Speciální technologie

Skupina speciálních technologií se zabývá:

• Vývojem technologií a konstrukcí technologických zařízení, která představují nezbytné zázemí pro stavbu elektronově optických přístrojů pracujících ve vakuovém, resp. ultravysokovakuovém prostředí. Mezi tyto technologie patří především svařování a obrábění elektronovým svazkem, pájení ve vakuu, vývoj a výroba vakuových průchodek apod.
• Magnetronovým naprašováním, kterým vytváří povlaky např. Al, Si ,Mo, Ti, Ni, Ag, C, ITO, Nb, W, TiN, Si₃N₄, SiO₂ a jejich kombinací. Skupina zvládla přípravu multivrstvých systémů pro rentgenovou optiku, tvořených dvouvrstvami nanometrových tlouštěk o sumární tloušťce desetin mikrometru s přesností v oblasti desetin nanometru.
• Vakuovým napařováním elektronovým svazkem a spektrofotome­trickým měřením jejich spektrální odrazivosti a propustnosti.
• Otěruvzdornou ochranou nástrojů perspektivními povlaky uhlíku, nitridu uhlíku, nanostrukturovaných multivrstev a nanokompozitů na bázi uhlíku.
• Charakterizací tvrdých otěruvzdorných povlaků dynamickým impaktním testerem (jako jedno ze dvou pracovišť v ČR).

Svařování elektronovým svazkem

Svařování elektronovým svazkem patří mezi tavné způsoby spojování materiálů a používá se k němu fokusovaný svazek elektronů s vysokou energií 30 keV až 200 keV. Při dopadu elektronů je jejich kinetická energie přeměněna v teplo, které lokálně ohřívá svařované součásti. Svařování probíhá zpravidla bez přídavného materiálu a v závislosti na parametrech aparatury lze na jeden průchod spojovat značné tloušťky materiálu . Celý proces probíhá ve vakuu o tlaku 10−2 až 10−3 Pa, které funguje jako „ochranná atmosféra“ umožňující svařovat i reaktivní kovy (např. Ti). Nelze však svařovat kovy s vysokou tenzí par (např. Zn, Cd, Mg). Přes vysokou finanční náročnost si elektronové svařování svými charakteristickými a unikátními vlastnostmi vydobylo pevné postavení v mnoha významných průmyslových odvětvích, jako např. v automobilovém, jaderném, kosmickém a leteckém průmyslu. 

K hlavním výhodám elektronového svařování patří:

• vysoký poměr hloubky svaru k jeho šířce, blížící se hodnotě 25:1, a to s charakteristickým nožovým průřezem,
• hluboké průvary na jeden průchod (až desítky centimetrů),
• svařování kovových materiálů bez ohledu na jejich tavicí teplotu,
• minimální rozměr tepelně ovlivněné oblasti a následně i její minimální deformace,
• vysoká produktivita svařování,
• čistota svaru, vakuové přetavení kovu.

Pracoviště ÚPT je vybaveno třemi elektronovými svářečkami vlastní výroby, které mají válcovou komoru a manipulátor zajišťující rotaci a vertikální posuv svařované součásti. U všech aparatur může být poloha elektronového děla na komoře volena tak, že jeho osa je buď kolmá na osu rotačního manipulátoru nebo s ní rovnoběžná a je tedy možné provádět radiální nebo axiální svary. Technické parametry systémů jsou následující:

• Modernizovaná elektronová svářečka ES-2 s komorou o průměru 600 mm a hloubce 490 mm je vybavena elektronovou tryskou 50 kV/1,5 kW.
• Stolní elektronová svářečka SES-1 s komorou o průměru 235 mm a hloubkou 165 mm umožňuje zvětšit komoru pomocí nástavců a obsahuje elektronovou trysku 50 kV/1,5 kW. Svařenec je možné pozorovat v režimu rastrovacího elektronového mikroskopu (REM režim).
• Experimentální stolní elektronová svářečka MEBW-60/2-E má komoru se stejnými rozměry jako SES-1, ale je vybavena elektronovou tryskou 60 kV/2 kW. Elektronika svářečky je plně digitalizovaná a přes ovládací pult lze svařovat v několika základních režimech. Ovládání procesu přes osobní počítač umožňuje i pokročilé režimy jako svařování po křivce a gravírování (lokální řízené přetavování povrchu).

Aplikace elektronové svářečky:

• vakuové komponenty (fitinky, ventily),
• komponenty pro jadernou energetiku (např. tepelné výměníky),
• kombinace kovů s rozdílnými fyzikálními vlastnostmi (např. hliník s titanem, niklem nebo stříbrem, měď s nerezí, titan s ocelí apod.),
• svařování těžko tavitelných kovů jako molybden nebo wolfram,
• svařování reaktivních kovů jako zirkon apod.

Kontakt:
Ing. Martin Zobač, PhD.
e-mail: zobac@isibrno.cz
tel: +420 541 514 297

Ing. Ivan Vlček, PhD.
email: iv@isibrno.cz
tel: +420 541 514 297

Podrobnější informace: http://ebt.isibrno.cz/Svarovani

Vakuové pájení a žíhání

Skupina speciálních technologií disponuje rozsáhlými zkušenostmi s vakuovým pájením, a to např. stříbrem, mědí nebo niklovou pájkou. Ke spojování kovů s křehkými nekovovými materiály zavedla pájení tvárnými aktivními pájkami. Totéž zařízení se využívá i k žíhání součástek ve vakuu.

Pracoviště ÚPT disponuje dvěma vakuovými pecemi s následujícími parametry:

• Modernizovaná vakuová pec PZ 810 z produkce Tesly Rožnov:
• max. rozměry vsázky: průměr 350 mm, výška 590 mm,
• max. dlouhodobá teplota 1400 °C, molybdenový topný a stínící systém,
• vakuum 5×10^-2 Pa až 1 Pa podle typu vsázky a pracovní teploty,
• IR ohřev molybdenovým topným košem,
• maximální rychlost nárůstu teploty 1500°C za hodinu,
• chladnutí bez použití inertního chladiva (přirozené ve vysokém vakuu),
• doba ochlazování okolo 8 hodin.
• Laboratorní pec vlastní konstrukce, vhodná pro pájení a tepelné zpracování menších součástek:
• rozměry vsázky: průměr 150 mm, výška 200 mm,
• možnost nastavení komory pro pájení trubek o max. průměru 18 mm,
• maximální teplota 1100°C.

Kontakt:
Ing. Martin Zobač, PhD.
e-mail: zobac@isibrno.cz
tel: +420 541 514 297 (společný)

Ing. Ivan Vlček, PhD.
email: iv@isibrno.cz
tel: +420 541 514 297 (společný)

Podrobnější informace: http://ebt.isibrno.cz/Svarovani

Vývoj a výroba vakuových průchodek

Skupina speciálních technologií vyvíjí a vyrábí metodou skleněného zátavu (zátav s kovarovým sklem nebo tlakový zátav) vakuové elektrické průchodky, které lze přivařit na příruby. Na pracovišti jsou dostupné následující kategorie a typy průchodek:

• jednokolíková vakuová průchodka pro teplotní rozsah –196°C až +400°C,
• sedmi- a dvanácti-kolíkové průchodky pro teplotní rozsah –196°C až +400°C,
• proudové průchodky pro teplotní rozsah –60°C až +300°C,
• vysokotlaké průchodky pro jaderný průmysl pro teplotní rozsah –60°C až +300°C,
• zákaznické průchodky.
• různá vakuová zařízení včetně ultravysokova­kuových (UHV) jako elektronové mikroskopy apod.,
• jaderná energetika.

Kontakt:
Ing. Martin Zobač, PhD.
e-mail: zobac@isibrno.cz
tel: +420 541 514 297

Ing. Ivan Vlček, PhD.
email: iv@isibrno.cz
tel: +420 541 514 297

Podrobnější informace: http://ebt.isibrno.cz/Svarovani

Depozice tenkých vrstev magnetronovým naprašováním a jejich dynamické rázové testování

Tenké vrstvy připravujeme pomocí vysokofrekvenčního magnetronového naprašování na komerčním zařízení LEYBOLD-HERAEUS Z 550. Toto zařízení umožňuje produkovat malé série nebo jednotlivé kusy substrátů s maximálním průměrem 100 mm a tloušťkou 20 mm. Naprašovačka je vybavena třemi magnetrony s průměrem terče 152 mm pro naprašování až tří různých materiálů během jednoho vakuového cyklu. Pro speciální účely je možné přivést na substrát elektrické napětí (tzv. naprašování s předpětím, iontové leptání) a podložku lze před depozicí ohřívat.

Aplikace magnetronového naprašování:

• Deponujeme multivrstvy pro rentgenovou optiku v kombinacích dvojvrstev molybden/křemíkové, nikl/uhlíkové, skandium/křemíkové a.j., vhodné pro rentgenové záření v rozmezí vlnových délek od 12 nm do 50 nm. Maximální hodnoty odrazivosti pro kolmý dopad dosahují až 70 %.
• Pro velmi krátké vlnové délky rentgenového záření (pod 4 nm) nemohou být multivrstvé systémy použity kvůli nerovnostem rozhraní, která způsobují značnou degradaci odrazivosti. Přesto jsou periodické multivrstvy použitelné pro šikmý dopad, při němž poskytují odrazivost mnohem vyšší než monovrstvové povlaky.

V současné době jsme jedním ze dvou pracovišť v ČR, která nabízejí charakterizaci tvrdých otěruvzdorných nanokompozitních a multivrstvých povlaků dynamickým rázovým testerem. Během testování je povrch vzorku cyklicky zatěžován úderem wolfram-karbidovou kuličkou, simulujícím dynamické namáhání systému vrstva/podložka například u razníků, obráběcích nástrojů, povlakovaných částí automobilových motorů a další.

Kontakt:
Ing. Jaroslav Sobota, CSc.
e-mail: sobota@isibrno.cz
tel: +420 541 514 256

Podrobnější informace: http://ebt.isibrno.cz/Naprasovani

Depozice interferenčních vrstev vakuovým napařováním elektronovým svazkem a spektrofotometrické měření jejich spektrální odrazivosti a propustnosti

Tenké vrstvy připravujeme vakuovým napařováním elektronovým svazkem na zařízení Balzers BAK550 vybaveném dvěma elektronovými děly. Podložky lze před depozicí ohřívat. Zařízení umožňuje produkovat malé série substrátů s maximálním průměrem 180 mm nebo obdélníky 170 mm x 120 mm. Jsme schopni deponovat následující materiály: TiO₂, SiO₂, Ta₂O₅, ZrO₂, CeO₂, HfO₂, Y2O₃, MgO, Al₂O₃, MgF₂, Na₃AlF₆.

Aplikace:
Aplikacemi jsou interferenční filtry pro viditelnou, blízkou UV a blízkou IR oblast světelného spektra. Příklady filtrů jsou:

• antireflexní vrstvy
• neabsorbující zrcadla
• studená zrcadla
• tepelné filtry
• barevné (dichroické) filtry
• hradící a pásmové filtry
• děliče světla
• polarizátory
• nepolarizující odražeče
• monochromatické filtry

Měření spektrální odrazivosti a propustnosti provádíme na spektrofotometru Varian Cary 5E.

Kontakt:
RNDr. Pavel Pokorný
e-mail: pok@isibrno.cz
tel: +420 541 514 257

Mgr. Jindřich Oulehla
e-mail: oulehla@isibrno.cz
tel: +420 541 514 226

Podrobnější informace: http://www.isibrno.cz/kgs

• Login