Еженедельник "Снабженец"
http://www.snab.ru

Полная версия этой статьи в формате PDF:
СКАЧАТЬ

Вакуумные технологии - современно и своевременно Физика, все глубже проникая в сущность вакуума, заложила теоретическую базу для практического его использования при решении многих проблем в области энергетики и экологии, что сегодня как никогда ак­-туально. Известны расчеты, свидетельствующие о том, что в вакууме, заключенном в объеме обыкновенной электрической лампочки, энергии такое большое количество, что ее хватит, чтобы вскипятить все океаны на Земле. Однако до сих пор доминирующей остается традиционная схема получения энергии из осязаемого вещества, которого в мировых масштабах чрезвычайно мало. Пока не учитывается значение ваку­ума, который в окружающей среде преобладает. Классический «вещест­венный» подход неизбежно ведет к катастрофическому энергетическому голоду. Сегодня наука определяет физический вакуум как неотъемлемую часть системы энергопреобразования. При этом возможность получения энергии вакуума находит ес­-тественное объяснение без отступления от физических законов. По мнению ученых, открывается путь создания энергетических установок, в которых полученная энергия в несколько раз превысит затраченную первичным источником питания. Другими словами, сформируется избыточный баланс. Подобные установки могут открыть доступ к огромным возможностям, заложенным самой природой. Первое оборудование, использующее для работы в промышленных масштабах вакуум, появилось не так давно, только в середине XX в. А уже сегодня вакуумная техника способна на такие операции, о которых конструкторы еще десять лет назад не могли и подумать. Например, в металлургии, где вакуумная плавка позволяет получать наиболее чистые и даже новые материалы. Сварочные работы и металлообработка (прокатка, прессование, волочение и т. д.) все чаще проводятся в условиях вакуума. В таких высоко­технологичных сферах, как оптика и электроника, при помощи вакуумного оборудования получают тонко­пленочные многофункциональные материалы. Подобная техника ис­пользуется в исследовательских разработках в области химии, биологии, физики, фармацевтики. Основными плюсами, отличающими такие технологии, являются дешевизна и простота применения в самых сложных условиях производства. При этом обеспечиваются экологичность и высокое качество выпускаемой продукции. Отражением перспективных тенденций в развитии и расширении сферы применения вакуумной техники в различных сферах стали экспозиции 4-й Международной выставки «ВакуумТехЭкспо ’2009». На сегодня это единственный самостоятельный специализированный выставочный проект в СНГ, ежегодно реализуемый в столичном КВЦ «Сокольники» Международной выставочной ком-­панией и НИИ вакуумной техники им. С. А. Векшинского. Даже в ны­-неш­­них непростых условиях он получился представительным, выз­вал интерес специалистов из разных регионов. Общепромышленная техника Наиболее распространенный вид вакуумной техники — насосы, служащие для удаления или откачки газов и паров до определенного уровня технического вакуума. К настоящему времени разработано множество их разновидностей. Чтобы сделать правильный выбор, определяемый целями конкретного производства, необходимо обратиться к классификационной карте этого оборудования. Насосы последних поколений различаются по типу вакуума, принципу действия и задачам. Сочетание особенностей того или иного агрегата позволяет определить конкретную область, в которой насосы или их комбинации с другими устройствами могут использоваться наиболее эффективно, безопасно и долговременно. Если, к примеру, говорится, что области применения механических бустерных вакуумных насосов компании ВОС Edwards (Англия) охватывают практически все сферы промышленного производства, то это не распространяется на все 100 тыс. изготовленных фирмой агрегатов. В настоящее время здесь выпускаются четыре основные серийные группы бустеров, что позволяет подобрать систему, наиболее соответствующую определенным требованиям. ЗАО «Интек» (г. Санкт-Петер­бург), поставляющее в Россию современное оборудование английской фирмы, познакомило специалистов с ее передовыми разработками. Это, в частности, механические бустерные насосы серии ЕН. Исполь­зуе­мые в комбинациях с форвакуумными и другими специальными насосами, они увеличивают производительность формируемой системы и обеспечивают достижение глубокого вакуума. Стандартные комбинации с механическими бустерами ЕН применяются для дегазации стали, термической металлообработки, в химических и фармакологических технологиях, а также при операциях сушки материалов. Отличительной особенностью бу­стерных насосов компании ВОС Edwards является уникальный гидрокинетический привод, обеспечивающий значительную экономию средств. Такой привод устраняет необходимость использования в системе реле давления и байпасных линий, а также позволяет насосу работать при давлении от атмосферного до заданных или предельных остаточных величин. Подобная конфигурация обеспечивает быструю откачку газов и дает возможность применять гибкий рабочий режим с минимальным объемом техобслуживания. Продукцию одного из лидеров мирового рынка промышленной вакуумной техники — итальянской компании DVP Vacuum Technology — на выставке представили специалисты российского оператора поставок импортного оборудования ООО «ЭмЭсЭйч Техно» (MSH Techno, г. Москва). Модельный ряд серийно выпускаемых устройств включает в себя разнообразные насосы и компрессоры с повышенной стойкостью к парам воды, оснащенные двигателями постоянного тока, проточной системой смазки, а также под комплектацию гидроприводом. Чрез­вы­чайно важным направлением разработчики считают создание современной техники вакуумного прижима, используемой во многих операциях на станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах, печатных машинах. Наиболее широко в системах вакуумного прижима применяются хорошо зарекомендовавшие себя ротационно-пластинчатые безмасляные вакуумные насосы DVP. Они не только создают перепад давления, достаточный для прижима большинства типов заготовок или обрабатываемых деталей, но и могут эффективно откачивать газовоздушную смесь. Насосы этого типа просты в эксплуатации и обслуживании. В стандартной комплектации они имеют встроенные фильтры и глушители. Для прижима заготовок из металла, стекла, искусственного и натурального камня предназначена еще одна разработка компании — вакуумная система серии CPV. Она состоит из насоса, ресивера, вакуумметра, фильтра-сепаратора, отсечного и предохранительного клапанов и обеспечивает максимально надежный захват обрабатываемой конструкции. Система позволяет работать с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей. Ее отличительной особенностью является применение вакуумного ресивера. Последний оснащен индикатором и датчиком уровня жидкости, которые фиксируют уровень наполнения емкости насоса жидкостью, а также автоматическим клапаном слива, открывающимся после остановки вакуумной системы. Ресивер служит также для сбора СОЖ, случайно попавшей в вакуумную линию во время обработки материала. Практический интерес представляет также показанная на стенде MSH модель водокольцевой ва­куумной установки с замкнутой циркуляцией воды компании Ro­buschi (Италия). Это оборудование служит альтернативой сухим ро­-тационно-пластинчатым насосам (РПН). Оно способно обеспечить практически любую производительность, требуемую от вакуумного прижима. Устройства могут долго работать на всасывание при атмосферном давлении, стойки к попаданию пыли и не нуждаются в техобслуживании. При более низкой стоимости большинства их типоразмеров в сравнении с РПН, водокольцевые агрегаты не требуют затрат на расходные части и очень быстро окупаются. Основное их применение — прижим деталей на деревообрабатывающих станках. Лабораторно- исследовательское оборудование Специальное конструкторское бюро ИРЭ РАН (г. Фрязино, Мос­ковская обл.) изначально было ориентировано на решение задач научного приборостроения и выпуска экспериментальных партий приборов для научных исследований в области радиотехники и электроники. Одной из них стала программа работ по конструированию и изготовлению элементов и узлов сверхвысоковакуумной техники. На стенде СКБ демонстрировался, в частности, образец передвижного поста предварительной безмасляной откачки сверхвысоковакуумных установок на основе турбомолекулярного насоса. Кроме того, были представлены 12-позиционная сверхвысоковакуумная установка финишной сборки электронно-оптических преобразователей, цеолитовый и титановые насосы. Сублимационный титановый на­­сос, предлагаемый разработчиками, состоит из фланца CF250, вентиля CF25, шести титановых испарителей на фланце CF63, а также съемного азотного бокса, азотопровода с пенопластовым сосудом Дьюара и сверхвысоковакуумного датчика давления. Конструкция предусматривает ручной или автоматический (с временем паузы от 0,25 до 16 ч) режим сублимации титана, которая осуществляется в течение 1 мин. Рабочая температура оборудования составляет 280 °C. Предельное остаточное давление для комбинации титанового насоса и агрегата НМД-04-1М практически достигает 5·10-12 мм рт. ст. Образцы специальной техники де­мон­стрировались и на стенде ООО «Миллаб» (г. Москва), авторизованного дистрибьютора производителей вакуумного оборудования на территории РФ. Один из его партнеров, немецкая фирма Vacuubrand GmbH, специализируется на выпуске систем для создания вакуума с остаточным давлением от 1000 до 10-3 мбар. Такие многофункциональные компактные системы предназначены преимущественно для работы с агрессивными парами и газами и способны решать самые разные задачи. Так, одно- и двухступенчатые пластинчато-роторные насосы с масляной ванной компании Vacuu­brand представляют собой небольшие, но высокопроизводительные агрегаты с высокой скоростью откачки газов даже вблизи предельного вакуума. Это оборудование, снабженное эффективной системой газового балласта, может работать в условиях высокого давления водяных паров. Такое сочетание, как считают специалисты, открывает новый этап в повышении эффективности откачки применительно ко многим важным процессам в производстве. Полностью безмасляными, а следовательно, имеющими более высокие эксплуатационные характеристики, являются мембранные насосы, богато представленные в серийной линейке Vacuubrand. Агрегаты, обладающие широким диапазоном достигаемого вакуума и скоростей откачки, могут использоваться в составе самых разнообразных вакуумных комплексов или для перекачки газов в химических и физических лабораториях. Существуют два варианта исполнения мембранных насосов — стандартное и химическое (защищенное). Выбор в этом случае зависит от условий эксплуатации агрегата. При работе в обычных условиях больше подходит стандартный насос, который, в сравнении с защищенным вариантом, обладает лучшей производительностью. В этой конструкции все рабочие части, соприкасающиеся с откачиваемой средой, выполняются из алюминия и фторэластомеров. Мембраны и клапаны стандартных насосов изготавливаются из очень эластичного армированного фторкаучука и имеют чрезвычайно долгий срок службы (более 10 тыс. ч). При операциях с химически активными веществами (например, агрессивными газами и парами растворителей и кислот) производители рекомендуют использовать мембранные насосы в химически и коррозионно-стойком исполнении. Как правило, подобные агрегаты применяются для обслуживания различных лабораторных приложений. Это могут быть роторные испарители, вакуумные сушильные шкафы, концентраторы или емкости для высушивания гелей. Вакуумное напыление Сегодня в развитии научных знаний о «полезной пустоте» заинтересованы не только в испытательных лабораториях, но и на промышленных площадках. От вакуумизации многих процессов напрямую зависит развитие высоких технологий. В частности, нанесения на поверхности деталей функциональных и декоративных покрытий. Направление инженерных разработок по конструированию техники напыления является в настоящее время одним из ведущих в создании систем промышленного вакуума. Объясняется это заинтересованностью в современных типах покрытий металлических поверхностей, стекла, пластика, керамики и т. д. Новые технологии «покрывал», при которых используется вакуум, в несколько раз повышают надежность и устойчивость материалов к агрессивным средам и механическим воздействиям, придают изделиям эстетичный вид и привлекательность. Покрытия, наносимые с помощью вакуума, могут быть однослойными или комбинированными на основе любых металлов и сплавов. Все зависит от решаемых задач и используемой техники. Российский производитель ваку­ум­ного оборудования для напыления, осаждения и травления материалов ООО «Эсто-Вакуум» (г. Москва) поставляет на рынок целый ряд агрегатов для решения подобных задач. Среди них установки магнетронного, термического и ионно-лучевого на­пыления, устройства плазмохимического осаждения, а также комплексы ионно-лучевого, ионно- и плазмо­химического травления. Для выставочной экспозиции представители предприятия отобрали несколько образцов оборудования модельного ряда Caroline. При многообразии функций оно построено на единой технологической платформе. Комбинирование унифицированных узлов и агрегатов позволяет легко и быстро обеспечить заказчика нужной конфигурацией, рассчитанной на выполнение операций по нанесению покрытий или защитной обработке поверхностей. Представленная на стенде компании автоматизированная установка Caroline D12A осуществляет магнетронное, термическое и ионно-лучевое напыление на керамические, кремниевые, ситаловые и другие плоские подложки толщиной до 30 мм и диаметром до 100 мм. За один цикл установка может обрабатывать до 12 оснований без переворота. На Caroline D12A реализуются такие технологии, как напыление любых резистивных пленок и толстых (15 мкм и более) слоев металла. Возможно нанесение пленок титана и тантала, их нитридов или оксидов, диоксида и нитрида кремния, а также напыление последовательных слоев металла в одном цикле. Мишени на магнетронах этой машины располагаются горизонтально, что удобно с точки зрения размещения обрабатываемого материала. Над мишенями находится карусель, которая вращается также в горизонтальной плоскости. Материал распыляется снизу вверх. Подложки закрепляются в конструкции на носителях карусели. Производители предоставляют заказчикам широкий выбор комплектации установки, составляющий как минимум пять позиций. Это могут быть один–пять магнетронов, источники ионов для предварительной очистки и травления подложек, термический испаритель, а также устройства ионного распыления. Линейку наукоемкого вакуумного оборудования представила Группа компаний «МЭШ» (г. Москва, Зелено­град). На ее предприятиях создаются самые разнообразные установки для обработки материалов. Это литейно-термическое оборудование, аппараты для электронно-лучевой сварки, пайки и термообработки деталей машин и конструкций, интегрированные технологические установки. Гостей раздела в первую очередь, естественно, интересовали образцы аппаратов напыления. Среди них особый интерес вызвала одна из последних разработок входящего в группу ООО «МЭШ плюс» — установка серии МЭШ-31.1, предназначенная для нанесения функциональных, защитных и декоративных покрытий в вакууме методом магнетронного распыления в сочетании с ионной обработкой. В базовую комплектацию установки — высоковакуумного агрегата с вынесенными форнасосами, стойкой питания и управления — входят детали японской фирмы Omron и немецкой Festo. В рабочей камере расположена карусель с вертикальной осью вращения. Обрабаты­ва­е­мые изделия фиксируются на легко снимаемых носителях. После получения высокого вакуума они проходят очистку в энергетической плазме ионного источника. Затем с по­мощью магнетрона на изделия напыляют покрытия как минимум из двух металлов, их нитридов или оксидов. Необходимо добавить, что установка рассчитана на 12 одновременно обрабатываемых предметов размерами до 600?150 мм. Длитель­ность технологического цикла, в зависимости от поставленной задачи, составляет 10–30 мин. Управ­ле­ние откачкой осуществляется ав­томатически. Установка компакт­на, ее размеры не превышают 2500?4000?2300 мм. Специальные машины для нанесения покрытий в вакууме показали еще несколько компаний. Среди них ООО «ВТТ» (г. Сморгонь, Беларусь). Предприятие выпускает практически весь спектр вакуумной техники для напыления на подложки (на оптические детали, стекло, пластмассу, различный инструмент, крупногабаритные формы и конструкции, а также на зубные протезы). Оригинальные современные установки для нанесения покрытий по технологиям лак–металл–лак, лак–металл–кремнийорганика, ПКХ* и ря­ду специальных операций изготав­ливает ЗАО «Ферри Ватт» (г. Ка­­-зань, Республика Татарстан). При этом практически вся техника строится на использовании спе­-­циальных источников распыления и очистки. Эти уникальные системы успешно разрабатываются на одном из ведущих предприятий Бела­руси — ООО «Изовак» (г. Минск). Вниманию специалистов минчане представили такие интересные наработки, как система магнетронного распыления IzoMag. Она предназначена для промышленного применения при производстве дисплеев, создании прецизионных оптических покрытий, просветляющих напылений на листовой пластик и поляризационную пленку. Магнетрон­ная конструкция обеспечивает чередующееся нанесение двух различных слоев оксидов (нитридов) методом среднечастотного (20–80 кГц) реактивного магнетронного распыления, нанесения сплавов и смесей путем одновременного сораспыления двух мишеней, а также двух проводящих материалов распылением на постоянном токе. Компанией разработана ионно-лучевая система распыления (IBSS). Она служит для нанесения высококачественных пленок оксидов, нитридов, металлов, сплавов, полупроводников и полимеров путем распыления соответствующих мишеней пучком ионов аргона или смесей различных газов. Технология позволяет осуществлять напыление на чувствительные к температуре подложки и сверхтонкие нанотехнологические пленки, создавать высокоточную оптику, просветлять элементы лазерной оптики. Интерес представляет также предлагаемая белорусами ионно-лучевая система очистки (IBCS). С ее помощью выполняется финишная очистка поверхности подложки от молекулярных частиц, адсорбированных газов, а также активация поверхностных связей подложки в вакуумной камере непосредственно перед нанесением покрытия. И, наконец, на выставке демонстрировалась самая последняя работа инженеров компании — ионный источник ассистирования «Стре­лок». Он был разработан для формирования высокоинтенсивных низко­энергетичных потоков ионов в ваку­уме. Аппарат снабжен термокомпенсатором с резервной нитью для нейтрализации объемного заряда пучка. Его корпус и анод — водоохлаждаемые. Соленоидный источник магнитного поля монтируется внутри камеры или на фланце. Управление источником может быть ручным или автоматическим и осуществляется от блоков питания серии IPS-A, выпускаемых компанией. Предлагаемое устройство применяется в операциях формирования защитно-декоративных покрытий при создании оптической аппаратуры УФ-, видимой и ИК-области, лазерной техники и приборов микроэлектроники. «Стрелок» обеспечивает ионную очистку подложек и облегчает процессы нанесения пленок методами испарения и распыления в вакууме. Главными новшествами здесь являются существенное снижение степени распыления элементов источника и расширение диапазона рабочего давления. Евгений Каршилов, фото автора * ПКХ-покрытия — пиролитические карбидо­хромовые покрытия.