[發明專利]一種半球諧振子濺射鍍膜均勻性評價裝置及評價方法

在審

• 申請號: 202110886355.5
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113639691A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 黃帥;王建青;何曉霞;黨建軍;張培新;柳凱
• 申請（專利權）人: 西安航天精密機電研究所
• 主分類號: G01B21/08
• 分類號: G01B21/08
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王楊洋

本發明涉及一種半球諧振子濺射鍍膜均勻性評價裝置及評價方法，其目的是解決現有半球諧振子濺射鍍膜均勻性評價中存在若采用硅片膜層均勻性評價結果來衡量諧振子的膜層均勻性，硅片膜層均勻性無法代表諧振子膜層均勻性，若隨批抽取一件諧振子進行破壞，來得到諧振子膜層厚度均勻性，則成本高、效率低，不適合批量化生產的技術問題。該評價裝置包括平行鍍膜工裝和(M×N)個硅片；平行鍍膜工裝的外形尺寸與待鍍半球諧振子的外形尺寸相同，包括中心桿和固連于中心桿上的半球殼體；半球殼體上沿其經線方向均布有M列臺階孔組，每列臺階孔組均布有N個臺階孔；硅片的尺寸與臺階孔的大端尺寸相等；所有硅片分別粘接于各臺階孔內。

技術領域

本發明涉及半球諧振子，具體涉及一種半球諧振子濺射鍍膜均勻性評價裝置及評價方法。

背景技術

半球諧振陀螺因其具有高精度、高可靠性、長壽命、小體積和抗輻照等特點，成為慣性儀表領域的研究熱點。熔融石英諧振子是半球諧振陀螺的核心零件，諧振子通常為Ψ型，主要特征結構包括半球殼和中心錨桿。為確保諧振子靜電激勵效率，要對半球諧振子表面進行金屬化鍍膜。鍍膜主要針對除半球唇沿以外的整個諧振子表面進行，唇沿位于諧振子內、外表面之間，起到絕緣作用。通常采用濺射鍍膜技術對半球諧振子進行鍍膜，這種鍍膜技術具有成膜均勻性高、膜基結合力強、膜層致密和內應力小等優勢，是一種技術成熟度高，且應用廣泛的鍍膜技術。

頻率裂解值(頻差)是衡量諧振子性能的關鍵指標，直接影響到半球諧振陀螺的漂移精度。諧振子工作狀態下處于幾千赫茲左右頻率的振動中，諧振子金屬化(金屬化鍍膜)后，金屬膜層的不均勻性會引起諧振子質量沿軸向的不對稱，從而增大頻差和損耗。因此諧振子金屬化鍍膜工序應盡量保持諧振子的前期特性，即低頻差，這就要求鍍膜工藝過程應保證膜層具有很高的均勻性。

諧振子屬于半球形薄壁零件，鍍膜厚度約為幾百納米，在不破壞零件的條件下，要對其膜層厚度直接測量，難度很大，如何實現諧振子濺射鍍膜均勻性精確評價，成為該領域研究的重點工作。

目前，對于諧振子濺射鍍膜均勻性評價的方法主要有兩種：

一種是在諧振子鍍膜過程中，同爐放置平面硅片，完成鍍膜后，對硅片膜厚及膜厚均勻性進行評價，以硅片膜層均勻性評價結果來衡量諧振子的膜層均勻性。該方法存在的缺陷是評價結果特別不準確。由于諧振子屬于異形零件，比硅片結構復雜得多，鍍膜過程中硅片與諧振子各鍍膜部位運動軌跡、濺射距離等差異很大，導致硅片膜層狀態與諧振子膜層狀態存在差異，最終使得硅片膜層均勻性無法代表諧振子膜層均勻性。

另一種是在諧振子完成鍍膜后，隨批抽檢一件諧振子進行破壞，選取需評價的諧振子鍍膜部位，用聚焦離子束切割出斷面，配合掃描電子顯微鏡對斷面膜層厚度進行測試，從而得到諧振子的膜層厚度均勻性。該方法每批次均需破壞一個諧振子，而且需要用聚焦離子束切割多個斷面，雖然可以較為準確地評價諧振子膜層的均勻性，但該方法成本高、效率低，不適合批量化生產。

發明內容

本發明的目的是解決現有半球諧振子濺射鍍膜均勻性評價中存在若采用硅片膜層均勻性評價結果來衡量諧振子的膜層均勻性，硅片膜層均勻性無法代表諧振子膜層均勻性，若隨批抽取一件諧振子進行破壞，來得到諧振子膜層厚度均勻性，則成本高、效率低，不適合批量化生產的技術問題，提供一種半球諧振子濺射鍍膜均勻性評價裝置及評價方法。

發明構思：

通過設計一款外形尺寸與待鍍諧振子相同的平行鍍膜工裝，并在其上布置一定數量的硅片，通過測試分布于平行鍍膜工裝上不同位置處硅片的鍍膜厚度，對應獲得諧振子不同部位的鍍膜厚度數據，低成本實現諧振子表面膜層均勻性的精確評價。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術解決方案如下：

一種半球諧振子濺射鍍膜均勻性評價裝置，其特殊之處在于：

包括平行鍍膜工裝和(M×N)個硅片；其中，M≥2，N≥2；