Comments 115
Прочитал и подумал «как продвинулись технологии». Лет десять назад мне пришлось фактически с нуля «реконструировать» весовую адсорбционную установку (такая штука для измерения активности адсорбентов). Реконструкция осложнялась тем, что сделал ее какой-то приглашенный из Москвы в Минск умелец, в годах 70-х. Вакуум до 10-3 Па там достигался за счет комбинации масляного насоса типа РВН-20, и нескольких стеклянных паромасляных насосов (скорее всего самоделок, с кипящим маслом). Глубина вакуума измерялась ионизационными стеклянными лампами типа ПМТ (до миллиметра рт.ст.) и ПМИ (доли) к которым нужен был вакууметр ВИТ. Вакууметр пришлось искать около месяца по всем барахолкам, потому что уже не осталось людей, которые помнили что это такое. Течи это отдельный разговор. Установка была сварена из стекла, которое за давностью лет то здесь, то там давало течи. Приходилось на нескольких РВН догонять вакуум до максимально возможного, а потом водить течеискателем по всем трубкам. В роли течеискателя выступал прибор для дорсанвализации.
Челендж, после которого я приобрел глубокое уважение к технике создания вакуума :)
Лаборатория...на балконе в квартире собиралось всё. Там же пока и стоит )
Да, 10 лет назад было намного сложнее, сейчас готовое покупай и собирай )
ВИТ можно было и не искать, его схема известна, и можно собрать аналог из современных компонентов. Он простой. В оригинальном ВИТ стояла электрометрическая лампа, но ее можно заменить на современный ОУ.
Пермский завод производит и продает вакууметры под маркой Мерадат-ВИТ, и лампы есть и переходники и адапторы. Если научный проект можно договориться о сотрудничестве или о консультации.
Данные турбомолекулярного насоса не в фокусе. Можно ссылочку?
Да, конечно.TMH 261
Гуглится, что в троллейбусных вставках не только графит, а и свинец:
Согласно технической документации вставки должны изготовляться методом порошковой металлургии из композиций: а) (26,5 % Pb, ост. — графит) — вставка типа ВТ или — б) (10 % Pb + 3,0 % графита + 30 % Cu, ост. — Fe) — типа ВТП.
А что вас смущает в том, что запыляются стенки камеры? Это у всех так) В этом даже есть полбза, т. к. свежераспыленный слой металла работает как геттер, собирая доп. количество остаточного газа. То есть вакуум улучшается, и довольно сильно. Если не хочется чистить камеру - выложите ее сменной фольгой (лучше нержавейной) или же поместите в нее жесткую но сменную оснастку, которую можно вынуть и почистить.
Серебро лучше напылять на тонкий (10 нм хватит) подслой меди, никеля или кремния, тк с адгезией у него не очень
Надеялся, что будет направленное движение атомов от испарителя.
Это как раз ясно. Неясно только на чем основывалось такое заблуждение?
На том, что много где пишут что атомы движутся прямолинейно.
А разве это не про движение в поле (магнитное и/или электростатическое)?
Про поле ни слова не было.
Атомы действительно движутся прямолинейно, но только между столкновениями с другими атомами)
Правило большого пальца - 1 Па соответствует 1 см длины свободного пробега. Ну это очень грубо если. Чем ниже давление - тем больше длина свободного пробега.
Конечно прямолинейно (в первом приближении), только у каждого атома свое направление.
А если приложить подходящуюю разность потенциалов?
Там нейтральные атомы летают.
А если к нейтральным атомам приложить напряжение, то они не превратятся ли в ионы?
нет, не превратятся)
чтобы ионизовать газ, нужно организовать столковение его атомов/молекул с высокоэнергетичными частицами, которые вышибут с наружных оболочек газа электроны, превратив атомы/молекулы в ионы. в качестве таких частиц используют, например, электроны, излучаемые нагретым катодом, и ускоренные в электрическом поле.
пример: энергия молекулы газа при комнатной температуре около 0,05 эВ. для ионизации газа, например, аргона, нужно 15 эВ. то есть сам себя газ не ионизует.
Какой материал в качестве катода используется ?
Нищеброды довольствуются вольфрамом, например. Для богатых становится доступен иридий. Радиофилы и сумрачные вояки используют покрытие катодов радиоактивным торием.
Есть еще разные виды эмиссии электронов,она не обязательно термоэлектронная.
Спасибо за ответ. А до какой температуры греют вольфрам, чтобы он начал испускать электроны ?
Ну, до 2500 К точно надо греть... Ток эмиссии можно выжать до 1.3-1.5 А/см2 с вольфрама. Мощи при этом вдуть в нагрев придется много)
Чисто теоретически, как может выглядеть ионизация атомов-параллельно ставим две вольфрамоввые лодочки. В одну помещаем серебро и греем до 950 градусов, во вторую - ничего и просто греем до 2200 градусов. С одной летят атомы, со второй электроны. Поверх этого электростатическое поле.
Или ещё проще - лодочку с серебром грею до 2200 градусов, нот тогда серебро, скорее всего, кипеть будет )
Повторюсь, эффективность ионизации в таком случае будет очень низкой. бОльшая часть распыленного вещества все равно полетит как ей надо, а не куда вы хотите)
Способы увеличить эффективность ионизации есть ? Или только электронная пушка может повысить эффективность ?
Да, есть. Можно замагнитить электроны, организовав для них ловушку. Тогда один электрон, болтаясь внутри ловушки, сможет ионизовать множество атомов, и эффективность ионизации можно поднять до десятков процентов. Но это требует нетривиальных расчетов и прецизного изготовления/юстировки железа. Пушка как источник электронов все равно нужна))
Мне по-прежнему не очень понятно, для какой цели вы хотите все это использовать. Еще раз - покрытия толще нескольких мкм, ну может, десятка мкм, напылением вы не получите. Это сложно даже в промышленных условиях, не говоря о DIY в гараже! К 3д печати и "аддитивным" технологиям это не имеет отношения совсем.
Вы немного ошибаетесь. В радиолампах нить накала где - то 800 градусов, может чуть больше. 2500 К - это уже осветительные лампы накаливания. Для подтверждения можете посмотреть цвет свечения нити накала
для ионизации газа, например, аргона, нужно 15 эВ. то есть сам себя газ не ионизует.
С одной стороны это понятно. С другой - непонятно, как тогда работает такая штука, неоновая (или если хотите аргоновая) лампочка.
Это уже называется газовый разряд. Вы берете электроды, прикладываете между ними поле. Подбираете оптимальное напряжению давление газа (это важно!). Прилетает шальной быстрый электрон (из космоса в штучных количествах можно поймать без проблем). Вышибает один электрон с атома газа. Атом становится ионом. Его начинает тянуть к катоду (не нагретому) эл. полем. Он долетает до катода ускоренный, вышибает из катода пару электронов... И далее начинает развиваться лавина. Эти электроны летят к аноду, тоже ускоряются. Пока летят - совершают неупругие столкновения с атомами газа. Результат неупругого столкновения - либо ионизация, либо возбуждение без ионизации. То есть закидывание электронов на верхние энергетические уровни атома без их отрыва. Спонтанно сваливаясь с этих оболочек, атом излучает, а вы видите свет неонки. Ионизованные же атомы снова движутся к катоду, вышибают новые электроны. Процесс повторяется. Довольно быстро количество ионов достигает насыщения (они заряженные, и интенсивно друг друга распихивают). Внезапно это количество в среднем равно количеству электронов. Этот бульон называется плазма. А все вместе - самостоятельный газовый разряд постоянного тока. Есть еще разряд переменного тока, там процессы повеселее.
нет, не будет)
При достаточно низком давлении (для определенности, 0.1 Па и ниже) каждая точка распыляемой поверхности излучает в телесном угле 2*pi с какой-то диаграммой направленности. Когда точек много - образуется источник сложной формы со сложной диаграммой направленности. Посчитать ее - надо пару интегралов взять. Поток распыленных атомов демонстрирует свойства, похожие на дифракцию. То есть, даже если вы прикроете часть потока диафрагмой, то ее края тоже станут источниками со своей диаграммой направленности, но уже другой. Иными словами, диафрагма не обрежет поток "перпендикулярно".
Если вы наложите маску на покрываемую деталь, то толщина пленки возле маски тоже будет не однородной.
Вам какое покрытие, какой толщины и на какие детали нужно наносить?
Вообще на практике напылением получают пленки до 15 мкм. Более толстые пленки получаются довольно сильно механически напряжёнными. И более современным методом является магнитронное напыление которое позволяет более точно контролировать толщину и напылять сплавы с различной температурой плавления. Более толстые пленки это гальваника или шелкография.
А какой из этих методов даёт наибольшую скорость осаждения металла (при приемлемой прочности)?
Например, гальваническое нанесение кажется наиболее простым - не требует высоких температур и вакуума, - но понадобится уйма электроэнергии и времени (типичная скорость нарастания плёнки порядка 1 мкм/мин, при большей скорости металл будет очень рыхлым).
Одного ионизационного недостаточно, надо еще Пирани. И не торопиться включать ионизационный, потому что он загаживается при низком вакууме.
При сварке вакуумных систем очень желательно варить не снаружи, а изнутри. Щель, не заполненная сварным швом, откачивается очень долго. Пусть она будет снаружи.
А если готовое гальванически покрыть цинк->медь->электрохимическая полировка->хром камера будет быстрее откачиваться?
Я камеру после изготовления в анодировку отдавал.
Спасибо за совет. Это до меня потом дошло)
Но и многие швы сделать снаружи удобнее, чем внутри
Заголовок кликбейтный? :) При чём тут 3D принтер? Вы попытались сделать установку для напыления плёнок металлов. Используется, например, для создания качественных контактов к полупроводниковым структурам. Но можно, конечно, покрыть плёнкой толщиной в пару микрон например самовар. В пару сантиметров не получится никак. Для 3D принтера нужен дозатор металлического порошка и лазер для спекания.
Это смотря какая технология, есть почти аналогичная что пытался сделать автор, порошек нужен, но расплав идёт электронным лучём, есть наварка металла, там порошек не нужен и т.д. Технологий 3д печати больше 30 разных
Ну, человек подумал, что можно с помощью напыления металлов получать сложные объекты и назвал девайс по аналогии "тридэ-принтером". А точность напыления получилась плюс-минус лапоть, весь вакуумный объем напылился. Правда, если точность таки получить, можно будет на основе этой шайтан-машины микросхемы печатать, что имхо есть гуд, особенно для технологии уровня "в гараже".
Для 2д обектов небольшой толщины, в том числе печатных плат можно, наверное, попробовать напылять на цель через трафарет.
Можно попробовать, да. Так делают.
Только "трафарет" нужен очень тонкий и из материала, стойкого к нагреву и не портящего атмосферу. Тонкая нержавейная фольга, вырезанная лазером, более-менее подойдет, но стоимость/сложность трафарета будет ой. Проще плату заказать готовую))
А если серьезно - на керамике платы делают по т.н. "толстопленочной" технологии - вжигают спец. пасту при температурах 600-900 С. Толщины пленок получаются солидные. Напылением такое не получить.
Могу порекомендовать пару свежих ресурсов по теме:
* 2021-05-20 DIY Physical Vapor Deposition (PVD) using Thermal Evaporation.
* 2021-08-01 Atomic Layer Deposition of copper.
You are accidentally still doing CVD. There's huge amount of reactants still in your lines after you close the fow meters and instead of 30s cycle time you probably need 30min. To truly stop reactant flow in those lines you need inert gas barriers on each source. Hydrogen is simple with two solenoid valves and two needle valves. Put two T junctions on the line. First (closer to flow meter) goes trough solenoid and needle valve straight to your vacuum pump. Second (closer to reactor) goes trough solenoid and needle valve to your carrier gas supply. Now when you open both solenoids hydrogen has straight path to pump and leftovers in the line will be purged by reverse carrier gas flow. Close the solenoids during hydrogen pulse.
For copper source it's the same principle. Just imagine that the second T-junction is inside the reactor hot zone and and reactant is just before it. You'll need one extra feed trough into your reactor for the blocking gas. This apparatus is usually made out of quartz but you can probably get away with glass or even stainless steel.
Source: I operated and modified experimental lab-made tubular ALD reactors in uni for many years.
В любом случае, Applied Science на редкость качественный канал, мотивирует творить дичь в гараже :)
Это нельзя называть 3D принтером, т.к. невозможно сделать сложную деталь. Да и скорость осаждения металла очень низкая.
Бывает, что обанкротившиеся заводы продают установки магнетронного напыления. По мне так более интересное устройство для экспериментов.
На том же Avito можно найти было чистый графит (покупал год назад болванку ~40х40см для электродов). На худой конец притаранить его с Ebay.
Что касается 3D печати, то как вариант использовать вакуумную арматуру от масспектрометра, мало того там и магнитная система имеется. Конечно модернизаций и переделок там получится довольно много, но во всяком случае уже будет от чего отталкиваться.
Подайте в камеру аргон...
Вакууметр ВИТ я заменил на самодельную собранную на ардуино:
У вас все степени послетали. Например: «что вакуум нужен не более 10-2 Па.»
Знаю, что очень востребовано напыление металлов при ремонте деталей автомобильного двигателя. Так мне ремонтировали коленвал в местах проточки сальниками. Напыляли металл, довольно большой слой. Технологию к сожалению не знаю.
И тут я подумал, а что если напылять металл в необходимом мне месте постепенно увеличивая толщину? Стал искать информацию о том, делал ли кто-то подобное — не нашёл.
Обычно, камеры имеют шарообразную форму, у меня она наоборот, вытянутая, для того, чтобы можно было ставить «мишень» (место, где осаждается металл) на разное удаление от испарителя.
Вы превращаете металл в газ. Как только он переходит в другу фазу, металл ведёт себя совершено по другим законам. Сфокусировать газ только на мишень не получится.
Чтобы поймать газообразный металл на мишень, у газа надо отобрать энергию. Т.е. мишень надо охладить.
То что Вы пытались сделать это обыкновенная технология нанесения плёнок в радиоэлектронике. Существует очень много литературы по этому тех.процессу.
Стал искать информацию о том, делал ли кто-то подобное — не нашёл.
Не удивительно, так как в таком виде не перспективно.
Читая такие статьи стыдно становится, в лабе под вакуумом только спирт перегоняли, чисто с инженерного любопытства, насколько чистый продукт сможем получить.
Статья супер, очень вдохновляет на эксперименты!
А приложить разность потенциалов между нагревателем и мишенью - не поможет?
Выше в комментариях писали, что нет (
Ну не то что бы "нет". Физически запрета нет, вы можете взять электронную пушку и часть испаренного из лодочки ионизовать, направив луч пушки поперек потока атомов. Но эффективность ионизации будет далеко не 100%, может 1% если повезет. Столкновение электрона достаточно редкий процесс на концентрациях и длинах, о которых идет речь. Гораздо проще той же пушкой сразу испарять материал, который вы хотите распылить. Это называется элнктронно-лучевое испарение / осаждение. Очень популярная технология с многими преимуществами. Но в гараже все ж проще запилить магнетрон или распыление ионным источником (например типа Кауфман). Пушку вы на коленке хорошую не соберете из-за проблем с фокусировкой, а даже если готовую найдете, для ее работы нужен вакуум получше чем в вашей камере на пару порядков.
Ионные источники готовые для самодельщиков продаются ?)
Да, конечно. Прям готовый Кауфман с диаметром пучка 100 мм стоит от 500 тыс. руб. Наверное, можно поискать диаметром поменьше, будет подешевле.
Но его сделать самому не сильно труднее чем резистивные лодочки и вакуумную камеру. Если интересно - пишите в ЛС - дам кое-какие материалы.
Но вообще лучше сперва определиться какой вы хотите получить результат. От темы 3д печати это все уже довольно далеко ушло так-то.
Сделайте магнетрон. В принципе "сопло" магнетрона вполне возможно изготовить даже из стекла. Пусть себе ограничивает всё кроме зоны напыления. Есть другие проблемы.
Слой в 5000 ангрстрем наносят минут 15-20. 1мм будете пару дней напылять.
Как уже написали ранее - осажденный метал будет крайне напряжённый. Скорее всего он просто отшелушится когда вытащите изделие.
Подвижная система в вакууме - долго не проживёт. Трение там просто дичайшее. Смазки недопустимы. Может лучше аргоном заполнить?
Нагретый металл через отверстие - подобен струе пара. Как вы собираетесь управлять струёй расширяющегося конуса? Делать холодную оболочку для того, чтобы близко подносить изделие? Ток можно конечно, но изделие тоже будет нагреваться. Ведь металл будет на нём остывать.
Ионную очистку делать будете? Вам бы стоило, поможет лучше сцепить слои.
Герметичность при сварке - не проблема. TIGом варим, но в качестве защитного газа используйте гелий-аргоновую смесь. Дорого, но переваривать не придётся. И да, TIG электроды берите фирменные. С Китайских говно какое то лезет в шов.
Раз уж есть такая шикарная основа, может лазер купите и спекать порошок будете в аргоне высокой очистки? С вашим подходом - результат будет просто умопомрачительно крутым!
Если бы не проблема загрязнения, изотопы бы до сих пор на калютронах разделяли. Насколько я понял, основной проблемой оказалась именно эта: надо разбирать и чистить/менять покрытие, а вакуум нынче дорог.
Вот на Луне бы.
утечки отлично ищутся ацетоном. брызгать из шприца по швам и стыкам и смотреть на вакуумметр
Еще кстати можно брызгать водой, если дыра не очень большая (по меркам вакуумных дыр, конечно). Эффект в том, что вода, втягиваясь в область низкого давления, замерзает и затыкает собой дыру на некоторое время. И на это время показания вакуумметра улучшаются)))
Если дыра большая, то водой лучше не брызгать, т.к. для вакуумных насосов (любых) это не очень хорошо.
В статье на Хабре, на которую Вы ссыласись, я 7 лет назад оставил комментарий:
https://habr.com/ru/post/233729/#comment_17326751
Не думаете сделать то же самое, что я предлагал там? Наладить мелкосерийное производство мембран для изо- и орто-динамических наушников и динамиков и радовать аудиофилов. Для начала сделать реплику наушников ТДС-7, например.
серебром химически покрыть не пробовали? В аптеке продается ляписный карандаш (нитраты серебра и калия) и там же глюкоза в ампулах, цена +- 250 рублей (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D1%81%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B1%D1%80%D1%8F%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%B0). Дальше гальваника медью, фото чувствительный лак https://www.chipdip.ru/product/positiv-20-200 травление. Я бы проверил только времени и особого желания нет
Видел ваш комментарий. Т.е можно будет сделать плоскую колонку ?
Ну, главная фишка таких динамиков - высокая верность звука, поэтому они имеют нишу в сфере аудиофильской техники. Подвижная система очень лёгкая, легче, чем у динамической головки. Плюс площадь может быть большая. Плюс она ровная, в отличие от конуса обычного динамика. Минусы - очень низкая чувствительность: в напылённые на мембрану дорожки нужно вкачивать высокую мощность, чтобы выжать нормальную громкость, соответственно, такие наушники требуют усилителя, и не факт что любой подойдёт. У меня на ТДС7 картина такая: если просто воткнуть их в комп или телефон, на максимальной громкости они звучат средне. Есть ЦАП+усилитель Ayima DAC-5A Pro, он их раскачивает. Звук у них в целом очень чистый и детальный, но они у меня старые, чиненые и в целом их реставраторы говорят, что в стоке они редко бывают хороши, надо подбирать мембраны, демпфировать и т.д. Из современных есть всякие Fostex на том же принципе из относительно недорогих моделей.
Можно сделать и плоскую. Но магнитная система и корпус всё равно будут иметь какую-то толщину. Думаю, для относительно большого динамика будет потоньше динамической головки, но не радикально. Хотя когда делали ТДС-7, магниты были простые, а сейчас есть сильные неодимовые, которые можно взять потоньше.
Насчет 3D принтера, можно попробовать просто плавить металлическую проволоку, тем же самым путем как это делается в пластиковых 3D принтерах и наносить послойно.
То есть, по сути стандартная конструкция, только в вакууме и температуры будут повыше.
Конечно, реализовать все это – ой как не тривиально. ;)
Для этого вакуум даже не нужен)
Есть проекты , где на основе полуавтомата люди делают 3д принтер.
Ну да, можно и в защитной среде.
Но дуга мне лично не очень нравится. Я бы попробовал все-таки с резистивном плавлении и экструзией через тонкое отверстие.
Мне кажется, что плохая адгезия будет. Но тут пока не попробуешь - не узнаешь )
Не будет. Это по сути пайка металлом поверх того же самого металла, только уже застывший. Важно только чтобы окислы не были и поэтому надо или в вакууме или в защитном газе.
Так пайка - это когда металл соединяют вторым металлом, а сварка - один и тот же. Когда варишь и летят брызги расплавленного металла, то они довольно плохо прикрепляются.
Брызги летят, потому что мощность сварочный дуги слишком большая. И температура тоже. Часть металла окисляется (несмотря на защитный газ) окислы кипят и все это летит.
В вакууме или если полностью в защитной среде, и если температура контролируется точнее, ничего этого не будет.
А пайка это или сварка – вопрос терминологии. Пусть назовем это "наплавление".
Если уж заморачиваться с послойным нанесение металла, я бы в первую очередь рассматривал электролиз, там же гораздо проще подвести металл в нужную точку и на кухне эксперементировать, ну нужно дорогостоящее оборудование, скорость процесса довольно высокая. Не рассматривали?
Видел уже подобное. Но результат как у меня, примерно.
Не смог удержаться. Вакуумная помпа на картинке (ATH500M) с вероятностью 99% прошла через мои руки в процессе изготовления.
Я точу для них турбины, внешний корпус, картер и статоры.
Приятно видеть наш продукт.
Удивляет только то, что штука эта дорогая, и как она оказалась в частных руках для экспериментов.
Ещё хочу отметить, что автор довольно близко описал процесс поиска протечек.
Мы их именно так и ищем при сборке.
Из помпы откачивается воздух до 10 -6 и затем чистым гелием ищут протечки.
Автор, а реально попробовать подать на лодочку с металлом, допустим, заряд со знаком минус, и на корпус тоже минус, а на объект, на который нужно напылять - со знаком плюс. Ну грубо говоря, использовать какую-то электрофорную машину, которая постоянно бы поддерживала такую полярность.
Вот я хочу это попробовать.
Ещё мысль. Довольно футуристичная, но всё же. Читал когда-то статьи, как звуком научились перемещать маленькие объекты. Скорее всего сложная технология и вряд ли поможет, но как концепт поисследовать можно.
Если попробовать порыть в лазерных технологиях?
Ещё кучку лет назад создали какой-то лазерный очиститель ржавчины, помню. Мб есть обратный процесс какой-то? Или лазер поможет, например, напекать/припекать металл на/к поверхность/и ?
Вы сейчас описали ультразвуковую левитацию.
По лазерам нечто подобное видел, статью если найду-скину.
По моему интереснее разогнать каким то образом в вакууме металлический порошок до скоростей порядка 500-1000 м/сек причем зарядить его скажем электронной пушкой и рисовать а-ля лучом осциллографа. Идеологически это очень похоже, но порошок в отличии от пара долго сохраняет толщину пучка и не растекается по камере.
Очень круто для такого уровня производства, удачи вам в ваших начинаниях
Самодельный 3D-принтер, печатающий металлом, но что-то пошло не так