CN106282932A - 蒸发体以及这种蒸发体的运行方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了蒸发体以及这种蒸发体的运行方式。蒸发体(2)用于PVD蒸发设备中并且具有带有中心蒸发面(6)的上表面(4)。为了在构造简单的同时能够阻止散布的金属熔体扩散至装设在端侧处的电极，所述蒸发面(6)在纵向方向(x)上直接以横向槽(8B)为界，所述横向槽针对散布于蒸发面(6)上的金属溶体形成屏障。

Description

蒸发体以及这种蒸发体的运行方式

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的蒸发体。本发明还涉及这种蒸发体的运行方式。

背景技术

例如从DE 10 2013 211 034 A1中已知这种蒸发体。

这种蒸发体作为陶瓷体构造而成，具有特定的专属传导能力。为了在柔性基体上喷涂金属、尤其是铝，这种蒸发体通常在采用PVD(physical vapor deposition)技术的情况下用于所谓的真空带型金属喷涂机。其中，柔性基体可以是例如纸、塑料薄膜和纺织品。

蒸发体通过电阻加热升温到某个预定温度，例如介于1500℃至1900℃之间的范围中。蒸发的金属以金属丝的形式被输送到蒸发体的上表面，金属丝首先被熔化，然后金属熔体在约10^-4mbar的真空中被蒸发。通常，蒸发体在其上表面处具有凹腔状的空腔，该空腔用于容纳金属熔体。

为了进行电阻加热，在蒸发体相对而置的端侧处分别装设有电极、尤其是铜电极，其通常处于例如250℃的冷却状态。

原则上，应力争尽可能均匀且全面地润湿蒸发体，同时使蒸发率保持在高水平，以便能够以高喷涂率对喷涂对象进行均匀的金属喷涂。然而该目标通常很难实现。这主要是因为，金属丝通常不能准确地输送至蒸发面中心，从而使金属熔体不对称地润湿蒸发面。这有时会导致的一个问题在于，液体金属到达了蒸发体的边缘并且与相对低温的电极接触。此时会产生金属飞溅，影响高质量的喷涂。为了避免金属飞溅，原则上可提高温度和与此相关的蒸发率。但随着温度升高，所谓的化学腐蚀的问题也会加剧，从而使蒸发体的总寿命缩短。蒸发体的寿命通常在例如运行时间为5至25小时的范围中。

蒸发表面未全部润湿会导致的另一个问题在于，由于液态金属缺乏冷却，在未润湿的部分区域中蒸发器表面具有明显更高的温度。该区域也被称作所谓的“热点”该区域局部会达到超过2000℃的温度，这可导致蒸发体受损并且毁坏。

为了改善蒸发面的润湿行为，从现有技术可得知各种措施。例如根据DE 10 2005057 220 A1得知一种蒸发面纹理结构，即在蒸发面上开槽，即布置棱纹和沟壑。还有根据DE10 2006 041 048 A1，在蒸发面上布置由流动导槽组成的凹凸纹理。利用这类纹理，可以使散布于蒸发面上的金属熔体在表面上更好地分布。因此，该纹理用于引导熔化的金属。

从开头提及的10 2013 211 034 A1中得知一种蒸发体，其具有内部构造为空腔的蒸发面，该蒸发面以环绕的边带为界，该边带还与外部环绕的槽状空腔相接。通过第二层环绕的外部空腔，从内部空腔中溢流而出的熔体可以被拦住，并且在到达例如电极之前被蒸发。同时，通过该措施还可提高输送率并且实现内腔全面均匀的润湿。

在运行的过程中，在蒸发器表面上通常会形成沉积。考虑到在整个寿命中都能具有稳定均匀的蒸发性能，沉积通常由喷涂设备的运营方采用机械方式去除。这样，在蒸发器表面布置的纹理通常会被破坏，或者被磨掉，因而对其作用效果产生不利影响。

发明内容

本发明的目的

因此，本发明的目的在于，提供一种尽可能简单的蒸发体，其能能够实现均匀的润湿，同时又不存在金属熔体与电极在边缘侧发生接触的危险。

解决方案

按照本发明，该目的通过具有权利要求1所述特征的蒸发体以及通过具有权利要求20所述特征的用来运行这类蒸发体的方法得以实现。从属权利要求包含了优选的改进方案。蒸发体的优点和优选的设计方案也按意义传递到方法上。

蒸发体，也称作蒸发炉，通常设计用于PVD镀膜设备、尤其用于所谓的真空带型金属喷涂设备。蒸发体在此作为陶瓷体构造而成，具有特定的传导能力，并且在运行时被夹在两个装设在蒸发体端侧处的电极之间并受到电阻加热。在此，蒸发体通常由二硼化钛、氮化硼和可选的氮化铝组成。尤其常见的是由二硼化钛和氮化硼组成的蒸发体，其中，两种成分各占约一半。

蒸发体通常具有大体呈方形的主体，该主体通常具有矩形的表面。在此，蒸发体以及表面在纵向方向和横向方向上延伸。附加地，蒸发体还在竖直方向上延伸。从横截面上看，即从由竖直方向和横向方向展开的平面上看，蒸发体通常并不具有严格呈矩形的横截面，而是通常构造成梯形，其中梯形的长边在上表面上。

蒸发体的上表面在此通常包括布置在中央的、即在表面中心的蒸发面。为了可靠地避免金属熔体与边缘侧的电极相接触，该蒸发面在纵向方向上直接以一对相对而置的横向槽为界，该横向槽针对散布于蒸发面上的金属熔体形成屏障。上表面的边缘区域在纵向方向上还与各横槽相接，其中，边缘区域并不是蒸发面的一部分，即由于横向槽形成的屏障，在蒸发体正常运行时，金属熔体不会到达边缘区域。

在此，直接以横向槽为界可理解为，在蒸发面的边缘侧没有构造成升高部或环绕边带，而是蒸发面直接与槽毗邻。

在优选的改进方案中，蒸发面附加地在横向方向上也直接以一对纵向槽为界。然而，优选地，横向槽和纵向槽彼此不必强制相连并且形成环绕槽。

横向槽-尤其在没有纵向槽的设计方案中-优选地在蒸发体的整个宽度上延伸，即横向槽在侧部贯穿蒸发体侧面。横向槽因此在端侧没有界限。因此，多余的金属熔体可从侧部从横向槽流出。

在此，以DE 10 2013 211 034 A1为出发点，至少通过横向槽、优选通过纵向槽、特别通过环绕槽界定蒸发面的构造方案出于对以下认知的考虑，即对于可靠界定蒸发面和避免金属熔体与电极接触，不需要强制性地构造空腔。而是通过横向槽阻止可能扩散开来、离开蒸发面的金属熔体。因此，金属熔体可以流入横向槽中。因此，横向槽针对溢流的金属熔体形成容纳空间或者说储存器。

相同的，纵向槽也针对熔体在横向方向上的扩散起到屏障作用，并且阻止金属熔体从侧面流下蒸发体。

在采用环绕槽的设计方案中，值得注意的是，在纵向方向上离开蒸发面并流入横向槽的金属熔体，首先可在横向槽中侧向扩散流开，然后还可回流到纵向槽中，这就可靠地阻止了熔体从横向槽中溢流而出。由此，也增加了可供在纵向方向上溢流的金属熔体使用的储存空间或截流容积。

槽的另一优点在于，由于蒸发体在槽区域中的厚度相比在蒸发面中的厚度更小(从竖直方向上看)，横截面面积也减小，因而电阻增大，这就导致槽至少会被加热到比蒸发面的温度更高的温度。从而使流入槽中的金属熔体得以可靠地蒸发。由此也可靠地避免了流入槽的金属熔体从槽中溢流而出并触及电极。

在合乎目的的设计方案中，至少横向槽或者至少纵向槽具有变化的槽深。在此，尤其要选择这样变化的槽深，即有利于金属熔体流到一个特定的位置。在此，特别设置使槽深连续变化。优选地，槽深从中心区域开始向相对而置的边缘区域变化。在横向槽的区域中，槽深增加，因此槽底向边缘下降。在纵向槽的区域中则相反，槽底向中心区域下降。

在此，如果是环绕槽，在横向槽与纵向槽之间的过渡区域中，槽底优选地构造成光滑并且不带有流动阻碍物的样式。因此，槽底从横向槽的中心开始下降直至纵向槽的中心、尤其是连续的下降。

总的来说，蒸发体的特征在于相对简单的构造。在最简单的情况下，在蒸发体的平整表面中仅布置有一个环绕槽。在此，通常利用机械方式，例如通过铣削来开槽。因此，蒸发面优选被界定在一个平面中并且以一条棱边，尤其是环绕的棱边为界，该棱边形成槽的界墙。

另外还有边缘区域与槽相接，该边缘区域在正常运行中不会被金属熔体润湿。因此，通过环绕的边缘区域分别构成两个侧向的、在横向方向上与环绕槽相接的侧部区域和两个在纵向边缘上相对而置的端部区域。

在此，在合乎目的的设计方案中，环绕的边缘区域与蒸发面处于相同的平面。这对于简单的制造方案来说是有利的，因为这就只需要在一个平整表面中开槽。

在优选的替代方案中，边缘区域相对于蒸发面在z方向上升高或者回落。在升高的布置方案中，提供了附加的机械屏障。而在回落的布置方案中-由于电阻因材料厚度减小而增大-在边缘区域处构造出热区。

此外，合乎目的地，以一对相对而置的横向槽为界，尤其是以(唯一的)环绕槽为界的蒸发面是唯一的蒸发面。因此，在表面内不设置不同的分区域用作蒸发面。因此，合乎目的地，蒸发面覆盖表面的至少一半、优选覆盖至少2/3。

考虑到蒸发面应采用尽可能大面积的构造方案，从表面的俯视方向看，蒸发面合乎目的地构造成矩形，需要时可具有倒圆的角或倒圆的角区域。相应地，环绕槽也构造成矩形，需要时可具有倒圆的角区域。对此替代地，蒸发面、进而槽也构造成椭圆形，通常是纵向延伸的椭圆形。

特别有利地，蒸发面在纵向方向上仅以两个横向槽为界，并且-只要存在的话-在横向方向上仅由两个纵向槽为界。横向槽和纵向槽在此分别在角区域处彼此相连。因此优选地，不设置另外的槽分段，从而使均匀连续的、尤其是大体上呈矩形的蒸发面由槽、尤其是环绕槽包围。

考虑到尽可能简单的制造方案，蒸发面由光滑的平面形成。因此，在蒸发面上不布置纹理，如棱纹、凹陷或其他凹凸纹理。

对此备选地-为了改善散布的熔体在蒸发面上的分布-在蒸发面上布置这类常见的纹理。然而在此，这些纹理(例如棱纹)优选不与各横向槽或纵向槽相接触。原则上，这类纹理具有确保将金属熔体分布在蒸发面上的功能。相反，横向槽或环绕槽用于相反的目的，即阻止熔体进一步扩张。

合乎目的地，在边缘区域、即在槽的外部不布置其他纹理并且边缘区域同样优选地由光滑的平面形成。在此，替代地构造成凸出部或下沉部。

因此，总的来说，在优选的设计方案中，在起初光滑的输出表面上仅布置有唯一的、环绕的、大体呈矩形的槽，而没有其他纹理。

在此，槽的槽宽优选介于1mm至8mm之间的范围中、尤其处于1.5mm至2.5mm的范围中。该宽度适合起到屏障的作用，尤其可避免熔体在纵向方向上从环绕槽中溢流而出并触及电极。

合乎目的地，槽的槽深介于0.5mm至2.5mm之间的范围中、尤其处于1mm至1.5mm的范围中。该深度同样用于可靠阻止熔体从槽中溢流而出之目的。同时，采用这样的槽深以及槽宽，还可确保金属熔体在槽内扩散流开、进而分布各处并且回流。如果是变化的槽深，槽深的最大值优选超过上述范围，达到例如3至8mm。

考虑到环绕的边缘区域，边缘区域在横向方向上与纵向槽相接的部分具有侧宽，其处于1mm至4mm的范围中、优选介于1.5mm至2.5mm之间的范围中。在此，边缘要选择得尽可能小，以便由蒸发体提供的表面能够尽可能完全用于所希望的蒸发面。如果仅设置横向槽，则蒸发面一直延伸至上表面的最外缘，没有侧部的边缘区域。

此外，边缘区域在纵向方向上与槽相接的部分还具有所谓的端长，其处于10mm至30mm之间的范围中、优选处于10mm至20mm之间的范围中。与侧部区域相比更大的尺寸附加地确保，金属熔体不会触及装设在端侧处的电极。此外，边缘区域相对较大的端部区域在制造时、尤其在布置环绕槽时，用作机械搬运的夹持区域。

附图说明

根据以简化图示示出的附图详细阐述本发明的实施例：

图1示出了蒸发体上表面的俯视图，

图2示出了将图1沿剖面线A-A剖开的蒸发体剖视图，

图3示出了具有回落边缘区域的变体的剖视图，

图4示出了具有升高边缘区域的变体的剖视图，

图5示出了仅具有横向槽的变体的俯视图，

图6示出了具有不相连的横向槽和纵向槽的变体的俯视图。

在附图中，作用相同的部分标有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1和图2中示出的蒸发体2构造成方形的主体，其在纵向方向x、横向方向y以及竖直方向z上延伸。其中，蒸发体2具有上表面4，其在纵向方向x和横向方向y上延伸。

上表面4的最大部分由中央的蒸发面6形成。蒸发面占据上表面4的大部并且优选占据上表面4的2/3以上。

在实施例中，上表面4总体而言作为光滑的表面构造而成，其在x-y方向上展开成一个平面。

蒸发面6被环绕槽8包围起来，环绕槽总的来说大体呈矩形，并且在实施例中带有倒圆的角区域。外侧与环绕槽8相接的还有同样环绕的边缘区域10。

通过槽8的环形构造，该槽分别具有成对出现的相对而置的分段，即纵向槽8A以及横向槽8B。两个纵向槽8A以及两个横向槽8B封闭形成大体呈矩形的槽8。不会再布置其他与环绕槽8相连并且贯穿蒸发面6的槽。

在实施例中，蒸发面6总的来说也作为光滑、平整的面构造而成，其处于由上表面4界定的平面内。因此在实施例中，蒸发面6不具有纹理或图案。

在实施例中，边缘区域10也没有纹理或图案。同样的，边缘区域10也由平整的表面形成。边缘区域10与蒸发面6处于相同的平面中，尤其如从图2中得知的那样。

环绕槽具有槽宽b，在实施例中为约1.7mm。同时，槽8具有槽深t，在实施例中为约1mm。边缘区域10在横向方向y上与槽8相接的部分在横向方向y上具有侧宽s，在实施例中为约2mm。边缘区域10在纵向方向x上与槽8相接的部分具有端长l，在实施例中为约15mm。

蒸发体、进而表面4，总的来说具有总长L和总宽B，在实施例中分别为130mm和35mm。由此，在实施例中蒸发面6的长度接近100mm并且蒸发面6的宽度为约30mm以下。

在用于真空带型金属喷涂设备时，蒸发体2被夹在两个此处未详细示出的电极之间。所述电极分别装设在蒸发体2的在纵向方向x上相对而置的端侧处。连续输送铝线，使得铝散布于蒸发面6的区域内。输送的铝在蒸发面6上被熔化，大面积分布在蒸发面上，接着被蒸发。

在此，环绕槽8形成屏障，使得产生的金属熔体不可流过槽8。尤其通过环绕槽8，可靠地避免了金属熔体触及相对而置装设在端侧处的电极。

熔体在纵向方向x上到达横向槽8B后，被横向槽引导转而在横向方向上流动，还可以在槽8中扩散流开、尤其回流至纵向槽8A中，这就以有效的方式可靠避免了熔体从槽8中溢流而出。同时，由于蒸发体2在槽8区域中的横截面缩小，所以该区域由于电阻升高而比蒸发面6更热，这就可靠确保了位于槽8中的熔体得以蒸发。

在此处未详细示出的方式中，各槽8、8A、8B具有变化的槽深，从而形成了下降的槽底，尤其是稳定且连续下降的槽底，例如仅在纵向槽8A的区域中，或者备选地在纵向槽8A以及横向槽8B的区域中。槽底尤其朝各槽8A、8B的中心区域上升或下降，从横截面上看，槽底获得大体呈屋顶形的走向。

图3示出了一种变体，其中，边缘区域10相对蒸发面6沿竖直方向z回落。因此，蒸发体2在边缘区域10中具有比在蒸发面6的区域中更小的厚度。

图4示出了一种变体，其中，边缘区域10相对蒸发面6升高，因而构造成附加的机械屏障。

图5示出了一种变体，其中仅构造有横向槽8B。在此，横向槽优选地在整个宽度B上延伸，使得横向槽在侧部贯穿蒸发体2的侧面。

图6示出了一种变型，其中，横向槽8B未与纵向槽8A相连。在此，纵向槽8A优选延伸至一个小边带，距离横向槽8B还有几mm。

附图标记清单

2 蒸发体

4 上表面

6 蒸发面

8 环绕槽

8A 纵向槽

8B 横向槽

10 边缘区域

x 纵向方向

y 横向方向

z 竖直方向

b 槽宽

t 槽深

s 侧宽

l 端长

L 总长

B 总宽

Claims (20)

1.一种用于PVD镀膜设备中的蒸发体(2)，其在纵向方向(x)、横向方向(y)以及竖直方向(z)上延伸，具有在所述纵向方向(x)和所述横向方向(y)上延伸的上表面(4)，所述上表面中央具有蒸发面(6)，由环绕的边缘区域(10)为界。

其特征在于，

所述蒸发面(6)在所述纵向方向(x)上直接以横向槽(8B)为界，所述横向槽针对散布在所述蒸发面(6)上的金属熔体形成屏障，并且不属于所述蒸发面(10)的所述边缘区域(10)在所述纵向方向(x)上与所述横向槽(8B)相接。

2.根据权利要求1所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述横向槽(8B)在所述上表面的整个宽度(B)上延伸。

3.根据权利要求1或2所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述蒸发面(6)还补充地在所述横向方向(y)上直接以纵向槽(8A)为界。

4.根据权利要求3所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述横向槽(8B)和所述纵向槽(8A)连接成环绕槽(8)，所述边缘区域(10)作为环绕的边缘区域与所述环绕槽相接。

5.根据权利要求1或3所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述横向槽(8B)和所述纵向槽(8A)可选地或彼此结合地具有变化的槽深(t)。

6.根据权利要求5所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述槽深(t)连续变化，更确切地说，朝中心区域连续上升或下降。

7.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述蒸发面(6)是一个处于平面中的面。

8.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述边缘区域(10)处于与所述蒸发面(6)相同的平面上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述边缘区域(10)相对所述蒸发面(6)升高或回落。

10.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

以所述横向槽(8B)为界的所述蒸发面(6)是唯一的蒸发面(6)。

11.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述蒸发面(6)覆盖所述表面的至少一半、优选覆盖至少2/3。

12.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述蒸发面(6)从表面(4)的俯视方向上看构造成矩形。

13.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述蒸发面(6)在所述纵向方向(x)上仅以两个相对而置的所述横向槽(8B)为界并且-只要存在的话-在所述横向方向(y)上仅以两个相对而置的所述纵向槽(8A)为界。

14.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述蒸发面(6)由平滑的平面构成。

15.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述边缘区域(10)由平滑的平面构成。

16.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述横向槽(8B)具有槽宽(b)，其处于1mm至8mm的范围中、尤其处于1.5mm至2.5mm的范围中。

17.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述横向槽(8B)具有槽深(t)，其处于0.5mm至2.5mm的范围中、尤其处于1mm至1.5mm的范围中。

18.根据权利要求2至13中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述边缘区域在所述横向方向(y)上与所述纵向槽(8A)相接的部分具有侧宽(s)，其处于1mm至4mm的范围中、尤其处于1.5mm至2.5mm的范围中。

19.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发体(2)，

其特征在于，

所述边缘区域(10)在纵向方向(x)上与所述横向槽(8)相接的部分具有端长(l)，其处于10mm至30mm的范围中、尤其处于10mm至20mm的范围中。

20.一种用于运行根据前述权利要求中任一项所述的蒸发体(2)的方法，其特征在于，

在运行中，所述金属熔体散布在所述蒸发面(6)上，所述金属熔体仅在所述蒸发面(6)上扩散开来并且其扩散范围在纵向方向(x)上以所述横向槽(8B)为界。