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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划真空材料放气实验3：真空镀膜及材料生长周震亚华中科技大学物理学院应用物理1101班UXX10249摘要：真空直流溅射镀膜金属薄膜的吸光度/透射率金属薄膜结构和形貌实验内容：1.根据提供的设备和材料，制定清洗衬底的方案2.采用小型直流溅射仪，在清洗干净的衬底上制备金属铜薄膜和银薄膜3.运用紫外分光光度计，测量金属薄膜的吸光度/透射率，分析与制备工艺之间的联系实验原理：真空知识简介“真空”是指低于一个大气压的气体状态。在真空技术中，以“真空度”来表示气体的稀薄程度，真空度越高，气体压强越
2、低。通常气体的真空度直接用气体的压强来表示，常用单位为帕斯卡或毫米汞柱简称乇，它们之间的关系为：1毫米汞柱=1乇=133帕斯卡。在物理学中，真空度分为粗真空，低真空，高真空，超高真空和极高真空。直流溅射镀膜技术所谓“溅射”是指荷能粒子轰击固体表面，使固体表面的原子从表面射出的现象。这些从固体表面射出的粒子大多呈原子状态，通常称为被溅射原子。常用的轰击靶材的荷能粒子为惰性气体离子和快速中性粒子，它们又被称为溅射粒子。溅射粒子轰击靶材，从而使靶材表面的原子离开靶材表面成为被溅射原子，被溅射原子沉积到衬底上就形成了薄膜。所以这种薄膜制备技术又称为溅射法。溅射法基于荷能粒子轰击靶材时的溅射效应，而整个
3、溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上，即溅射离子都来源于气体放电。不同的溅射技术所用的辉光放电方式有所不同。直流溅射法利用的是直流电压产生的辉光放电；射频溅射法是利用射频电磁场产生的辉光放电；磁控溅射法是利用平行于靶材表面的磁场控制下的辉光放电。简单的直流二极溅射法可以镀金属、合金以及一些低导电性的材料，但是不能直接镀绝缘材料。本实验采用直流溅射法制备金属薄膜，其相关设备示意图如图所示，实验中需要用机械泵对镀膜室抽真空后，方可进行镀膜。薄膜的形成过程薄膜的形成过程直接影响薄膜的结构及它最终的性能。薄膜的形成划分为两个不同的阶段，即新核的形成和薄膜的生长过程。新核的形成一般分为自发成核和非自发成
4、核。前者是指整个形核过程完全是在相变自由能的推动下进行的，后者是指除了有相变自由能做推动力之外，还有其它因素帮助新相核心生成的作用。薄膜的生长过程一般有三种模式，如图4所示：一是层状生长模式。当被沉积物质与衬底之间浸润性很好时，被沉积物质的原子更倾向于与衬底原子键合。因此，薄膜从形核阶段开始即采取二维扩展模式，沿衬底表面铺开。在随后的过程中薄膜生长将一直保持这种层状生长模式。二是岛状生长模式。被沉积物质的原子或分子更倾向于自己相互键合起来，而避免与衬底原子键合，即被沉积物质与衬底之间的浸润性较差；金属在非金属衬底上生长大多采取这种模式。对很多薄膜与衬底的组合来说，只要沉积温度足够高，沉积的原子
5、具有一定的扩散能力，薄膜的生长就表现为岛状生长模式。三是层状-岛状生长模式。在层状-岛状中间生长模式中，在最开始一两个原子层厚度的层状生长之后，生长模式转化为岛状模式。导致这种模式转变的物理机制比较复杂，但根本原因可以归结为薄膜生长过程中各种能量的相互消长。透射率、吸光度与吸收系数之间的关系透射率T是指透射光强与入射光强的比值。吸光度A是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的对数。即：1；固体的光吸收规律I=I0exp(-x)，I和I0分别为透射光与入射光的光强，Tx为光的传播距离。根据上述规律，A正比于吸收系数。A=lg实验仪器小型直流溅射仪，紫外可
6、见分光光度计，超声波清洗器，干燥箱，衬底材料，酒精，去离子水等。具体实验：一.清洗样品。将玻片用玻璃刀划取适当的大小，然后取一个干净的烧杯，往里面倒入适量的酒精。接下来放入超声波清洗器中清洗三分钟，之后用镊子取出玻片，然后放入蒸发皿中烘干。二.开始制作。顺时针方向转动电源开关，关闭放气阀门，溅射仪开始工作，抽气泵开始抽气。等到真空表头指示优于2E-1mbar之后，在不同的真空压强下对试样室内的样品进行溅射，溅射电流不大于20mA，然后再使用定时器控制溅射时间。等到溅射完成后，将电流旋钮逆时针调至最小，将电源旋钮逆时针调至最小，由于仪器本身的原因，我们组做实验的时候电流无法读出示数，所以固定一个
7、电流的位置不动。制备的样品参数如下：样品1：溅射时间：300s气压样品2：溅射时间：300s气压样品3：溅射时间：200s气压样品4：溅射时间：200s气压样品5：溅射时间：300s气压三.将制作完成的样品放入原子力显微镜与紫外分光光度计测量样品表面形貌与透射率。数据分析：样品1：形貌与三维图形为：分析得面粗糙度为：样品2：形貌与三维图形：分析得：粗糙度为样品3：形貌与三维图形：分析得：粗糙度为样品4：形貌与三维图形：分析得：粗糙度为样品5：形貌与三维图形：分析得：粗糙度为毕业设计说明书真空放气阀的计算机辅助设计摘要此次设计的是真空放气阀，是按学校对毕业设计的要求进行设计。本次设计涉及到许多机
8、械制造方面的专业基础知识，其中还包括对一些与制图有关的软件的应用。本次设计主要特点是采用计算机辅助设计来完成的。主要运用的软件为CAXA和Solidworks。CAXA主要是用来画各个零件的零件图，Solidworks主要是用来三维建模、对零件进行装配和制作爆炸图。本次设计的主要内容是对真空放气阀各个零件的建模和画零件图，以及对各个零件在放气阀中作用的分析。目录一.前言二.正文.真空放气阀的工作原理.真空放气阀各零件的作用.真空放气阀各零件的建模三.结论四.谢辞五.参考文献一.前言在此主要介绍了真空放气阀的工作原理，通过Solidworks对真空放气阀中的各零件的进行建模及分析各零件在放气阀中
9、的作用。此次设计目的是：1.通过本次的设计，使我们对所学习的专业知识有更深层次的理解。对掌握知识的深度，运用知识理论去处理问题的能力、实验能力、计算机运用水平、书面及口头表达能力进行考核。2.培养我们勇于探索、严谨推理、实事求是、有过必改、用实践来检验理论、全方位地考虑问题等科学技术人员应有的素质。3.培养综合运用所学知识独立完成设计的工作能力。真空放气阀主要是通过抬起手把带动凸轮阀杆的运动，以实现放气目的。在放气阀中最重要的问题就是对阀体的密封，避免漏气使放气阀正常工作。因此对密封圈等零件的材料都有所要求，对装配要求也比较严格，使零件能够达到设计的要求。本次设计的指导思想是通过对阀的设计使我
10、们对阀有全新的认识、了解和掌握一些与阀有关的知识，使我们对所学的知识做一次综合的运用。二.正文(1).真空放气阀的原理：该部件为硅平面管中测台的放气阀，属于大气泵的附件。接嘴1与小气泵进气嘴连接，接嘴2与工作台的接嘴连接，小孔3通大气，工作时接嘴1与2相通。小气泵工作时，工作台内气体被抽走，形成低压区，台面上的硅片就贴紧台面，便于探针进行测试。当需要取下硅片时，只要抬起手把1，于是阀杆在弹簧的作用下上移。密封圈8堵住接嘴1和2的通路，同时使小孔3与接嘴2相通。空气缓慢地由小孔3经接嘴进入工作台腔内，使硅气被释放。阀门的特点是孔3为小孔。若采用大孔结构，则向腔中充气时，气流可能使硅片的位置发生变
11、动。(2).真空放气阀各零件的作用：1.手把：材料：A3；数量1作用：手把是控制件，通过它来控制放气阀的工作状态。在工作状态时，通过它的运动使凸轮运动再带动阀杆上下移动把小孔3堵住，使大气不能进入阀体内。把手把抬起放气阀就进入了放气状态。2.销轴：材料：45；数量1作用：销轴起连接作用和固定零件之间的相对位置。通过它把凸轮和阀体连接起来。销轴和阀体的连接采用基轴制，间隙配合。销轴和凸轮的连接还是采用基轴制，过渡配合。销轴使凸轮绕其旋转运动。3.凸轮：材料：QA19-4；数量1作用：运动的执行件。此凸轮为盘形凸轮，它是绕固定轴转动且具有变化向径的盘形构件。通过凸轮的轮廓曲线，使从动件阀杆做上下的
12、往复运动使其达到预期的运动规律。凸轮使旋转运动转换为直线运动。在凸轮的两边有凸台，其作用是限制凸轮的运动使凸轮不能左右移动只能做旋转运动。4.圆螺母：材料：H62;数量1作用：此零件在阀体是用来锁紧密封圈和橡皮垫圈的。避免密封圈和橡皮垫圈因为阀杆的上下往复运动而松动；避免因为松动而引起阀体漏气使放气阀无法工作。圆螺母通过螺纹连接来把密封圈和橡皮垫圈压紧，因为是螺纹连接圆螺母也不会因为阀杆的运动而运动。它的装配顺序是阀杆密封圈橡皮垫圈圆螺母。5.密封圈：材料：H62：数量1作用：其作用主要是用来密封的。通过对橡皮的压紧，防止橡皮垫圈因为阀杆的运动而松动。避免与橡皮垫圈直接接触影响密封效果。6.橡
13、皮垫圈：材料：耐油橡皮；数量1作用：此零件在阀体内起密封的作用。避免阀体漏气导致真空阀无法工作。由于刚性件之间没有良好的密封作用所以此零件使用了软材料奶油橡皮使其密封起来。而且橡皮具有弹性无论阀杆在做往复运动时还是静止时都有良好的密封作用。7.阀杆：材料：45：数量1作用：阀杆.凸轮和阀体组成凸轮机构。而阀杆是机构中的从动件，通过阀杆把凸轮的旋转运动转换为直线往复运动。在阀杆上有花键，通过花键的间隙使接嘴1与接嘴2相通，使小气泵通过花键的间隙抽走工作台腔内的气体使工作台内形成低压。通过阀杆的运/动使阀杆尾部的垫片与进气嘴接触使垫片把小孔3堵住。8.密封圈：材料：耐油橡皮；数量1作用：密封圈起密
14、封的作用，其在花键的下方与花键接触。当手把抬起阀杆向上运动时密封圈与阀体上的凸台相接触，使接嘴1与接嘴2不通，使气体无法从花键的间隙通过。由于使用了软材料使密封圈无论在运动状态下还是在静止的状态下都有良好的密封作用。9.垫圈：材料：A3；数量1作用：其作用是通过弹簧对它的力来压紧密封圈。避免弹簧与橡皮垫圈直接接触，影响密封效果。10.弹簧：材料：65Mn；数量1作用：在此零件中弹簧起控制运动的作用，也有存储能量的作用。在工作状态时弹簧处于受压的状态，弹簧产生较大的弹性变形和较大的弹性力。这时弹簧把力传到凸轮，凸轮也把较大的力传到阀杆上使在阀杆尾部的垫片把进气嘴压紧使大气不能进入阀体内。当手把抬起，凸轮的向径变小时在弹簧力的作用下，弹簧力通过密封圈，垫圈和花键把力传到阀杆上使阀杆向上运动，垫片与进气嘴分离，大气进入阀体，这时进入放气状态。11.垫圈：材料：LY13数量1作用：其作用只通过旋转进气嘴来压紧垫片，使其产生一定的变形，以此来达到密封的效果。12.垫片：材料：压缩牛皮；数量1作用：垫片装在阀杆的尾部的燕尾槽内。作用是用来堵住进气嘴的小孔使大气不能从小孔进入阀体。垫片使用的是软材料压缩牛皮，因为压缩牛皮具有弹性使其具有良好的密封性能，且可以起
