CN101978092B

CN101978092B - 蒸发器本体

Info

Publication number: CN101978092B
Application number: CN2009801096085A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·尼恩贝格尔; 鲁道夫·格劳; 胡伯特·施瓦格
Original assignee: Kennamental Sintec Keramik GmbH
Current assignee: Kennamental Sintec Keramik GmbH
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: US20110013891A1; US20200080190A1; EP2271787B1; EP2271787A1; US10513771B2; JP2011510178A; US11473187B2; DE102008016619B3; WO2009121700A1; CN101978092A

Abstract

一种蒸发器本体(1)，用以在PVD金属喷镀装置内蒸发金属，其具有蒸发表面(3)，其中，蒸发表面(3)包括多个凹部(5、5’、5”)，各凹部的开口具有大于或等于1.5mm的面积/周长比。

Description

蒸发器本体

本发明涉及一种蒸发器本体。

使用金属涂覆柔性基底的常用方法是根据PVD(物理气相沉积)技术的所谓真空带金属喷镀法(vacuum band metallization)。适用的柔性基底例如为纸张、塑料薄膜和织物，并且主要使用铝作为金属。这种经过涂覆的基底广泛用于包装和装饰目的、用于电容器的生产以及环境技术(绝缘)中。

在所谓的敷金属装置中对柔性基底进行涂覆。在金属喷镀装置中，在冷却的辊上引导/导引待涂覆基底，同时该基底暴露于金属蒸气中，金属蒸气在基底的表面上冷凝为薄金属层。为了产生所需的金属蒸气流，使用例如所谓的蒸发皿形式的可电阻加热的蒸发器本体，利用直流电流将蒸发器本体加热到大约1450至1600℃。金属丝被供应到蒸发表面(通常为蒸发器本体的上侧)并在蒸发表面上液化，并且在大约10^-4mbar的真空下蒸发。

根据PVD技术，例如借助于闪蒸在非连续过程中分批地涂覆非柔性基底。非柔性基底例如为TV(电视)屏幕和塑料零件。

例如，传统的蒸发器本体由热压陶瓷材料组成，其主要成分是二硼化钛、氮化硼和/或氮化铝。就此而言，二硼化钛是导电成分，氮化硼和/或氮化铝是电绝缘成分。这些成分混合在一起时产生600至6000μOhm＊cm的比热电阻(specific electrical hot-resistance)，其中导电成分与非导电成分的混合比率各为50质量％(+/-10质量％)。

实践中，频繁出现的问题是蒸发器本体的蒸发表面由待蒸发金属的润湿、特别是在金属喷镀过程开始时的初始润湿。结果，由于较小/减小的润湿表面，在金属喷镀过程开始时仅可实现减小的蒸发率(千克金属/时间单位)。此外，当蒸发表面被润湿得不均匀和不完全时，存在如下问题：即，蒸发器本体的传导性--总体上是指导电性--由于待蒸发金属与蒸发器本体接触(并联电阻)而改变。也就是说，传导性随着所供应的蒸发的金属的量和延伸范围而不规则地改变。因此，必需重新调整对蒸发器本体的电流供应，以便能够维持均匀的蒸发速率。

因此，在现有技术中，经常将层结构施加到蒸发器本体的表面上以形成蒸发表面，进而改善待蒸发金属对蒸发表面的润湿性。

此外，已知两部分式蒸发皿，其具有导电性蒸发器本体芯部和容纳/包封芯部的电绝缘性蒸发器本体外部，其中蒸发器本体的外部由促进润湿的材料制成。

此外，从EP1688514A1获知一种陶瓷蒸发皿，其蒸发表面设置有多个凹槽/沟道。凹槽设置成不平行于电流流动方向，也就是说，凹槽相对于蒸发皿的纵向轴线倾斜。凹槽具有0.1至1.5mm的宽度、0.03至1mm的深度以及至少1mm的长度。凹槽被认为在蒸发操作过程中改善液态铝对蒸发表面的润湿。特别地，根据EP1688514A1，凹槽将抑制/降低沿蒸发器本体纵向对蒸发表面的润湿，并且将促进沿蒸发器本体横向对蒸发表面的润湿，也就是说，借助于凹槽，将获得较宽/加宽的蒸发器表面的润湿。这主要通过如下两个效果来实现。一方面，通过凹槽的小宽度实现一种毛细作用，使得凹槽内的液态铝被“拉”向凹槽的纵向端部。另一方面，凹槽内的温度由于凹槽侧壁处反射的热辐射而升高。升高的温度减小润湿角，从而改善金属对蒸发表面的润湿。

在图7中示出了这种现有技术的蒸发器本体，其中凹槽形成为横向沟道。

这些已知的蒸发皿具有如下缺点：即，由于在蒸发表面上必需设置大量相对较细的凹槽，因此制造复杂。另一缺点在于如下事实：即，如果将金属丝供应到沿纵向的中央位置，则仅沿蒸发皿的纵向形成均匀的金属浴或金属熔体。这是因为，金属浴从金属丝的接触点开始朝两侧以等纵向延伸范围延伸。如图7所示，如果金属丝的接触点未设置在中央处，则蒸发皿的蒸发表面将由金属不完全润湿(特别是在纵向上)。此种单侧润湿具有如下效果：即，金属浴流到纵向侧之一处的经水冷的铜固着点上，其中相对侧保持未润湿。那么，由于缺失液态金属熔体的冷却效果，因此相对侧过热。

从DE202005020544U1中获知一种蒸发器装置，其包括具有熔融区和蒸发区的坩埚，该蒸发区与熔融区连通。

DE102005057220A1公开了一种用于蒸发金属的容器，其中在蒸发表面的底部形成有多个凹槽。

本发明的目的是提供一种灵敏度相对低的蒸发器本体，其易于操作并且容许沿蒸发器本体的纵向和横向两个方向利用金属适当地(即大体均匀且完全地)润湿蒸发表面，而无论金属丝的接触点或金属供应的位置如何。进一步地，蒸发器本体应该易于制造且制造成本低廉。

为达此目的，本发明提供一种导电的蒸发器本体，其可电阻加热以便蒸发金属并且具有蒸发表面，用以在物理气相沉积PVD金属喷镀装置内蒸发金属，其中，所述蒸发表面包括多个凹部，各凹部的开口具有大于或等于1.5mm的面积/周长比。

根据本发明的蒸发器本体包括蒸发表面，供应到蒸发表面的金属可从蒸发表面蒸发。例如，可将金属丝形式的诸如铝的金属供应到蒸发表面。替代地或附加地，可将已熔融的金属供应到蒸发表面。在金属丝的情况下，被供应到蒸发表面的金属首先在热蒸发表面上液化/熔融，随后蒸发。

根据本发明，蒸发表面包括多个凹部，例如两个至五个凹部。每个凹部具有开口，开口的面积/周长比大于或等于1.5mm，例如大于或等于2mm、比如大于或等于3mm。如果例如设置具有圆形开口的凹部，则开口的半径至少为3mm。如果例如设置具有圆环形开口的凹部，则开口的环宽至少为3mm。如果例如设置具有正方形开口的凹部，则开口的边长至少为6mm。

凹部具有促进润湿的效果，这主要基于凹部侧壁与蒸发表面的相邻部分之间边缘处的润湿角的变化。在该边缘处，液态金属被阻截并沿边缘且围绕开口流动，使得熔融金属初始主要沿边缘润湿蒸发表面。“悬突”的被阻截金属对凹部的润湿大体上急剧发生。大于或等于1.5mm的面积/周长比促进沿蒸发器本体的纵向和横向两个方向对蒸发表面的润湿。进一步地，已证明这种凹部能够实现对蒸发表面均匀且大面积的润湿，即使金属未在中央处供应也是如此，从而防止熔融金属的溢流。也就是说，液态金属大体润湿整个蒸发表面，即使金属丝与蒸发表面的接触点未位于蒸发表面中央也是如此。因此，蒸发器本体易于使用并且在操作条件下灵敏度低。进一步地，凹部易于制造。

例如，可在蒸发表面上形成凹腔，在凹腔的底面内/上形成多个凹部。凹腔形成熔融金属的边界并且防止熔融金属沿侧向溢流。

例如，凹部可具有0.05至1mm的深度。比如，凹部具有0.15至0.4mm的深度。

例如，各凹部或凹陷处的侧壁可与蒸发表面的邻近于凹部的部分形成80至150°的角度。于是液态金属在边缘处的润湿角的变化为(180-80)°＝100°至(180-150)°＝30°。例如，所述角度可介于90至135°的范围内，比如介于90至120°的范围内。就此而言，例如可这样选定角度：即，促进熔融金属在侧壁与蒸发表面的邻近部分之间边缘处的集聚，也就是说，使得熔融金属向凹部的流入受到阻碍，从而在蒸发器本体的操作过程中，熔融金属初始主要沿由侧壁和蒸发表面的邻近于侧壁的部分所形成的边缘(在下述中，称作凹部上边缘)并且围绕凹部流动。

例如，各凹部的侧壁可为部分/局部曲面状或完全曲面状。例如，侧壁可至少在邻近于凹部底面的部分成曲面状，也就是说，在凹部的底面和侧壁之间的边缘的部分成曲面状。由此，可防止在蒸发器本体操作过程中出现热点。如果通过铣削来形成凹部，则可使用具有刀尖圆弧半径的相应铣刀。例如，曲率可具有0.05至3mm的半径，比如0.1至1mm的半径，譬如0.3至0.5mm。

例如，这些凹部可全部具有相同形状。替代地，这些凹部可具有不同形状。例如，开口中的一个或多个/若干个或全部可形成为圆形或形成为圆环的形状。例如，开口中的一个或多个或全部可具有椭圆形或椭圆形环的形式。例如，开口中的一个或多个或全部可具有等边四边形(例如正方形)或等边四边形环的形状，其中两个角部设置在蒸发器本体的纵向轴线上，从而形成菱形。例如，开口中的一个或多个或全部可具有等腰三角形或等腰三角形环的形式，其中各三角形/三角形环的底边设置成与蒸发器本体的纵向轴线垂直。

例如，可沿蒸发器本体的纵向依次设置多个凹部。就此而言，例如，各凹部可彼此间隔开。例如，各凹部之间的间距可为1至80mm，比如为2至10mm，譬如为3至8mm。各凹部之间的间距可变化或可恒定不变。各凹部可彼此分离/隔离，或者可经由连接沟道彼此连通。然而，各凹部也可彼此邻接，或彼此部分地交叠，由此形成颈部。各凹部可设置于沿蒸发器本体横向的大体中央处，也就是说，位于蒸发器本体的纵向轴线/对称轴线上。然而，凹部也可设置成偏离或移离蒸发器本体的纵向轴线/对称轴线。进一步地，可沿蒸发器本体的纵向依次设置若干个凹部。

例如，蒸发器本体可形成为电绝缘蒸发器本体外部，其具有内部中空空间，该内部中空空间用于容纳导电的可电阻加热的蒸发器本体芯部。在这种情况下，经由插入的芯部加热外部。替代地，蒸发器本体可一体形成为导电的可电阻加热的蒸发器本体。在这两种情况下，蒸发器本体的蒸发表面可另外设置有润湿促进层/涂层。这种涂层也可用作防磨损或腐蚀的保护层。

例如，可通过铣削来形成凹部。因此，可以以容易而低廉的方式转变现有的蒸发器本体，由此形成根据本发明的蒸发器本体。如果通过烧结生坯来形成蒸发器本体，则可在形成生坯的过程中形成凹部，例如通过对生坯的基体相应地施压来形成凹部。由此，可简化或完全省略用铣刀或类似工具对蒸发器本体进行的后处理。

下文将参照附图借助于示例性实施方式描述本发明。在附图中：

图1a示出根据本发明第一实施方式的蒸发器本体的俯视图，

图1b示出图1a的蒸发器本体在蒸发器本体的操作过程中的示意性俯视图，

图1c示出图1a的蒸发器本体的另一俯视图，

图1d示出图1a的蒸发器本体在蒸发器本体的操作过程中的示意性详图，

图2示出根据本发明第二实施方式的蒸发器本体的俯视图，

图3示出根据本发明第三实施方式的蒸发器本体的俯视图，

图4示出根据本发明的其它蒸发器本体的俯视图，

图5和图6分别示出根据本发明的蒸发器本体的凹部的详图，以及

图7示出根据现有技术的蒸发器本体。

图1a示出根据本发明第一实施方式的蒸发器本体的俯视图。蒸发器本体1形成为具有所谓的蒸发皿的形状，并且由热压陶瓷材料构成，该材料包括作为主要成分的二硼化钛和氮化硼，其中二硼化钛是导电成分，并且氮化硼是电绝缘成分。导电成分与非导电成分的混合比率各为50％(+/-10％)，产生大约600至6000μOhm＊cm的比电阻。蒸发器本体1形成为板状体，长度约为120mm，宽度约为35mm，并且高度约为10mm。四个筒状凹部或凹陷处5形成于蒸发器本体1的蒸发表面3内，该蒸发表面由板的上侧面形成。例如，可利用相应的铣刀形成凹部。也就是说，根据这种实施方式，各凹部5具有圆形开口和圆形底面。凹部5沿蒸发器本体的纵向依次设置并且彼此分离。根据这种实施方式，各凹部5之间的间距约为5mm，各深度约为0.3mm。各凹部的圆形开口和圆形底面的直径约为20mm。这产生5mm的相应的面积/周长比(对于圆形开口而言等于r/2或d/4)。

图1b示意性示出操作过程中图1a的蒸发器本体1。将金属丝/铝非居中地供应到蒸发表面3，即从右侧起第二凹部5处，如附图标记7所示。尽管如此仍可产生金属浴9，该金属浴9无溢流地大体均匀地润湿/覆盖整个蒸发表面3。在详细检查时，可确认液态铝沿开口的各圆周/周界(即凹部5的侧壁与相邻蒸发表面3之间的边缘)(例如参见从左侧起的第二凹部的右侧)分布。受此影响产生的效果在图1c和1d中示出。如图1d所示，熔融金属9初始集聚/被阻截在凹部5的上边缘处。这是由于在凹部5的上边缘处润湿角改变90°的缘故。由此，熔融金属9初始主要沿凹部5的上边缘润湿蒸发表面3，如图1c中的箭头11所示。凹部5的圆形形状有助于熔融金属9在蒸发表面3上进行特别有利的分布。最后，凹部5及其底面也由熔融金属9也就是由被阻截的铝润湿。

如图1c中的虚线所示，凹腔13可选地形成在蒸发表面3上，四个凹部5形成于凹腔13的底面内/上。凹腔13的侧壁形成熔融金属的阻障，由此可防止熔融金属9溢流。

图2示出根据本发明第二实施方式的蒸发器本体的俯视图。蒸发器本体1包括具有两个凹部5′的蒸发表面3。两个凹部5′分别具有圆环形状的开口和圆环形状的底面。蒸发器本体1的尺寸与第一实施方式中的尺寸一致。各开口和底面的外径是30mm，各内径是18mm。这导致3mm的面积/周长比(等于环宽/2)。凹部5′分别具有0.3mm的深度。两个凹部5′之间的间距是25mm。

图3示出根据本发明第三实施方式的蒸发器本体的俯视图。蒸发器本体1的蒸发表面3包括四个凹部5″。各凹部5″的开口和底面具有呈等腰三角形形式的环形形状。凹部5″设置成使得各个三角形环的底边大体垂直于蒸发器本体1的纵向轴线/对称轴线。两个内侧凹部5″--也就是设置在邻近于蒸发器本体纵向中央处的凹部--设置成使得底边背离纵向中心。两个外侧凹部5″设置成使得底边面对纵向中心。两个凹部5″分别形成菱形形状。蒸发器本体1的尺寸与第一实施方式中的尺寸对应。所述底边具有25mm的长度和4mm的宽度。另外两条三角形侧边的长度可根据需要调节，从而实现熔融金属9沿纵向和横向的适当分布。在所示的实施方式中，三角形开口的面积分别为148mm²，周长/周界分别为82.1mm。这导致1.8mm的面积/周长比。凹部5″分别具有0.3mm的深度。两个内侧凹部5″之间的间距为25mm，内侧凹部与外侧凹部之间的相应间距是5mm。

在所示的实施方式中，凹部的数量(还有具体尺寸、具体的面积/周长比)可根据需要而改变。进一步地，不同形式可互相结合。例如，可只提供两个内侧三角形凹部，或者两个内侧三角形凹部可与两个外侧圆形凹部结合。

图4示出根据本发明的蒸发器本体的其它实施方式，也就是说，对于凹部的开口的形式而言，其中除了最后四个示例之外，为简要起见每个蒸发器本体仅示出一个凹部。显然，图4中示出的凹部的不同形式可彼此结合以及与上述形式相结合。从图4中可看出，例如，凹部5的开口可具有椭圆形形式或椭圆形环的形式。例如，椭圆形的长轴可垂直于蒸发器本体的纵向轴线。替代地，长轴可相对于蒸发器本体的纵向轴线平行或倾斜。

举例而言，如图4中最下部三个示例所示，至少两个凹部可经由连接沟道彼此连通或者可部分地交叠。为了确定相应的面积/周长比，相应凹部/开口的圆周线可在交叠部分简单地对称延伸。如果两个开口交叠，则它们在两个凹部/开口之间形成颈部/收缩部或凹穴。并且，不同形状的开口可交叠。

凹部5或其开口的几何形式并不局限于所示出的形式。事实上，还可使用具有大于或等于1.5mm的面积/周长比、并且在适当设置在蒸发器本体1的蒸发表面3上时能够适当地润湿蒸发器本体的其它形式/开口。

图5详细示出根据本发明的蒸发器本体1的凹部5。凹部5的侧壁具有曲率15。由此，在蒸发器本体的操作过程中可防止/抑制在凹部5的区域内出现热点。

图6详细示出根据本发明的蒸发器本体1的凹部5。凹部的侧壁与蒸发表面3的邻近于凹部5的部分形成大约90°的角度，由此促进在蒸发器本体操作开始时熔融金属9在凹部5的上边缘处的集聚/阻截。

Claims

1.一种导电的蒸发器本体，其可电阻加热以便蒸发金属并且具有蒸发表面，用以在物理气相沉积PVD金属喷镀装置内蒸发金属，其中，所述蒸发表面包括多个凹部，各凹部的开口具有大于或等于1.5mm的面积/周长比。

2.如权利要求1所述的蒸发器本体，其中，所述蒸发表面包括凹腔，所述多个凹部形成在所述凹腔的底面内。

3.如权利要求1所述的蒸发器本体，其中，所述凹部具有0.05至1mm的深度。

4.如权利要求1所述的蒸发器本体，其中，各凹部的侧壁与所述蒸发表面的邻近于所述凹部的部分形成80至150°的角度。

5.如权利要求1所述的蒸发器本体，其中，各凹部的侧壁至少在邻近于所述凹部的底面的部分成曲面状。

6.如权利要求1所述的蒸发器本体，其中，所述开口中的一个或若干个或全部是圆形的或具有圆环的形状。

7.如权利要求1所述的蒸发器本体，其中，所述开口中的一个或若干个或全部具有椭圆形或椭圆形环的形状。

8.如权利要求1所述的蒸发器本体，其中，所述开口中的一个或若干个或全部形成为具有等边四边形或等边四边形环的形状，其中两个角部设置在所述蒸发器本体的纵向轴线上。

9.如权利要求1所述的蒸发器本体，其中，所述开口中的一个或若干个或全部具有等腰三角形或等腰三角形环的形状，其中各底边设置成垂直于所述蒸发器本体的纵向轴线。

10.如权利要求1所述的蒸发器本体，其中，所述多个凹部沿所述蒸发器本体的纵向依次设置。