VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ VAKUOVÁ TECHNIKA Semestrální projekt Téma: Aplikace vakuového napařovaní v optice Vypracoval: Michal Štekovič
Princip metody vakuového napařování: Tepelné vypařování požadovaného materiálu (kov, polovodič, dielektrikum) ve vysokém vakuu a následná kondenzace jeho par na chladnější podložce ve formě tenké vrstvy o síle několik nm až µm. Přehled uplatnění vakuového napařování: Průmyslové odvětví elektronika elektrotechnika optika spotřební průmysl automobilový průmysl strojní průmysl ostatní Obor součástky fotovoltaika měřící technika datová média světelné zdroje přístroje keramika, sklo, bižuterie díly nástroje pokovování plastů, fólií.. Aplikace elektronky, obrazovky integrované obvody kondenzátory rezistory krystaly kontakty fotovoltaické panely senzory CD, CD-ROM, DVD žárovky, výbojky a zářivky čočky, hranoly, filtry, zrcadla dekorativní povrchové vrstvy pokovování reflektorů, dekorace interiéru, elektronika osrří řezných nástrojů termofólie, odrazivé fólie
POVRCHOVÉ ÚPRAVY ČOČEK Povrchové zušlechťující úpravy čoček jsou určeny k tomu aby zdokonalily optické a mechanické vlastnosti čočky. Zároveň zlepšují estetičnost a rozšiřují možnosti použití čoček v rozličných typech prostředí [2]. Úpravy čoček můžeme rozdělit : Zušlechtění materiálu (antireflexní, hydrofobní, absorpční a reflexní vrstvy) Tenké vrstvy ( tvrzení, barvení, UV filtry a fototropní úprava ) 1) ZUŠLECHTĚNÍ MATERIÁLU Zušlechtění materiálu se provádí na molekulární úrovni materiálu. Antireflexní vrstva Antireflexní vrstvy se vyrábí jako jednoduché nebo vícevrstevné. Vrstvy nanášené na brýlové čočky s protiodrazovými vlastnostmi jsou fluorid lithný, fluorid vápenatý, fluorid hořečnatý, chiolit, kryolit, fluorid hlinitosodný, oxidy zirkonia, křemíku a mají různý index lomu, tvrdost a rozpustnost ve vodě. Před samotným nanášením antireflexní vrstvy se čočky důkladně vizuálně kontrolují. Dále se čistí demineralizovanou vodou a následně 3-5 hodin suší, při teplotě 75 C, v tzv. odplynovací peci [2]. Nanášení antireflexní vrstvy: Používá se např. přístroj Satis DLF 1200 Hodnota vakua 2x10-3 Pa Příprava trvá 30 minut (nastavení tlaku,správná teplota) Elektronovým dělem se žhaví wolframové nádobky s materiálem (1600 C) Na čočku umístěnou v kalotě se nanáší materiál Kalota se otáčí konstantní rychlostí ( 24 ot./ min.)pro rovnoměrný nános V průběhu napařování se kalota otáčí konstantní rychlostí pro rovnoměrný nános vrstvy. Neustále je kontrolována síla vrstvy pomocí piezoelektrického krystalu. Na základě údajů o množství napařeného materiálu dochází k regulaci vystřelování elektronových paprsků dopadajících na misky s chemikáliemi. Tím je zaručeno rovnoměrné nanesení vrstvy v požadované tloušťce. Celý proces je řízen počítačem a je zcela automatický. Samozřejmostí je umístění stroje v klimatizovaných a čistých místnostech [1].
Hydrofbní úprava Hydrofobní úprava prováděná metodou vakuového napařování se provádí jako poslední vrstva antireflexní struktury. Nanáší se přímo ve vakuovém zařízení pro nanášení antireflexní vrstvy. Použitím této metody vzniká hydrofobní úprava se stejnou tloušťkou po celém povrchu čočky a není tedy nutné žádné dodatečné leštění [2]. Absorpční vrstvy Pro výrobu absorpčních vrstev se používají oxidy kovů, které se rovnoměrně napařují na zadní povrch čočky. Pro zamezení rušivých odrazů na tmavé ploše se vrstva nakonec pokrývá antireflexní vrstvou. Reflexní vrstvy Reflexní vrstvy se zhotovují z materiálů o vyšším indexu lomu, které jsou odolné vůči mechanickému poškození a jsou stálé na vzduchu. Používají se hlavně kovy (stříbro, hliník, rhodium) [2]. 2) TENKÉ VRSTVY Při vakuovém nanášení tenkých vrstev na brýlové čočky se využívá se vakua většího než 1,333x10-2 Pa. Přitom se z vypařovacího zdroje, upevněného mezi elektrodami a rozžhaveného, vypaří potřebná látka, která ulpí na brýlových čočkách. Lze vypařovat z několika elektrod a nanést tedy několik vrstev [1]. Vakuové tvrzení čoček V současné době se k vytvrzení organických materiálů požívá dvou základních postupů, vakuové tvrzení a nanesení tvrdicího laku na povrch čočky. Tvrzení pomocí vakuového napařovacího přístroje je nejnovější metodou. Tvrzená vrstva se nanáší pomocí vakuového napařovacího stroje Satis DLF 1200. Náplň, nejčastěji oxid křemíku, se umístí na dno vakuového zařízení a je bombardováno iontovým dělem, což způsobí, že jednotlivé částice tvrdícího laku se pohybují směrem vzhůru a ulpívají na čočkách umístěných v horní části vakuového zařízení [2]. Nanesená vrstva je poměrně silná (více než 3 mikrony). Tato technologie se k tvrzení čoček příliš nepoužívá, je spíše používána k nanášení antireflexních vrstev.
Satis DLF-1200 Je to přístroj od firmy Satis určený pro povrchové úpravy organických či minerálních skleněných čoček. Pro čerpání používá turbomolekulární a difuzní vývěvy, pomocí kterých se v komoře dosahuje vakua až 10-4 Pa. Tloušťka nanesené AR vrstvy se pohybuje kolem 16 nm. Pro zlepšování podloží při napařování je v komoře iontový zdroj. Přístroj se dodává buď s otočnými nosiči pro oboustranné napařování čoček nebo s 6-ti segmentovým nosičem pro jednostranné aplikace. Pozn. Obrázek komory je zřejmě ze staršího typu, ale funkční části jsou stejné Otočný nosič čoček [ 3 ] Elektronové dělo [ 3 ]
Tabulka různých typů nosičů pro čočky Průměr rotující kopule 6-ti segmentový nosič čoček Otočný nosič čoček Max. počet čoček v nosiči Φ 51 324 252 Φ 66 198 144 Φ 72 162 120 Φ 75 150 108 Φ 80 126 96 Digitální rozmítací oscilátor pro rovnoměrné nanášení vrstev Závěr Vakuové napařování má v průmyslu velmi široké uplatnění. Mimo elktroniku má poslední dobou velké uplatnění v optice pro povrchovou úpravu čoček. Pracuje se s vakuem okolo 10-2 - 10-4 Pa. Pro odpařování materiálů se používá elektronové dělo. Pomocí vakuového napařování se na čočky nanáší antireflexní, absorbční a reflexní vrstvy v tloušťkách od 16 nm.
Seznam Použité literatury [1] URL: http://dot.webz.cz/download/vrstvy.doc [2] MOJŽÍŠOVÁ, B. Materiály a povrchové úpravy brýlových čoček., 2009, Brno: MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ, LÉKAŘSKÁ FAKULTA. [3] URL:http://satisloh.com/file_uploads/bibliothek/k_77_Products/k_78_Ophthalmic /k_83_coating/k_84_brochures/90_0_rz_1200-4p_rz-en_web.pdf