwischen dem Durchfluss von bis zu 130 vorgeladenen Gasen und 20 benutzerdefinierten Gasmischungen wechseln.

Sie nutzten auch unsere herunterladbaren LabVIEW-Treiber, um die Vakuumprozessschritte zu erstellen, so dass sie die MFCs und ihre Abschaltmagnete von einem entfernten Laptop aus steuern konnten.

Ergebnisse

Mit der Zeit hatten sie das Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung perfektioniert und begannen mit dem Bau von Beschichtungsanlagen auf Bestellung. Jetzt können Sie diamantähnliche Beschichtungen für Ihre Metallteile bestellen – oder die Systeme, um den Service für andere zu erbringen – und die Vakuumbeschichtung ist haltbarer als Eloxieren, während sie schneller und härter ist als Verchromen!

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