Получение многокомпонентных покрытий стабильного состава для экранов электромагнитного излучения

The formation processes of coatings of Cu–Ni and Ag–Cu systems with a stable elemental composition by the method of electron-beam evaporation are considered. It is shown that in the zone of action of the electron beam on the ingot placed in the crucible at the total vapor pressure of the alloy elements Σp above the pressure under the cap of the installation, the melt boils, and in the outer zone adjacent to the melt zone, the process of sublimation of the hard alloy occurs. The microrelief and elemental composition of the surface layer of the Cu–Ni alloy ingot in the zones of evaporation and sublimation, as well as the elemental composition of the coatings deposited in this case, have been studied. It is shown that the most acceptable way to obtain coatings of the Cu–Ni system with a stable elemental composition is the simultaneous electron-beam evaporation of copper and nickel from two crucibles. The azeotropic composition of the alloy of the Ag–Cu system was calculated and experimentally verified. The research results are used in the manufacture of multilayered screens of electromagnetic radiation.Рассмотрены процессы формирования покрытий систем Cu–Ni и Ag–Cu стабильного элементного состава методом электронно-лучевого испарения. Показано, что в зоне воздействия электронного луча на помещенный в тигель слиток при суммарном давлении паров элементов сплава Σp больше давления под колпаком установки происходит кипение расплава, а в примыкающей к зоне расплава наружной зоне идет процесс сублимации твердого сплава. Исследованы микрорельеф и элементный состав поверхностного слоя слитка сплава Cu–Ni в зонах испарения и сублимации, а также элементный состав осаждаемых при этом покрытий. Показано, что наиболее приемлемым способом получения покрытий системы Cu–Ni стабильного элементного состава является одновременное электронно-лучевое испарение меди и никеля из двух тиглей. Рассчитан и экспериментально проверен азеотропный состав сплава системы Ag–Cu. Результаты исследований использованы при изготовлении многослойных экранов электромагнитного излучения

Формирование пленок сплавов систем Cr–Ni, Cr–Ni–Si и Fe–Ni методами сублимации и испарения для изделий электронной техники

The processes of formation of films of alloys of the Cr–Ni, Cr–Ni–Si and Fe–Ni systems with a stab le elemental composition by evaporation methods are considered. It is shown that due to the large difference in the melting temperatures of Ni and Cr, nichrome films are obtained by sublimation. The design of the evaporator is proposed, which makes it possible to stabilize the composition of the films. Calculations of azeotropic compositions of alloys of the Cr–Ni–Si system have been carried out. The position of the isobars of the total pressure of iron and nickel on the state diagram was determined during evaporation in vacuum. The azeotropic composition of the alloy of the Fe–Ni system was calculated and experimentally verified.Рассмотрены процессы формирования пленок сплавов систем Cr–Ni, Cr–Ni–Si и Fe–Ni стабильного элементного состава методами испарения. Показано, что из-за большой разницы в температурах плавления Ni и Cr пленки нихрома получают методом сублимации. Предложена конструкция испарителя, позволяющая стабилизировать состав пленок. Проведены расчеты азеотропных составов сплавов системы Cr–Ni–Si. Определено положение изобар суммарного давления железа и никеля на диаграмме состояния, при испарении в вакууме. Рассчитан и экспериментально проверен азеотропный состав сплава системы Fe–Ni

ЭКРАНИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ОПТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ НА СТЕКЛЯННЫХ И ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Coatings In2O3 + SnO2 (ITO) and ZrO2 – Ni – ZrO2 – Cu – Ni – ZrO2 deposited on glass and polymer substrates, are presented. Their shielding properties in the optical and radio frequency wavelength ranges have been studied. Samples with coatings 120(In2О3 +SnО2 ) and 90ZrO2 /8Ni/90ZrO2 /22Cu/5Ni/35ZrO2 have good shielding properties (98 % of electromagnetic emission is reflected in the range of 0.7…17 GHz). ITO-coating has low surface resistance of 8…9 ohms/ square per square in combination with high light transmittance (T ~ 90 %). However, in order to achieve these properties one needs to heat the substrate up to 300…400 °C. The coating 90ZrO2 /8Ni/90ZrO2 /22Cu/5Ni/35ZrO2 has surface resistance of 2…3 ohms/square per square and light transmittance of about 60 %. These values have been obtained without heating of the substrate and, as a consequence, this coating may be deposited on temperature-sensitive materials such as polycarbonate. Moreover, since 90ZrO2 /8Ni/90ZrO2 /22Cu/5Ni/35ZrO2 coating is a multilayer coating containing layers of pure metals that have high electric conductivity and magnetic permeability and ZrO2 layers with high dielectric permeability it has higher shielding effectiveness than ITO alloy coating. It has been demonstrated that ZrO2 – Ni – ZrO2 – Cu – Ni – ZrO2 coatings may be used for protection of display screens since they comply with the requirements of screens of information displays devices. В данной статье представлены покрытия In2O3 +SnO2 (ITO) и ZrO2 – Ni – ZrO2 – Cu – Ni – ZrO2 , нанесенные на стеклянные и полимерные подложки. Изучены их экранирующие свойства в оптическом и радиочастотном диапазонах длин волн. Образцы с покрытиями 120(In2O3 +SnO2 ) и 90ZrO2 /8Ni/90ZrO2 /22Cu/5Ni/35ZrO2 имеют хорошие экранирующие свойства (98 % падающего электромагнитного излучения отражается в радиочастотном диапазоне длин волн 0,7…17 ГГц). ITO-покрытие имеет низкое поверхностное электросопротивление 8…9 Ом/кв в сочетании с высоким светопропусканием (Т~90 %). Однако для достижения таких свойств необходим нагрев ITO-подложки до температур 300…400 °C. Покрытие 90ZrO2 /8Ni/90ZrO2 /22Cu/5Ni/35ZrO2 имеет поверхностное электросопротивление порядка 2…3 Ом/кв и светопропускание около 60 %. Такие значения были достигнуты без нагрева подложки и, как следствие, это покрытие может быть нанесено на нетермостойкий материал, например поликарбонат. Кроме того, так как покрытие 90ZrO2 /8Ni/90ZrO2 /22Cu/5Ni/35ZrO2 многослойное, содержащее слои чистых металлов, с высокими электропроводностью и магнитной проницаемостью и слои ZrO2 с высокой диэлектрической проницаемостью, то его эффективность экранирования выше, чем у покрытия из сплава ITO. Показано, что покрытия системы ZrO2 – Ni – ZrO2 – Cu – Ni – ZrO2 можно использовать для защиты экрана монитора, так как оно соответствует требованиям к экранам устройств отображения информации.

ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЭКРАНЫ

The examples of transparent electromagnetic high-efficiency screening shields have been analyzed, the results of measuring the screening efficiency of engineering designs consisting of a glass base and a multilayer metal-ceramic coating have been presented.Рассмотрены примеры прозрачных электромагнитных экранов с высокой эффективностью экранирования, приведены результаты измерений эффективности экранирования конструкций, представляющих собой стеклянное основание с многослойным покрытием в системе металл-керамика

Влияние шероховатости поверхности подложек на экранирующие от электромагнитных излучений свойства формируемых на них покрытий

Research has been carried out and regularities of influence of micro- and macro-roughness of surface of substrate layers on electromagnetic radiation shielding characteristics of coatings deposited on them have been determined. It has been shown that the bigger the value of the ratio of the product of the surface roughness Rz by the length of descent of an electromagnetic wave X (the Rayleigh parameter), the bigger influence the roughness has on surface reflection. In engineering evaluations aimed at designing electromagnetic radiation shields roughness can be disregarded, if the wavelength of electromagnetic radiation exceeds 1 • 10-2 m.Проведены исследования и выявлены закономерности влияния микро- и макронеровностей (шероховатости) поверхности подложек на экранирующие свойства формируемых на них покрытий. Показано, что чем больше величина отношения параметра шероховатости поверхности Rz к длине волны электромагнитного излучения 1 (параметр Релея), тем сильнее влияние неровностей на ее отражении от поверхности. В инженерных расчетах при создании экранов от электромагнитных излучений величина шероховатости может не приниматься во внимание, если длина волны электромагнитного излучения превышает 1 • 10-2 м

Model of transmission of multilayer coatings based on the cu-zro2 system in the optical wavelength range

Разработана модель пропускания в оптическом диапазоне длин волн многослойными покрытиями, состоящими из чередующихся слоев меди и диоксида циркония, нанесенными на подложки из стекла марки К8. В основу модели положены законы интерференции света. Показано, что пропускание в оптическом диапазоне слоя Cu толщиной 60 нм при поверхностном сопротивлении ρ = 10 Ом/кв составляет 4–5 %, а пропускание покрытия ZrO2/Cu/ZrO2/Cu/К8, полученного разделением слоя меди толщиной 60 нм на два подслоя по 30 нм с нанесением на них просветляющих слоев ZrO2, при ρ = 1,2 Ом/кв достигает 25 %. Рассчитаны толщины и количество слоев системы Cu-ZrO2, обеспечивающих пропускание в диапазоне длин волн 400–700 нм не менее 45 %. Определена допустимая толщина слоев Cu (≥ 20 нм), ниже которой, вследствие их островковой структуры и частичного окисления с образованием Cu2O, резко снижается электропроводность многослойного покрытия (ρ ≥ 100 Ом/кв).The transmission model for optical diapason was developed for multilayer coatings consisting of alternating layers of copper and zirconium dioxide deposited on K8 glass substrates. The model is based on the laws of light interference. It was shown that the transmission in the optical range of a 60 nm thick Cu layer with a surface resistance ρ = 1 Ohm/sq is 4–5 %, and the transmission of the ZrO2/Cu/ZrO2/Cu/К8 coating obtained by dividing a 60 nm thick copper layer into two sublayers at 30 nm with the application of antireflection layers of ZrO2 on them, at ρ = 1.2 Ohm/sq it reaches 25 %. The thicknesses and the number of layers of the Cu-ZrO2 system were calculated, which ensure a transmission in the wavelength range of 400–700 nm of at least 45 %. The permissible thickness of Cu layers (≥ 20 nm) was determined, below which, due to their insular structure and partial oxidation with the formation of Cu2O, the electrical conductivity of the multilayer coating sharply decreases (ρ ≥ 100 Ohm/sq)

OPTICAL TRANSPARENT electromagnetic shields

The examples of transparent electromagnetic high-efficiency screening shields have been analyzed, the results of measuring the screening efficiency of engineering designs consisting of a glass base and a multilayer metal-ceramic coating have been presented

MODEL OF TRANSMISSION OF MULTILAYER COATINGS BASED ON THE Cu-ZrO2 SYSTEM IN THE OPTICAL WAVELENGTH RANGE

The transmission model for optical diapason was developed for multilayer coatings consisting of alternating layers of copper and zirconium dioxide deposited on K8 glass substrates. The model is based on the laws of light interference. It was shown that the transmission in the optical range of a 60 nm thick Cu layer with a surface resistance ρ = 1 Ohm/sq is 4–5 %, and the transmission of the ZrO2/Cu/ZrO2/Cu/К8 coating obtained by dividing a 60 nm thick copper layer into two sublayers at 30 nm with the application of antireflection layers of ZrO2 on them, at ρ = 1.2 Ohm/sq it reaches 25 %. The thicknesses and the number of layers of the Cu-ZrO2 system were calculated, which ensure a transmission in the wavelength range of 400–700 nm of at least 45 %. The permissible thickness of Cu layers (≥ 20 nm) was determined, below which, due to their insular structure and partial oxidation with the formation of Cu2O, the electrical conductivity of the multilayer coating sharply decreases (ρ ≥ 100 Ohm/sq)

МОДЕЛЬ ПРОПУСКАНИЯ СВЕТА В ДИАПАЗОНЕ 400–700 НМ МНОГОСЛОЙНЫМИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИМИ ПОКРЫТИЯМИ СИСТЕМЫ Cu-ZrO2

The transmission model for optical diapason was developed for multilayer coatings consisting of alternating layers of copper and zirconium dioxide deposited on K8 glass substrates. The model is based on the laws of light interference. It was shown that the transmission in the optical range of a 60 nm thick Cu layer with a surface resistance ρ = 1 Ohm/sq is 4–5 %, and the transmission of the ZrO2/Cu/ZrO2/Cu/К8 coating obtained by dividing a 60 nm thick copper layer into two sublayers at 30 nm with the application of antireflection layers of ZrO2 on them, at ρ = 1.2 Ohm/sq it reaches 25 %. The thicknesses and the number of layers of the Cu-ZrO2 system were calculated, which ensure a transmission in the wavelength range of 400–700 nm of at least 45 %. The permissible thickness of Cu layers (≥ 20 nm) was determined, below which, due to their insular structure and partial oxidation with the formation of Cu2O, the electrical conductivity of the multilayer coating sharply decreases (ρ ≥ 100 Ohm/sq).  Разработана модель пропускания в оптическом диапазоне длин волн многослойными покрытиями, состоящими из чередующихся слоев меди и диоксида циркония, нанесенными на подложки из стекла марки К8. В основу модели положены законы интерференции света. Показано, что пропускание в оптическом диапазоне слоя Cu толщиной 60 нм при поверхностном сопротивлении ρ = 10 Ом/кв составляет 4–5 %, а пропускание покрытия ZrO2/Cu/ZrO2/Cu/К8, полученного разделением слоя меди толщиной 60 нм на два подслоя по 30 нм с нанесением на них просветляющих слоев ZrO2, при ρ = 1,2 Ом/кв достигает 25 %. Рассчитаны толщины и количество слоев системы Cu-ZrO2, обеспечивающих пропускание в диапазоне длин волн 400–700 нм не менее 45 %. Определена допустимая толщина слоев Cu (≥ 20 нм), ниже которой, вследствие их островковой структуры и частичного окисления с образованием Cu2O, резко снижается электропроводность многослойного покрытия (ρ ≥ 100 Ом/кв).