CN105555993B - 用于pvd涂层设备的蒸发器体以及制备这种蒸发器体的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于PVD涂层设备的蒸发器体(2)，所述蒸发器体包括基体(4)，所述基体(4)具有蒸发器表面(6)，在所述蒸发器表面(6)上涂覆有铝钛润湿层(12)。在此，所述基体(4)在供货状态下涂覆有包含两种反应物尤其包含铝和氢化钛的涂层(16)，所述两种反应物在所述基体(4)的加热时形成所述润湿层(12)。

Description

用于PVD涂层设备的蒸发器体以及制备这种蒸发器体的方法

背景技术

本发明涉及一种用于PVD涂层设备的蒸发器体，该蒸发器体具有基体，该基体具有蒸发器表面。本发明还涉及一种制备用于PVD涂层设备的这种蒸发器体的方法。

这种蒸发器体和这种方法从例如DE 10 2005 030 862 B4获知。

这种蒸发器体应用在采用PVD技术(物理气相沉积)的所谓真空金属化涂层设备中。该涂层设备尤其可用于将金属、尤其是铝涂覆在挠性基底上。在此通常将薄膜、尤其是塑料薄膜用作基底。涂层材料、尤其是铝被连续地供给到加热的蒸发器体中，并且在真空状态下在蒸发器体的蒸发器表面上蒸发。

该蒸发器单元论指陶瓷单元，它包含二硼化钛和氮化硼作为主要成分并且通过适当地混合这两种材料将电阻率调节为特定的值，例如600至6000μΩ*cm。混合时，二硼化钛和氮化硼这两种成分在典型情况下以大致相同的比例分布，例如按重量百分比计分别为约50％(±5％)。为了加热蒸发器体，通常使热流流经该蒸发器体。

为了以尽可能高的工艺速度连续地进行涂覆，蒸发参数的调节至关重要。在此尤其重要的是，蒸发器体的蒸发器表面尽量均匀且完全被待蒸发材料(尤其是铝)润湿。

为了改善蒸发器表面的润湿性，可采用现有技术已知的不同措施。如，从DE 102005 030 862 B4获知初始润湿辅助材料的应用，它在蒸发器体首次应用在涂层设备中之前被涂覆在蒸发器表面上。该初始润湿辅助材料在此作为例如软膏、悬浮剂而被涂覆或延展开来。它包含粉状的铝以及其他粉状的润湿介质。在加热时，铝与蒸发器体的氮化硼结合成氮化铝，氮化铝与氮化硼相比针对铝具有更好的润湿表现。因此通过涂覆初始润湿辅助材料，使得通过铝与氮化硼的结合，从而形成润湿层。其他粉末状润湿介质可以是例如钛、二硼化钛、锆、二硼化锆、钼或者金属合金。这些粉末状润湿介质有助于在蒸发器体加热时熔化的铝的尽可能大表面的分布。因此除了由氮化铝构成的润湿层的产生以外，还具有一项特别的优点，即：通过铝在初始润湿辅助材料中的集成，从而在蒸发过程伊始蒸发器表面被液态的铝均匀地润湿。

类似地，从US 4,810,531获知一种蒸发器体，在这种蒸发器体上涂覆有包含氢化钛的分散剂。该氢化钛在此被分散在悬浮剂介质即四氯化碳中。在加热该蒸发器体时，该悬浮剂介质蒸发，而氢化钛层留存为润湿层，该润湿层有助于改善使用锡作为待蒸发材料时的润湿表现。

从US 2,756,166获知另一种PVD涂层设备，其中采用涂层的碳棒作为蒸发器体。在此，这些碳棒设置有包含氢化钛的悬浮剂，当加热时氢化钛分解成金属的钛和氮气。金属的钛然后进而与所用棒的材料反应成碳化钛，从而形成润湿层。

发明内容

本发明的目的是：实现一种针对铝的润湿表现方面改善的蒸发器体。

解决方案

根据本发明，此目的通过具有权利要求1和权利要求10所述特征的蒸发器体以及通过具有权利要求11所述特征的方法得以实现。

该蒸发器体尤其针对PVD涂层设备而设计，并且具有：带蒸发器表面的基体，而待蒸发金属尤其是铝在蒸发器体工作时被涂覆在该蒸发器表面上。该基体在此尤其论指热压式陶瓷基体，其主要成分二硼化钛和氮化硼按重量百分比计分别为约50％(±5％)。根据本发明设定的是：在所述蒸发器表面上涂覆有包含第一反应物和第二反应物的涂层，其中，优选在首次投入使用、加热基体时所述两种反应物形成润湿层。

这里，所述反应物理解为一种材料成分，其在加热过程中与其他反应物通过化学反应结合来形成润湿层。因此在该蒸发器表面上涂覆有两种起始成分作为反应物，该两种起始成分在蒸发器体的加热时，尤其在温度超过1000℃时，以化学方式相互结合来形成润湿层。该润湿层论指由固体物质构成的固体层。本发明一项特别优点在于：通过反应物的选择，能够形成特定的、合适的润湿层，其尤其与基体的材料无关，如同现有技术中的情况一样。在根据DE 10 2005 030 862 B4的现有技术中，铝与基体的氮化硼之间的结合形成氮化铝。在US 2,756,166中，氢化钛与碳棒结合形成碳化钛。通过在额外涂覆的涂层内、两种至少在形成润湿层方面具有决定性作用的反应物的制备，从而能为润湿层创建更大的设计可行性，因此能够以适当的方式形成润湿层。该润湿层尤其论指金属的、未氧化的固体物质层。

根据优选的改进方案，所述第一反应物论指氢化钛，其尤其以粉状形式存在于涂层中。氢化钛的粉末颗粒在此具有优选<0.05mm的粒度。

除此之外，所述第二反应物优选论指铝或含铝的基质。然而，优选地，混入尽可能纯的粉末形式的铝作为第二反应物。在此，粉末颗粒的粒度也优选在0.05mm以下。

在适宜的改进方案中，在蒸发器体的加热时，氢化钛和铝结合成铝钛化合物，该铝钛化合物形成润湿层。研究表明，尤其铝作为待蒸发材料时，这种铝钛润湿层具有良好的润湿表现。

适宜的是，在加热时形成钛铝合金层，即金属的、未氧化的涂层，尤其是AL3Ti。

为了涂覆含有这两种反应物的涂层，有可用的原理上不同的可行方案。优选地，将包含这两种反应物的悬浮剂涂覆在所述蒸发器表面上。悬浮剂的涂层厚度在此例如最大约0.1至0.2mm。该悬浮剂在此相对地呈稀液状，并且具有例如类似水的稠度。在优选的构造方案中，该悬浮剂通过压印方法、尤其通过所谓的移印方法而被涂覆在蒸发器表面上。因此，该蒸发器表面可以形成均匀的涂层。

为了形成合适的钛铝润湿层，氢化钛在所述悬浮剂中的比例在此按悬浮剂的总重量百分比计优选为约2％和10％之间，并且优选为约4％。

与此同时，铝在所述悬浮剂中的比例按重量百分比计为约6％至30％，并且尤其为约12％。借助这些重量比例，一方面确保形成足够均匀的带有所述反应物的涂层，同时确保形成足够均匀的润湿层。

所述悬浮剂优选包含塑料漆、尤其是PVC漆作为液体悬浮剂介质或承载介质。利用这种介质可确保悬浮剂良好地粘附在蒸发器表面上。加热时，该漆蒸发或分解，并且留存构成润湿层的反应物。优选不留存其他残余物。

在优选的构造方案中，该润湿层在首次投入使用时，即在蒸发器体首次应用于金属化涂层设备中、在蒸发器体的加热时产生。因此，这种具有悬浮剂层的蒸发器体在制造商处被制备得当，之后供应给客户。在金属化涂层设备中工作时，这种蒸发器体在典型情况下被加热到1400至1700℃。在蒸发器体达到其至少1400℃的最终温度时，所述承载介质或悬浮剂介质被蒸发或分解，并且得到的反应物在典型情况下构成期望的润湿层。因此，在供给待蒸发材料尤其铝之前，该蒸发器体被持续地且无中途冷却地加热。替代于此，原则上还存在一种可行方案：该润湿层在制造商处便已经通过加热而形成。然而这会导致耗用器体的负荷和磨损，并且会带来较高的能量消耗。

附图说明

下面借助唯一的附图详细地阐述了本发明的实施例。该附图在示意性的视图中示出了PVD涂层设备的蒸发器体的剖面图。

具体实施方式

附图所示的蒸发器体2具有基体4，该基体4被构成为热压式陶瓷体，其具有主要成分碳化硼并且具有作为可导电成分的二硼化钛。该基体4具有600至6000μΩ*cm范围内的特定电阻率。这两种成分在其中按重量百分比计分别为约50％。该蒸发器体在典型情况下具有约130mm的长度、约30mm的宽度以及约10mm的高度。该蒸发器体2在其顶侧具有蒸发器表面6，该蒸发器表面6在此实施例中通过设置在该顶面中的空穴8构成。该空穴8在此由环绕的边缘10界定。

该空穴8的底部设置有润湿层12，该润湿层12被构成为钛铝涂层。

在工作时，铝以例如棒材的形式被供给至蒸发器体6并且在该处熔化，使得随后该熔化的铝大面积地分布在蒸发器表面6上并且润湿该蒸发器表面6。此时，通过该润湿层12获得良好的润湿表现。在典型情况下，该蒸发器体2通过由该蒸发器体2传导的电流而被加热到1400至1700℃。该熔化的铝在真空下蒸发并且涂覆至基底(在此未详细示出)。

该润湿层12在供应给客户的起始状态中初始呈悬浮剂层16的样式。该涂层16在起始状态下具有尤其以漆优选PVC漆为基础的承载介质。氢化钛(TiH2)粉末颗粒以及铝粉末颗粒以通常小于0.05mm的粒度分散于其中。该悬浮剂在此尤其包含按重量百分比计、4％的TiH2、12％的Al和84％的PVC漆。该涂层16通过压印方法、尤其通过所谓的移印方法而被涂覆在基体4上。在此，悬浮剂首先借助可吸入的、例如海绵状的挤压体被吸纳，随后在蒸发器表面6的区域中将该挤压体压向基体4，由此构成薄的、优选最大0.1mm厚的悬浮剂层16。该悬浮剂在起始状态下具有水状的稠度。

在蒸发器体2的加热时，尤其在首次投入运行时通过电阻率加热时，由该悬浮剂层16产生润湿层12。在此由于化学反应，该氢化钛和铝构成钛铝合金层，其由一个或多个AlxTiy相构成，或至少包含一个或多个AlxTiy相。尤其构成Al3Ti相。该以漆为基础的承载介质在加热时被分解。

该润湿层12随后作为稳定层得以保留，即在首次加热时不会与待蒸发的铝一起消耗。仅在蒸发器体2的使用寿命期间发生逐渐的蚀损，所述使用寿命一般涵盖若干个运行小时。

这样构成的润湿层12针对铝具有尤其良好的润湿表现，因此能实现蒸发器体2的均匀润湿，并因此实现高的蒸发效率和涂层效率。同时，均匀的涂层能够实现基体4的均匀负荷，而不会由于例如失误的润湿以及由此失误的局部的冷却而形成所谓的热点(Hotspot)，所述热点导致提前的蚀损。

Claims (11)

1.一种用于PVD涂层设备的蒸发器体(2)，所述蒸发器体(2)具有基体(4)，所述基体(4)包括氮化硼和二硼化钛并具有蒸发器表面(6)，

其中，

在所述蒸发器表面(6)上涂覆有包含由氢化钛构成的第一反应物和由铝或含铝的基质构成的第二反应物的涂层(16)，并且所述两种反应物在加热时形成铝钛润湿层(12)。

2.根据权利要求1所述的蒸发器体(2)，

其特征在于，

所述两种反应物借助悬浮剂而被涂覆在所述蒸发器表面(6)上。

3.根据权利要求2所述的蒸发器体(2)，

其特征在于，

所述悬浮剂被压印在所述蒸发器表面(6)上。

4.根据权利要求2所述的蒸发器体(2)，

其特征在于，

氢化钛在所述悬浮剂中的比例按重量百分比计处于2％至10％之间。

5.根据权利要求2所述的蒸发器体(2)，

其特征在于，

氢化钛在所述悬浮剂中的比例按重量百分比计处于4％。

6.根据权利要求2所述的蒸发器体(2)，

其特征在于，

铝在所述悬浮剂中的比例按重量百分比计处于6％至30％。

7.根据权利要求2所述的蒸发器体(2)，

其特征在于，

铝在所述悬浮剂中的比例按重量百分比计处于12％。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的蒸发器体(2)，

其特征在于，

所述悬浮剂具有漆作为承载介质。

9.一种制备用于PVD涂层设备的蒸发器体(2)的方法，蒸发器体(2)含有氮化硼和二硼化钛，其中，在所述蒸发器体(2)的基体(4)的蒸发器表面(6)上涂覆有包含由氢化钛构成的第一反应物和由铝或含铝的基质构成的第二反应物的涂层(16)，并且所述基体(4)随后被加热，使得所述两种反应物形成铝钛润湿层(12)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述加热在所述蒸发器体(2)首次投入使用时进行，并且紧接随后地，所述润湿层(12)的待蒸发材料被供给。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，包含所述两种反应物的悬浮剂通过压印方法而被涂覆。