Обеспечение технологической надежности сверхвысоковакуумного автоматизированного оборудования посредством использования нанотрибологических характеристик
Диссертация
Показано, что для уточнения теоретической модели, особенно в диапазоне покрытий от ©-Е = 1 до ©-Е = 2, формируемых в диапазоне давлений от 101 до 10−2 Па, необходимо проведение экспериментальных исследований, уточняющих принятое распределение энергии связи «сорбат-твердое тело» — показано, что уравнение БЭТ дает существенную погрешность в определении коэффициента трения в диапазоне от 02… Читать ещё >
Содержание
- 1. Анализ требований современного автоматизированного оборудования электронной техники к парам сухого трения
- 1. 1. Анализ противоречий между требованиями, предъявляемыми к надежности функционирования и параметрической к надежности вакуумного привода
- 1. 1. 1. Анализ требований к механизмам сухого трения, работающим в вакууме и контролируемых средах
- 1. 1. 2. Анализ механизмов, использующих пары сухого трения
- 1. 1. 3. Анализ противоречий между требованиями, предъявляемыми к вакуумному приводу
- 1. 2. Вопросы повышения производительности автоматизированного оборудования электронной техники
- 1. 2. 1. Анализ влияния надежности на производительность технологического оборудования электронной техники
- 1. 2. 2. Регулирование надежности функционирования
- 1. 2. 3. Регулирование параметрической надежности
- 1. 3. Теоретические предпосылки регулирования долговечности и надежности приводов автоматизированного оборудования электронной техники
- 1. 4. Анализ существующей теории трения
- 1. 1. Анализ противоречий между требованиями, предъявляемыми к надежности функционирования и параметрической к надежности вакуумного привода
- Выводы к Главе 1
- 2. Теоретические аспекты сухого трения
- 2. 1. Физические основы теории сухого трения
- 2. 2. Анализ трения в различных диапазонах покрытия
- 2. 2. 1. Вязкостная составляющая силы трения
- 2. 2. 2. Капиллярная составляющая силы трения
- 2. 2. 3. Адгезионно-вязкостное трение
- 2. 2. 4. Адгезионное трение
- 2. 2. 5. Когезионное трение
- 3. Экспериментальное исследование сухого трения
- 3. 1. Методика исследования
- 3. 2. Экспериментальное оборудование
- 3. 3. Экспериментальные исследования коэффициента трения покоя как функции давления
- 3. 3. 1. Исследования коэффициента трения покоя в атмосфере воздуха
- 3. 3. 2. Исследования коэффициента трения покоя в атмосфере азота
- 3. 3. 3. Исследования коэффициента трения покоя в атмосфере кислорода
- 3. 3. 4. Исследования коэффициента трения покоя в атмосфере паров воды
- 3. 3. 5. Зависимость коэффициента трения покоя от числа циклов скольжения
- 3. 3. 6. Зависимость коэффициента трения покоя от температуры
- 4. Практическое использование результатов работы
- 4. 1. Методика расчета коэффициента «сухого» трения при различных степенях вакуума
- 4. 2. Методика расчета потока внезапных отказов механизмов автоматизированного оборудования
- 4. 3. Фрикционный вакуумметр
Список литературы
- Александрова A.T. Оборудование электровакуумного производства. — М.: Энергия, 1974.-384 с.
- Ашинов С.А., Блинов И. Г., Деулин Е. А. Анализ путей развития оборудования для нанесения тонких пленок в вакууме // Обзоры по электронной технике. Сер.7. Технология, организация производства и оборудование. -М.: ЦНИИ «Электроника», 1978. 40 с.
- Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. М.: Физматгиз, 1963.-472 с.
- Бородин Ф.М., Онищенко Д. А. Фрактальная шероховатость в задачах контакта и трения (простейшие модели) // Трение и износ. 1993. — Т. 14, № 3. — С. 452−459.
- Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел: Пер. с англ. / Под ред. д-ра техн. наук И. В. Крагельского. М.: Машиностроение, 1968. -544 с.
- Блинов И.Г., Данилин Б. С., Пупко В. А. Вопросы эксплуатационной надежности установок вакуумного напыления // Электронная техника. Сер. 10. Технология и организация производства. 1970. — Вып.З. — 40 с.
- Вакилов А.Н., Мамонова Н. В., Прудников В. В. Адгезия металлов и полупроводников в рамках диэлектрического формализма. // Физика твердого тела. 1977. — Т.39, № 6. — С.964−967.
- Волчкевич Л.И. Надежность автоматических линий. М.: Машиностроение, 1969. — 308 с.
- Гаценко А.А. и др. Исследование силы сухого трения гладких поверхностей Si02 Si02 в зависимости от степени вакуума // Вакуумная наука и техника: Материалы 5-й научно-технической конференции. — Гурзуф, 1998. — С.42−43.
- Глазов В. М, Ломов А. Л. Поверхностные явления и адсорбция в полупроводниках. -М.: МИЭТ, 1980. 72 с.
- ГОСТ 27.002−83. Надежность в технике. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1983. — 30 с.
- ГОСТ 27.503−81. СТ СЭВ 28 336−81. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Методы оценки показателей надежности. М.: Изд-во стандартов, 1982. — 55 с.
- ГОСТ 21 098–82. Цепи кинематические. Методы расчета точности. М.: Изд-во стандартов, 1984. -26 с.
- Гриб В.В., Лазарев Г. Е. Лабораторные испытания материалов на трение и износ. -М.: Наука, 1968. 142 с.
- Демкин Н.Б. Моделирование фрикционного контакта и его свойства // Трение, износ, смазка (электр. ресурс). 1999. -Т.1, № 3. — 29 с.
- Демкин Н.Б. Упругое контактирование шероховатых поверхностей // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 1959. — № 6. — С.44−51.
- Дерягин Б.В. Молекулярная теория трения и скольжения // Журнал физической химии. 1934. — Т.5, вып.9. — С.1165−1176.
- Дерягин Б.В. Что такое трение? М.: Изд-во АН СССР, 1953.-230 с.
- Дерягин Б.В., Лазарев В. П. Новый закон трения, его экспериментальная проверка и применение к трению минеральных дисперсиоидов // Коллоидный журнал. 1925. — Т.1, Вып.4. — 293−302 С.
- Деулин Е.А., Ашинов С. А. Анализ развития оборудования для нанесения тонкопленочных элементов микросхем // Известия вузов. Машиностроение. 1978. — № 1. — С.171−181.
- Деулин Е. А. Медников С.И., Папко В.М, Расчет, конструирование и особенности эксплуатации механизмов для работы б вакууме. М.: Машиностроение, 1986. — 80 с.
- Деулин Е.А., Вагин Н. С. Сверхвысоковакуумный волновой ввод вращения высокой надежности // Вакуумная техника и технологии. 1998. — Т.8, № 2. — С.17−23.
- Деулин Е.А., Гаценко А. А., Микитюк Э. А. Энергетический подход к расчету силы трения в сверхвысоком вакууме // Вакуумная наука и техника: Материалы 6-й научно-технической конференции. Гурзуф, 1999. — С.78−82.
- Дроздов Ю.Н., Павлов В. Г., Пучков В. Н. Трение и износ в экстремальных условиях. М.: Машиностроение, 1986. — 224 с.
- Дьяченко П.Е. Площадь фактического контакта сопряженных поверхностей. М.: Изд-во АН СССР, 1963. — 92 с.
- Дэшман С. Научные основы вакуумной техники: Пер. с англ. М.: Мир, 1964.-716 с.
- Епифанов Г. И. О двучленном законе трения. Сб. Исследования по физике твердого тела. М.: Изд-во АН СССР, 1957. — 138 с.
- Журавлев В.А. К вопросу о теоретическом обосновании закона Амонтона-Кулона для трения несмазанных поверхностей // Журнал технической физики. 1940. — Т. 10, Вып. 17. — С. 1447.
- Синергетика и фракталы в материаловедении / B.C. Иванова, А.С. Балан-кин, И. Ж. Бунин, А. А. Оксогоев. -М.: Наука, 1994. 384 с.
- Каталог фирмы «Edwards Vacuum Equipment». Crawly (England), 1978. -133 с.
- Каталог фирмы «Leybold-Heraeus»: Schiebedurckfuhring. Kat.№ 882/29. -Hanay (Germany), 1986. 12 c.
- Каталог фирмы «RIBER». 608.10j.595. RUEL Malmaison (France), 1988. -810c.
- Каталог фирмы «RIBER» UHV Short Form 608.10C.22. Manipulation: Single Motion Feedtrough. RUEL Malmaison (France), 1988. — 38 c.
- Каталог фирмы «VARIAN. Varian Vacuum Products». Italy, 1995/1996. -446 c.
- Клементьев Н.М. Температурная зависимость внешнего трения металлов и неметаллов в газах и в вакууме. Воронеж: Центрально-черноземное книжное издательство, 1969. — 136 с.
- Ковальченко М.С. Влияние температуры на характеристики трения некоторых сульфидов, селенидов, теллуридов, тугоплавких металлов // Трение и изнашивание при высоких температурах. М.: Наука, 1973. — С. 133−138.
- Костецкий Б.И. Износостойкость деталей машин. М.: Машгиз, 1950. -168 с.
- Коффин Л.Ф. Исследование металлов в различных средах // Машиностроение. 1957.-№ 11.-С.7−11.
- Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. — 480 с.
- Крагельский И.В., Добычин М. Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. — 525 с.
- Трение и износ в вакууме / И. В. Крагельский, И. М. Любарский, А.А. Гус-ляков и др. М.: Машиностроение, 1973. — 216 с.
- Крагельский И.В., Щедров B.C. Развитие науки о трении. М.: Изд-во АН СССР, 1956.-235 с.
- Куркин В.И. Основы расчета и конструирования оборудования электровакуумного производства. М.: Высшая школа, 1980. — 470 с.
- Лазарев Г. Е. Методика испытаний фрикционных материалов на трение и износ: Дисс. .канд.техн.наук. М., 1963. — 142 с.
- Лашко Н.Ф., Петренко Б. Ю., Слободнюк Г. Я. Пластическая деформация сжатием при высоких температурах // Журнал технической физики. 1936. -Вып.7. — С.24−28.
- Мазель Е.З., Пресс Ф. П. Планарная технология кремниевых приборов. -М.: Энергия, 1974.-384 с.
- Мармер Э.Н., Ферштер Л. Н. Расчет и проектирование вакуумных систем электропечей // Библиотека электротермиста. 1960. — Вып.31. — 39 с.
- Механика и физика точных вакуумных механизмов: Моногр.- В 2 т. / А. Т. Александрова, Н. С. Вагин, Н. В. Василенко и др.- Под ред. Е.А. Де-улина. Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-т, 2001. — Т. 1. — 176 с.
- Методика оптимизации периодичности проведения замен технических устройств / ГКС СМ СССР. М.: Изд-во стандартов, 1975. — 31 с.
- Морачевский А.Г., Сладков И. Б. Физико-химические свойства молекулярных соединений (экспериментальные данные и методы расчета): Справ.изд. СПб: Химия, 1996. — 312 с.
- Неволин В.К., Фазылов Ф. Р., Шермегор Т. Д. Энергия адгезии металлов и полупроводников // Поверхность. 1983. — Вып. 1. — С.79−83.
- Нестеров С. Б. Зилова О.С. Об уравнении изотерм сорбции гелия на криос-лоях азота и аргона. // Вакуумная наука и техника: Материалы 6-й научно-технической конференции. Гурзуф, 2000. — С. 136−141.
- Носовский И.Г. Влияние газовой среды на износ металлов. Киев: Техника, 1968.- 180 с.
- Первозванский А.А. Трение сила знакомая, но таинственная // Соросов-ский образовательный журнал. — 1998. — № 2. — С. 129−134.
- Пинегин С.В., Гудченко В. М. Экспериментальное исследование влияние вакуума на процесс контактного разрушения сталей // Машиноведение. -1965.-№ 1.-С.119−126.
- Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. — 308 с.
- Проспект фирмы «Leisk». RM Series Rotary motions, 04.003.180. Hastings (England), 1981.-2 c.
- Проспект фирмы «МЕСА»: Transfer RODS Preliminary broshure 4015. -Vernuvillet (France), 1990. 12 c.
- Проспект фирмы «ULVAC», Rotary motion feedthrough, Model TDU-8, № E2302. Tokyo, 1977 — 20 c.
- Проспект фирмы «Vacuum Generators. Vacuum Component Catalogue. Rotary Drives». Hastings (England), 1981. — 320 c.
- Прудников В.В., Прудников П. В., Федоренко А. А. Мультикритическое поведение неупорядоченных систем с двумя параметрами порядка // Физика твердого тела. 2000. — Т.42, Вып.1. — С.158−162.
- Раков В.И., Соколова Р. И. Исследование трения металлов в вакууме // Журнал технической физики. 1939. — Т.9, № 9. — С.786−789.
- Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. М.: Советская наука, 1958. -380 с.
- Решетов Д.Н. Детали машин. М.: Машиностроение, 1974. — 656 с.
- Рот А. Вакуумные уплотнения: Пер. с англ. М.: Энергия, 1971. — 464 с.
- Рябов В.Т. Вопросы обеспечения оптимального уровня надежности автоматизированных конвейерных линий электровакуумного производства на этапе эксплуатации // Труды МВТУ. 1980. — № 334. — С.59−68.
- Степаньянц Ю. Р. Морозов В.В. Методика оценки параметрической надежности технологического оборудования // Труды МВТУ. 1980. — № 334. -С.46−58.
- Технологическая инструкция сканирующего зондового микроскопа Solver-Р47Н. М.: ЗАО «НТ-МДТ», 2002. — 150 с.
- Трение, изнашивание и смазка: Справ.- В 2 кн. / Под ред. И.В. Крагельско-го и В. В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. — Кн. 1. — 400 с.
- Трение, изнашивание и смазка: Справ.- В 2 кн. / Под ред. И.В. Крагельско-го и В. В. Алисина. М.: Машиностроение, 1979. — Кн.2. — 358 с.
- Физико-химические свойства окислов: Справочник / Под ред. Г. В. Самсо-нова М.: Металлургия, 1969.-456 с.
- Заявка на патент № 2 003 101 192. Фрикционный вакуумметр. / Е. А. Деулин, А. А. Гаценко, Н. В. Рябов, Р. А. Невшупа (Россия). Заявлено 17.01.2003.
- Хруничев Ю.А. Анализ производительности оборудования для производства электронных приборов // Электровакуумное машиностроение: Межвузовский сборник. -М.: МИРЭА. 1978. -Вып.2. — С.46−71.
- Хруничев Ю.А. Техпроцесс основа проектирования оборудования полупроводникового и электровакуумного производства // Труды МВТУ. -1978. — Вып.267. — С.5−17.
- Цветков Ю.Б. Прогнозирование совмещаемости топологических рисунков при фотлитографии // Труды МВТУ. 1980. — № 334. С.36−45.
- Шаумян Г. А. Комплексная автоматизация производственных процессов. -М.: Машиностроение, 1973. 639 с.
- Ahmed S.I.-U., Scherge М., Schaefer J.A. Microtribological properties of self assembled monolayers II GfT Jahrestagung. 1999. — P. 1−8.
- Archard J.F. Contact and rubbing of flat surfaces // J. Appl. Phys. 1953. -V.24, № 8. — P.981−988.
- Bluhm H., Inoue Т., Salmeron M. Friction of ice measured using lateral force microscopy // Phys. Rev. B. 2000. — V.61, № 11. — P.7760−7765.
- Bowden F.P., Greenwood J.H., Imai M. Lubrication at high temperature of refractory solids //Proc. Roy. Soc. London A. 1968. — V.304. — P. 157−169.
- Bowden F.P., Hanwell A.E. Friction and wear of diamond in high vacuum // Nature. 1964. — V.201. -P.1279−1281.
- Bowden F.P., Hughes T.P. The friction of clean metals and the influence absorbed gases//Proc. Roy. Soc. London A. 1939. — V.172. — P.263−269.
- Bowden F.P., Tabor D. The area of contact between stationary and moving surfaces//Proc. Roy. Soc. 1957. — V.204, № 5311. — P.667.
- Brinker J. Mega benefits, microsystems // Sandia Technology. 1999. — V. l, № 2. — P.2−6.
- Brunauer S., Emmett P.H., Teller E. // Journ. Amer. Chem. Soc. 1938. -№.60. — P.309.
- Buckley D.H. Friction, wear and lubrication in vacuum. Washington, USA: NASA Lewis Research Center, 1971. — 135 p.
- Buckley D.H., Johnson R.L. Influence of crystal structure on friction characteristics of rare-earth and related metals in vacuum to 10"10 mm. Hg // ASLE Paper. № 64, LC-26.
- Chapmen J., Pascoe M., Tabor D. The friction and wear of fibres // J. Textile In-stit. 1955.-V.46, №l.-P.42−48.
- Coffin L.F. A study of the sliding of metals with particular reference to atmosphere // J. Lub. Eng. 1956. — V. 12, № 1. — P.50−58.
- De Haas E. The harmonic drive as UHV rotary motion feedthrough // Nuclear Inst, and Methods. 1976. — № 137. — P. 435−439.
- Deulin E.A. Exchange of gases at friction in vacuum // ECASIA-97. Geteborg, 1997.-P.l 143−1146.
- Deulin E.A., Gatsenko A. A. Friction force as a function of residual pressure in vacuum // 9th Nordic Symposium on Tribology «NORDRIB 2000». Espoo (Finland), 2000. — V.3. — P.849−854.
- Deulin E.A., Gatsenko A.A. Friction force of smooth surfaces as a function of ultra high vacuum // International Tribology Conference: Synopses. Nagasaki (Japan), 2000.-P.225.
- Deulin E.A., Gatsenko A.A., Loginov B.A. Friction force of Si02-Si02 as a function of residual pressure // Surface Science. 1999. — № 433−435. — P.288−292.
- Deulin E.A., Gatsenko A.A. Mikituk E.A. Friction force as a function of surface coverage variation // Abstract of papers of 2nd World Tribology Congress. Vienna (Austria), 2001. -P.36.
- Deulin E.A., Nevshupa R.A. Deuterium into the bulk of a steel ball of a ball bearing due to its rotation in vacuum // Applied Surface Science. 1999. -№ 144−145.-P.283−286.
- Deulin E.A., Vagin N.S., Wear and longevity of UHV harmonic rotary feed-through//ECASIA'97. Goteborg (Sweden), 1997. -P.l 175−1180.
- Fujii Y., Ishimaru H. Desorption from ball bearings in ultrahigh vacuum // J.Vac.Sci.Technol. 1991. — A 9. — P.2017−2020.
- Graf D., Grundner M., Schulz R. Reaction of water with hydrofluoric acid treated silicon (111) and (100) surfaces // J. Vac. Sci. Technol. A. 1989. — V.7, № 3. — P.808−813.
- Gunbel L., Reibung U. Schmierung im maschinenbau. Berlin, 1925. — 126 p.
- Hayashi Y. Development of the harmonic drive rotary feedthrough // Vacuum. -1990. V.41. — P. 1948−1950.
- Hisakado T. On the mechanism of contact between solid surfaces // Bull. JSME.- 1970. V.13, № 55. — P.129−139.
- Hruby J. New materials for microsystems // Sandia Technology. 2000. — V.2, № 4. -P.7−8.
- Israelachvili J.N. Intermolecular and surface force. London: Academic press limited, 1991.-452 p.
- Lincoln B. Elastic deformation and the laws of friction // Nature. 1953. -V.172. — P.169.
- Ling F.F. On asperity distributions of metallic surfaces // J. Appl. Phys. 1958.- V.29, № 8. P. 1168−1174.
- Miranda P.B., Shen L.X. and Salmeron M. Icelike Water Monolayer Adsorbed on Mica // Phys. Rev. Letters. 1998. — V.81, № 26. — P.5876−5879.
- Nevshupa R. A., Segovia J. L. Outgassing from stainless steel under impact in UHV // Vacuum. 2002. — V.64. — P.425−430.
- Nevshupa R.A., Sherge M., S.I.-U. Ahmed. Transitional microfriction behavior of silicon induced by spontaneous water adsorption // Surface Science. 2002. -№ 517. — P.17−28.
- Onious R.A., Archard J.F. The contact of surfaces having a random structure // J. Physics D. 1973. — V.6, № 3. — P.289.
- Opitz A. et al. Friction of thin films: a nanotribological study // Surface Science.- 2002. № 504. — P. 199−207.
- Peressadko A.G., Nevshupa R.A., Deulin E.A. Mechanically stimulated out-gassing from ball bearings in vacuum // Vacuum. 2002. — V.64. — P.451 -456.
- Rodgers S., Sniegowski J. Building a better microsystem // Sandia Technology. -1999. V. l,№ 4.-P.8−9.
- Salamon G. De Gee A.W., Zaat J.H. Mechanochemical factors in MoS2 film lubrication // Wear. 1964. — V.7. — P. 106−110.
- Scherge M., Li X., Schaefer J.A. The effect of water on friction of MEMS // Tribology Letters. 1999. — № 6. — P.215−220.
- Shaw P.E., Leavey E.W. On the friction of dry solid in vacuo // Phyl. Mag. -1930.-V.10.-P.809.
- Sherge M., Gorb S.N. Biological Micro- and Nanotribology. Berlin: Springer, 2001.-300p.
- SMM-2000T. Users manual. Moscow: KPD Company Ltd., 1997. — 135 p.
- Sullivan J., Friedmann T. Sandia creates world’s first diamond micromachines // Sandia Technology. 2000. — V.2, № 1. — P.9.
- Tomlinson G.A. Molecular theory of friction // Phill Mag. 1929. — V.7, № 46. — P.905−939.
- Vitko J. At Sandia. Microsystem abound // Sandia Technology. 1999. — V. l, № 2. — P.8−16.
- Whitehouse D.J., Archard J.F. The properties of random surfaces of significance in their conact // Proc. Roy. Soc. A. 1970. — V.316, № 1524. — P.97−121.
- Wiegand H., Heinke G. Modellwerschleibuntersuchungen an metallichen werk-stoffpaarungen im valcuum bis zu Druken von 10"9 torr // Metalloberflache. -1969. -B.23, № 2. -S.56−59.
- Wilson R.R. A Vacuum tight sliding seal // Rev of Sci Instr. — 1941. — V. l2, № 91. — P.91−93.