تكسية في الفراغ

التكسية في الفراغ Vacuum coating، هي كيفية تُكسى بها سطوح البتر المعدنية أوالزجاجية أوالخزفية أوالبلورات نصف الناقلة أوالمواد اللدائنية أوالورق أوالنسج أوغيرها بتبخير معادن صرف ومزائج معدنية في حيِّز محكم الإغلاق ومنخفض الضغط (فراغ نسبي). وقد اتسعت هذه الطريقة حتى ضمت تبخير بعض المركبات المعدنية كالأكاسيد والفلوريدات والكبريتيدات والنتريدات وغيرها.

ويكون الفراغ المستعمل شديداً عادة، ويراوح بين 10-4 و10-6 طُرّاً torr (الطر واحدة ضغط تعادلمليمتراً واحداً من عمود الزئبق) باستثناء حالة الإلباس بالمعادن بالذرّ المهبطي cathodic pulverization الذي يُسمح فيه، بعد الحصول على ضغط متبق موافق لفراغ شديد، بإدخال غاز صرف، هوالهدروجين عادة، وفي حيّز العمل، وذلك للوصول إلى الضغط المتبقي في منطقة الفراغ الدقيق (10-1 طراً تقريباً).

مبادئ عامة

حيز الإلباس بالمعادن في الفراغ.

يمكن من حيث المبدأ إلباس جميع جسم بالمعادن في الفراغ، سواء أكان الجسم ناقلاً أم عازلاً، شريطة حتىقد يكون توتر بخاره ضعيفاً لكي يمكن وضعه في حيز ذي فراغ، وإيصال الضغط في هذا الحيز إلى القيمة 10-3 طرّاً، وإن أطلق هذا الجسم غازاً أوابتدأ بالتصعد.

وتوضع المادة المراد تبخيرها في هذا الحيز الخالي من الهواء، وتسخَّن بطريقة الإلباس التقليدي بالمعادن المسماة الإلباس بالمعادن بالتبخر الحراري؛ وفيها يتم التسخين بإمرار تيار كهربائي في أسلاك تنغستن رفيعة أوبالقذف الإلكتروني، فتتوضع الأبخرة الحاصلة على الأمور المراد إلباسها والموضوعة في هذا الحيز حول مصدر التبخر. إلى غير ذلك يتم الحصول على توضع منتظم نسبياً يراوح ثخنه بين عدة طبقات ذرية و10 مكرونات تقريباً، وذلك بحسب مدة التبخر.

ويكون المسار الوسطي للجزيئات نحومتر واحد إذا كان الضغط المتبقي في حيز الإلباس بالمعدن 10-4 طراً تقريباً، فإذا كانت المسافة الوسطى بين مصدر التبخر والأمور المراد إلباسها بالمعادن مساوية 0.3 م فقط، فإن أغلب دقائق المادة تمضى مباشرة من مصدر التبخر إلى القِطَع المراد إلباسها بالمعادن من دون حتى تصطدم بجسيمات أخرى (جزيئات الطور الغازي المتبقي أوذراته)، وبالتالي لا تتعرّض هذه الجسيمات للأكسدة، إلى غير ذلك تكون التوضعات الحاصلة على السطوح الملساء في أغلب الحالات كاملة اللمعان (الألمنيوم والمضى والفضة وغيرها). وفي طور التبخر والإلباس بالمعدن، الذي يستغرق عادةً بضع ثوان إذا بقي الضغط في الحيز منخفضاً إلى درجة كافية (فراغ جزيئي، أي ضغط متبق أدنى من 10-3 طراً)، تكون مسارات الذرات المعدنية أوالجسيمات الصِغْرية، إذا وجدت، مسارات مستقيمة تنطلق في جميع الاتجاهات بدءاً من مصدر التبخر مكونةً حزمة ذرية حقيقية. فالجسيمات التي تبتر مساراتها القِطَع المراد إلباسها هي التى تكوِّن التوضع المفيد، وتنتقل الجسيمات الأخرى بالقرب من سطوح البتر المراد إلباسها بالمعادن، وتتثبت على جدران الحيز أوعلى حوامله الداخلية. وفي الحالة التي لا يراد فيها إلاّ إلباس سطح القِطع بالمعدن جزئياً يوضع حجاب بين مصدر التبخر والبترة المراد إلباسها بالمعدن، ويحتوي هذا الحجاب على فتحات لا توافق إلا المناطق المراد إلباسها. ويُحصل على طبقات رقيقة ذات نقاء ذري عند العمل في فراغٍ يكادقد يكون تاماً وبمعادن في منتهى النقاء وفي أحياز عمل تواكبها مضخات شاردية أوجزيئية عنفية أو«قرِّيّة» (شديدة البرودة).

يعد الإلباس بالمعادن بالذر المهبطي في ضغط منخفض تقنية جديدة في الإلباس بالمعادن في الفراغ المنخفض، وهويستعمل على وجه الخصوص في الإلكترونيات الصِّغْريِّة. وبعد بلوغ الفراغ الشديد في حيز العمل قيمةً من رتبة 10-5 طرّا ً يُدخل فيه غاز صرف هوالهدروجين عادةً حتى يبلغ الضغط نحو10-1 طرّاً. وعندئذ يُفجَّر انفراغ كهربائي يسمى الانفراغ البارد بين صفيحة مصنوعة عادة من الألمنيوم (المهبط) وموضوعة فوق القِطَع المراد إلباسها بالمعادن، والمتصلة هي نفسها بالقطب الموجب لمولد كهربائي ينتج كموناً قدره بضعة كيلوفلطات. ويرافق هذا الانفراغ الكهربائي تذرر المهبط المصنوع من الألمنيوم، وتتوضع المادة المنتزعة من المهبط على القِطَع المراد إلباسها. وتعطي هذه الطريقة عادةً توضعاً أشد نقاء وأجود التصاقاً من الإلباس التقليدي بالمعادن بكيفية التبخر الحراري.

الاستعمال

إن الإلباس بالمعادن يُعَدِّلُ خاصيات السطح تعديلاً جوهرياً كالناقلية (الموصلية) الكهربائية والانعكاس والمظهر والفعالية الكيمياوية للطبقة السطحية وغيرها. وهويستعمل في المقام الأول في الحالات التالية:

تحسين المظهر الزخرفي وتوضّع طبقة مضادة للائتكال: إذا إلباس الأمور بالمعادن لإعطائها هيئةً أكثر زخرفةً هي عملية ذات فائدة جوهرية في صناعة المواد اللدائنية وصناعة الزجاج مثل كرات الزينة المستعملة في الأعياد والحلي غير الثمينة وملحقات صناعة السيارات (القبضات، حوامل المساند، عاكسات النور وغيرها) والألعاب وسلع الدُّرْجَة (الموضة). كما تلبس بالمعادن أيضاً الأمور العادية المصنوعة من مواد غير ناقلة (موصلة) للكهرباء لإخضاعها بعد ذلك إلى المعالجة بالتلبيس بالكهرباء. ويُلجأ إلى الإلباس بالمعادن في بعض الحالات من أجل ترسيب أجسام نبيلة كالمضى على البتر المعدنية بغية حمايتها من الائتكال، كما تلبس بعض المواد النسيجية المستعملة في التزيين، وكذلك شرائط الورق والمواد اللدائنية المستعملة في خلق المكثفات وفي تغليف المنتجات الحساسة بالضوء.

إلباس القِطَع في الصناعة الضوئية: يراد بهذا الإلباس إكساء عاكسات المنارات بالمعادن، وتفضيض المرايا الزجاجية وإلباس عاكسات النور والطبقات المرشحة للإشعاعات الضوئية أوالحرارية أوغيرها.

صنع العناصر الإلكترونية الصِّغْرِيّة: يستعمل الإلباس بالمعادن في الفراغ في الإلكترونيات الصِغْرية لصنع الدارات المطبوعة والدارات المدموجة (المتكاملة) إلى غير ذلك يُحصل على مقاومات هذه الدارات بالإلباس بالنيكل ـ كروم والكُنْستنْتان والتنتاليوم ونتريد التنتاليوم ونتريد التيتانيوم وأكسيد القصدير والخزف الممعدن ( Cr+SiO( cermet مثلاً. وتصنع لبوسات المكثفات بالألمنيوم المبخَّر حرارياً وبالتنتاليوم المتوضع بالرذّ في الفراغ، كما تصنع مادتها العازلة كهربائياً بأكاسيد السيلسيوم أوالتنتاليوم أوالألمنيوم المتوضعة في الفراغ. ويتم الحصول على المُحارضات inductances بتوضيع طبقة من الكروم ـ المضى، فإذا لم يكن الثخن الحاصل بالإلباس بالمعادن كافياً يتمم هذا العمل بتوضيع كهرلي. وتُحقَّق الوصلات الداخلية بالإلباس بالمعادن في الفراغ بالألمنيوم أوالسبائك الخليطة التي أساسها الكروم.

معدات العمل

جهاز يشغل آليا يعمل على تثبيت ضغط المانع.

تتضمن منشأة الإلباس بالمعادن في الفراغ، إضافة إلى مجموعة الضخ والصندوق الذي يجمع أجهزة القياس والتحكم والقيادة، حيزَ عمل معدنياًقد يكون عادة معداً لحضن مصدر التبخر والبتر المراد معالجتها. أما في التجهيزات الكبيرة الإنتاج جداً فيقرن الحيز بحجيرة أوأكثر تتيح شحن الحيز بالبتر المراد معالجتها وتتيح تفريغها مع الحفاظ على الضغط الشديد الانخفاض الذي يسود في الحيز.

أسلوب التشغيل

يتوقف انتظام التوضع على القِطَع المعقدة الشكل على المسقط في الحيّز الفراغي، وعلى مسقط هذه البتر بالنسبة إلى مصدر التبخر، وعلى حركاتها النسبية. لذلك تُثبّت البتر عادةً على «برميل» صغيرقد يكون في مركز الحيز الأسطواني، ويكون مصدر التبخر منطبقاً على محور هذا الحيز. وفي طور التبخر يدور البرميل مع ما يحمل من بتر حول مصدر التبخر كيقد يكون ثخن التوضع المعدني على جميع البتر وأجزائها متماثلاً. ويُستعمل في حالة الجسم الكثير التعاريج برميلٌ صغير ذوأسياخ تدور بحركات «كوكبية»، وقد ثُبِّتت البتر على حوامل تدور مع هذه الأسياخ المرتبة حول البرميل، وتدور حول نفسها في الوقت الذي يدور فيه البرميل حول مصدر التبخر. وعندما يراد حتى يتوضع شيء على بعض أجزاء البتر تُوضع لصيقات على هذه الأجزاء لحجبها.

وعادة تصقل البتر المراد إلباسها بالمعادن قبل إجراء العملية لأن التوضع الحاصل بالإلباس بالمعادن توضعٌ قليل الثخن جداً، فلاقد يكون أملس ولماعاً إلا إذا كان الحامل نفسه أملس كليةً ومصقولاً مسبقاً.

وتنظف البتر قبل ذلك وتزال عنها الدهون والشحوم لتسهيل وضع هذه البتر في الفراغ وتفادي حتى يحول التبخر البطيء لهذه المواد العضوية دون بلوغ الفراغ المرغوب فيه بسرعة من جهة، ولتحسين التصاق التوضع الحاصل من جهة أخرى. وغالباً ما يتمم الإلباس بالمعادن بالدفق الكهربائي effluvation، وذلك بتفجير «انفراغ» بالدفق الكهربائي عندما تكون البتر في الضغط مما ييسِّر تبخر الأجسام الغريبة الممتصة على سطح البتر المراد إلباسها بالمعادن، ويسرِّع نزع الغازات من البتر المراد معالجتها.

ولما كان التوضع بعد الإلباس بالمعادن قليل الالتصاق وسهل التأكسد في حالة توضع الألمنيوم، ولذلك فإن البتر الكثيرة التداول تطلى في غالب الأحيان بطبقة من برنيق عديم اللون بعد إلباسها في الفراغ لحمايتها.