CH334303A - Use of boron carbide for the manufacture of corrosion-resistant objects - Google Patents

Use of boron carbide for the manufacture of corrosion-resistant objects

Info

Publication number
CH334303A
CH334303A CH334303DA CH334303A CH 334303 A CH334303 A CH 334303A CH 334303D A CH334303D A CH 334303DA CH 334303 A CH334303 A CH 334303A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
boron carbide
aluminum
evaporation
crucible
corrosion
Prior art date
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
Thaddaeus Dr Kraus
Original Assignee
Vogt Alois Dr Jur
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vogt Alois Dr Jur filed Critical Vogt Alois Dr Jur
Publication of CH334303A publication Critical patent/CH334303A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/243Crucibles for source material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90Carbides
    • C01B32/914Carbides of single elements
    • C01B32/991Boron carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/563Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on boron carbide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

  

  Verwendung von     Borkarbid        für    die Herstellung von     korrosionsbeständigen    Gegenständen    Das Verdampfen von Aluminium hat u. a.  besondere technische Bedeutung bei der Her  stellung von     Aluminium-Oberflächenspiegeln,     Reflektoren für Scheinwerfer und von metal  lisierten Papier- und Kunststoffolien, z. B. für       Metallpapierkondensatoren    und     Verpaekungs-          und    Dekorationsmaterialien.

   Die zu metalli  sierenden Gegenstände werden zum Zwecke  der     Metallisierung    in einen     Metalldampfstrom     gebracht, wobei die heissen     Metalldämpfe-    auf  den zu belegenden Körpern niedergeschlagen  werden und einen gleichmässigen, metallischen  Überzug ergeben.

   Der     Metalldampfstrom    wird       @-orzugsweise    im Vakuum durch Erhitzen des  zu verdampfenden     Metalles    in einem elek  trisch durch Widerstandsheizung beheizten  Schiffchen oder Tiegel erzeugt, wobei für je  des zu verdampfende Material spezifische       Heizleiter        bzw.    Tiegel- oder     Schiffchenmate-          rialien    erforderlich sind, die bei den sehr       hohen    Temperaturen, die zur     Erzeugung    eines  genügend intensiven Dampfstromes angewen  det werden müssen,

   nicht zu störenden     Reak-          lionen    zwischen     Verdampfungsmaterial    und       Tiegelwerkstoff    führen. An Stelle von Tie  geln und     VerdampTungsschiffchen    werden  häufig auch Glühdrähte und Heizwendeln,  z. B. aus den     besonders    hochschmelzenden Me  tallen Wolfram und     Molybdän,    angewandt.  Die zu verdampfenden Substanzen werden in  letzterem Falle in Form von kleinen Reitern  auf die Glühdrähte aufgesetzt bzw. als kurze  Drahtstücke in die Glühwendeln eingeschoben.

      Beim Metallisieren von Gegenständen wird  oft diskontinuierlich gearbeitet, das heisst, es ;  wird nach jedem     Aufdampfprozess    der Va=       kuumraum        geflutet    und die bedampften Ge  genstände gegen neu zu bedampfende ausge  tauscht. Bei dieser     Gelegenheit    werden auch  die     Verdampfungsquellen    kontrolliert bzw.  durch neue ersetzt. Bei dieser diskontinuier  lichen Arbeitsweise ist der eigentliche     Be-          dampfungsvorgang    relativ kurz und beträgt  etwa 1-5 Minuten.

   Die Lebensdauer der bis  her üblichen     Verdampf.ingsquellen,    wie sie  weiter unten beschrieben werden, reicht für  diese Zeiten im allgemeinen aus. Auftretende  Schäden können im allgemeinen rechtzeitig  erkannt und beschädigte     Verdampfungsquel-          len    gegen neue ausgetauscht werden. Dennoch  ist es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit  äusserst wünschenswert,     Verdampfungsquellen     mit einer möglichst langen Lebensdauer zu be  sitzen. Abgesehen von den Materialverlusten,  machen sich beim     fabrikatorischen    Betrieb  die durch Montagearbeit entstehenden Aus  fallzeiten störend bemerkbar.

   So     verwendet     man beispielsweise in     vielen    Fällen, wo dies  möglich ist, statt Aluminium, das die     Ver-          d.ampfungsquellen    besonders stark angreift,  das teurere Silber,     dessen    höherer Preis durch  den Umstand, dass es die     Verdampfungsquel-          len    weniger stark beansprucht, aufgewogen  wird.  



  Aber noch wesentlich kritischer sind die  Verhältnisse beim Bedampfen von endlosen           Bändern,    wie z. B. .bei der     Metallisierung    von  Papier und     Kunststoffolien    für     Verpackungs-          und    Dekorationszwecke. Für diese Zwecke  muss wegen seiner hohen Reflexion, seines       gelten    Haftvermögens auf der Unterlage und  wegen seiner Beständigkeit gegen Schwefel  verbindimgen Aluminium angewendet wer  den. Die auf Rollen gewickelten Bänder,- die  ohne Unterbruch metallisiert werden sollen,  besitzen bei der Anlieferung Längen von über  10 km, wozu     Aufdampfzeiten    von mehreren  Stunden benötigt werden.

   Hierbei werden in  vielen Fällen die Bänder kontinuierlich vom       Aussendruck    in den Vakuumraum ein-     und          ausgeschleust,        so        dass        der     beim  Wechsel der Rollen an sich nicht geflutet wer  den muss, da diese Bänder ausserhalb     des        Va-          kLUunraiunes    bequem     aneinandergeklebt        und     fortlaufend durchgeschleust werden können.

    Auch für die     Nachfüllung    des     Bedampfungs-          rn.aterials    bestehen keine Schwierigkeiten, da  Anordnungen bekannt sind, die eine fortlau  fende     Nachfüllung    der     Verdampfungsquellen     im Vakuum ermöglichen.

   Einem solchen kon  tinuierlichen Betrieb steht bisher lediglich die  relativ kurze Lebensdauer der     Verdampfungs-          quellen    im Wege, die um so störender emp  funden wird, als durch deren Unterbrüche  nicht nur die Gleichmässigkeit des Belages ge  stört wird, sondern vor allem die Wirtschaft  lichkeit     dieses    Verfahrens durch die Ausfall  zeiten wesentlich herabgesetzt wird, die durch  die mitunter langwierigen Montagearbeiten  beim Auswechseln der     Verdampfungsquellen     sowie durch die langen     Pumpzeiten,    die be  nötigt werden, um den Vakuumraum wieder  auf Betriebsdruck zu bringen, und durch die  langen     Abkühl-    und     Aufheizzeiten,

      die bei  vakuumtechnischen Anlagen infolge der Grösse  der     Verdampfungsquellen    erheblich ins Ge  wicht fallen, entstehen. Es hat daher bisher  nicht an Bemühungen gefehlt,     Verdampfungs-          quellen    mit möglichst langer Lebensdauer zu  entwickeln. Dennoch ist es bisher nicht gelun  gen, dieses Problem befriedigend zu lösen, so       dass    -beispielsweise die     Metallisierung    von Pa  pier für Verpackungszwecke     infolge    zu gerin-         ger    Wirtschaftlichkeit sich nicht durchsetzen       konnte.     



  Aluminium greift praktisch nach den bis  lierigen Erfahrungen fast alle Stoffe bei den  hohen anzuwendenden Temperaturen an. Man  verwendete bisher mangels eines geeigneteren  Materials für die     Ahiminiumverdampfung     vorzugsweise elektrisch beheizte     Wolfrain-          bleche    und Glühwendeln. Jedoch hat sich auch  Wolfram als     Heizleitermaterial    für Alumi  nium nicht bewährt. Es hat den grossen Nach  teil, dass es     aiis    dem flüssigen     Ahiminiumbad     Aluminium aufnimmt und eine Legierung bil  det, wodurch die Heizleiter und Schiffchen  bei längerer Verwendung brüchig werden.  



  Auch die bekannten     hochteniperaturfesten     Oxyde, z. B. Aluminiumoxyd,     Spinell,        Magne-          siumoxyd,        Zirkonoxyd,        -Berylliumoxyd    wur  den als Behältermaterialien für die     Alumi-          niumverdampfung    bereits verwendet. Da diese  Oxyde aber elektrisch nicht leitend sind,  musste die Erhitzung durch einen zusätzlichen  Mantel aus einem elektrisch leitenden Mate  rial vorgenommen werden, der etwa den Tie  gel aus     Oxydkeramik    umgab.

   Oxyde weisen  jedoch ein relativ geringes     Wärmeleitvermö-          gen    auf, und infolgedessen waren die aus  diesen Oxyden hergestellten Tiegel beim Be  triebe starken Temperaturgradienten ausge  setzt und wiesen an den Aussenseiten höhere  Temperaturen auf als auf der der zu schmel  zenden Substanz zugewandten     Innenseite.     Dies führt oft dazu, dass solche Tiegel und       Schiffehen    an der Aussenseite bereits zu  schmelzen beginnen, während die Temperatur  der Innenwände für den     Verdampfungsprozess     noch kaum hinreicht.

   Diese     unerwünschte          Temperaturverteilung    ergibt weiters ein sehr  ungünstiges Verhältnis zwischen der vom  Schiffchen oder Tiegel abgestrahlten Wärme  energie zu der erzeugten Dampfmenge. Da:  durch kann sehr leicht eine unzulässige Über  hitzung der zu metallisierenden Gegenstände       zustandekommen.    Zum Beispiel vertragen Pa  pier- und Kunststoffolien keine zu hohen Tem  peraturen, weil dies eine zu hohe Gasabgabe  verursacht und weil sie brüchig werden.      Bei vielen     oxydkeramischen    Tiegeln treten  infolge des hohen Temperaturgradienten zwi  schen Aussen- und Innenwand starke innere  Spannungen auf, die leicht zum Springen des  Tiegels und zu     Rissebildung    führen.

   Auch  Auskleidungen von Tiegeln aus hochschmel  zenden Metallen mit hitzebeständigen und bei  spielsweise gegenüber Aluminium korrosions  beständigen Oxyden haben sich aus den glei  chen oben genannten Gründen nicht bewährt.  



  In den meisten Fällen sind die zu schmel  zenden und zu verdampfenden Metalle, z. B.  Aluminium, mit kleinen Mengen von Verun  reinigungen versetzt, insbesondere Beimengun  gen von Alkali- und     Erdalkalioxyden,    welche  dazu neigen, mit dem keramischen Tiegel  material in Lösung zu gehen, wodurch der  Schmelzpunkt der     Tiegelwandimgen    herab  gesetzt wird. Dies führt innerhalb relativ kur  zer Betriebszeiten bereits zu Korrosions  erscheinungen an den Wänden, indem sich  Teile der     Tiegelwand    auflösen oder     sonstwie     angegriffen. werden. Auch aus diesem Grunde  sind     oxydkeramische    Tiegel nicht allen Anfor  derungen gewachsen.

      Es wurde bereits reinster Kohlenstoff in  Form von Graphit als     Tiegelmaterial    vorge  schlagen. Wenn Metalle in     Graphittiegeln    ge  schmolzen werden, neigen sie leicht zu Legie  rungsbildung mit dem Kohlenstoff des Tie  gels. Wird beispielsweise Aluminium im     Gra-          phittiegel    zum Schmelzen gebracht, dann bil  det sich sehr leicht unter starker Volumenver  grösserung Aluminiumkarbid. Die     Volumen-          j-ergrösserung    führt zu     innern        Spannungen     und     Rissbildiuzg.    In dieser Beziehung verhal  ten sich Schmelzen von andern Metallen, wie  z. B.

   Silizium, Eisen, Chrom, Platin gegenüber       Kohlenstofftiegeln    ganz ähnlich. In einzelnen  Fällen ergab sich eine Verbesserung bei der  Verwendung von     Titankarbid    als     Tiegelmate-          rial.    So konnte man beispielsweise     Titankarbid     als     Tiegelmaterial    zum Schmelzen und Ver  dampfen von Silizium gut     verwenden.    Gegen  über andern Metallen war jedoch auch Titan  karbid als     Tiegelmaterial    bei den hohen Tem  peraturen nicht korrosionsbeständig. Dies    trifft insbesondere für die Verdampfung von  Aluminium zu. Wenn Aluminium in Titan  karbidtiegeln verdampft wird, dann bildet .

    sich Aluminiumkarbid, was zu Rissen und  Verwerfungen des Tiegels führt. Nach diesem  Versagen von     Titankarbid,    das an sich als  eines der widerstandsfähigsten und tempera  turbeständigsten Materialien bekannt ist,  schien es ganz allgemein, dass Aluminium. in  folge seiner sehr grossen Affinität zu Kohlen  stoff aus kohlenstoffhaltigen     Verdampfungs-          quellen    nicht annähernd betriebssicher ver  dampft werden könne.  



  Es hat sich nun gezeigt, dass aus     Borkarbid     hergestellte Tiegel und     Verdampfungsschiff-          clen    auch. gegen Schmelzen,     insbesondere    sol  che von über 1000 , beständig sind und sich  auch nach langem. Gebrauch nicht nennens  wert abnützen.

   Das Problem des     abriützttngs-          beständigen        Verdampfungstiegels,    das tech  nisch insbesondere für die fortlaufende     Ver-          clainpfung    von Aluminium in     Bandbedamp-          fungsanlagen    gravierend war, wird mit     Hilfe     von     Borkarbid    auf einfachste Weise gelöst.

    Mit Hilfe der bekannten     Sintertechnik    sind       Borkarbidtiegel    aus     Borkarbidpulver    oder  pulverförmigem     Bormetall    und Kohlenstoff  leicht     herzustellen.    Versuche haben gezeigt,  dass ein aus     Borkarbid    hergestellter     Verdamp-          fungstiegel    sich anscheinend für sämtliche  bis heute üblicherweise bei der Herstellung  von.

   dünnen     Schichten    für optische und elek  trische Zwecke verwendeten     Verdampfimgs-          materialien    hervorragend eignet, so dass man  von der bisher vorhandenen Notwendigkeit  frei wird, für ein gegebenes     Verdampfungs-          material    jedesmal den geeigneten Tiegel aus  zusuchen. Dadurch wird der Betrieb von     Be-          dampfungsanlagen,    in denen von Fall zu Fall  verschiedene Stoffe verdampft werden sollen,  z. B. in     kleineren    Forschungsanlagen oder  auch in Produktionsanlagen mit wechselndem  Fertigungsprogramm wesentlich vereinfacht.

      Versuche haben ergeben, dass sich ein Tie  gel aus     Borkarbid    auch für das Verdampfen  von Metallen, wie Kupfer, Silber, Gold, Eisen,  Chrom, Nickel, Titan, Silizium,     und    von Stof-           fen,    wie     Siliziumoxyden        ui.    a. Oxyden lind       Fluoriden,    vorzüglich eignet.

   Tiegel mit Wan  dungen aus     Borkarbid    werden von     allen    die  sen Substanzen auch bei Temperaturen von       1000-2000     C auch bei langem Betrieb nicht       angegriffen,    während von den bisher üblichen       Tiegelmaterialien    für hohe Temperaturen   das sind in erster Linie     Molybdän,    Wolfram,       Täntal    und Graphit, auch     Titankarbid    - kei  nes universell verwendbar ist und für manche       Fälle,    z. B: gerade für Aluminium, überhaupt  keines zur Verfügung stand, das einigermassen  abnützungsbeständig war.  



  -Hierbei kann mit Vorteil von der gerade in  der richtigen     Grössenordnung    liegenden elek  trischen Leitfähigkeit des     Borkarbides    Ge  brauch gemacht werden, indem die aus Bor  karbid hergestellten Tiegel zugleich als elek  trische     -Heizleiter    verwendet werden. Durch  den gegenüber metallischen Heizleitern höhe  ren spezifischen Widerstand von     Borkarbid     gewinnt man den Vorteil, dass bequeme Be  triebsspannungen in der Grösse von 7-20 Volt  angewendet werden können, ohne dass die  Stromstärke zu hoch wird. Ausserdem tritt  keine     Überhitzung    der äussern     Tiegelwände     auf.

      Im nachfolgenden ist ein Versuch zur Er  probung der     Verdampfungsquelle    beschrieben.  Aus einem Schiffchen aus     Borkarbid    (Abmes  sungen 120 X 8 X 6 mm), das an elastischen       Stromklemmen    eingespannt war, wurden in  50 Chargen insgesamt 140 g Aluminium ver  dampft. Die Temperatur wurde hierauf so  hoch eingestellt     (Leistung    etwa 2     kW    bei 4 V),  dass die für die     Bandbedampfung    geforderte       Verdampfungsgeschwindigkeit    von 0,1     g    pro  Minute und     cm2    stets erreicht wurde.

   Nach       Ausführung    dieser Versuche waren am Schiff  chen noch keinerlei     Veränderungen    festzustel  len, die eine Begrenzung der Lebensdauer sol  cher     Verdampfungsquellen    erwarten lassen.  Bei den     angewendeten    hohen Temperaturen  spreitet die     Schipelze    über die gesamte Ober  fläche des Schiffchens, so     @        däss    der Metall  dampf allseitig abstrahlt. Oxyde     und    andere  nichtmetallische Einschlüsse scheiden sich als    Krusten an den kalten Enden des     Sehiffchens     ab und können leicht entfernt werden.  



  Die Eignung von     Borkarbid    als elektri  scher Heizleiter, der gegen Schmelzen hoher  Temperatur widerstandsfähig ist, macht es  aber auch möglich, die bisher wegen der Ge  fahr des Springens     iuid    wegen des     Lingünst.i-          gen    Temperaturgradienten nicht verwend  baren     hochtemperaturbeständigen        oxydkera-          m.ischen    Tiegel und     Tiegelauskleidungen    ein  zusetzen, indem die elektrische     Beheizung     nicht von aussen her erfolgt, sondern aus dem  Innern der Schmelze heraus,

   wobei im Innern  des Tiegels unterhalb der     Schmelzbadober-          fläche    angeordnete     Borkarbidstäbe    als     Heiz-          leiter    dienen können. Wenn eine elektrisch lei  tende Schmelze vorliegt, können     Borkarbid-          stäbe    als korrosionsbeständige Elektroden in  die Schmelze eintauchen und so zur Strom  zuführung dienen.  



  Es hat sich des weiteren gezeigt, dass Bor  karbidtiegel sich selbst für Stoffe; die an sich  bei den hohen Temperaturen sehr leicht zur       Karbidbildung    neigen, z. B. die schon vorhin  erwähnten Metalle Eisen, Kobalt, Nickel, Ti  tan, Chrom ohne Gefahr der     Zerstörung    ver  wenden lassen. So ist ein     Verdampfungstiegel     und ein Heizleiter mit universeller Verwend  barkeit gegeben, um so mehr, als zum Bei  spiel gesinterte     Borkarbidschiffchen    eine be  achtliche mechanische Festigkeit aufweisen  und sicher bis 2000  C verwendbar sind.



  Use of boron carbide for the manufacture of corrosion-resistant articles. a. special technical importance in the manufacture of aluminum surface mirrors, reflectors for headlights and metallized paper and plastic films, z. B. for metal paper capacitors and packaging and decoration materials.

   The objects to be metallized are placed in a stream of metal vapor for the purpose of metallization, the hot metal vapors being deposited on the bodies to be covered and producing a uniform, metallic coating.

   The metal vapor stream is preferably generated in a vacuum by heating the metal to be evaporated in a boat or crucible heated electrically by resistance heating, with specific heating conductors or crucible or boat materials being required for each of the material to be evaporated high temperatures that must be used to generate a sufficiently intense steam flow,

   do not lead to disruptive reactions between the evaporation material and the crucible material. Instead of Tie gels and evaporation boats, glow wires and heating coils such. B. from the particularly high-melting Me metals tungsten and molybdenum applied. In the latter case, the substances to be evaporated are placed on the filaments in the form of small tabs or pushed into the filament as short pieces of wire.

      When metallizing objects, work is often carried out discontinuously, that is, it; After each evaporation process, the vacuum space is flooded and the steamed objects are exchanged for new ones to be steamed. On this occasion, the evaporation sources are also checked or replaced with new ones. With this discontinuous procedure, the actual steaming process is relatively short and takes about 1-5 minutes.

   The service life of the evaporation sources customary up to now, as described below, is generally sufficient for these times. Any damage that occurs can generally be recognized in good time and damaged evaporation sources can be replaced with new ones. Nevertheless, for reasons of economy, it is extremely desirable to have evaporation sources with the longest possible service life. Apart from the material losses, the downtimes caused by assembly work are noticeable in the manufacturing process.

   For example, in many cases where this is possible, instead of aluminum, which attacks the evaporation sources particularly strongly, the more expensive silver, the higher price of which is outweighed by the fact that it puts less stress on the evaporation sources .



  But the conditions are even more critical when steaming endless belts, such as B. in the metallization of paper and plastic foils for packaging and decoration purposes. For these purposes, aluminum must be used because of its high reflection, its adhesive strength on the substrate and its resistance to sulfur. The tapes wound on rolls, which are to be metallized without interruption, have lengths of over 10 km when delivered, for which vapor deposition times of several hours are required.

   In many cases, the tapes are continuously fed into and out of the vacuum space by the external pressure, so that it does not have to be flooded when the rolls are changed, as these tapes can be conveniently glued to one another outside the vacuum and can be passed through continuously.

    There are also no difficulties for refilling the evaporation material, since arrangements are known which allow the evaporation sources to be refilled continuously in a vacuum.

   Such continuous operation has hitherto only been obstructed by the relatively short service life of the evaporation sources, which is felt all the more annoying as their interruptions not only disturb the evenness of the covering, but above all the economic viability of this process the downtimes are significantly reduced due to the sometimes tedious assembly work when changing the evaporation sources as well as the long pumping times that are required to bring the vacuum chamber back to operating pressure, and the long cooling and heating times,

      which are of considerable importance in vacuum systems due to the size of the evaporation sources. There has therefore been no lack of efforts to develop evaporation sources with the longest possible service life. Nevertheless, it has not yet been possible to solve this problem satisfactorily, so that, for example, the metallization of paper for packaging purposes has not been able to establish itself due to insufficient economic efficiency.



  According to previous experience, aluminum attacks almost all substances at the high temperatures to be used. Until now, in the absence of a more suitable material for vaporization of the ammonium, electrically heated tungsten sheets and filaments have preferably been used. However, tungsten has also not proven its worth as a heat conductor material for aluminum. It has the major disadvantage that it absorbs aluminum as a liquid ammonium bath and forms an alloy, whereby the heating conductors and boats become brittle with prolonged use.



  The well-known high temperature oxides such. B. aluminum oxide, spinel, magnesium oxide, zirconium oxide, beryllium oxide were already used as container materials for the aluminum evaporation. Since these oxides are not electrically conductive, however, the heating had to be carried out by an additional jacket made of an electrically conductive material, which, for example, surrounded the tie made of oxide ceramic.

   Oxides, however, have a relatively low thermal conductivity, and as a result, the crucibles made from these oxides were exposed to strong temperature gradients during operation and had higher temperatures on the outside than on the inside facing the substance to be melted. This often means that such crucibles and vessels already begin to melt on the outside, while the temperature of the inner walls is barely sufficient for the evaporation process.

   This undesirable temperature distribution also results in a very unfavorable ratio between the heat energy radiated from the boat or crucible and the amount of steam generated. Because: this can very easily lead to impermissible overheating of the objects to be metallized. For example, paper and plastic films do not tolerate excessively high temperatures because this causes excessive gas emission and because they become brittle. In many oxide-ceramic crucibles, the high temperature gradient between the outer and inner walls causes strong internal stresses, which can easily lead to the crucible cracking and cracking.

   Linings of crucibles made of high-melting metals with heat-resistant oxides that are resistant to corrosion, for example, with respect to aluminum have not proven themselves for the reasons given above.



  In most cases, the metals to be melted and evaporated, e.g. B. aluminum, mixed with small amounts of impurities, especially Beimengun conditions of alkali and alkaline earth oxyden, which tend to go into solution with the ceramic crucible material, whereby the melting point of the crucible walls is lowered. Within relatively short operating times, this leads to signs of corrosion on the walls as parts of the crucible wall dissolve or are otherwise attacked. will. For this reason, too, oxide-ceramic crucibles are not up to all requirements.

      The purest carbon in the form of graphite has already been proposed as crucible material. When metals are melted in graphite crucibles, they tend to alloy with the carbon in the crucible. For example, if aluminum is melted in a graphite crucible, aluminum carbide is formed very easily with a strong increase in volume. The volume increase leads to internal stresses and crack formation. In this regard, melts of other metals such. B.

   Silicon, iron, chromium, platinum are very similar to carbon crucibles. In individual cases, there was an improvement in the use of titanium carbide as the crucible material. For example, titanium carbide could be used as a crucible material for melting and evaporating silicon. Compared to other metals, however, even titanium carbide as a crucible material was not corrosion-resistant at the high temperatures. This is especially true for the evaporation of aluminum. When aluminum is evaporated in titanium carbide crucibles, it forms.

    aluminum carbide, which cracks and warps the crucible. After this failure of titanium carbide, which is known as one of the toughest and most temperature-resistant materials, it seemed quite generally that aluminum. As a result of its very high affinity for carbon from carbon-containing evaporation sources, it cannot be vaporized in an almost reliable manner.



  It has now been shown that crucibles and evaporation ships made from boron carbide also. are resistant to melting, in particular those of over 1000, and will last for a long time. Use not wear out significantly.

   The problem of the wear-resistant evaporation crucible, which was technically serious in particular for the continuous clogging of aluminum in strip evaporation systems, is solved in the simplest way with the help of boron carbide.

    With the help of the known sintering technology, boron carbide crucibles from boron carbide powder or powdered boron metal and carbon can be easily produced. Experiments have shown that an evaporation crucible made from boron carbide is apparently suitable for everyone up to now in the production of.

   Evaporation materials used in thin layers for optical and electrical purposes are ideally suited, so that one is freed from the previously existing necessity of always looking for the appropriate crucible for a given evaporation material. This makes the operation of vaporization systems, in which different substances are to be vaporized from case to case, z. B. in smaller research facilities or in production facilities with a changing production program.

      Tests have shown that a tie made of boron carbide can also be used for the evaporation of metals such as copper, silver, gold, iron, chromium, nickel, titanium, silicon, and of substances such as silicon oxides and the like. a. Oxides and fluorides are eminently suitable.

   Crucibles with walls made of boron carbide are not attacked by any of these substances, even at temperatures of 1000-2000 C, even during long operation, while the crucible materials commonly used for high temperatures are primarily molybdenum, tungsten, täntal and graphite, too Titanium carbide - kei Nes is universally applicable and for some cases, e.g. B: especially for aluminum, none was available at all that was reasonably wear-resistant.



  In this case, the electrical conductivity of the boron carbide, which is just in the right order of magnitude, can be used advantageously by using the crucibles made of boron carbide as electrical heating conductors. The higher specific resistance of boron carbide compared to metallic heating conductors gives the advantage that convenient operating voltages of 7-20 volts can be used without the current intensity becoming too high. In addition, there is no overheating of the outer crucible walls.

      In the following, an attempt to test the evaporation source is described. From a boat made of boron carbide (dimensions 120 X 8 X 6 mm), which was clamped to elastic power clamps, a total of 140 g of aluminum were evaporated in 50 batches. The temperature was then set so high (power about 2 kW at 4 V) that the evaporation rate of 0.1 g per minute and cm2 required for the strip evaporation was always achieved.

   After these tests had been carried out, no changes whatsoever were found on the boat that would lead to a limitation of the service life of such evaporation sources. At the high temperatures used, the flake spreads over the entire surface of the boat, so that the metal radiates vapor on all sides. Oxides and other non-metallic inclusions deposit as crusts on the cold ends of the boat and can be easily removed.



  The suitability of boron carbide as an electrical heating conductor, which is resistant to melting at high temperatures, also makes it possible to use high-temperature-resistant oxide-ceramic crucibles, which were previously unsuitable because of the risk of cracking due to the low temperature gradient and insert crucible linings in that the electrical heating does not take place from the outside, but from the inside of the melt,

   Boron carbide rods arranged in the interior of the crucible below the surface of the melt pool can serve as heating conductors. If an electrically conductive melt is present, boron carbide rods can be used as corrosion-resistant electrodes to dip into the melt and thus serve to supply electricity.



  It has also been shown that boron carbide crucibles are self-sufficient for substances; which tend to form carbides very easily at the high temperatures, e.g. B. the previously mentioned metals iron, cobalt, nickel, Ti tan, chromium can be used ver without risk of destruction. Thus, an evaporation crucible and a heating conductor with universal usability are given, all the more so since, for example, sintered boron carbide boats have considerable mechanical strength and can be safely used up to 2000C.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verwendung von Borkarbid für die Ver stellung von korrosionsbeständigen Gegenstän den, die mit Schmelzen hoher Temperatur in Berührung kommen. UNTERANSPRÜCHE 1. Verwendung nach Patentanspruch für korrosionsbeständige Gegenstände, die mit Schmelzen von über 1000 C in Berührung kommen. 2. Verwendung nach Patentanspruch für korrosionsbeständige Gegenstände, die mit Aluminium enthaltenden Schmelzen in Be rührung kommen. 3. Verwendung nach Patentanspruch für die Wände von Verdampfungstiegeln, . die mit Aluminium bei Temperaturen von über 1000 C in Berührung kommen. PATENT CLAIM Use of boron carbide for adjusting corrosion-resistant objects that come into contact with melts at high temperatures. SUBClaims 1. Use according to patent claim for corrosion-resistant objects that come into contact with melts above 1000 C. 2. Use according to claim for corrosion-resistant objects that come into contact with aluminum-containing melts. 3. Use according to claim for the walls of evaporation crucibles. that come into contact with aluminum at temperatures of over 1000 C. 4. Verwendung nach Patentanspruch für elektrische Heizleiter, die mit Aluminium schmelzen von über 1000 C in Berührung kommen. 4. Use according to claim for electrical heating conductors that melt with aluminum at over 1000 C in contact.
CH334303D 1955-05-06 1955-05-06 Use of boron carbide for the manufacture of corrosion-resistant objects CH334303A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH334303T 1955-05-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH334303A true CH334303A (en) 1958-11-30

Family

ID=4503125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH334303D CH334303A (en) 1955-05-06 1955-05-06 Use of boron carbide for the manufacture of corrosion-resistant objects

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH334303A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3749658A (en) Method of fabricating transparent conductors
US3556837A (en) Composite and method of making same
GB551220A (en) Improvements in or relating to the thermal deposition of metals in a vacuum
CH334303A (en) Use of boron carbide for the manufacture of corrosion-resistant objects
DE1078401B (en) Evaporator for continuous vacuum evaporation
DE2412729A1 (en) PROCEDURE AND ARRANGEMENT FOR REGULATING THE EVAPORATION RATE AND THE LAYER STRUCTURE IN THE PRODUCTION OF OPTICALLY EFFECTIVE THIN FILMS
DE1796166C3 (en) Methods and devices for vapor deposition on upright substrates, in particular glass panes
DE1696622A1 (en) Connection forming board wire with matrix coating
EP0024604A1 (en) Method and apparatus for high vacuum deposition of electrically conductive materials (metals)
DE1806514A1 (en) Method and apparatus for the deposition of steam
DE767858C (en) Process to convert metals, metal alloys and substances that are difficult to be converted into the vapor state into technically usable solids, e.g. B. metal oxides to transfer
EP0960956B1 (en) Process for preparing ceramic evaporation boats
DE1207179B (en) Oxide ceramic crucible for vacuum deposition of metals
DE2513813A1 (en) METHOD OF COATING A SUBSTRATE
DE19853605A1 (en) Method and arrangement for producing a luminescent layer
GB1001499A (en) Process for the production of a superconductive member
DE736758C (en) Process for the production of a dry rectifier of the selenium type with a carrier electrode made of light metal
DE976068C (en) Process for the continuous covering of tape or wire-like structures using the thermal vapor deposition process
DE1558202A1 (en) Method and device for shaping reactive material
DE3136465A1 (en) Appliance and method for coating substrates by vapour deposition
US2384576A (en) Apparatus for forming corrosion resisting films
DE732034C (en) Mercury vapor discharge vessel with glow cathode
ES350511A1 (en) Indirectly heated cathode for an electron discharge tube with an insulated heating element
DE816933C (en) Process for tinning objects by evaporation in a vacuum
US3822146A (en) Application of electrically conductive coatings to insulating tubes of switching magnets for particle accelerators