Плазменные покрытия

Рабочая программа учебной дисциплины Плазменные покрытия

Ф ТПУ 7.1-21/01

“УТВЕРЖДАЮ”

Декан ЕНМФ

____________

“___”____________ 2007 г.

ПЛАЗМЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ

Рабочая программа для направления 010700 «Физика»,

магистерская программа 010705 «Физика плазмы»

Факультет естественных наук и математики (ЕНМФ)

Обеспечивающая кафедра: водородной энергетики и плазменных технологий (ВЭПТ))

Курс V

Семестр X

Учебный план набора магистров 2007 года

Распределение учебного времени

Лекции 36 час

Практические занятия 18 час

Лабораторные занятия 0 час

Всего аудиторных занятий 54 чаc

Самостоятельная (внеаудиторная) работа 72 час

Общая трудоёмкость 126 час

Форма отчетности зачет

2007

Предисловие

1. Рабочая программа составлена на основе ГОС ВПО для направления 010700 Физика, утвержденного 17.03.2000г., рег.№ 000 ен/бак

РАССМОТРЕНА и ОДОБРЕНА на заседании кафедры водородной энергетики и плазменных технологий _____________ (дата) протокол № ___.

2. Разработчик: доцент каф. ВЭПТ ________________________

3. Зав. кафедрой ВЭПТ, профессор _______________

4. Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом естественных наук и математики и СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.

Зав. кафедрой ВЭПТ, профессор ______________

_________________________________________________________________________

УДК 539.23

Аннотация

СДМ. В.1.2. Плазменные покрытия

010700(бм)

Каф. ВЭПТ ЕНМФ

Доц., к. ф.-м. н.

Тел./

Цель: сформировать знания об основных методах нанесения покрытий с помощью плазмы и свойствах этих покрытий, научить формулировать физические задачи, подготовить к самостоятельному изучению оригинальных работ в этой области.

Содержание: классификация методов нанесения покрытий; ассистированное плазмой химическое газофазное осаждение; активируемое лазером или электронным пучком химическое газофазное осаждение; нанесение покрытий с использованием процесса испарения; нанесение покрытий с использованием процесса распыления; комбинированные методы нанесения покрытий; вакуумные технологические установки для нанесения покрытий; виды покрытий и их свойства; подготовка поверхности изделий перед нанесением покрытий; методы контроля качества покрытий.

Курс 5 (10 сем – зачет).

Всего 126 ч, в т. ч.: СР 72 ч, 54 ч. ауд.: Лк 36 ч, Лб 0 ч, Пр 18 ч

The Summary

СДМ. Р.01. Plasma coatings

010700(бм)

Hydrogen Energy and Plasma Technologies Department

Faculty of Natural Sciences and Mathematics

Associate Professor N. Sochugov

The purpose: to form knowledge about main plasma-based methods of coatings deposition and properties of deposited films; to teach to formulate the physical problems and their mathematical description; to make ready for self-instruction of original works in this field.

The contents: classification of coating deposition methods; plasma-assisted chemical vapour deposition; activated by laser or electron beam chemical vapour deposition; deposition of coatings by evaporation; deposition of coatings by sputtering; combined methods of coating deposition; vacuum coaters; types of coatings and their properties; preparing of substrate surface before deposition; methods of coating properties control.

Цели и задачи учебной дисциплины

Цели преподавания дисциплины

Целью преподавания дисциплины является подготовка специалистов, обладающих современными знаниями о теории и технологии нанесения покрытий, пленок и исследовании свойств покрытий, освоивших экспериментальные и расчетные методы исследований в этой области, научившихся работать с научной литературой с применением современных информационных технологий, умеющих готовить научные доклады и статьи, способных к дальнейшему освоению принципов разнообразного технологического применения плазменных покрытий в различных отраслях промышленности.

Задачи изложения и изучения дисциплины реализуются в следующих

формах деятельности:

·  лекции нацелены на освоение современных представлений в области нанесения тонкопленочных покрытий;

·  практические занятия направлены на активизацию познавательной деятельности студентов и освоение экспериментальных и расчетных методов исследований в области преподаваемой дисциплины;

·  выполнение индивидуальных заданий предусматривает развитие навыков решения конкретных практических и проблемных задач;

·  подготовка рефератов предоставляет возможность научиться работать с оригинальной научной литературой, систематизировать и анализировать получаемые знания, формулировать физическую сущность поставленной задачи и способы ее решения;

·  консультации;

·  прочая самостоятельная внеаудиторная работа направлена на закрепление получаемых теоретических знаний, приобретение навыков самостоятельного освоения нового материала и решения конкретных задач.

Содержание теоретической части дисциплины – X семестр (36 часов)

1. Классификация основных методов нанесения покрытий с помощью низкотемпературной плазмы. Общие черты и особенности этих методов. Структура, цели и задачи настоящего курса (2 часа).

2. Методы нанесения покрытий ассистированным плазмой химическим газофазным осаждением. Конструкции генераторов плазмы и источников ионов (4 часа).

3. Активируемое лазером или электронным пучком химическое газофазное осаждение покрытий. Фотохимическое газофазное осаждение покрытий (2 часа).

4. Нанесение покрытий с использованием процесса испарения (4 часа).

4.1. Общая характеристика процесса.

4.2. Испарители с резистивным, индукционным нагревом и нагревом излучением.

4.3. Испарители с электронно-лучевым нагревом.

4.4. Электродуговые испарители

4.5. Лазерно-лучевые испарители

5. Нанесение покрытий с использованием процесса распыления (6 часа).

5.1. Общая характеристика процесса.

5.2. Распыление ионным пучком.

5.3. Планарное диодное и триодное распыление.

5.4. Магнетронное распыление.

5.5. Пути повышения эффективности магнетронных распылительных систем.

6. Комбинированные методы нанесения покрытий (2 часа).

6.1. Метод ионного осаждения.

6.2. Ионно-ассистированное осаждение покрытий.

6.3. Ионизированное кластерно-лучевое нанесение покрытий.

7. Вакуумные технологические установки для нанесения покрытий (2 часа).

7.1. Установки периодического действия.

7.2. Конвейерные установки.

7.3. Установки кластерного типа.

8. Виды покрытий и их свойства. Особенности их нанесения (6 часа).

8.1. Упрочняющие и износостойкие покрытия.

8.2. Высокотемпературные покрытия.

8.3. Оптические покрытия.

8.4. Биосовместимые покрытия.

8.5. Декоративные покрытия.

9. Подготовка поверхности изделий перед нанесением покрытий (2 часа).

9.1. Механические и химические способы очистки подложек перед нанесением покрытий.

9.2. Предварительная ионно-плазменная обработка изделий перед нанесением покрытий.

10. Методы контроля качества вакуумно-плазменных покрытий (4 часа).

10.1. Пористость и газопроницаемость нанесенных покрытий.

10.2. Износостойкость и характеристики трения покрытий.

10.3. Жаростойкость и термоизоляционные характеристики покрытий.

10.4. Электрические свойства и коррозионная стойкость покрытий.

Тематика практических занятий (18 часов)

Процессы, происходящие при нанесении покрытий в вакууме (2 часа). Особенности химического газофазного осаждения покрытий (2 часа). Особенности физического газофазного осаждения покрытий (2 часа). Коллоквиум (2 часа). Проблемы осаждения покрытий на подложки большой площади (2 часа). Устройство установок для вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий (2 часа). Особенности нанесения различных видов покрытий (2 часа). Методы исследования свойств полученных покрытий (2 часа). Семинарское занятие, посвященное обзору проблемы нанесения тонкопленочных покрытий (выступления студентов с докладами по темам подготовленных рефератов) (2 часа).

Самостоятельная (внеаудиторная) работа –X семестр (72 часа)

Содержание самостоятельной внеаудиторной работы студентов:

· самостоятельная проработка теоретического материала и подготовка к практическим занятиям (30 часов);

· выполнение трех индивидуальных заданий (9 часов);

· подготовка к коллоквиуму (6 часов);

· работа над рефератом и подготовка доклада по нему (27 часов).

Примерные темы рефератов

Классификация и краткая характеристика методов распыления материалов при низком давлении. Методы расчета и влияние различных факторов на коэффициент ионного распыления. Методы ускорения плазменных потоков. Автоматизация оборудования для ионно-плазменного нанесения покрытий. Промышленные вакуумные плазменно-дуговые испарители. Нанесение коррозионно-, износостойких, декоративных покрытий. Физико-химическое взаимодействие напыляемого материала и подложки. Методы исследования свойств покрытий. Плазменные методы генерации ионизированных потоков веществ. Ускорители плазмы с замкнутым дрейфом электронов. Магнетронные распылительные системы. ВЧ и СВЧ плазменные технологии нанесения покрытий.

Текущий и итоговый контроль

Текущий контроль изучения курса студентами осуществляется по итогам выполнения тестов, индивидуальных заданий, сдаче коллоквиума и подготовке реферата.

Итоговым контролем является семестровый зачет.

Результаты текущего контроля оцениваются в баллах в соответствии с прилагаемым рейтинг-листом.

Рейтинг – лист

по курсу «Плазменные покрытия»

для студентов V курса ЕНМФ ТПУ

X семестр

Общий максимальный рейтинг за семестр – 800 баллов;

лекционный рейтинг - 450 баллов (36 часов*12,5 балл/час);

рейтинг за выполнение индивидуальных заданий –150 баллов (3 задания * 50 баллов/задание);

рейтинг за коллоквиум – 50 баллов;

рейтинг за реферат – 150 баллов.

К зачету допускаются студенты, набравшие не менее 500 баллов.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Основная литература

1. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок / // М.: Энергоатомиздат, 1989.

2. Нанесение пленок в вакууме / // Сер. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. Кн. 6. М.: Высшая школа, 1989, 110 с.

3. Нанесение покрытий плазмой / , , и др. // М.: Наука, 1990.

4. Физические основы электронно-ионной технологии / , , // М.: В. Ш., 1984.

5. Металличекие и керамические покрытия / М. Хокинг, В. Васантасри, П. Сидки // М.: Мир, 2000, 516 с.

6. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование / , Г. В Бобров. Под ред. // Учебник. М.: Металлургия, 19с.

7. Технология и оборудование вакуумного напыления / // Учебное пособие.- М.: Металлургия, 1992, 238 с.

Дополнительная литература

8. Введение в физику плазмы / // М.: Наука, 1982.

9. Технология тонких пленок / Справочник под ред. Л. Майссела, Р. Гленга // М.: Сов. радио, 1977, т.1.

10. Основы современной физики газоразрядных процессов / // М.: Наука, 1980. 

11. Физика химически активной плазмы / , // М.: Наука, 1984.

12. Магнетронные распылительные системы / , // М.: Р. и С., 1982.

13. Применение низкотемпературной плазмы для очистки и травления материалов / , // М.: Энергоатомиздат, 19с.