«Дослідження взаємозв’язку між якістю тонких покриттів ТіО2 і режимами їх отримання за методом напилення у вакуумі»

Свистун, Юрій Романович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9299

Title:	«Дослідження взаємозв’язку між якістю тонких покриттів ТіО2 і режимами їх отримання за методом напилення у вакуумі»
Authors:	Коваленко, Юрій Іванович Свистун, Юрій Романович
Keywords:	Напилення у вакуумі
Issue Date:	2023
Abstract:	На кваліфікаційну роботу магістра на тему: «Дослідження взаємозв’язку між якістю тонких покриттів ТіО2 і режимами їх отримання за методом напилення у вакуумі». Виконавець: студент групи мНТ–81 Свистун Юрій Романович Керівник: кандидат технічних наук, доцент Коваленко Юрій Іванович Кваліфікаційна робота містить 95 сторінку формату А4, 29 рисунків, 12таблиць, 36 літературних джерел. В кваліфікаційній роботі магістра було проведено аналіз сучасних вакуумних методів по нанесенню тонких оксидних покриттів. Було встановлено, що для отримання в лабораторних умовах тонких покриттів ТіО2 оптимальним є метод резистивного випаровування. Проведено аналіз технологічного обладнання для напилення тонких покриттів ТіО2 - це лабораторна установка ВУП5М, розглянуто принцип її дії, а також основні технічні характеристики та параметри. Розглянуто методику вимірювання товщини напилених покриттів на оптичному склі марки К8. Розглянуто методику по визначенню нанорельєфу поверхневого шару покриттів за допомогою методу АСМ. Наведено технологічну послідовність процесу отримання тонких покриттів. Проведено дослідження впливу параметрів напилення на властивості покриттів. Проведено дослідження мікрогеометрії плівкових покриттів ТіО2 методом АСМ. В розділі охорона праці проведено аналіз умов праці та оцінка безпеки в надзвичайних ситуаціях при нанесенні вакуумних покриттів.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9299
Appears in Collections:	131 Прикладна механіка (Обробка металів за спецтехнологіями)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Свистун.pdf Restricted Access		3.02 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв

До захисту допущено:
Завідувач кафедри ТОМВ
____________Георгій КАНАШЕВИЧ
«_____»_____________2023р.

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра

на тему: «Дослідження взаємозв’язку між якістю тонких покриттів ТіО2 і
режимами їх отримання за методом напилення у вакуумі»

Виконав: здобувач 2 курсу, групи мНТ-81
Спеціальності 131 – «Прикладна механіка»
Освітня програма – «Обробка металів за
спецтехнологіями»
Свистун Юрій Романович
Керівник: к.т.н., доцент Коваленко Ю. І.
Рецензент: головний інженер ДП «Семпал»
Якушев І.В.

Черкаси 2023 р.

АНОТАЦІЯ

На кваліфікаційну роботу магістра на тему: «Дослідження взаємозв’язку
між якістю тонких покриттів ТіО2 і режимами їх отримання за методом
напилення у вакуумі».
Виконавець: студент групи мНТ–81 Свистун Юрій Романович
Керівник: кандидат технічних наук, доцент Коваленко Юрій Іванович
Кваліфікаційна робота містить 95 сторінку формату А4, 29 рисунків,
12таблиць, 36 літературних джерел.
В кваліфікаційній роботі магістра було проведено аналіз сучасних
вакуумних методів по нанесенню тонких оксидних покриттів. Було
встановлено, що для отримання в лабораторних умовах тонких покриттів ТіО2
оптимальним є метод резистивного випаровування. Проведено аналіз
технологічного обладнання для напилення тонких покриттів ТіО2 - це
лабораторна установка ВУП5М, розглянуто принцип її дії, а також основні
технічні характеристики та параметри. Розглянуто методику вимірювання
товщини напилених покриттів на оптичному склі марки К8. Розглянуто
методику по визначенню нанорельєфу поверхневого шару покриттів за
допомогою методу АСМ.
Наведено технологічну послідовність процесу отримання тонких
покриттів. Проведено дослідження впливу параметрів напилення на властивості
покриттів. Проведено дослідження мікрогеометрії плівкових покриттів ТіО2
методом АСМ.
В розділі охорона праці проведено аналіз умов праці та оцінка безпеки в
надзвичайних ситуаціях при нанесенні вакуумних покриттів.
3

ABSTRACT

For a master’s qualification thesis on the topic: “Investigation of the
relationship between the thickness of thin TiO2 coatings and the modes of their
removal from the vacuum filing method.”
Vikonavets: student of the MNT-81 group Svistun Yuriy Romanovich
Kerivnik: Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Kovalenko
Yuriy Ivanovich
Qualified work contains 95 pages, A4 format, 29 drawings, 12 tables, 36
literary sections.
In the master's qualification work, an analysis of current vacuum methods for
applying thin oxide coatings was carried out. It has been established that the optimal
method for removing thin TiO2 coatings in laboratory sinks is the resistive
vaporization method. An analysis of the technological equipment for sawing thin
TiO2 coatings was carried out - using the laboratory installation VUP5M, the
principle of this process, as well as the main technical characteristics and parameters
were reviewed. The technique of vibrating sawed coatings on optical glass of the K8
brand is examined. The technique for the selected nanorelief of the surface ball of the
coating is examined in addition to the AFM method.
The technological consistency of the process of removing thin coatings has
been established. An investigation was carried out into the flow of sawing parameters
on the power of the coatings. The microgeometry of TiO2 melt coatings was studied
using the AFM method.
In the safety department, a brainstorming exercise was conducted to assess
safety in emergency situations when applying vacuum coatings.

4

Зміст
ст.
Вступ………………………………………………………………….....7
РОЗДІЛ 1. ОГЛЯДОВА ЧАСТИНА
1.1. Діоксид титану: властивості та застосування …………………9
1.2. Вакуумні методи осадження тонких покриттів……….……….11
1.2.1 Резистивне випаровування ……………………………………14
1.3 Лазерне напилення ……………………………………………….16
1.4. Електронно-променеве напилення ……………………………..19
1.5. Іонно-плазмові методи отримання тонких плівок……………..22
1.6 Іонно-променеве розпилення ……………………………………...25
1.7. Метод магнетронного розпилення ……………………………..26
1.8. Параметри, що впливають на якість отриманих покриттів …..28
Висновки до розділу 1…………………………………………………34

РОЗДІЛ 2 ТЕХНОЛОГІЧНЕ ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ОТРИМАННЯ
ТОНКИХ ПОКРИТТІВ ТіО2
2.1. Вакуумна лабораторна установка ВУП-5М…………………..35
2.2. Матеріали для отримання тонких покриттів ТіО2.………………41
2.3. Вимірювання товщини отриманих покриттів ………..…………42
2.4. Визначення нанорельєфу поверхневого шару покриттів за допомогою
методу АСМ…………………………………………………………..45
Висновки до розділу 2………………………………………………..49

5

РОЗДІЛ 3. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
3.1. Послідовність напилення тонких покриттів оксид титану у
вакуумі…………………………………………………………………………….50
3.2. Дослідження впливу параметрів напилення на властивості
покриттів………………………………………………………………………….57
3.3. Дослідження мікрогеометрії плівкових покриттів ТіО2 методом
АСМ………………………………………………………………………………63
Висновки до розділу 3……………………………………………………70

РОЗДІЛ 4.ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ
СИТУАЦІЯХ
4.1. Аналіз умов праці та оцінка безпеки в надзвичайних ситуаціях при
нанесенні вакуумних покриттів………………………………………………….71
4.2. Розробка заходів з охорони праці для спеціалістів з нанесення
вакуумних покриттів …………………………………………………………….81
4.3 Безпека в надзвичайних ситуаціях
4.3.1 Інформація та оповіщення. Поведінка населення при загрозі
надзвичайної ситуації……………………………………………………………86
Висновки до розділу 4………………………………………………………..…91

Висновки……………………………………………………………………..….92
Список використаної літератури ……………………………………………93

6

ВСТУП

Отримання нових матеріалів та поліпшення властивостей існуючих є
ключовим завданням сучасного матеріалознавства. Зростаючий рівень
технологічного розвитку вимагає створення матеріалів із високими
експлуатаційними характеристиками та унікальними фізичними і хімічними
властивостями.
Технології нанесення тонких плівок і покриттів різних матеріалів на
різноманітні вироби мають велике значення для численних галузей техніки.
Наприклад, в електроніці використовуються для осадження тонких плівок
напівпровідників, діелектриків та металів. У галузі оптики вони застосовуються
для нанесення фільтруючих, відображаючих та поглинаючих покриттів. У
машинобудуванні використовуються для нанесення спеціальних покриттів, які
покращують властивості використовуваних матеріалів.
Використання модифікуючих і функціональних тонкоплівкових покриттів
стало невід'ємною частиною багатьох сучасних технологічних процесів. Ці
покриття забезпечують покращені властивості матеріалів, такі як міцність,
твердість, стійкість до корозії, електрична провідність та інші.
Знання основних законів зміни властивостей тонких плівок є важливим
для ефективного використання цих матеріалів у конкретних застосуваннях. Це
включає в себе розуміння впливу товщини плівки, її складу, структури та інших
параметрів на кінцеві властивості. Таке знання дозволяє виробникам
оптимізувати процеси виробництва та вибирати оптимальні матеріали для
конкретних завдань.На сьогоднішній день одним з найбільш перспективних
матеріалів є доксид титану. Це пояснюється перспективними оптичними,
термічними, фотокаталітичними і електрофізичними властивостями даного
матеріалу. Зокрема, особливий інтерес представляє Наноструктуровані ТіО2 -
тонкі плівки і наночастинки оксиду титану. Потенціал практичного
застосування дуже високий: оксид титану і матеріали на його основі можуть
бути використані в сонячній енергетиці для створення самостійних сонячних
7

елементів і модернізації існуючих, в екології, в електроніці, в оптиці і в
багатьох інших областях.
Таким чином, мета роботи полягає в дослідженню впливу технологічних
режимів на якість отриманих тонких покриттів ТіО2
З а д а ч і д и п л о м н о ї р о б о т и :
1. Повести літературний огляд сучасних методів нанесення покриттів
ТіО2.
2. Дослідити процес нанесення покриттів ТіО2 вакуумним методом.
3. Визначити методи дослідження покриттів.
4. Провести дослідження отриманих покриттів ТіО2..
5. В розділі охорона праці провести аналіз умов праці та оцінка
безпеки в надзвичайних ситуаціях при нанесенні вакуумних покриттів.
О б ’ є к т д о с л і д ж е н н я : вакуумне напилення тонких покриттів ТіО2
П р е д м е т д о с л і д ж е н н я : властивості тонких покриттів ТіО2 отриманих
вакуумним напиленням

8

РОЗДІЛ 1. ОГЛЯДОВА ЧАСТИНА

Оксидні покриття титану викликають великий інтерес через несподівані
та перспективні властивості, які виникають через співвідношення кисню в їх
складі. Для отримання покриттів використовуються різні хімічні і фізичні
методи осадження, що дозволяють отримати матеріали з різними
властивостями. Останнім часом актуальним завданням є отримання покриттів
оксиду титану зі структурою рутилу. Такі покриття мають пористу поверхню і
високу питому поверхню. Фотокаталітичною активністю володіють покриття, в
яких домінуючою фазою є фаза анатазу. Перехід до нанорозмірних форм
діоксиду титану розширює можливості використання його в різних областях
промисловості, включаючи сорбенти, носії каталізаторів та інші. Оксидні
покриття титану застосовуються в оптиці, мікроелектроніці, водневій
енергетиці та інших сферах завдяки їхнім корисним властивостям.
Однак, осадження таких покриттів є технологічною задачею, що потребує
вивчення та розробки ефективних методів.

1.1. Діоксид титану: властивості та застосування
Титан належить до IV B групи Періодичної системи елементів. Його
валентна електронна конфігурація: 3d²4s². Найбільш характерні ступені
окислення для титану +4 і +3[1].
Оксид титану (IV), TiO2, є амфотерним оксидом. Це означає, що він може
вступати в реакцію, як з кислотами, так і з лугами[1].
TiO2 може існувати у різних кристалічних модифікаціях, зокрема анатаз,
рутил і брукіт. Анатаз і рутил мають тетрагональну сингонію, а брукіт -
ромбічну[1].
Структура брукоту володіє ромбічною сингонією, відрізняючись від
тетрагональної сингонії анатазу та рутилу.
Різноманіття кристалічних структур TiO2 визначає різні властивості та
застосування цього матеріалу в природних і промислових умовах.
9

Рутил є основною модифікацією TiO2, яка використовується через свою
стабільність та властивості. Кристалічна структура робить значний вплив на
оптичні характеристики матеріалу, такі як дифузне відображення,
світлорозсіювання та поглиблення світла. Структура визначає стехіометрію
матеріалу, що особливо помітно на нанорівні. Зміна стехіометрії може значно
впливати на хімічну та фотокаталітичну активність[1].
Анатаз має більше вакансій кисню порівняно з рутилом, що призводить
до високої хімічної фотокаталітичної активності, особливо на нанорівні. Зміна
фотокаталітичної активності залежно від структури робить анатаз більш
активним в порівнянні з рутилом[1].
Зміни стехіометрії можуть вносити значні зміни в хімічну активність та
фотокаталітичну активність TiO2. Ці фактори підкреслюють важливість
вивчення кристалічних структур та їхнього впливу на властивості матеріалів
для раціонального використання їх в різних областях науки та техніки.
ТіО2 є широкозонним напівпровідниковим матеріалом і має значення
ширини забороненої зони приблизно 3 - 3,3 еВ. У нанорозмірному стані це
значення збільшується, що характерно для таких структур. ТіО2 поглиблює
ультрафіолетове (УФ) випромінювання з довжинами хвиль менше 330 нм. Це
робить його корисним матеріалом для захисту від шкідливого впливу УФ-
випромінювання. У видимій області спектра діоксид титану є прозорим, що
робить його важливим для застосувань у сферах оптики та матеріалознавства.
Нанорозмірний ТіО2 виявляє люмінесценцію, обумовлену вільними
екситонами, які існують в октаедричній структурі ТіО6, і вакансіями кисню. Це
може мати значення для застосувань у фотоніці та сенсорній техніці[1].
Діоксид титану проявляє амфотерні властивості, що означає, що він може
діяти як кислота чи луг, хоча головним чином відгукується з концентрованими
кислотами. Враховуючи ці характеристики, ТіО2 виявляється універсальним
матеріалом і знаходить своє застосування в різних галузях, включаючи сонячні
елементи, захист від УФ-випромінювання, фотокаталіз та інші[1].
10

Наночастинки ТіО2 використовуються в відображаючих покриттях, як
білий відображаючий пігмент. Це забезпечує високу відбивну здатність та
робить його ефективним для застосувань у фарбах, покриттях та інших
матеріалах[1].
Тонкі плівки ТіО2 і композити на його основі можуть використовуватися
для створення просвітлюючих покриттів. Це може мати застосування в оптиці
та дизайні, де потрібна прозорість з оптичною якістю. ТіО2 в плівковій формі
може бути використаний для створення елементів електроніки. Це може
охоплювати виготовлення транзисторів, сенсорів і тонкоплівкових пристроїв.
Нанорозмірний ТіО2 може бути використаний для створення перетворюючих
покриттів для сонячних елементів. Це сприяє підвищенню ефективності
сонячних елементів шляхом збільшення поглиблення світла та зменшення втрат
енергії[1].
Усі ці напрямки свідчать про великий потенціал використання
наночастинок ТіО2 у різних технологічних сферах, що охоплюють електроніку,
оптику, енергетику та матеріалознавство. Вивчення їх властивостей та розробка
нових методів отримання відкривають шляхи для подальших інновацій та
розвитку цього областей науки і техніки[1].

1.2. Вакуумні методи осадження тонких покриттів

Вакуумні методи поділяються за методами розпилення матеріалу і
формування потоку, з частинок, що розпилюються на[2-9]:
Термічне випаровування. Включає випаровування матеріалу з
розплавленого або твердого стану. Це може бути випаровування термічним
методом, де матеріал нагрівається і випаровується, або методом
вибухоподібного випаровування, коли випаровування інтенсифіковане.
Іонне розпилення твердого матеріалу Цей метод включає в себе
розпилення матеріалу твердого стану за допомогою іонів.
11

За методом взаємодії із залишковими газами камери частинок, що
розпилюються представлена наступна класифікація[6]:
- розпилення в умовах високого вакууму або інертного розрідженого
середовища;
- розпилення в умовах активного розрідженого середовища.
Вибір конкретного методу напилювання залежить від вимог до покриттів,
економічної ефективності, продуктивності та інших факторів. Фізичні методи
вакуумного конденсаційного напилювання широко використовуються у
виробництві тонких плівок для різних застосувань.
Термовакуумний метод отримання тонких плівок базується на
високотемпературному випаровуванні речовини у вакуумі і подальшій
конденсації випарованих атомів на поверхні підкладки. Цей процес
відбувається у вакуумних умовах, що дозволяє забезпечити високу чистоту
осадженого матеріалу[6].
Переваги термовакуумного методу включають[6]:
- високу чистоту осадженого матеріалу - процес відбувається в високому і
надвисокому вакуумі, можна досягти високої чистоти тонких плівок,
оскільки усі забруднюючі домішки видаляються з системи;
- універсальність - метод може бути використаний для нанесення тонких
плівок різних матеріалів, таких як метали, сплави, напівпровідники і
діелектрики;
- відносну простоту реалізації - технологія виготовлення тонких плівок
термічним випаровуванням є відносно простою у використанні та може
бути широко застосована в лабораторних та промислових умовах.
Обмеження методу включають: нерегульовану швидкість осадження,
процес не завжди може бути легко контрольованим, що може впливати на
товщину та якість отриманих плівок.
Низька, непостійна і нерегульована енергія частинок: енергія частинок,
що осаджуються на поверхні, може мати низьке значення, і її важко
регулювати, що може впливати на властивості плівок.
12

Термовакуумний метод залишається важливим інструментом для
виробництва тонких плівок з різних матеріалів[10-14].
Схема термовакуумного напилювання тонких плівок, може бути
розглянута наступним чином:
1. Речовину, яка має бути напилена, поміщають у випарник або
пристрій нагріву (позначений як 2 на схемі). У цьому пристрої речовина
піддавається нагріванню до досить високої температури.
2. Усередині вакуумної камери, яка ізольована від зовнішнього
середовища, створюється вакуум за допомогою спеціальних насосів.
3. Молекули випаровуваної речовини вільно і швидко поширюються у
вакуумі, направляючись до різних напрямків, включаючи поверхню підкладки
(позначеної як 1 на схемі).
4. Якщо температура поверхні підкладки не перевищує критичного
значення, молекули випаровуваної речовини конденсуються на поверхні
підкладки, утворюючи тонку плівку.
Цей процес дозволяє отримувати тонкі плівки з високочистих матеріалів
у вакуумних умовах, що робить його ефективним методом для виробництва
матеріалів для різних застосувань.

Рисунок 1.1 Схема установки термовакуумного випаровування: 1 –
підложка; 2- випарник; 3-маска; 4-плівка; 5-нагрівач; 6 – корпус вакуумної
камери[10]

13

Використання кількох випарників у методі термовакуумного
напилювання може бути ускладненим, особливо коли маємо справу з
багатокомпонентними речовинами. Оскільки швидкості випаровування можуть
різнитися, управління точністю хімічного складу багатокомпонентних плівок
може стати складним завданням. Тому цей метод частіше використовується для
чистих металів, де точність хімічного складу менш критична.
Для отримання багатокомпонентних плівок частіше використовують інші
методи, такі як магнетронне розпилення, лазерне напилення, хімічне напилення
з пари та інші, які можуть надавати більший контроль над хімічним складом.
Наведені методи маєють як і свої переваги так і недоліки і вів довідно вибір
залежить від технічних вимог і характеристик матеріалів, що напилюються[10].

1.2.1 Резистивне випаровування

Нагрівання речовини, що розпилюються джоулевим теплом є важливою
частиною процесу термовакуумного напилювання тонких плівок резистивне
напилення. Джоулівське (електричне) нагрівання відбувається за допомогою
резисивного випарника, який може передавати теплоту безпосередньо речовині
(рис. 1.2, а) або через стінку тигля (рис. 1.2, г) [2,6,10,15].
У випадку безпосередньої передачі теплоти (рис. 1.2,а), електричний
струм проходить через резистивний випарник, і це викликає його нагрівання.
Тепло, що виникає, передається речовині, що розпилюється, і сприяє її
випаровуванню та конденсації на підкладці.
У випадку, коли теплота передається через стінку тигля (рис. 1.2,г), тепло
передається через стінку до речовини, що випаровується. Це забезпечує більшу
ізоляцію і може бути корисним для певних застосувань.
Використання резистивного випарника у формі човника з різним робочим
об'ємом дозволяє регулювати параметри напилювання і забезпечити більшу
ефективність процесу.
14

Рисунок 1.2 Види резистивних випарників : а – дротовий; б – стрічковий;
в – човновий; г – тигельний[2,10]
Виготовлення резистивних випарників для термовакуумного
напилювання включає в себе використання спеціальних матеріалів, які
відповідають певним вимогам[10]:
1. Тиск пари: матеріал випарника повинен мати низький тиск пари при
температурі процесу, щоб уникнути надмірного випаровування матеріалу
випарника і його впливу на якість напилення.
2. Змочування: матеріал випарника повинен добре змочуватися
розпилюваною речовиною. Це важливо для забезпечення ефективного
теплового контакту між матеріалом випарника і речовиною, що розпилюється.
3. Хімічна стійкість: матеріал випарника повинен бути хімічно
стійким відносно розпилюваної речовини. Це важливо для уникнення
утворення сполук, які можуть забруднити напилювання або пошкодити
випарник.
4. Температурна стійкість: матеріал повинен витримувати високі
температури, оскільки процес термовакуумного напилювання зазвичай вимагає
підвищених температур для випаровування.
5. Механічна міцність: матеріал повинен бути достатньо міцним для
витримання механічних навантажень та тертя під час процесу.
Різні метали і сплави, такі як вольфрам, молібден, тантал, нікельхромові
сплави, використовуються для виготовлення резистивних випарників у
залежності від конкретних вимог та умов процесу.
15

Так, випарники з резистивним нагріванням мають свої обмеження та
недоліки, які можуть обмежити їхню ефективність в деяких застосуваннях.
Основні недоліки включають:
Максимальна температура випаровування до 1500 °C може бути
обмеженою для деяких вимог, особливо в областях, де потрібні вищі
температури для випаровування певних матеріалів або отримання певних
властивостей плівок.
Процес резистивного нагрівання може вимагати значної кількості енергії,
що може призвести до високих експлуатаційних витрат і обмежувати його
застосування в деяких випадках.
Ефективність передачі енергії у випарник може бути низькою, особливо
при великих розмірах або певних конструкційних особливостях.
У порівнянні з іншими методами виготовлення тонких плівок, випарники
з резистивним нагріванням можуть бути менш продуктивними та менш
автоматизованими.

1.3 Лазерне напилення

Так, метод лазерного випаровування (PLD) є досить ефективним
інструментом для нанесення тонких плівок, особливо на основі металів та їх
сплавів. Основні переваги лазерного випаровування включають[2]:
Лазерний промінь дозволяє досягти високої точності та контролю над
процесом випаровування, що важливо для отримання тонких плівок з
визначеними характеристиками.
Лазерне випаровування ефективно застосовується для матеріалів із
високою температурою плавлення, які можуть бути важко випаровувати
іншими методами.
Як ви вказали, лазерне випаровування можна проводити в середовищі
кисню, що дозволяє отримувати оксидні плівки на підложці.
16

Метод PLD дозволяє досягати високої гомогенності та контролю
мікроструктури отриманих плівок.
Лазерне випаровування дозволяє випаровувати різні матеріали,
включаючи метали, напівпровідники та ізолюючі матеріали.
Лазерне випромінювання може бути локалізоване на конкретній області
поверхні, що дозволяє точно контролювати форму та розташування
випаровування.
Лазерне випаровування може бути дуже швидким, що дозволяє
ефективно виготовляти плівки.
Звісно, для досягнення оптимальних результатів важливо правильно
налаштовувати параметри процесу, такі як енергія лазерного променя, час
опромінення, тиск кисню і температура.
Вакуум дозволяє уникнути взаємодії матеріалу, який осідає, з
забруднюючими компонентами повітря, такими як волога і кисень, що може
впливати на властивості плівок.
Однак, як ви вірно вказали, важливо дотримуватися високих стандартів
вакууму, оскільки наявність залишкових газів може призводити до небажаних
змін у властивостях плівок. Наприклад, в напівпровідникових плівках
залишкові гази можуть спричинити незворотні зміни у поверхні та електричних
властивостях. У магнітних плівках це може вплинути на магнітні властивості,
такі як коерцитивна сила та намагніченість насичення[2,15].
Важливо також зазначити, що вакуумне осадження може бути
використане для отримання різних типів плівок, включаючи напівпровідникові,
металеві, діелектричні та інші. Методи, такі як епітаксійне вирощування,
можуть поліпшити якість отриманих структур та дозволяти отримати плівки з
бажаними властивостями, такими як розмір та структура[2,15].
Вакуум дозволяє уникнути взаємодії матеріалу, який осідає, з
забруднюючими компонентами повітря, такими як волога і кисень, що може
впливати на властивості плівок. Наприклад, в напівпровідникових плівках
залишкові гази можуть спричинити незворотні зміни у поверхні та електричних
17

властивостях. У магнітних плівках це може вплинути на магнітні властивості,
такі як коерцитивна сила та намагніченість насичення[15].
Важливо також зазначити, що лазерне вакуумне осадження може бути
використане для отримання різних типів плівок, включаючи напівпровідникові,
металеві, діелектричні та інші. Метод імпульсивного лазерного напилення
може покращити якість отриманих структур та дозволяє отримати плівки з
бажаними властивостями, такими як розмір та структура.
Лазерне випаровування є ефективним методом для отримання
тонкоплівкових структур. Особливості взаємодії лазерного випромінювання з
речовиною роблять цей метод виключно корисним для виготовлення плівок
різного призначення.
Оптимальними параметрами є такі їх значення, які дозволяють за один
імпульс нанести мономолекулярний шар. Спрощена схема лазерної
напилювальної установки зображена на рис.1.3.

Рисунок 1.3 Схема технологічного обладнання для лазерного вакуумного
напилення: 1.- лазер; 2 – лінза для фокусування; 3 – мішені для напилення; 4 –
нагрівач з підложкою; 5 - система автоматичного контролю процесу напиленн;
6 - система сканування[2]

18

1.4. Електронно-променеве напилення

В промислових умовах широко використовуються електронно-променеві
випарники для отримання тонких плівок металів, сплавів і діелектриків.
Завдяки можливості швидкого переміщення нагрітої зони за рахунок
відхилення потоку електронів, а також регулювання і контролю потужності
нагріву та швидкості осадження, цей метод створює передумови для
автоматизованого управління процесом. Такий підхід дозволяє досягти високої
чистоти і однорідності конденсованої плівки, оскільки реалізується
автотігельне випаровування матеріалу [2,8,10].
Електронно-променевий випарник працює за наступним принципом - на
поверхні катода відбувається емісія вільних електронів у вигляді електронної
гармати, яку формують у пучок за допомогою прискорюючих і фокусуючих
електростатичних і магнітних полів. Електронний пучок виводиться в робочу
камеру через вихідний отвір гармати. Для направлення електронного пучка до
тигля з випаровуваним матеріалом та налаштування параметрів пучка
використовують магнітні лінзи і відхиляючі магніти в системі. Безперешкодний
прохід електронного пучка до об'єкта можливий лише в умовах високого
вакууму. Таким чином, у камері випарника установлюється робочий тиск
приблизно 10-4 Па. Під впливом електронного пучка випаровуваний матеріал
нагрівається, що призводить до випаровування з необхідною швидкістю. У
утвореному паровому потоці розміщують підкладку, на якій відбувається
конденсація. Випаровний пристрій доповнюється засобами вимірювання та
контролю, які є важливими для ефективного управління електронним пучком
під час процесу напилення[2,8,10].
19

Рисунок 1.4 Схема процесу електронно-променевого напилення у
вакуумі: 1 - формуючий електрод, 2 - термоелектродний катод, 3 - анод, 4-
електронний потік, 5 – система, для магнітного фокусування електронного
потоку, 6 – тигиль, який охолоджується водою, 7 - потік пари речовини, що
випаровується, 8 - заслінка, 9 – тримач підложок, 10 – система,для створення
вакууму [16]

В найпростішій схемі електронно-променевого напилення електронний
пучок направляють на матеріал, що випаровується, зверху прямовисно або під
косим кутом до поверхні. Для досягнення фокусування пучка та отримання
необхідної питомої потужності на поверхні випаровуваного матеріалу
використовують довгофокусні генератори електронних пучків.
Проте така схема розташування має недоліки:
осадження тонких плівок на елементах електронно-оптичної системи, що
призводить до зміни в роботі електронного променя.
Для усунення цих недоліків можна:
розмістити гармату горизонтально та відхилення електронного променя
може вирішити цю проблему, дозволяючи розміщувати підкладки в більш
вигідних місцях;
20

змінити конфігурації гармати або розміщення елементів так, щоб
зменшити їх вплив на освітлення та тінь у технологічній камері [16].
Серед недоліків методу електронно-променевого напилення можна
виділити наступні[16]:
 потребу в наявності високої прискореної напруги (порядку 10 кВ);
 низький енергетичний коефіцієнт корисної дії (ККД);
 виділення газів у робочому об'ємі через бомбардування вторинними
електронами підложки, технологічне обладнання та стінки камери;
 генерацію радіаційних дефектів у нанесених тонких плівках
внаслідок бомбардування їх вторинними електронами;
 відсутність помітної іонізації потоку осадженої речовини;
 погану адгезію тонких плівок до основи через низьку енергію
небезпечних частинок.

1.5. Іонно-плазмові методи отримання тонких плівок

Застосування іонно-плазмових методів у технології електроніки стало
розповсюдженим через їхню високу універсальність та переваги, порівняно з
іншими технологічними методами. Ця універсальність проявляється у здатності
використовувати ці методи для різних технологічних завдань, таких як
нанесення тонких плівок на поверхню підложки, травлення поверхні підложки
для створення зазначеного рисунка на інтегральній мікросхемі та очищення
поверхні. До переваг іонно-плазмових методів слід віднести високу керованість
процесом, можливість отримання плівок з тугоплавких матеріалів, хімічних
сполук і сплавів із заданим складом, а також відмінну адгезію плівок до
поверхні та інші переваги[2, 8,14, 16-21].
Методи іонно-плазмового напилення тонких плівок полягають у впливі
іонів на поверхню мішені, що містить потрібні речовини, і вибиванні атомів чи
молекул з цієї мішені. Енергія іонів при цьому може сягати значень в декілька
сотень і тисяч електрон-вольт. Атомний потік, який утворився фокусується на
21

підкладку, на якій відбувається процес конденсація речовини, в результаті чого
формується тонка плівка. Виділяють два типи цього процесу: іонно-променеве
розпилення, яке здійснюється бомбардуванням мішені пучком прискорених
іонів з автономного іонного джерела, та іонно-плазмове розпилення, де мішень
виступає одним з електродів у газорозрядній камері, а її бомбардування
відбувається іонами, утвореними під час газового розряду[16-21].
Розглянемо найбільш поширені методи іонно-плазмового отримання
тонких плівок, зокрема катодне розпилення. Схема установки для катодного
розпилення, представлена на рисунку 1.5, та включає: такі елементи
Газорозрядна камера (1): Призначена для введення робочого газу
(зазвичай аргону) під тиском 1-10 Па.
Катод (2):Розпилює мішень.
Анод (3) та Підложка (4): Між анодом та катодом подається постійна
напруга величиною кілька кіловольт, створюючи електричне поле
напруженістю приблизно 0,5 кВ/см у міжелектродному просторі. Анод
заземлений, а негативна напруга до катода подається через ізолятор (5).
Екран (6): Встановлюється поблизу катода для запобігання забрудненню
скляного ковпака камери.
Ця схема є типовою для процесу катодного розпилення і
використовується для нанесення тонких плівок на підложки з різних матеріалів.
Процес базується на іонізації газу та утворенні плазми, що допомагає
розпилювати матеріал катода і наносити його на підложку.

Рисунок 1.5 Схема установки для катодного розпилення[16]
22

Трьохелектродна система розпилення.
Триелектродна система розпилення, показана на рисунку 1.6,
використовується для поліпшення чистоти плівки, яка утворюється на підложці
під час іонно-плазмового розпилення. Для досягнення цієї мети важливо
проводити процес при як найнижчому тиску робочого газу. Проте зниження
тиску може спричинити гасіння газового розряду через низьку ймовірність
зіткнень електронів з атомами робочого газу при великій довжині вільного
пробігу. Щоб підтримувати розряд у камері та забезпечити ефективне
розпилення мішені при низьких тисків, застосовується трьохелектродна
система[16-21].

Рисунок 1.6 Трьохелектродна система розпилення : 1 - термокатодом; 2 -
анод; 3 - мішень; 4 - підложка; 5 – подложкотримач[16]
Для створення вакууму приблизно 10-4 Па в камері спочатку розігрівають
термокатод, а потім вводять інертний газ через натікач при тиску від 0,05 до 1
Па. Унаслідок термоелектронної емісії з катода викидаються електрони, які
прискорюються вертикальним електричним полем. При напрузі близько 100 В
між термокатодом і анодом виникає газовий розряд, при цьому розрядний
струм досягає кількох ампер. Мішень, яка має негативний потенціал відносно
катода, привертає значну кількість іонів, сформованих в газовому розряді, і
прискорює їх. Бомбардування мішені іонами спричинює її розпорошення, і
розпорошені атоми осідають на підложці, утворюючи тонку плівку.
23

1.6 Іонно-променеве розпилення

Зазначений метод є значно вдосконаленою версією методів катодного та
магнетронного розпилення. Основна відмінність полягає в тому, що іони
інертного газу подаються до розпорошуваного матеріалу (мішені) з окремого і
незалежного джерела іонів, який сформований у вигляді концентрованого
потоку з енергією 1-10 кеВ [16,19,20] (рисунок 1.7). Процес відбувається у
вакуумі при тиску 10-4 ... 10-3 Па. Процес створення іонного променя не
пов'язаний з матеріалом, який розпиляється, тому за допомогою даного методу
можна розпилювати металеві та діелектричні матеріали (з використанням
пристрою, який компенсує накопичення позитивного потенціалу на поверхні
мішені). Розпорошуваний іонами матеріал мішені також може іонізуватися і
додатково прискорюватися за допомогою прикладання додаткового потенціалу
зсуву до підложки [16,19,20].

Рисунок 1.7 Схема процесу іонно-променевого розпилення[16]:
1 – вакуумний обєм; 2 - підложкотримач; 3 - основа, 4 – іонний потік; 5 -
матеріал, для розпилення; 6 – тримач для мішені; 7 - джерело іонно-променеве;
8 - магнітна система для керування плазмою тліючого розряду; 9 – пристрій для
фокусування іонного променя; 10 - зона концентрації плазми тліючого розряду;
11 - потік матеріалу, що конденсується на підложку

Метод іонно-променевого розпилення є ефективним для отримання
багатошарових шаруватих структур, особливо в області наноелектроніки. Він
24

дозволяє уникнути значного нагрівання матеріалу підложки завдяки
використанню концентрації плазми у розряді всередині джерела іонів.
Однак, як зазначено, цей метод також має свої обмеження та недоліки,
зокрема щодо точного дотримання хімічного складу утворюваного покриття.
Зіткнення іонів з поверхнею мішені може викликати різні процеси, такі як
розпорошення, перемішування, радіаційно-стимульована дифузія і сегрегація,
що можуть впливати на хімічний склад та властивості покриття.
Застосування цього методу для отримання наноелектронічних структур
свідчить про його потенційну корисність в галузі розробки технологій з
високою просторовою роздільною здатністю.

1.7. Метод магнетронного розпилення

Принцип функціонування методу магнітно-розрядного розпилення (МРС)
полягає у наступному. Створене магнітною системою поле захоплює та
утримує електрони, які присутні в залишковій атмосфері вакуумної камери при
тисках 10-3-10-5 Па. Після введення електричного зміщення неподалік від
поверхні мішені виникає пастка, створена перетиненими електричним та
магнітним полями. В цьому просторі електрони залишаються зловлені, і
рухаючись по складних траєкторіях, вони встигають провести декілька актів
іонізації частинок робочого газу. За рахунок підвищення ефективності іонізації
можливо зменшити тиск робочого газу до 10-2 -10-1 Па, що призводить до
збільшення вільного пробігу іонів та поліпшення властивостей отриманих
покриттів[2,6,9,16].
Одночасно в магнітній пастці відбувається збільшення кількості іонів, що
утворюють позитивний заряд над поверхнею мішені, що призводить до
зростання інтенсивності бомбардування зони ерозії мішені. Цей позитивний
заряд фактично виступає як віртуальний анод, і практично весь прикладений до
катода потенціал відбувається в просторі між ним і мішенню.
25

У даній області електрони в залишковій атмосфері вакуумної камери, при
тисках 10-3-10-5 Па, захоплюються та утримуються магнітним полем, що
створене магнітною системою. Після введення електричного зміщення поблизу
поверхні мішені утворюється пастка, яка поєднує електричне та магнітне поля.
В цій області електрони утримуються та рухаючись по складних траєкторіях
виконують кілька актів іонізації частинок робочого газу. Завдяки підвищенню
ефективності іонізації, тиск робочого газу може бути знижений до 10-2 -10-1 Па.
Це підвищує вільний пробіг іонів, що позитивно впливає на властивості
формованих покриттів[2,6,9,16].
У той самий час в магнітній пастці відбувається збільшення кількості
іонів, що створюють позитивний заряд над поверхнею мішені. Це призводить
до зростання інтенсивності бомбардування зони ерозії мішені. Цей позитивний
заряд фактично виступає як віртуальний анод, і майже весь падаючий
потенціал, застосований до катода, відбувається в просторі між ним та
мішенню.

Рисунок 1.8 Схема МРС із плоскою мішенню: 1 - мішень, 2 - магнітна
система, 3 - анод, 4 - джерело живлення, 5 - підложка [2].
Метод магнетронного розпилення має ряд переваг і
можливостей[2,6,9,16].
26

Отримання покриттів з практично будь-яких матеріалів, таких як метали,
сплави, напівпровідники і діелектрики, зберігаючи стехіометрію або початкове
співвідношення компонентів, які розпилюються з мішеней.
Використання сумішей робочого та реакційного газу (N2, O2, CH4, CO,
SO2 та інші) для розпилення мішеней з металів або сплавів, що дозволяє
отримувати покриття із оксидів, нітридів, карбідів, сульфідів металів та інших
з'єднань, включаючи ті, які неможливо отримати традиційними методами
термічного випаровування.
Обробка поверхонь в плазмі тліючого розряду для іонного очищення та
активації перед застосуванням покриттів.
Нанесення тонкоплівкових матеріалів, таких як провідники, ізоляції тощо,
у електронній, радіотехнічній, приладобудівній та інших галузях
промисловості. Аплікація прозорих, захисних та інших покриттів на деталі
оптичних систем та приладів.

1.8. Параметри, що впливають на якість отриманих покриттів

Параметри тонких плівок металевих шарів, такі як показник заломлення,
головний показник поглиблення і товщина, мають важливий вплив на
характеристики оптичних елементів. Серед цих елементів можна відзначити
дзеркала, як металеві, так і металодіелектричні, а також послаблюючі
світлофільтри для широкого спектрального діапазону та металодіелектричні
вузькополосні світлофільтри.
Оптичні постійні металевих шарів визначають характеристики кожного з
перерахованих елементів, такі як пропускання та відбивання. Ці властивості
залежать не лише від чистоти осаджуваного матеріалу, але й від умов
формування покриттів.
Процес формування тонких плівок є складним, включаючи адсорбцію,
утворення зародків нової фази, їх зростання та інші компоненти. Кінетика цих
процесів впливає на структуру тонких плівок. Отримання плівкових систем з
27

певними властивостями пов'язане зі складністю керування цими процесами
[2,16].
Оптичних покриттів, мають властивості визначаються не лише методом
їх нанесення, але й природою та матеріалом оптичної деталі. Механічна
міцність, щільність і відсутність пористості є факторами, що визначають
експлуатаційні характеристики плівок.
Постійний контроль технологічних параметрів та режимів напилення
тонких покриттів, в процесі їх отримання забезпечує високі експлуатаційні
властивості цих покриттів[2,4,16].
При аналізі процесу формування покриття на підложках можна виділити
два аспекти: фізичний та технологічний. Фізичний аспект дає можливість
встановити закономірності формування початкових структур покриття,
рельєфу та інші параметри. Процес конденсації і структура утвореної плівки
залежать від кінетичних параметрів конденсації, температури, потенціального
рельєфу підложки, щільності молекулярного пучка, а також взаємодії атомів,
матеріалу що осаджуються, відповідно з матеріалом основи.
Технологічний аспект процесу конденсації розглядає характер
розподілення товщини плівки вздовж поверхні підложки і вивчає вплив
геометричних параметрів випаровування (розмірів і форми випарника,
взаємного розташування випаровувача та підложки) і режиму металізації на
рівномірність товщини покриття.
В залежності від технологічних умов осадження плівки однієї і тієї ж
речовини можуть мати різні структурні особливості, такі як аморфна, колоїдна
(дрібнозерниста), гранулярна (грубозерниста) чи монокристалічна структура.
Аморфна структура відзначається відсутністю кристалічних грат, колоїдна
структура має дуже дрібні кристали, гранулярна структура має крупні
кристали, а монокристалічна структура характеризується суцільними
кристалічними гратами.
Розглянуті механізми кристалізації визначають різноманітні особливості
утворення та росту плівок із парової фази, що в кінцевому результаті впливає
28

на властивості цих плівок. На рисунку 1.9 схематично показані механізми
конденсації ПК і ПРК. Якщо атоми, що конденсуються, мають більш сильний
зв'язок між собою, ніж з поверхнею нейтральної підложки, вони вільно та
ефективно переміщуються з її поверхні. При достатньо високій густині потоку
речовини, яка випаровується на поверхні підложки, на поверхні підложки
утворюються зародки кристалічної фази або рідкої конденсованої фази, які
спочатку ростуть в двох (рисунок 1.9, б, стадія 3), а потім в трьох напрямках. У
випадку, коли сила взаємодії атомів або молекул речовини, яка випаровується,
менша за силу їх зв'язку з підложкою, значно збільшується вплив кінетичних
параметрів підложки на процес утворення плівки за механізмом ПК[22,23].

1 2 3

а)

Рисунок 1.9 Схеми росту плівки, що осаджується по механізмам

конденсаціїї ПК (а) і ПРК (б) [22]

Серед ключових факторів, які впливають на якість отриманих покриттів,

можна визначити наступні[16]:

 якість підготовки поверхні перед обробкою;

 температура нагріву підложки;

 температура на випарювачі;
 ти ск у в акуум ній ка мері; б)
 кут падіння матеріалу, який осідає;
 товщина плівки.
29

В якості матеріалу для підложок застосовують кераміку, кварцове скло та
оптичне скло. Матеріал, використовуваний для виготовлення підложок,
повинен володіти рядом властивостей, таких як однорідний склад, гладка
поверхня, висока електрична і механічна міцність, хімічна інертність, висока
теплостійкість і теплопровідність. Коефіцієнти термічного розширення
матеріалу покриття та підложки повинні бути близькими за значенням. До
вимог до підложки входять[16]:
1. Високий клас чистоти поверхні - забезпечення високого класу
чистоти усуває ризик появи нерівностей, які можуть порушити нанесення
покриття.
2. Низька вартість - матеріал повинен бути економічно доступним.
3. Низька шорсткість - підложка повинна мати гладку поверхню, що
сприяє однорідному та якісному нанесенню плівки.
4. Механічна міцність і стійкість до температур і вологості -
забезпечення достатньої міцності та стійкості до зовнішніх впливів.
Присутність мікрочастинок на поверхні під час нанесення тонкої плівки
може призвести до утворення дефектів, таких як мікронеоднорідності та
проколи в плівці. Це може призвести до браку та зменшення якості виробів[16].
У ході процесу нанесення покриттів, температура підложки виявляє
значний вплив на структуру утвореної плівки та, відповідно, на стійкість її
електрофізичних властивостей під час експлуатації. Підігрівання підложки
допомагає вилучити внутрішні напруження в плівці і поліпшити її адгезію до
підложки. Зниження температури підложки та збільшення щільності потоку
веде до раннього утворення центрів кристалізації, збільшення їх кількості на
одиницю площі та створення дрібнокристалічної структури. Таким чином, для
отримання стабільної структури тонких плівок під час експлуатації, необхідно
підігрівати підложку та утримувати оптимальні параметри напилення,
уникаючи форсування процесу за рахунок температури на випарювачі[16].
Температура нагріву випарника повинна забезпечити достатньо високу
інтенсивність випаровування. Однак водночас надто висока інтенсивність
30

випаровування може спричинити формування дрібнозернистої структури в
плівці, в той час як низька швидкість випаровування може вести до утворення
зернистої структури, що призводить до підвищення електричного опору і
оптичного поглиблення[16].
Швидкість осадження покриттів, за якої вони виготовляються, суттєво
впливає на відбивання в видимій і ультрафіолетовій областях спектра. Проте
відбивання в інфрачервоній області спектра менше чутливе до цього параметру,
ніж відбивання при більш коротких довжинах хвиль.
Температура нагріву випарника повинна забезпечити достатньо високу
інтенсивність випаровування. Однак водночас надто висока інтенсивність
випаровування може спричинити формування дрібнозернистої структури в
плівці, в той час як низька швидкість випаровування може вести до утворення
зернистої структури, що призводить до підвищення електричного опору і
оптичного поглиблення.
Швидкість осадження покриттів, за якої вони виготовляються, суттєво
впливає на відбивання в видимій і ультрафіолетовій областях спектра. Проте
відбивання в інфрачервоній області спектра менше чутливе до цього параметру,
ніж відбивання при більш коротких довжинах хвиль.
Взаємозв’язок властивостей і умов осадження тонких плівок
представлено в таблиці1.1 [26]

31

Таблиця 1.1 Взаємозв’язок властивостей і умов осадження тонких плівок
Характеристика Фактори, що впливають
структури і властивостей
тонких шарів
Розмір зерен Структура поверхні підложки (степінь шорсткості,
наявність кристалів).Забруднення підложки.
Матеріал підложки і шару. Рухливість атомів
матеріалу, що осаджується на поверхні підложки
(температура підложки, швидкість осадження).
Розташування кристалів Температура підложки (забезпечення необхідної
в шарі рухливості атомів матеріалу, що осаджується).
Структура підложки (моно-, полікристалічна,
аморфна) і її забруднення.
Адгезія шару до Матеріал підложки і шару. Забруднення підложки.
підложки Рухливість атомів матеріалу, що осаджується.
Метод отримання шарів.
Забрудненість шару Забруднення підложки. Чистота матеріалу, що
випаровується. Степінь розрідження і склад
залишкових газів Розпилення матеріалу випарника..
Співвідношення між тиском залишкових газів і
швидкістю осадження.
Напруження в шарі Температура підложки. Матеріал підложки і шару.
Розмір зерен, кристалографічні дефекти в шарі. Кут
між молекулярним пучком і підложкою. Режим
відпалу.

32

Таблиця 1.2 Вплив технологічних параметрів нанесення покриттів на
адгезійну міцність.
Технологічний параметр Ступінь впливу
Хімічна очистка Дуже сильна
Попередня іонна обробка Дуже сильна
Нагрів підложок перед напиленням Сильна
Температурний режим підложки в процесі Сильна
напилення
Вакуум в процесі напилення Дуже сильна
Швидкість нанесення провідника Впливає не прямо, визначаючи
температурний режим підложки
Товщина провідника Слабка

33

Висновки до розділу 1
1. Проведено аналіз сучасних вакуумних методів по нанесенню тонких
оксидних покриттів.
2. Для отримання в лабораторних умовах тонких покриттів ТіО2
оптимальним є метод резистивного випаровування.
3. Розглянуто структуру, фізичні та хімічні властивості, області
застосування діоксид титану.
4. Розглянуто параметри, що впливають на якість отриманих покриттів

34

РОЗДІЛ 2 ТЕХНОЛОГІЧНЕ ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ОТРИМАННЯ
ТОНКИХ ПОКРИТТІВ ТіО2

2.1. Вакуумна лабораторна установка ВУП-5М

Вакуумний універсальний пост ВУП-5М [28] представляє собою
спеціальний пристрій, який використовується для одержання тонких плівок з
різних матеріалів за допомогою різних методів. Основні методи, які можна
використовувати на цьому пості, включають термічне, магнетронне та
електронно-променеве розпилення. Такі установки широко застосовуються в
наукових дослідженнях та промисловості для створення тонких плівок для
різноманітних застосувань.
Основні характеристики та можливості ВУП-5М можуть включати:
Електронно-променеве розпилення використовує електронний промінь
для випаровування матеріалу та нанесення плівки. Він може бути корисним для
матеріалів з високою температурою плавлення або термічно чутливих
матеріалів.
Термічне розпилення передбачає випаровування матеріалу внаслідок
нагрівання. Він може бути ефективним для різноманітних матеріалів і часто
використовується для отримання плівок на підкладках.
Прилад може бути використаний для досліджень у різних галузях науки
та техніки, таких як фізика, хімія, біологія, медицина тощо.
ВУП-5М також може використовуватися для підготовки об'єктів для
подальшого вивчення за допомогою електронного мікроскопа та інших
аналітичних приладів.
Загалом, цей пост є універсальним засобом для виготовлення тонких
плівок та проведення досліджень в різних наукових галузях.
Конструкція установки ВУП-5М включає в себе наступні основні
компоненти [28]:
35

Робочий об’єм (1) - простір, де створюється вакуум для проведення
технологічних процесів. Розмір і форма робочого об'єму можуть варіюватися в
залежності від вимог конкретного технологічного процесу.
Блок керування та контролю (2) відповідає за управління та моніторинг
параметрів установки. Він може містити електроніку для керування насосами,
вимірювальні прилади, інтерфейс для взаємодії з оператором тощо.
Пульт дистанційного керування (3) дозволяє операторові дистанційно
керувати установкою, встановлювати параметри процесу та слідкувати за їхнім
ходом.
Блоки живлення пристроїв та приставок (4) забезпечують живлення для
електричних пристроїв та додаткових приставок, які можуть бути використані в
процесі.
Вакуумна система:
Форвакуумний насос 2НВР-5ДМ використовується для створення
початкового форвакууму в системі.
Паромасляний дифузійний насос НВДМ-160 використовується для
досягнення високого вакууму в системі.
Форвакуумний балон може використовуватися для збільшення
резервуару форвакуумного насоса та підтримання стабільного рівня вакууму в
системі.
Універсальний вакуумний пост ВУП-5М забезпечує можливість ведення
різноманітних технологічних процесів в умовах вакууму, а комбінація різних
насосів дозволяє досягти необхідних рівнів вакууму для конкретних
застосувань.
У таблиці 2.1 наведено основні технічні характеристики установки ВУП-
5М.
36

Таблиця 2.1 Технічні характеристики вакуумного поста ВУП-5М [28]
Характеристика Величина
Граничний залишковий тиск у робочому об’ємі при 1,3 х 10-4
охолодженні уловлювача рідким азотом, Па
Граничний залишковий тиск у робочому об’ємі при 1,3 х 10-3
охолодженні уловлювача водою, Па
Живлення установки напруга, В 220/380
частота, Гц 50
Споживана потужність без приставок, кВт 1,9
Максимальна споживана потужність, кВт, не більше 5
Маса приладу, кг 300
Розміри поста (не більше), м довжина 0,54
ширина 0,91
висота 1,55

Рисунок 2.1 Зовнішній вигляд ВУП - 5М
1 –вакуумна камера, 2 блок управління та контролю; 3- пульт дистанційного
управління; 4- блоки живлення
37

Вакуумна система приладу ВУП-5М має наступні компоненти:
1. Форвакуумний насос NL: Використовується для створення
форвакууму в системі.
2. Паромасляний дифузійний насос ND: Відповідає за створення
високого вакууму шляхом дифузії парів масла.
3. Форвакуумний балон BF: Використовується для зберігання
форвакууму.
4. Робочий об’єм СN(вакуумна камера): Місце, де проводяться
вимірювання високого вакууму.
5. Термопарні вакуумметри Р1, Р2, Р4: Використовуються для
вимірювання тиску в системі.
6. Іонізаційний вакуумметр Р3: Використовується для вимірювання
високого вакууму методом іонізації газу.
7. Вакуумні клапани V!-V8: Використовуються для регулювання
тиску та відкачування в системі.
Система також включає вакуумпроводи для забезпечення потоку газів
між компонентами та клапанами. Клапани VI, V і V8 відповідають за
напускання повітря, відкачування робочого об’єму на форвакуум та
відкачування форбалона на форвакуум відповідно [28].

Рисунок 2.2 Схема вакуумної комутації ВУП-5М. CN – робочий об'єм,
ND – насос дифузійний, NL – насос форвакуумний, BF – балон форвакуумний,
V1...V8 – клапани комутації вакуумної системи, P1, P2, P4, – датчики
38

термопарні ПМТ-2, Р3 – датчик іонізаційний ПМИ-2 [28]

Рисунок 2.3 Елементи технологічного оснащення вакуумної камери: 1-
зразок, 2 – випарник, 3- стійка, 4- підложкотримач
Резистивний випарник.
Процес резистивного напилювання використовує тепло, що виникає при
проходженні електричного струму через матеріал, що випаровується або
випарник, де знаходиться випаровуваний матеріал. Існують декілька типів
резистивних випарників: дротяні, стрічкові та тиглеві. У технології нанесення
резистивного покриття на п'єзокерамічні матеріали переважно використовують
стрічкові випарники.
39

Стрічкові випарники виготовляють із тонких листів тугоплавких
матеріалів товщиною 0,1–0,5 мм, як показано на рисунку 2.4. Маса випарюваної
речовини зі стрічкових випарників зазвичай становить всього кілька грамів.
Середні значення струму зазвичай лежать у діапазоні від 20 до 500 Ампер.

Ефузний випарник Дротовий випарник

Стрічковий випарник
Рисунок 2.4 Конструкція випарників

Для створення випарників використовувалася молібденова фольга марки
МЧ-1А товщиною 1,0 мм. Для створення випарників використовувалася
молібденова фольга марки МЧ-1А товщиною 1,0 мм.
40

2.2. Матеріали для отримання тонких покриттів ТіО2.

Оптичне скло виступає основним матеріалом для виготовлення
різноманітних оптичних деталей, таких як лінзи, призми та кювети. Його
відмінності включають високий рівень однорідності, хімічний склад та фізичні
властивості. Скло виявляє стійкість до впливу вуглекислоти, має властивість
добре утримувати форму і легко обробляється. В оптиці використовується для
створення лінз, призм, кювет та інших оптичних компонентів. Різні сорти
характеризуються вибірковою прозорістю до різних діапазонів світла,
включаючи видимі та невидимі промені спектра. Існують особливі вимоги до
скла, призначеного для виготовлення контактних лінз, кремнієвого оптичного
скла, апохроматів, лінз для інфрачервоних променів, рентгенівського
випромінювання і т. д. Скло К8, яке відповідає стандартам безбарвного
оптичного скла (ГОСТ 3514-76), відрізняється високою однорідністю, стійкістю
до вуглекислоти, збереженням форми та легкою обробкою. Цей матеріал є
одним із основних для виготовлення оптичних компонентів у лазерній техніці
для видимого та ближнього інфрачервоного діапазонів[26]. Характеристика
скла наведена в таблиці 2.2.
Таблиця 2.2 Характеристика оптичного скла К8 [26]
Характеристики Дані
Пропускання (на товщині 10 0.365 – 2.2 мк
мм)
Механічні Щільність: 2,52 г / см3
Коефіцієнт Пуассона: 0,209
Твердість: 333,6 х 108 Па
Модуль Юнга: 806,5 х 108 Па
Оптичний коефіцієнт напруги: 2,7 х 1012 1/Па
Хімічні Кліматична стійкість: висока (А)
Стійкість до кислоти: висока (I)
Фізичні Теплопровідність: 1,114 Вт / (м 0С)
Температура плавлення: 559 0С
Вихідною речовиною для отримання тонких покриттів є прокалібрований
по розмірах частинок (10-30 мкм) порошок TiO2.
41

2.3. Вимірювання товщини отриманих покриттів

Мікроінтерферометр МИИ-4 є безконтактним оптичним приладом,
призначеним для вимірювання параметрів шорсткості полірованих і доведених
поверхонь, а також для вимірювання товщини плівок та виявлення
мікродефектів на поверхні скла. Прилад працює на основі інтерференційного
методу, що дозволяє отримувати високу точність та роздільну здатність
вимірювань[29].
Основні характеристики та можливості мікроінтерферометра МИИ-4[29]:
Вимірювання параметрів шорсткості поверхонь: визначення відхилень
форми поверхні скла відповідно до ДСТУ ISO 10110-5:2004.
Вимірювання товщини плівок, уступів, утворених краєм плівки і
підкладки.
Оцінка наявності та характеристик мікродефектів на поверхні скла
відповідно до ISO 10110-8:1997.
Оптична система забезпечує можливість спостереження інтерференційної
картини як в білому, так і в монохроматичному світлі.
Можливість фотографування інтерференційної картини за допомогою
вбудованої фотокамери.
Вимірювання проводиться за допомогою гвинтового окулярного
мікрометра (МОВ) або фотоелектричного окулярного мікрометра (ФОМ) з
автоматичною обробкою результатів вимірювань[29].
Загальною метою використання мікроінтерферометра є якісний та
кількісний аналіз параметрів поверхонь, а також виявлення дефектів, що є
важливим у виробничих та дослідницьких застосуваннях, особливо в
електроніці, оптиці та інших галузях[29].
Використання Мікроінтерферометра в поєднанні з фотоелектричним
окулярним мікрометром виявляється ефективним для поліпшення точності та
продуктивності вимірювань параметрів шорсткості поверхонь. Основні
переваги цього поєднання включають[29]:
42

1. Підвищення точності вимірювань. Використання фотоелектричного
окулярного мікрометра дозволяє досягти більшої точності у вимірюваннях
параметрів шорсткості поверхонь.
2. Підвищення продуктивності. Поєднання з фотоелектричним
окулярним мікрометром може значно підвищити продуктивність процесу
вимірювань. Автоматизація обробки результатів та швидший збір даних
призводять до скорочення часу, необхідного для проведення вимірювань.
3. Зменшення стомлюваності оператора. Автоматизована система
вимірювань сприяє зменшенню стомлюваності оператора, оскільки багато
рутинних завдань виконується автоматично. Оператор може фокусуватися на
більш складних завданнях та контролю.
4. Швидша обробка результатів. Завдяки фотоелектричному
окулярному мікрометру і автоматичній обробці результатів, швидкість збору та
аналізу даних значно збільшується.
Це поєднання технологій є важливим для вимірювань в галузях, де
важлива велика точність та ефективність процесу контролю якості поверхонь.

Рисунок 2.5 Мікроінтерферометр МИИ-4

Мікроінтерферометр МИИ-4 виявляється високоточним приладом для
вимірювання відхилень профілю поверхні. Розглянемо основні характеристики
та принципи роботи цього приладу[29]:
43

1. Мікроінтерферометр МИИ-4 має високу точність, здатний
вимірювати відхилення профілю поверхні з кроком 0,1 ширини
інтерференційної смуги, що відповідає -26,5 нм при довжині хвилі світла λ=530
нм.
2. Об'єкт дослідження закріплюється на рухомому столику, і
переміщення здійснюється мікрометричними гвинтами. Діапазон переміщення
столика у двох взаємно перпендикулярних напрямках складає ±10 мм.
3. Інтерференційні смуги спостерігаються візуально через окуляр зі
збільшенням 490х.
4. Для вимірювання нерівностей розміром менше однієї смуги
використовується гвинтовий окулярний мікрометр.
Інші параметри: довжина хвилі джерела світла λ=530 нм, що
використовується для вимірювань. Крок вимірювань - 0,1 ширини
інтерференційної смуги (26,5 нм).
Зазначені характеристики роблять Мікроінтерферометр МИИ-4
ефективним для вимірювань високоточних параметрів поверхні об'єктів з
великою точністю та роздільною здатністю.

44

2.4. Визначення нанорельєфу поверхневого шару покриттів за
допомогою методу АСМ

Методика визначення нанорельєфу поверхневого шару одношарових
металевих покриттів методом атомно-силової мікроскопії (АСМ) призначена
для отримання топограми і дослідження мікрогеометрії поверхонь
функціональних шарів отриманих на оптичому склі [29].
Методика визначення нанорельєфу поверхневого шару одношарових
металевих покриттів за допомогою атомно-силової мікроскопії (АСМ)
використовується для отримання топограми та дослідження мікрогеометрії
поверхні. Нижче подано загальний опис цієї методики:
Підготовка зразка: зразок, який має бути досліджений, повинен бути
придатним для вимірювань за допомогою АСМ. Зазвичай використовуються
плоскі зразки, які можуть бути металізованими або неметалізованими
функціональними шарами. Цей етап може включати чищення та підготовку
поверхні зразків для забезпечення точних вимірювань
Проведення вимірювань АСМ: включає встановлення та налаштування
атомно-силового мікроскопу перед початком вимірювань. Це може включати
калібрування силового зонда, налаштування параметрів сканування та
забезпечення оптимальних умов для вимірювань.
Застосування атомно-силової мікроскопії для вимірювання параметрів
поверхневого нанорельєфу. АСМ дозволяє отримати високороздільні
зображення поверхні та виміряти висоту, форму, топографію та інші параметри
наноструктури.
Отримані дані дозволяють побудувати топограму поверхні та визначити
мікрогеометрію шару. Вимірюються параметри, такі як висота або глибина
уступів і виступів, розміри наноструктур, асиметрія та інші.
Результати вимірювань можуть бути використані для якісної та кількісної
оцінки якості та властивостей поверхні покриття. Отримана інформація може
45

бути корисною при дослідженні взаємодії матеріалів, адгезії, а також для
контролю якості виробництва.
Цей метод дозволяє отримати детальну інформацію про наноструктуру
поверхні, що є важливим для багатьох областей, таких як нанотехнології,
покриття та матеріалознавство.
Об’єкти обробки плоскопаралельні прямокутні (20×20×4) пластини.
Для проведення вимірювань та візуалізації об'єкта використовуються
наступні прилади та матеріали:
Спирт етиловий,використовується як розчинник або очищувач для
підготовки зразків.
Бязь технічна, використовується для протирання та очищення поверхонь
зразків.
Атомно-силовий мікроскоп (АСМ) “NT-206V” (виробник
“Микротестмашины”, м. Гомель, Білорусь), використовується для вимірювання
параметрів нанорельєфу поверхні зразків.
Пінцет, використовується для обробки та розташування зразків.
Ексикатор, використовується для зберігання та захисту від вологості
деяких зразків.
Шафа пилозахисна ШЗА, використовується для створення
контрольованого середовища під час підготовки та вимірювань.
Оптична камера “Logitech” (виробництво США) використовується для
візуалізації об'єкта при збільшенні до 100 разів.
Ці прилади та матеріали використовуються для проведення досліджень
нанорельєфу поверхні зразків та забезпечення необхідних умов для вимірювань
і візуалізації.
Загальне зусилля, яке діє на вістря скануючої голки під час взаємодії з
зразком, складається із капілярних та консольних сил. Величина цієї сумарної
сили коливається від 10–8 Н (коли вимірювальна консоль відступає від зразка
майже з таким же зусиллям, як вода привертає вістря до його поверхні) до
більш звичайного робочого діапазону в межах 10–7...10–6 Н. У режимі
46

безконтактної роботи атомно-силового мікроскопу (АСМ) сумарна сила між
вістрям і зразком дуже невелика, зазвичай на рівні приблизно ~10–12 Н. Ця
мінімальна сила має перевагу при вивченні м'яких та еластичних зразків. Ще
однією перевагою є те, що такі зразки, як, наприклад, кремнієві підкладки, не
забруднюються при контакті з вістрям.
На рисунку 2.6 представлено загальний вигляд атомно-силового
мікроскопу (АСМ) NT-206V.

Рисунок 2.6 Атомно-силовий мікроскоп „NT-206V”

Для досягнення високоточних результатів та уникнення можливого
пошкодження приладу, слід дотримуватися таких робочих умов експлуатації
атомно-силового мікроскопу NT-206V відповідно до технічного опису та
інструкції з експлуатації[29]:
- використовувати прилад у відкритому повітрі, де забезпечено
відсутність обмежень для нормального функціонування;
- забезпечити температуру оточуючого повітря на рівні 22 ± 4°C для
оптимальної ефективності роботи приладу;
- підтримувати відносну вологість повітря не вище 50% при
температурі 22°C для уникнення можливих проблем;
- забезпечити атмосферний тиск на рівні 760 ± 40 мм ртутного стовпа
для стабільності роботи приладу;
- забезпечити напругу в електричній мережі на рівні 220 ± 10 В при
частоті струму 50 ± 5 Гц для правильної роботи приладу;
47

- дотримуватися санітарних норм для "чистої кімнати" та утримувати
вміст агресивних домішок у повітрі на допустимому рівні;
- забезпечити додаткову віброізоляцію приладу для діапазону частот
4–100 Гц для уникнення впливу вібрацій на вимірювання.
Дотримання цих умов дозволить забезпечити найвищу ефективність та
довговічність атомно-силового мікроскопу під час експлуатації.

48

Висновки по розділу 2

Проведено аналіз технологічного обладнання для напилення тонких
покриттів ТіО2 - це лабораторна установка ВУП5М, розглянуто принцип її дії,
а також основні технічні характеристики та параметри.
Розглянуто методику вимірювання товщини напилених покриттів на
оптичному склі марки К8.
Розглянуто методику по визначенню нанорельєфу поверхневого шару
покриттів за допомогою методу АСМ.

49

РОЗДІЛ 3. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

3.1. Послідовність напилення тонких покриттів оксид титану у
вакуумі

Тонкі оксидні покриття TiO2 виготовляють методом дискретного
термічного випаровування на технологічній установці ВУП-5.
Вихідною речовиною є прокалібрований по розмірах частинок (10-
30 мкм) порошок TiO2. Попередньо порошок зважують на електронних вагах
типу ВЛА-200г-М. Далі його завантажують у ванночку, яку розташовують в
спеціальному вольфрамовому випарнику, температура якого підтримують
рівною 2300 К.
Алгоритм отримання тонкого оксидного покриття та визначення її
товщини може бути описаний наступним чином:
1. Підготовка ВУП-5 до роботи: забезпечення належного
функціонування та вакуумної стабільності установки ВУП-5, включаючи
перевірку вакуумних систем та електронних компонентів.
2. Підготовка кварцового резонатора: очищення кварцового
резонатора від забруднень та попередніх покриттів.
3. Напилювання тонкого покриття з рутильного порошку на К8:
завантаження рутильного порошку у випарювальну систему ВУП-5. Здійснення
процесу випаровування рутильного порошку та осадження тонкого покриття на
К108.
4. Визначення товщини отриманої плівки методом кварцового
резонатора: проведення вимірювань товщини покриття на кварцовому
резонаторі за допомогою відомого методу аналізу резонансу частоти.
5. Визначення товщини отриманої оксидної плівки методом оптичної
інтерферометрії Лінника на приладі МИИ-4: проведення вимірювань товщини
оксидного покриття за допомогою оптичного інтерферометра Лінника на
приладі МИИ-4.
50

Цей алгоритм забезпечує послідовний процес отримання та вимірювання
тонкого оксидного покриття для подальших наукових чи технічних досліджень.
Процес нанесення покриттів резистивним методом включає в себе низку
кроків та операцій, які виконуються у такій послідовності:
1. Підготовка поверхні деталі перед напиленням.
2. Підготовка матеріалу для отримання покриттів.
3. Напилення металевих покриттів резистивним методом.
4. Контроль якості напилених покриттів.
Підготовка поверхні перед нанесенням покриття
Підготовка поверхонь перед осадженням тонких плівок є критичним
етапом для забезпечення високої адгезії та інших необхідних властивостей на
інтерфейсі "підложка-покриття".
Для досягнення цих цілей застосовується комбінований хіміко-
механічний метод очищення. Хімічний вплив на заготовку включає травлення
поверхневого шару скла за допомогою 30% розчину азотної кислоти HNO3.
Хіміко-механічну очистку слід проводити не менше 15-20 хвилин, а після її
завершення заготовки необхідно промивати дистильованою водою протягом 5-
10 хвилин для видалення залишків азотної кислоти.
Після завершення першого етапу передочищення заготовок, важливо
здійснити контроль якості проведеної очистки. Оцінка поверхні виконується
візуальним методом. При огляді заготовок важливо переконатися в відсутності
видимих забруднень на їх поверхні та відсутності пошкоджень, таких як
тріщини чи сколи у склі.
Другий етап передочищення заготовок скла включає очистку в тліючому
розряді, оскільки цей метод забезпечує рівномірну обробку всієї площі
заготовки. Крім того, конструкція електродів тліючого розряду, які
встановлюються у вакуумній камері, краще сумісна з типами виробничих
вакуумних приладів.
Після контролю якості поверхні оптичного скла, якщо підтверджено
достатню чистоту поверхні, можна переходити до наступного етапу
51

технологічного циклу. У випадку невідповідності чистоти поверхні потрібно
повторити процедуру очищення.
Підготовча стадія складається з таких основних частин:
1. Закріплення зразка оптичного скла К-8 в затискачі і розміщення в
робочому об’ємі приладу ВУП-5.
2. Розміщення вольфрамової корзинки для напилювання на відстані 50
мм від зразка.
3. Зважування відповідної маси порошку TiO2 масою 80-95 мг (з
відповідною відсотковою концентрацією) на електронних вагах ВЛА-200-М.
Розміщення зваженого порошку у вольфрамовий випаровувач.
4. Розміщення датчика товщини кварцового генератора на відстані 50
мм від зразка.
5. Закривання поверхні зразка та датчика кварцового генератора за
допомогою шторки. Відкриття шторки тільки у момент напилювання матеріалу
на зразок та датчик товщини. Цей процес забезпечує точне розташування та
взаємодію компонентів для отримання нанесеного матеріалу та вимірювання
товщини з використанням кварцового резонатора.
Перед закріпленням заготовок необхідно піддавати затискний пристрій
процесу хіміко-механічного очищення від забруднень, який триває принаймні
5-10 хвилин. Цей процес рекомендується проводити напередодні обробки,
заздалегідь, для скорочення часу підготовчої стадії. Це важливо з урахуванням
можливості повторного забруднення очищених заготовок, що може виникнути
під час подальших процесів обробки. Другим етапом є:
Герметизація вакуумної камери: Забезпечення герметичності вакуумної
камери є ключовим етапом перед початком основного технологічного циклу.
Герметичність необхідна для підтримання необхідного вакуумного рівня під
час наступних етапів.
Відкачування вакуумної камери: Після герметизації розпочинається
відкачування вакуумної камери. Це включає в себе видалення залишкового
52

повітря та інших газів із камери, створюючи високий вакуумний рівень,
необхідний для проведення подальших операцій.
Досягнення робочого тиску: Основна мета цього етапу - досягнення та
утримання заданого робочого тиску в межах, визначених технологічними
вимогами. Робочий тиск може бути досягнутий шляхом відкачування газів та
регулювання параметрів системи.
Стабілізація тиску: Після досягнення робочого тиску, система повинна
залишатися стабільною протягом певного часу. Це період, коли технологічна
камера знаходиться в оптимальному стані для проведення основних операцій,
таких як напилення тонких плівок або інші процеси, які вимагають високого
вакууму.
Після завершення цих підготовчих етапів можна розпочинати основний
технологічний цикл, згідно з завданням конкретного процесу в вакуумній
камері.
Основний технологічний цикл поділяється:
- попередній нагрів заготовок (за необхідністю);
- нанесення покриттів методом резистивного випаровування;
- кінцеве охолодження виробів.
В даній технології буде застосовуватися випарник типу «корзинка», який
представляє собою стрічку із фольги тугоплавкого металу (W) товщиною
0,13..0,38 мм. Такий випарник завантажується порошком ТіО2.
Основні етапи використання випарника типу "корзинка" в технології
випаровування тугоплавких металів наступні:
Підготовка випарника: Випарник "корзинка" має бути належним чином
підготовлений до використання. Це включає в себе перевірку і забезпечення
правильного положення стрічки фольги та встановлення випарника у вакуумній
камері.
Нагрівання випарника: Під час експлуатації випарник нагрівається для
того, щоб матеріал (в даному випадку, ТіО2) переходив у газоподібний стан і
випаровувався.
53

Випаровування металу: Після нагрівання ТіО2 випарником відбувається
процес випаровування, під час якого метал переходить у газоподібний стан.
Цей газ потім осідає на підложку або інший об'єкт, що знаходиться в вакуумній
камері.
Застосування випарника типу "корзинка" може забезпечити ефективне
випаровування тугоплавких металів у вакуумних умовах, що є важливим
етапом в багатьох процесах виробництва і покращення властивостей матеріалів.
Випарник приєднується до джерела струму, яке може досягати значення
500 А, за допомогою зажимів, виготовлених з міді. Використання міді як
матеріалу для зажимів обрано з метою покращення проведення електричного
струму до випарника.
Отримання високоякісного покриття на поверхні скла залежить від
численних параметрів технологічного циклу. До основних параметрів в першу
чергу відносяться:
- струм, на випарнику Iв = 60-180 А;
- напруга на випарнику Uв = 3-15 B;
- марка випарюваного матеріалу ТіО2;
- матеріал скло К-8;
- тривалість процесу напилення виробів 60…300 с.
В процесі осадження товщина плівки вимірюється за допомогою метода
кварцового резонатора, який дозволяє підібрати необхідну швидкість
конденсації (~0,1-1 нм/с), потім отриману плівку вимірюють методом оптичної
інтерферометрії Лінника на приладі МИИ-4.
В кварцовому резонаторі використовують кварцову пластинку РГ-08 , як
датчик для вимірювання товщини з резонансною частотою 10 МГц, яка входить
до схеми генератора (рис. 3.1).
Зображена схема (рис. 3.1) доволі проста і працює стабільно. Для
живлення генератора використовують стабілізоване джерело живлення з ВУП-
5М. Частота вихідного сигналу вимірюють приладом Ч3-34А. Товщина
визначають за формулою:
54

Ng
d   (fg  f ) , (3.1)
f  fg2
де Ng=1,668·105 Гц·см – частотна константа, що залежить від
кристалографічної орієнтації кварцової пластинки;
Ng=const, фізичний зміст цієї сталої – це половина швидкості
розповсюдження хвиль в напрямку коливань резонатора, тобто паралельно
напруженості прикладеного змінного електричного поля;
ρg, ρƒ – питома густина відповідно кварцу та плівки, що напилюється,
г/см3;
ƒg, ƒ – резонансні частоти кварцової пластини (Hz) перед та після
напилювання відповідно.

Рисунок 3.1 – Схема кварцового генератора

Кварцовий резонатор приводять в робочий стан. Після проведених
операцій проводять напилювання композиційного матеріалу на зразок.
Під час проведення напилювання відбувається зміна резонансної частоти
кварцового генератора.
За формулою (3.1) розраховують товщину отриманого покриття на склі,
яка становить, відповідно, для зразка 1 – 353 нм; для зразка 2 – 707 нм.
55

Після закінчення процесу охолодження виробів потрібно підготувати
вакуумну установку до напуску повітря у вакуумну камеру. По завершенні
процедури напуску повітря в вакуумну камеру слід відкрити фланець вакуумної
камери та розвантажити затискний пристрій із виробами. Після витягування
виробів із затискного пристрою, виконується їхній візуальний огляд за
допомогою лупи з невеликим збільшенням. Якщо видимих дефектів не
виявлено, можна перейти до наступного етапу контролю. Перший етап
контрольної операції — візуальний огляд усіх отриманих зразків. За допомогою
лупи 7х (згідно ГОСТ 8307-75) перевіряється стан поверхні та однорідність
плівки. Поверхня не повинна мати сколів чи відшарувань, а покриття має бути
рівномірним.
З метою більш детального контролю вибирається один зразок з партії,
припускаючи, що всі інші мають однакову якість. Отримані вироби не слід
тримати тривалий час на відкритому повітрі, оскільки шкідливі елементи з
навколишнього середовища можуть негативно вплинути на якість
металізованої поверхні. Тому готові скляні вироби слід як найшвидше після
вивантаження з вакуумної камери упаковувати в герметичну тару, а потім
проводити подальші дослідження.

56

3.2. Дослідження впливу параметрів напилення на властивості
покриттів

Дані покриття виявляють механічні, оптичні та міцні характеристики.
Проведення досліджень щодо впливу параметрів процесу напилення на ці
властивості має ключове значення у виробництві покриттів з необхідними
характеристиками. Серед найважливіших параметрів процесу напилення, які
суттєво впливають на властивості отриманих плівок, можна виділити: силу
струму, тиск робочого газу, відстань між випарником і поверхнею напилення на
підкладці, тривалість процесу напилення, температуру нагріву (включаючи
переднагрів) підкладок. Товщина покриттів які формуються збільшується
пропорційно тривалості процесу напилення. Графічне відображення залежності
товщини покриття від часу напилення представлено на рис. 3.2. За отриманими
даними можливо легко розрахувати швидкість процесу напилення.
h, нм
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 t, c
30 36 42 48 64 70 76 72 78 84 90
Рисунок 3.2 – Залежність товщини плівки (h, нм) ТіO2 на склі К8 від часу
напилювання (t, c)

57

В ході проведених досліджень були встановлені залежності товщини
плівки (h, нм) ТіO2 на склі К108 від режимів напилювання (сили струму, І, А;
маси матеріалу, що напилювався, m, мг), рис.3.2.
h, нм
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 I, мА
50 54 58 62 66 70 74 78 82 86 90
Рисунок 3.3 – Залежність товщини плівки (h, нм) ТіO2 на склі К108 від
режимів напилювання: а)сили струму (І, А)
h, нм
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 m
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
Рисунок 3.4 Залежність товщини плівки (h, нм) ТіO2 на склі К8 від маси
підвіски (m, мг)
58

З вищенаведених розрахункових залежностей можна зробити наступні
висновки.
Товщина плівки при збільшенні робочого струму напилювання від 60 А
до 180 А зростає за квадратичним законом, тоді як при збільшені часу
напилювання до 5 хв, товщина покриття збільшується за зворотно
експоненційним законом, а при збільшені навіски матеріалу від 80 мг до 90 мг
збільшення товщини напилюванної плівки змінюється за лінійним законом.
Таким чином, за результатами проведених експериментальних
досліджень, було підібрано оптимальні режими напилювання (таблиця 3.1)
тонких покриттів ТіО2.

Таблиця 3.1– Оптимальні режими напилювання тонких покриттів ТіО2
покриттів
Тов На
Сила Час
Технологічний щина важка,
струму, напилю-
параметр плівок, h, m,
І, А вання, t, c
нм мг
60…1 350 60… 84
Діапазон значень
80 …700 300 …94
Точність 1%; 0,1 10
0,4%
вимірювань 5% % %

Вимірювання технологічних параметрів напилювання тонких покриттів
проводилися на таких приладах.
Сила струму – вимірювання проводилися на комбінованому
електронному комплексі з використанням електронного амперметру ПК-117АЭ
(точність вимірювання сили струму 1 А).
Товщина плівок розраховувалася за методикою «Методика одержання та
визначення товщини отриманих тонких оксидних плівок термовакуумним
осадженням на ВУП-5», а вхідні дані для розрахунків отримували за
59

допомогою частотного резонатору з використанням частотоміру марки ЧЗ-34.
Розбіжність розрахункових даних за даною методикою становить 1; 5 нм.
Час напилювання вимірювався з використанням електронного
секундоміру Seki-19A (точність вимірювання часу 0,05 с).
Наважку матеріалів для напилювання проводили за допомогою
електронних вагів ВЛ-200 (точність вимірювання маси 2 мг)
Спектральна залежність коефіцієнта пропускання цих покриттів у
видимій області спектра представлена на рис. 3.5. Покриття з TiО2 має
коефіцієнт пропускання, який від 400 до 800 нм перевищує 60%. Спектральна
залежність коефіцієнта відбиття покриття з Ti представлена на рис. 3.5.
І, %
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
200 300 400 500 600 700 800 λ,нм

Рисунок 3.5 Спектральна залежність коефіцієнта пропускання покриття
ТіО2 (h = 353 нм)
60

R, %
70
60
50
40
30
20
10
0
200 300 400 500 600 700 800
λ,нм

Рисунок 3.6 Спектральна залежність коефіцієнта відбивання покриття
ТіО2 (h = 353 нм)
3
2.9
2.8
2.7
n 2.6
2.5
2.4
2.3
2.2
300 400 500 600 700 800 900
довжина хвилі, нм

Рисунок 3.7 Коефіцієнти заломлення покриття ТіО2 (h = 353 нм) при
температурі піложки 300 К
61

3
2.9
2.8
2.7
n 2.6
2.5
2.4
2.3
2.2
300 400 500 600 700 800 900
довжина хвилі, нм

Рисунок 3.8 Коефіцієнти заломлення покриття ТіО2 (h = 353 нм) при
температурі піложки 500 К.

2.5
2
1.5
1
0.5
0 50 100 150 200 250 300
Rms, nm

Рисунок 3.9 Залежність шорсткість поверхні від товщини плівки

62
h. nm

3.3. Дослідження мікрогеометрії плівкових покриттів ТіО2 методом АСМ

Дослідження об'єктів виконувалось за наступною методикою. Після
ретельного ультразвукового очищення об'єкта в етиловому спирті, його
фіксували на магнітному предметному столику. Використання вбудованого
довгофокусного мікроскопа та системи мікропозиціонування забезпечувало
точність визначення ділянки зразка з точністю ±2,5 мкм. Робочим режимом
обрано статичний режим роботи атомно-силового мікроскопу (АСМ), який,
хоча має меншу точність порівняно з динамічним режимом, дозволяє
досліджувати поверхню об'єкта, ігноруючи вплив вологи та залишків
органічних речовин, таких як спирт чи жирні кислоти.
По завершенні процедури вимірювання вимірювальна головка
переміщується на наступну ділянку за допомогою системи
мікропозиціонування. Результати вимірів зберігаються у пам'яті персонального
комп'ютера, який є частиною діагностичного комплексу атомно-силового
мікроскопа для подальшого візуалізації, дослідження та аналізу.
Варіації умов осадження плівок суттєво впливають на морфологію
поверхні. Результати атомно-силового мікроскопу, призначеного для
сканування зразків, демонструють очевидні відмінності при різних умовах
синтезу.
На рисунку 3.9 представлено АСМ зображення вихідної поверхні
оптичного скла марки К8. В результаті сканування поверхні досліджуваної
площадки було встановлено, що:
– в режимі п’єзосканування (topography): поверхня однорідна, містить
мікровиколки розміром ≈0,2×10 мкм, середня шорсткість поверхні Ra = 272 нм;
Rq = 431,5 нм, максимальний розкид висот склав – 266,96 нм.
– в режимі лазерного відхилення (deflection): поверхня сильно розвинута,
в окремих місцях спостерігаються різкі піки та западини.
– в режимі сканування розподілу сил тертя (torsion): сили тертя
розподілені відносно нерівномірна, спостерігається різке збільшення та
63

зменшення цих сил вздовж виколок, що може означати високу залишкову
мікронерівність поверхні зразка в процесі попереднього полірування.

Топограма Візуалізація рельєфу в Розподіл сил тертя
режимі лазерного
відхилення

Рисунок 3.10 АСМ зображення вихідної поверхні оптичного скла марки
К8.

На рисунку 3.11 представлено АСМ зображення границя «плівка ТіО2 –
підложка» (фрагмент1) досліджуваний об’єкт 1. В результаті сканування
поверхні досліджуваної площадки було встановлено, що:
- в режимі п’єзосканування (topography): поверхня однорідна, середня
шорсткість поверхні Ra = 253 нм; Rq = 309 нм, максимальний розкид висот
склав – 669 нм.
– в режимі лазерного відхилення (deflection): поверхня однорідна.
64

– в режимі сканування розподілу сил тертя (torsion): сили тертя
розподілені відносно рівномірна.

Топограма Візуалізація рельєфу в Розподіл сил тертя
режимі лазерного
відхилення

Рисунок 3.11 АСМ зображення границя «плівка ТіО2 –
підложка»(фрагмент1)

На рисунку 3.12 представлено АСМ зображення плівка ТіО2 (фрагмент2)
досліджуваний об’єкт 1. В результаті сканування поверхні досліджуваної
площадки було встановлено, що:
– в режимі п’єзосканування (topography): поверхня однорідна, містить
мікровиколки розміром ≈0,5×50 мкм, середня шорсткість поверхні Ra = 18,9
нм; Rq = 24,8 нм, максимальний розкид висот склав – 124,1 нм.
– в режимі лазерного відхилення (deflection): поверхня розвинута, в
окремих місцях спостерігаються різкі піки та западини.
65

– в режимі сканування розподілу сил тертя (torsion): сили тертя
розподілені відносно рівномірно.

Топограма Візуалізація рельєфу в Розподіл сил тертя
режимі лазерного
відхилення
(вздовж вісі OY, відступ 6 мкм)

Рисунок 3.12 АСМ зображення плівка ТіО2 (фрагмент2)

На рисунку 3.13 представлено АСМ зображення границя «плівка ТіО2 –
підложка»(фрагмент1) досліджуваний об’єкт 2. В результаті сканування
поверхні досліджуваної площадки було встановлено, що:
– в режимі п’єзосканування (topography): поверхня однорідна, середня
шорсткість поверхні Ra = 78,7 нм; Rq = 118,3 нм, максимальний розкид висот
склав – 105,6 нм.
– в режимі лазерного відхилення (deflection): поверхня однорідна, в
окремих місцях слабо розвинута.
66

– в режимі сканування розподілу сил тертя (torsion): сили тертя
розподілені відносно рівномірно.

Топограма Візуалізація рельєфу в Розподіл сил тертя
режимі лазерного
відхилення
(вздовж вісі OY, відступ 6 мкм)

Рисунок 3.13 АСМ зображення границя «плівка ТіО2 –
підложка»(фрагмент1)

На рисунку 3.14 представлено АСМ зображення плівка ТіО2 (фрагмент2)
досліджуваний об’єкт 2. В результаті сканування поверхні досліджуваної
площадки було встановлено, що:
– в режимі п’єзосканування (topography): поверхня неоднорідна, містить
мікровиколки розміром ≈0,4×50 мкм, середня шорсткість поверхні Ra = 34,4
нм; Rq = 42,8 нм, максимальний розкид висот склав – 723,5 нм.
67

– в режимі лазерного відхилення (deflection): поверхня сильно розвинута,
в окремих місцях спостерігаються різкі піки та западини.
– в режимі сканування розподілу сил тертя (torsion): сили тертя
розподілені відносно нерівномірна, спостерігається різке збільшення та
зменшення цих сил вздовж виколок, що може означати високу залишкову
мікронерівність поверхні зразка в процесі нанесення покриття.

Топограма Візуалізація рельєфу в Розподіл сил тертя
режимі лазерного
відхилення
(вздовж вісі OY, відступ 6 мкм)

Рисунок 3.14 АСМ зображення плівка ТіО2 (фрагмент2)
Як видно з представлених результатів АСМ зображення поверхня тонкої
плівки отримана за:
- режимом напилення №1 має середню шорсткість поверхні Ra = 18,9 нм;
Rq = 24,8 нм, максимальний розкид висот складає – 124,1 нм., сили тертя
розподілені відносно рівномірно;
68

- режимом напилення №2 має середню шорсткість поверхні Ra = 34,4 нм;
Rq = 42,8 нм, максимальний розкид висот складає – 723,5 нм, сили тертя
розподілені відносно нерівномірна, спостерігається різке збільшення та
зменшення цих сил вздовж виколок, що може означати високу залишкову
мікронерівність поверхні зразка в процесі нанесення покриття.
Таким чином, в результаті проведених досліджень режимів нанесення
тонких покриттів ТіO2 на склі К8 було встановлено оптимальний режим
нанесення однорідного тонкого покриття (товщина h = 353 нм), який становить:
сила струму напилення, І = 60 А; час напилювання, t = 210 с; маса наважки, m =
84 мг.

69

Висновки до розділу 3

Як видно з представленої залежності товщини покриття від часу
напилення, товщина покриттів які формуються збільшується пропорційно
тривалості процесу напилення.
Було встановлено, що товщина плівки при збільшенні робочого струму
напилювання від 60 А до 180 А зростає за квадратичним законом, тоді як при
збільшені часу напилювання до 5 хв, товщина покриття збільшується за
зворотно експоненційним законом, а при збільшені навіски матеріалу від 80 мг
до 90 мг збільшення товщини напилюванної плівки змінюється за лінійним
законом.
Було встановлено, що спектральна залежність коефіцієнта пропускання
покриттів з TiО2 у видимій області спектра має коефіцієнт пропускання, який
від 400 до 800 нм перевищує 60%.
В результаті проведених досліджень було встановлено, що покриття
отримане за:
- режимом напилення №1 має середню шорсткість поверхні Ra = 18,9 нм;
Rq = 24,8 нм, максимальний розкид висот складає – 124,1 нм., сили тертя
розподілені відносно рівномірно;
- режимом напилення №2 має середню шорсткість поверхні Ra = 34,4 нм;
Rq = 42,8 нм, максимальний розкид висот складає – 723,5 нм, сили тертя
розподілені відносно нерівномірна, спостерігається різке збільшення та
зменшення цих сил вздовж виколок, що може означати високу залишкову
мікронерівність поверхні зразка в процесі нанесення покриття.
Таким чином, в результаті проведених досліджень режимів нанесення
тонких покриттів ТіO2 на склі К8 було встановлено оптимальний режим
нанесення однорідного тонкого покриття (товщина h = 353 нм), який становить:
сила струму напилення, І = 60 А; час напилювання, t = 210 с; маса наважки, m =
84 мг.

70

РОЗДІЛ 4.ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ
СИТУАЦІЯХ

4.1. Аналіз умов праці та оцінка безпеки в надзвичайних ситуаціях
при нанесенні вакуумних покриттів
Робоче приміщення – лабораторія вакуумних покриттів.
Робоче місце – оператор по нанесенню вакуумних покриттів.
Згідно з ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования
к воздуху рабочей зоны» у оператора з нанесення вакуумних покриттів
категорія важкості праці – Іб тому, що робота виконується стоячи або сидячи і
супроводжується деякою фізичною напругою.
Тип робочого місця – постійне.
Повітря робочої зони
В повітрі робочої зони виявлено наступні шкідливі хімічні речовини:
- спирт етиловий, ГДК 1000мг/м3, клас небезпеки 4;
- магній фтористий, ГДК 2,5 мг/м3, клас небезпеки 3;
- окис кремнію ГДК 2 мг/м3, клас небезпеки 3;
- окис цирконію ГДК 6 мг/м3, клас небезпеки 4;
- сірчаний цинк ГДК 5 мг/м3, клас небезпеки 3;
- окис алюмінію ГДК 6 мг/м3, клас небезпеки 4.
ГДК та клас небезпеки речовин наведені відповідно ГОСТ 12.1.005-88
«Повітря робочої зони».
71

Таблиця 4.1 Класи умов праці залежно від вмісту шкідливих речовин у
повітрі робочої зони (перевищення ГДК, разів)
Клас умов праці
Шкідливий 3
Небезпе
Фактор виробничого Допус-
середовища тимий 1 сту- 2 сту- 3 сту- 4 чний
пінь пінь пінь Сту-пінь
2 3.1 3.2 3.3 3.4 4
Шкідливі речовини
1-2 класів
1,1- 6.1- 10.1-
небезпечності ГДК 3.1-6.0 >20.0
3,0 10.0 20.0
за винятком
перерахованих нижче
Шкідливі речовини
3-4 класів
1,1- 3.1-
небезпечності ГДК >10.0
3,0 10.0
за винятком
перерахованих нижче
Речовини з
гостроспрямованим (Г)
ГДК 1,1-3,0 3.1-6.0 6.1-10.0 > 10*
або подразнювальним
(П) механізмом дії
3.1-
Алергени (А) ГДК 1.1-3.0 >10.0
10.0
1.1- 6.1-
Канцерогени (К) ГДК 3.1-6.0 >10.0
3.0 10.0
Аерозолі переважно 1.1- 5.1-
ГДК 2.1-5.0 >10.0
фіброгенної (Ф) дії 2.0 10.0

Концентрація всіх речовин, окрім фтористого магнію, знаходиться у
межах норми. Концентрація фтористого магнію у повітрі перевищує норму в
72

1,3 рази і має 3 клас, 2 ступінь шкідливості. Приміщення повинно бути
забезпечене витяжкою і приточною вентиляцією.
Вібрація. Категорія вібрації 3 - вібрації робочих місць у приміщеннях
із джерелами вібрацій (наприклад оператори молотів, пресів, верстатів і
стендів) «а». Відповідно до ДСН 3.3.6.039-99 «Державні санітарні норми
загальної та локальної вібрації» для даної категорії вібрації нормативні рівні
віброшвидкості не повинні перевищувати:
1 2 4 8 16 31.5 63 125 250 500 1000
Локальна вібрація - - - 115 109 109 109 109 109 109 109
Технологічна вібрація у
виробничих приміщеннях – - 108 99 93 92 92 92 - - - -
3а
Фактичні значення - 30 28 25 24 18 16 - - - -
віброшвидкості

Домінуючий вплив вібрації відбувається на частоті 16 Гц і знаходиться в
межах норми.
Шум. Дослідження шуму на вакуумній дільниці показало, що основний
шум надходить від установки ВУ-2М і становить 68 дБА. Тривалість дії 40%
за зміну. Відповідно з ДСН 3.3.6.037-99 «Державні санітарні норми
виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку» еквівалентний рівень шуму
не повинен перевищувати 80дБА (Виконання усіх видів робіт на постійних
робочих місцях у виробничих приміщеннях і на території підприємств).

73

Таблиця 4.2 Класи умов праці залежно від рівня шуму, вібрації,
інфразвуку та ультразвуку на робочих місцях
Клас умов праці
Фактор виробничого Допу Шкідливий 3 Небез-
стим 1 сту- 2 сту- 3 сту- 4 сту- печний
середовища
ий пінь пінь пінь пінь

2 3.1 3.2 3.3 3.4 4
Шум, дБА екв. ГДР до 85 86-95 96-105 106-115 >115
Вібрація локальна ГДР до 116-118 119-121 122-124 >124
(віброшвидкість), дБекв. 115
Вібрація загальна ГДР до 114-119 120-125 126-131 >131
(віброшвидкість), дБекв. 113
Інфразвук екв., дБ Лін ГДР до 5* 6-10 11-15 16-20 >20
Ультразвук повітряний, ГДР до 11-20 21-30 31-40 >40
10**
* ПеревищендБня на дБ.
** Перевищення в одній октавній смузі частот на дБ.
Еквівалентний рівень шуму з урахуванням часу дії знаходиться у межах
норми. Умови праці допустимі.
Інфразвук. Згідно ДСН 3.3.6.037-99 «Державні санітарні норми
виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку» на робочому місці інфразвук
впливає на людину на частоті 4 Гц. Нормативний рівень звукового тиску на цій
частоті становить 105 дБ. Фактичне значення звукового тиску – 60 дБ.
Фактичне значення не перевищує норму.
Ультразвук. Згідно ДСН 3.3.6.037-99 «Державні санітарні норми
виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку» та ГОСТ 12.1.001-89
“Ультразвук. Общие требования безопасности” на робочому місці ультразвук
діє на людину на частоті 16 кГц. Нормативний рівень звукового тиску на цій
частоті становить 90 дБ. Фактичне значення звукового тиску – 20 дБ. Фактичне
значення не перевищує норму.
74

Електромагнітне поле. Вплив електромагнітного поля на організм
оператора відбувається з частотою 50 МГц. Відповідно НАОП 0.03-3.16-86
для цієї частоти гранично допустимий рівень напруженості електромагнітного
поля складає 10 В/м. Фактичне значення складає 10 В/м. Напруженість
електромагнітного поля на робочому місці у межах норми.
Таблиця 4.3 Класи умов праці при дії електромагнітних випромінювань
(перевищення ГДР, разів)
Клас умов праці
Шкідливий 3 Небез-
Фактор
печний
виробничого Допус-
1 сту- 2 сту- 3 4
середовища тимий
пінь пінь сту- сту-
пінь пінь
2 3.1 3.2 3.3 3.4 4
1 2 3 4 5 6 7
Постійне магнітне ГДК 1,1- 3,1- 5,1- >10
поле 3,0 5,0 10,0

Умови праці відповідають нормативним вимогам.
Електростатичне поле. Згідно документів “Санитарно-гигиенические
нормы напряженности электростатического поля” №1757- 77 та НАОП 0.03-
3.05-77 нормативне значення напруженості електростатичного поля на
робочому місці складає (час роботи – 6 годин максимум):
60кВ / м 60
Eдоп    24.5кВ / м (4.1)
t 6
Напруженість електростатичного поля знаходиться у межах норми.
Мікроклімат у приміщенні. Згідно ДСН 3.3.6.042-99 «Державні санітарні
норми мікроклімату виробничих приміщень» та ГОСТ 12.1.005-88 “Воздух
рабочей зоны”, для категорії важкості роботи Іб оптимальна температура у
приміщенні у теплий період року для постійного робочого місця 22-24ºС,
75

допустима 21-28ºС. Фактична температура повітря у приміщенні у теплий
період року 21ºС. Оптимальна температура у приміщенні у холодний період
року для постійного робочого місця 21-23ºС, допустима 20-24ºС. Фактична
температура повітря у приміщенні у холодний період року 15ºС. Таким чином в
холодний період температура у приміщенні нижча допустимої, має 3 ступінь
шкідливості. Для покращення параметрів мікроклімату у приміщенні
рекомендується придбати потужні обігрівачі.
Таблиця 4.4 Нормовані величини температури, відносної вологості і
швидкості руху повітря в робочій зоні виробничих приміщень
Відносна
Швидкість руху
Температура, С
вологість, повітря, м/с
%
Період Категорія
року Допустима
роботи
Опт. Верхня межа Нижня межа Опт. Опт. Допуст.
п.р.м. н.р.м. п.р.м. н. р.м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Хол. Iб 21-23 24 25 20 17 40-60 0,1  0,2
Тепл. Iб 22-24 28 30 21 19 40-60 0,2 0,1-0,3
Примітка: п.р.м. – постійне робоче місце, н.р.м. – непостійне робоче
місце.

Швидкість руху повітря у приміщенні для даної категорії робіт у теплий
період року: оптимальна 0.2 м/с, допустима 0.1-0.3 м/с. Фактичне значення
швидкості руху повітря є оптимальним. Швидкість руху повітря у приміщенні
для даної категорії робіт у холодний період року: оптимальна 0.1 м/с,
допустима ≤0.2 м/с. Фактичне значення швидкості руху повітря є оптимальним.
Відносна вологість повітря є оптимальною, складає 56%.
Освітлення. Згідно ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне освітлення»
ступінь точності зорової праці оператора-вакуумщика середня з найменшим
76

об’єктом розрізнення 0.5-1 мм. Розряд ІV. Контраст відмінності об’єкта з
фоном – середній, характеристика фона – середній. Підрозряд «в». Штучне
освітлення при цьому має складати: загальне – 200 лк, комбіноване – 400лк.
Фактичне значення штучного освітлення складає 160 лк, зорова праці має 1
ступінь шкідливості. На робочому місці необхідно встановити додаткові штучні
джерела освітлення.
Таблиця 4.5 Норми освітлення
Зорова
Освітленість
праця
Штучне Природнє Сумісне
Ком
Заг. Верх. Бок. Верх. Бок.
б
лк КПО, е ІІІ
н % КПО, е ІІІ
н %
а Малий Темн. 750 300
б Малий Середн. 500 200
Середній Темний 500 200
Середня 0,5-1 IV в Малий Світлий 400 200 4 1,5 2,4 0,9
Середн.
Середній 400 200
Світлий
Середній 400 200
Середн.
г Великий 300 150

Визначаємо нормований КПО для четвертого світлового пояса (Україна)
за формулою:
е IV III
н  eн m C 1.5 0.9 0.77 1.05% (4.2)
m = 0,9 – коефіцієнт світлового клімату для IV світлового поясу;
C = 0,6 – 0,95 – коефіцієнт сонячності клімату. Залежить від орієнтації
віконних отворів за сторонами горизонту.
77
Ступінь точності зорової праці
Найм. розмір об’єкта розрізнення,
мм
Розряд
Підрозряд
Контраст відмінності
об'єкта з фоном
Характеристика фона

Природнє освітлення у приміщенні відповідає нормативним вимогам.
Іонізуюче випромінювання.
Таблиця 4.6 Класи умов праці при дії іонізуючих випромінювань
Клас умов праці
Річна
Опти- Допусти- Шкідливий 3 Небез-
ефективна
мальний мий печний
1 ступінь 2 ступінь 3 ступінь 4 ступінь

Доза Е
1 2 4
3.1 3.2 3.3 3.4
Ефективна
доза на рік,
Е<1,0 1,0<Е2,0 2,0<Е10,0 10,0<Е14 14,0<Е20 10<Е50 Е>50
мЗв • рік-1

Відповідно до НРБУ-97 «Норми радіаційної безпеки України», допустима
ефективна доза іонізуючого випромінювання на рік лежить в діапазоні 1-2 мЗв.
Фактична доза складає 1мЗв. Доза іонізуючого випромінювання лежить у
межах норми. Умови праці не шкідливі.
Оцінка важкості праці. Підіймання та переміщення (разове) вантажів при
чергуванні з іншою роботою (до 2 разів на годину) для жінок, що працюють
операторами вакуумних установок складає до 7 кг, що відповідає допустимому
(середньому) фізичному навантаженню.
Підіймання та переміщення (разове) вантажів постійно протягом робочої
зміни для жінок (фактичне) - до 3 кг, що відповідає оптимальному (легкому)
фізичному навантаженню.
Робоча поза. Періодичне перебування в незручній, фіксованій позі
(неможливість зміни взаєморозташування різних частин тіла відносно одна
одної) до 25% часу зміни. Це відповідає допустимому (середньому) фізичному
навантаженню.
78

Таблиця 4.7 Класи умов праці за показниками важкості трудового
процесу
Клас умов праці
Допустим Шкідливий (важка праця)
Оптималь
ий
Показники важкості ний
п/п
(середнє 3
трудового процесу (легке 1 ступінь 2 ступінь
ступінь
фізичне
фізичне
навантаже
навантаже
ння)
ння)
1 2 3 4 5 6 7
2 Маса вантажу, що підіймається та переміщується, кг:
Підіймання та переміщення (разове)
вантажів при чергуванні з іншою
роботою (до 2 разів на годину): до 15 до 30 > 30
2.1
для чоловіків до 5 до 10 > 10
для жінок
Підіймання та переміщення (разове)
вантажів постійно протягом робочої
зміни: до 5 до 15 до 30
2.2
для чоловіків до 3 до 7 >7
>30
для жінок
Періодичне
перебування Періодичне
в незручній, Перебування в
фіксованій перебування незручній,
в незручній
позі фіксованій фіксованій
вільна
позі до 50%
(неможли- часу зміни; позі більше
зручна
вість зміни перебування 50% часу
поза (зміна
у
взаємороз- вимушеній зміни;
пози
5 Робоча поза позі перебування у
ташування вимушеній
«сидячи-
(навпочіпки, позі
різних на
стоячи» за
(на колінах,
бажанням
частин тіла колінах навпочіпки та
ін.) більше
робітника)
відносно та ін.) до
25% часу
одна одної) 25% часу
зміни
до 25% зміни
часу зміни

79

Продовження таблиці 4.7
1 2 3 4 5 6 7
Вимушені Вимушені Вимушені
нахили нахили нахили
Нахили корпуса більше більше більше
6 до 50 разів
(кількість за зміну) 30°, 30°,
30°,
51-100 101-300 300
разів разів разів
Переміщення у просторі (переходи,
7 обумовлені технологічним процесом до 4 до 10 до 15 >15
протягом зміни), км

Нахили корпуса. При роботі з вакуумними установками нахили тулуба за
зміну складають менше, ніж 50 разів, що відповідає оптимальному фізичному
навантаженню.
Переміщення у просторі. Переміщення у просторі (переходи, обумовлені
технологічним процесом протягом зміни) не перевищують 4км, що відповідає
оптимальному (легкому) фізичному навантаженню.
Висновок: Атестація робочого місця оператора по нанесенню вакуумних
покриттів показала, що умови праці відповідають умовам, визначених
нормативними актами і стандартами. Рекомендується вжити заходів щодо
підвищення температури повітря у лабораторії у зимовий час і придбати
додаткове джерело штучного освітлення. Гігієнічні умови праці у межах
норми. Оператор забезпечений засобами індивідуального захисту, робочим
одягом, робота зі шкідливими речовинами нормується у часі.
Концентрація фтористого магнію у повітрі перевищує норму в 1,3 рази і
має 3 клас, 2 ступінь шкідливості. Приміщення повинно бути забезпечене
додатковими засобами очищення повітря, витяжкою і приточною вентиляцією.

80

4.2. Розробка заходів з охорони праці для спеціалістів з нанесення
вакуумних покриттів

Виходячи з умов праці у вакуумній лабораторій, можна зробити висновок
про можливі небезпечні ситуації. Насамперед, існує ризик виникнення пожежі,
так як при роботі використовується електрообладнання. Також існує
можливість ураження оператора електричним струмом, отримання опіків
(механічних, хімічних), отруєнь. Небезпечними факторами також є рухомі
частини обладнання, високі і низькі температури.
Для уникнення небезпечних ситуацій, оператор вакуумної лабораторії
повинен, окрім дотримання загальних правил техніки безпеки на підприємстві,
слідувати чіткому алгоритму дій. У даному підрозділі ми пропонуємо
послідовність дій для працівників вакуумної лабораторії до початку роботи, під
час та після закінчення роботи. До того ж ми пропонуємо алгоритм дій при
виникненні можливих аварійних ситуацій.
До самостійної роботи на вакуумних установка допускаються особи, що
досягли 18 років, пройшли медичне обстеження, знають влаштування і правила
експлуатації установок, володіють необхідними прийомами і навиками роботи
на них, мають документально підтверджений розряд оператора по нанесенню
вакуумних покриттів, навчені правилам охорони праці при виконанні робіт, а
також пройшли ввідний інструктаж при прийомі на роботу, первинний
інструктаж на робочому місці, що проводився на протязі 6 днів. Повторний
інструктаж проводиться у перші 10 днів кожного кварталу та при перерві в
роботі більш ніж 30 днів. Позаплановий інструктаж має проводитись при зміні
технологічного процесу, при випадках травматизму чи порушень інструкції по
охороні праці. Цільовий інструктаж проводиться при виконанні робіт, не
зв’язаних з обов’язками по спеціальності. Також 1 раз на рік проводиться
інструктаж по 1 групі електронебезпеки (НПАОП 0.00-4.12-05 - Типове
положення про порядок проведення навчання і перевірки знань з питань
охорони праці).
81

Оператор вакуумної установки повинен:
 Дотримуватися правил внутрішнього розпорядку, вимог інструкцій
по охороні праці і пожежній безпеці, користуватися засобами індивідуального
захисту і пожежогасіння, спецодягом.
 Використовувати безпечні прийоми роботи.
 Проходити медогляд 1 раз на рік.
 Керуватися відповідною документацією, що передбачає
використання певних видів інструмента, пристосувань, засобів кріплення,
індивідуальних засобів захисту.
 Своєчасно проводити прибирання на своєму робочому місці і
утримувати його у чистоті і порядку.
 Не палити і не розпивати алкогольні напої на робочому місці.
Шкідливі речовини, що діють на здоров’я робітника:
- Спирт етиловий, ГДК 1000мг/м3, клас небезпеки 4.
- Магній фтористий, ГДК 2,5 мг/м3, клас небезпеки 3.
- Окис кремнію ГДК 2 мг/м3, клас небезпеки 3.
- Окис цирконію ГДК 6 мг/м3, клас небезпеки 4.
- Сірчаний цинк ГДК 5 мг/м3, клас небезпеки 3.
- Окис алюмінію ГДК 6 мг/м3, клас небезпеки 4.
Вищеперераховані речовини мають загально токсичну та алергічну дію на
організм робітників. Їх дія проявляється в загальній слабкості, болях у голові,
почервонінні слизових оболонок очей, кашлі, почервонінні шкіряного покриву.
Для зменшення цих проявів необхідно дотримуватись всіх правил техніки
безпеки і користуватися спецодягом, респіратором.
Вакуумщик повинен бути забезпечений бавовняним халатом,
бавовняними рукавичками, респіратором РУ 60М з патроном марки А.
Приміщення для нанесення вакуумних покриттів повинні бути обладнані
витяжною і приточною вентиляцією.
82

Забороняється користуватися на робочих місцях трійниками,
саморобними подовжуючими дротами. На підлозі в приміщенні не повинно
бути натягнутих дротів.
Вимоги безпеки перед початком роботи:
1. Вдягти спецодяг, ізолювати волосся, застібнути рукава.
2. Перевірити справність і увімкнути витяжну вентиляцію, перевірити
приміщення;
3. Перевірити шляхом огляду справність оснастки і пристосувань,
тару з розчинами для чистки оптичних деталей;
4. Перевірити справність місцевого освітлення і увімкнути його;
5. Зовнішнім оглядом перевірити справність і цілісність контуру
заземлення;
6. Перед увімкненням електроприладів впевнитися у справності
електророзеток, з’єднувальних дротів і кабелів.
Вимоги безпеки під час роботи:
1. При виконання робіт з використанням легкозаймистих речовин (ЛЗР):
- пам’ятати, що ЛЗР (спирт, спиртово-ефірний розчин і т.д.) можуть
викликати не тільки опіки, але і вибух чи пожежу;
- не дозволяється зберігати на робочому місці ЛЗР у кількості, що
перевищує змінну потребу;
2. Забороняється під час роботи установок вимикати кабелі, що з’єднують
між собою їх окремі частини, а також працювати на установках при відкритих
дверцятах і щитках;
3. Поверхні всередині камери необхідно очищувати від нанесених плівок,
використовуючи місцеві пилозабірні пристрої типу пилосос. Очищення можна
проводити тільки після відімкнення установок від мережі живлення і зняття
мідним дротом залишкових зарядів;
4. Вакуумні установки мають блокування, що забезпечує безаварійну
роботу. Забороняється працювати на установках з несправним блокуванням,
знімати огорожі і порушувати блокування під час роботи;
83

5. Забороняється торкатися до оголених дротів, відкривати дверцята
електророзподільних щитів, знімати огорожі чи захисні кожухи зі
струмоведучих частин обладнання. При виникненні несправностей у роботі
електрообладнання необхідно викликати спеціалістів для ремонту.
Вимоги безпеки після закінчення роботи:
1. Вимкнути електроживлення обладнання, витяжну вентиляцію;
2. Прибрати прилади і деталі. Привести у порядок робоче місце;
3. Зняти спецодяг, повісити його у відповідне місце;
4. Вимити руки теплою водою з милом, намастити пом’якшуючим
кремом;
5. Сповістити зам начальника цеху про всі несправності і недоліки,
виявлені під час роботи.
Вимоги безпеки у разі виникнення аварійних ситуацій:
1. У випадку виникнення на вакуумній дільниці ситуації, що небезпечна
для життя, здоров’я людей, необхідно негайно припинити роботу і покинути
небезпечну зону. Попередити про це керівника і оточуючих працівників.
2. Оператор вакуумної лабораторії повинен негайно вимкнути обладнання
і повідомити своєму керівнику про аварійні випадки:
- при появі сторонніх звуків при його роботі;
- при несправності, нагріві, появі іскри чи при загоранні
електрообладнання чи електропроводки;
- при загоранні і пожежі в будівлі або приміщенні.
3. Про кожен нещасний випадок на виробництві, потерпілий або
очевидець нещасного випадку повинен негайно повідомити майстру або
іншому безпосередньому керівнику робіт, терміново організувати першу
допомогу постраждалому і його доставку до медсанчастини, якщо це необхідно
або в інший медичний заклад. Потрібно зберегти до розслідування таку
обстановку на робочому місці, яка була на час нещасного випадку (якщо це не
загрожує життю, здоров’ю оточуючих робітників, не призведе до аварії і не
порушить технологічний процес, який по технології має вестися безперервно).
84

4. Керівники підрозділів мають користуватися НАПБ Б.02.005-2003 –
«Типове положення про інструктажі, спеціальне навчання та перевірку знань з
питань пожежної безпеки на підприємствах, в установах та організаціях
України» та ДНАОП 0.00-1.32-01 «Правила устройства электроустановок.
Электрооборудование специальных установок»
При виникненні пожежі негайно припинити роботу, знеструмити
обладнання, викликати пожежну службу за телефоном 101, повідомити своєму
керівнику і оточуючим, приступити до гасіння пожежі засобами
пожежогасіння, що є в наявності. При гасінні електроустановок потрібно
використовувати лише вуглекислотні чи порошкові вогнегасники (НАПБ
А.01.001-2004 «Правила пожежної безпеки в Україні»)
5. У всіх випадках ураження електричним струмом необхідно вивільнити
потерпілого від дії електричного струму і викликати лікаря. До прибуття лікаря
необхідно надавати необхідну допомогу. Заходи допомоги до прибуття лікаря
залежать від стану потерпілого після звільнення його від дії електричного
струму. Якщо він непритомний, але дихання і пульс стійкі, його слід зручно
вкласти на спину, розстібнути одежу, дати понюхати нашатирний спирт,
забезпечити повний спокій і доступ свіжого повітря. При відсутності ознак
життя, виконувати штучне дихання способом «з рота в рот» і закритий масаж
серця до приходу лікаря.
6. При опіках для уникнення зараження не можна торкатися руками
обпалених ділянок шкіри чи змазувати їх мазями, жиром і т.п., не можна
розтинати пухирі. При невеликих по площі опіках потрібно накласти стерильну
пов’язку. При тяжких і обширних опіках потерпілого необхідно завернути в
чисте простирадло або тканину, не роздягаючи його укрити тепліше, напоїти
теплим чаєм і створити спокій до прибуття лікаря. Обгоріле обличчя необхідно
закрити стерильною марлею. При опіках очей слід робити холодні примочки з
розчину борної кислоти (половина чайної ложки борної кислоти на склянку
води). У всіх випадках травмування слід звернутися до лікаря за телефоном 103
або 24-34.
85

7. У випадку отруєння винести потерпілого на свіже повітря, посадити,
розстібнути одежу, терміново викликати медсестру, а бо у випадку
необхідності доставити у медпункт або інший медичний заклад.

4.3 Безпека в надзвичайних ситуаціях

4.3.1 Інформація та оповіщення. Поведінка населення при загрозі
надзвичайної ситуації

Головним і невід'ємним елементом всієї системи захисту населення і
територій від надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру є
інформація та оповіщення.
Зміст інформації мають становити відомості про надзвичайні ситуації, що
прогнозуються або вже виникли, з визначенням їхньої класифікації, меж
поширення і наслідків, а також заходи реагування на них.
Оперативну і достовірну інформацію про стан захисту населення 1
територій від надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру,
методи та способи їх захисту, заходи безпеки зобов'язані надавати населенню
через засоби масової інформації центральні та місцеві органи виконавчої влади.
Оповіщення про загрозу виникнення надзвичайних ситуацій і постійне
інформування про них населення забезпечується шляхом:
 завчасного створення, підтримання в постійній готовності
загальнодержавної і територіальних автоматизованих систем централізованого
оповіщення населення;
 організаційно-технічного з'єднання територіальних систем
централізованого оповіщення і систем оповіщення на об'єктах господарювання;
 завчасного створення та організаційно-технічного з'єднання із
системами спостереження і контролю постійно діючих локальних систем
оповіщення та інформування населення в зонах можливого катастрофічного
затоплення, районах розміщення радіаційних і хімічних підприємств та інших
86

об'єктів підвищеної небезпеки;
 централізованого використання загальнодержавних і галузевих
систем зв'язку, радіопровідного, телевізійного оповіщення, радіотрансляційних
мереж та інших технічних засобів передавання інформації.
Оповіщення населення про загрозу і виникнення надзвичайної ситуації у
мирний, в особливий період та постійне інформування його про наявну
обстановку — одне з важливих завдань цивільного захисту України. Для цього
створюється система, організаційно-технічне об'єднання засобів для передачі
сигналів і розпоряджень органів управління цивільного захисту.
Система оповіщення та інформативного забезпечення створюється
завчасно в усіх ланках пунктів управління.
Основу системи оповіщення утворюють автоматизована система
централізованого оповіщення мережі зв'язку та радіомовлення
Автоматизована система оповіщення створюється завчасно на базі
загальнодержавної мережі зв'язку та радіомовлення і поділяється на державну
та територіальну. Вона може забезпечити оповіщення населення, поєднавши
місцеву телефонну мережу для подачі сигналу "Увага всім!" та повну
інформацію за допомогою засобів радіомовлення й телебачення.
Оповіщення підпорядкованих штабів, органів управління цивільного
захисту і населення організовується і забезпечується органами управління.
Додатково в Україні створюється локальна державна система оповіщення
про загрозу катастрофічного затоплення в разі руйнування гідроспоруд на р.
Дніпро.
Відповідальним за організацію оповіщення про загрозу і виникнення
надзвичайної ситуації і постійне інформування населення про становище є
органи управління цивільного захисту відповідної адміністративно-
територіальної одиниці.
Сигнали передаються каналами зв'язку, радіотрансляційними мережами і
засобами телебачення. Одночасно з інформацією про надзвичайну ситуацію
передаються вказівки про порядок дій формувань цивільного захисту і
87

населення. Сигнали, подані вищим органом управління цивільного захисту,
мають дублюватися всіма підпорядкованими підсистемами. Дублювати сигнали
на об'єктах і в населених пунктах можна за допомогою місцевого
радіотрансляційного вузла, гудків підприємств, сирен транспорту, ударами в
рейку, дзвони.
Для своєчасного попередження населення введені сигнали попередження
населення у мирний і воєнний час.
Сигнал "Увага всім!" повідомляє населення про надзвичайну обстановку
в мирний час і на випадок загрози нападу противника у воєнний час. Сигнал
подається органами цивільного захисту за допомогою сирени і виробничих
гудків. Тривалі гудки означають попереджувальний сигнал.
Почувши їх, необхідно включити радіо, телевізор і прослухати текст
інформації про дії населення після одержання сигналу. Якщо немає радіо,
телевізора або вони не працюють, слід з'ясувати значення і зміст інформації у
сусідів або інших людей, які знають про неї.
Після одержання інформації необхідно виконати всі вказівки тексту
інформації сигналу.
Сигнали і варіанти оповіщення населення в мирний час такі.
"Аварія на атомній електростанції". Повідомляються місце, час, масштаби
аварії, інформація про радіаційну обстановку та дії населення. Якщо є загроза
забруднення радіоактивними речовинами, необхідно провести герметизацію
житлових, виробничих і складських приміщень. Провести заходи захисту від
радіоактивних речовин сільськогосподарських тварин, кормів, урожаю,
продуктів харчування та води. Прийняти йодні препарати. Надалі діяти
відповідно до вказівок штабу органів цивільного захисту.
"Аварія на хімічно небезпечному об'єкті". Повідомляються місце, час,
масштаби аварії, інформація про можливе хімічне зараження території,
напрямок та швидкість можливого руху зараженого повітря, райони, яким
загрожує небезпека. Дається інформація про поведінку населення. Залежно від
обставин: залишатися на місці, у закритих житлових приміщеннях, на робочих
88

місцях чи залишати їх і, застосувавши засоби індивідуального захисту,
вирушити на місця збору для евакуації або в захисні споруди. Надалі діяти
відповідно до вказівок штабу органів управління цивільного захисту.
"Землетрус". Подається повідомлення про загрозу землетрусу або його
початок. Населення попереджається про необхідність відключити газ, воду,
електроенергію, погасити вогонь у печах; повідомити сусідів про одержану
інформацію; взяти необхідний одяг, документи, продукти харчування, вийти на
вулицю і розміститися на відкритій місцевості на безпечній відстані від
будинків, споруд, ліній електропередачі.
"Затоплення". Повідомляється район, в якому очікується затоплення в
результаті підйому рівня води н річці чи аварії дамби.
Населення, яке проживає в даному районі, повинне взяти необхідні речі,
документи, продукти харчування, воду, виключити електроенергію, відключити
газ і зібратись у вказаному місці для евакуації. Повідомити сусідів про стихійне
лихо і надалі слухати інформацію штабу органів управління цивільного
захисту.
"Штормове попередження". Подається інформація для населення про
посилення вітру. Населенню необхідно зачинити вікна, двері. Закрити в
приміщеннях сільськогосподарських тварин. Повідомити сусідів. Населенню,
по можливості, перейти в підвали, погреби.
Сигнали оповіщення населення у воєнний час такі.
Сигнал "Повітряна тривога" подається для всього населення.
Попереджається про небезпеку ураження противником даного району. По радіо
передається текст: "Увага! Увага! Повітряна тривога! Повітряна тривога!"
Одночасно сигнал дублюється сиренами, гудками підприємств і транспорту.
Тривалість сигналу 2—3 хв.
При цьому сигналі об'єкти припиняють роботу, транспорт зупиняється і
все населення укривається в захисних спорудах. Робітники і службовці
припиняють роботу відповідно до інструкції і вказівок адміністрації. Там, де
89

неможливо через технологічний процесу бо через вимоги безпеки зупинити
виробництво, залишаються чергові, для яких мають бути захисні споруди.
Сигнал може застати у будь-якому місці й будь-який час. В усіх випадках
необхідно діяти швидко, але спокійно, впевнено, без паніки. Суворо
дотримуватися правил поведінки, вказівок органів чи вільного захисту.
Сигнал "Відбій повітряної тривоги". Органами цивільного за хисту через
радіотрансляційну мережу передається текст: "Увага! Увага! Громадяни! Відбій
повітряної тривоги!". За цим сигналом населення залишає захисні споруди і
повертається на свої робочі місця і в житлі.
Сигнал "Радіаційна небезпека" подається в населених пунктах і в
районах, в напрямку яких рухається радіоактивна хмара, що утворилася від
вибуху ядерного боєприпасу.
Почувши цей сигнал, необхідно з індивідуальної аптечки АІ-2 прийняти 6
таблеток радіозахисного препарату № 1 із гнізда 4, надіти респіратор,
протипилову пов'язку, ватно-марлеву маску або протигаз, взяти запас
продуктів, документи, медикаменти, предмети першої потреби і направитися у
сховище.
Сигнал "Хімічна тривога" подається у разі загрози або безпосереднього
виявлення хімічного або бактеріологічного нападу (зараження). При цьому
сигналі необхідно прийняти з індивідуальної аптечки АІ-2 одну таблетку
препарату при отруєнні фосфорорганічними речовинами з пенала з гнізда 2 або
5 таблеток протибактеріального препарату № 1 із гнізда 5, швидко надіти
протигаз, а за необхідності — і засоби захисту шкіри, якщо можливо, та
укритися в захисних спорудах. Якщо таких поблизу немає, то від ураження
аерозолями отруйних речовин і бактеріальних засобів можна сховатися в
житлових чи виробничих приміщеннях.
При застосуванні противником біологічної зброї населенню буде подана
інформація про наступні дії.
Успіх захисту населення залежатиме від дисциплінованості, своєчасної і
правильної поведінки, суворого дотримання вимог органів цивільного захисту.
90

Висновок до розділу 4:
У розділі «Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях» було
проведено атестацію робочого місця оператора вакуумної установки, а також
розглянули дії оператора у надзвичайних ситуаціях.

91

Висновки
1. Проведено літературний огляд по сучасним вакуумним методам
напилення тонких оптичних покриттів ТіО2.
2. Розглянуто сучасні методи дослідження характеристик тонких оптичних
покриттів ТіО2.
3. В результаті проведених досліджень було встановлено, що:
товщина плівки при збільшенні робочого струму напилювання від 60 А
до 180 А зростає за квадратичним законом, тоді як при збільшені часу
напилювання до 5 хв, товщина покриття збільшується за зворотно
експоненційним законом, а при збільшені навіски матеріалу від 80 мг до 90 мг
збільшення товщини напилюванної плівки змінюється за лінійним законом.
що спектральна залежність коефіцієнта пропускання покриттів з TiО2 у
видимій області спектра має коефіцієнт пропускання, який від 400 до 800 нм
перевищує 60%.
покриття отримане за:
- режимом напилення №1 має середню шорсткість поверхні Ra = 18,9 нм;
Rq = 24,8 нм, максимальний розкид висот складає – 124,1 нм., сили тертя
розподілені відносно рівномірно;
- режимом напилення №2 має середню шорсткість поверхні Ra = 34,4 нм;
Rq = 42,8 нм, максимальний розкид висот складає – 723,5 нм, сили тертя
розподілені відносно нерівномірна, спостерігається різке збільшення та
зменшення цих сил вздовж виколок, що може означати високу залишкову
мікронерівність поверхні зразка в процесі нанесення покриття.
Таким чином, в результаті проведених досліджень режимів нанесення
тонких покриттів ТіO2 на склі К8 було встановлено оптимальний режим
нанесення однорідного тонкого покриття (товщина h = 353 нм), який становить:
сила струму напилення, І = 60 А; час напилювання, t = 210 с; маса наважки, m =
84 мг.
4. В розділі охорона праці проведено аналіз умов праці та оцінка безпеки в
надзвичайних ситуаціях при нанесенні вакуумних покриттів.
92

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Оксид титану. Режим доступу: URL:
https://uk.wikipedia.org/wiki/Оксид_титану(IV) (дата звернення 10.11.2023)
2. Покриття у приладобудуванні : монографія / Антонюк В. С..
Тимчик Г. С., Бондаренко Ю. Ю. та ін. - Київ : НТУУ «КПІ». Вид-во
«Політехніка». 2016. 360 с.
3. Шагінян Л.Р. Механізми формування тонких плівок та покриттів,
отриманих різними методами фізичного осадження. АН України, Інститут
проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України. К. :
Академперіодика, 2017. 174 с. (Українська наукова книга іноземною мовою).
4. Дубовий О. М., Степанчук А. М. Технологія напилення покриттів :
підручник. Миколаїв: НУК, 2007. 236 с.
5. Тонкоплівкові матеріали та технології їх одержання: Навч.
посібник. Калинушкін Є.П., Федоркова Н.М., Синиціна Ю.П. та ін.
Дніпропетровськ: НМетАУ, 2009. 175 с.
6. Функціональні матеріали та покриття : навчальний посібник / М. О.
Азарєнков В. М. Береснєв, С. В. Литовченко та ін. Х. : ХНУ імені В. Н.
Каразіна, 2013. 202 с.
7. Геворкян Е.С., Тимофеєва Л.А., Нерубацький В.П., Мельник О.М.
Інтегровані технології обробки матеріалів: підручник. Харків: УкрДУЗТ, 2016.
238 с.
8. Корас В.М. Технологія та обладнання для напилення: Навч.
посібник. К.: НМЦ ВО, 2000. 152 с.
9. Прокопів В. В. Фізика і технологія тонких плівок : навчальний
посібник. Т. 1. ІваноФранківськ : Прикарпатський національний університет
імені Василя Стефаника, 2010. 92 с.
10. Lima R., Marple B. Thermal Spray Coatings Engineering. New York :
Springer, 2017. 350 p.
11. Рожков О.Д. Технологія нанесення покриттів. Частина I: Навч.
93

посібник. – Дніпропетровськ: НМетАУ, 2008. 51 с.
12. Панфілов. Ю Нанесення тонких плівок у вакуумі. "Технології в
електронній промисловості, 2007. № 3. С. 76-80.
13. Азаренко Н.А., Береснев В.А., Погребняк А.Д. Структура и
свойства защитных покрытий и модифицированых слоев материалов. – Харьков
: ХНУ им. Каразина, 2007. – 576 с.
14. Вельбой В.П., Каплун П.В. Технологія і обладнання для напилення.
Конспект лекцій. Хмельницький: ХНУ, 2006. 142 с.
15. Нанесення покриття: навчальний посібник / Корж В.М., Кузнецов
В.Д., Борисов Ю.С., Ющенко К.А. за редакцією НАН України К.А. Ющенка К.:
Арістей, 2005 р. 204 с.
16. Шиліна О.П., Савуляк В.І.,. Осадчук А.Ю Вакуумно-конденсаційне
напилювання покрить., навчальний посібник. Вінниця: ВНТУ, 2007. 96с.
17. Інженерія поверхні: Підручник / Ющенко К. А., Борисов Ю. С.,
Кузнецов В. Д., Корж В. М. К.: Наукова думка, 2007. 559 с
18. Pelliccione M. and Lu T.-M. Evolution of Thin Film Morphology.
Modeling and Simulations. N. Y.: Springer, 2008. 206 p.
19. Сіньковський А. С. Теорія та методи напилення: курс лекцій. Одес.
нац. політехн. ун-т. Одеса: Наука і техніка, 2003. 171 с.
20. Корж В. М. Технологія та обладнання для напилення: Навчальний
посібник. К.: НМЦВО, 2000. 152 с.
21. Тонкоплівкова електроніка / укл.: М.М. Солован, А.І. Мостовий,
Чернівці: Чернівецький нац.ун-т, 2021. 128 с
22. Thin Film Materials Technology: Sputtering of Compound Materials
Ed. by K. Wasa, M. Kitabatake, H. Adachi. - N. Y.: William Andrew, Inc., 2004.
518 p.
23. Поверхностные явления и фазовые превращения в
конденсированых пленках / Гладких Н.Т., Дукаров С.В., Крышталь А.П., и др./
Харьков: ХНУ имени В.Н. Каразин, 2004. 276с.
24. Білик І. І. Технологія та обладнання напилених покриттів :
94

навчальний посібник. Київ : Політехніка, 2004. 101 с.
25. Заячук Д. М. Нанотехнології і наноструктури: Навч. посібник.
Львів: В-во «Львівська політехніка», 2009. 580 с.
26. Davis J. R. Handbook of Thermal Spray Technology. Materials Park :
ASM International, 2004. 338 p.
27. B. Karunagaran et al TiO2 thin film gas sensor for monitoring ammonia /
// Materials Characterization. 2007. V. 58. Iss. 8 - 9. P. 680 - 684.
28. Установка вакуумная. Модель ВУП-5. Паспорт , 1985
29. МИИ-4 Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Л.,
1983.
30. Атомно-силовой мікроскоп „NT-206V” інструкція
31. Міжнародний стандарт ISO 9211-1: 1994(E) Оптика і оптичні
прилади – Оптичні покриття – Частина 1. Визначення.
32. Міжнародний стандарт ISO 9211-2: 1994(E) Оптика і оптичні
прилади – Оптичні покриття – Частина 2. Оптичні властивості.
33. Міжнародний стандарт ISO 9211-3: 1994(E) Оптика і оптичні
прилади – Оптичні покриття – Частина 3. Стійкість до зовнішнього впливу
34. Міжнародний стандарт ISO 9211-4: 1994(E) Оптика і оптичні
прилади – Оптичні покриття – Частина 4. Специфічні методи досліджень.
35. ДСТУ ГОСТ 7.1:2006. Бібліографічний запис, бібліографічний
опис. Загальні вимоги та правила складання»: методичні рекомендації з
впровадження/уклали: Галевич О.К., Штогрин І.М. Львів, 2008 20с.
36. ДСТУ. 3008-95 Документація. Звіти у сфері науки і техніки.
Структура і правила оформлення.

95

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets