DD227160A1 - Tiegel fuer verdampfer in vakuum-beschichtungseinrichtungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tiegel fuer Verdampfer in Vakuum-Beschichtungsanlagen, insbesondere von Tiegeln in Elektronenstrahl- oder Hohlkatodenbogenentladungsverdampfern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tiegeleinsatz zu entwickeln, der eine feste Waermeisolation und eine gute Temperatur-Wechselfestigkeit aufweist. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe derart geloest, dass der Tiegeleinsatz ein von innen nach aussen sinkendes Waermeleitvermoegen aufweist. Der Vorteil dieser erfindungsgemaessen Loesung besteht darin, dass Materialien mit hohen Schmelztemperaturen, z. B. Titan, bei geringem Energieaufwand verdampft werden koennen, ohne dass beim Beschichtungsprozess stoerende Wirkungen, wie ein hoher Dampfdruck von Al2O3 bei Temperaturen ueber 1 000C auftreten. Die Waermeverluste aus dem Schmelzbad koennen mit der Erfindung um etwa 50-70% gesenkt werden.

Description

VEB Hochvakuum Dresden P

Tiegel für Verdampfer in Vakuum-Beschientungseinri chtungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Tiegel für Verdampfer in Vakuum-Beschichtungseinrichtungen, insbesondere von Tiegeln in Elektronenstrahl- oder Hohlkatodenbogenentladungsverdampfern.

Charakteristik der bekannten· technischen Lösungen

In der einfachsten Form besteht der Tiegel der vorgenannten Verdampfer aus einer Ausdrehung innerhalb des Grundkörpers der Verdampfer, der meist aus Kupfer besteht. Bei dieser Ausführungsform besteht jedoch der Nachteil, daß ein sehr großer Teil, der dem Verdampfungsmaterial zugeführten Energie, als Wärmeenergie durch die erforderliehe Wasserkühlung ungenutzt verlorengeht. Um diesen rlachteil zu vermindern, gibt es eine Reihe von Vorschlägen, die Tiegel mit einer Auskleidung zu versehen, die die im Verdampfungsmaterial vorhandene Wärme nur schlecht ableiten. Damit kann ohne zusätzliche Energiezufuhr die Temperatur des Verdampfungsgutes und somit die Verdampfungsrate erhöht werden. Andererseits kann bei gleichbleibender Verdampfungsrate die elektrische Leistung gesenkt werden, wodurch meist auch eine Erhöhung der

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Standzeit von aktiven Verschleißteilen, z. B. der Katode α. a. erzielt wird.

Speziell für die Aluminium-Verdampfung wird sehr oft ein Tiegeleinsatz aus AIpO- (Sinterkorund) eingesetzt. Al^O-hat jedoch den Nachteil, daß es bei höheren Temperaturen des Verdampfungsgutes, bei höher schmelzenden Materialien, reduziert wird und oberhalb von 1000 ⁰C relativ hohen Dampfdruck besitzt. In vielen Fällen wird der Tiegeleinsatz aus Kohlenstoff (Graphit) hergestellt. Die vorteilhaften Wirkungen sind aber hier begrenzt. Das Wärmeleitvermögen γόη Graphit ist abhängig von der Temperatur. Bei 1500 ⁰C entspricht das Wärmeleitvermögen des Graphit z. B. dem des Titan

In der.DE-OS 31 36 465 wird als Auskleidung eine Metallkeramik auf der Basis ZrO₂-Mo vorgeschlagen, nachteilig ist dabei aber, daß ZrOp (auch stabilisiert) eine relativ schlechte Teinperaturwechselbeständigkeit (z. B. im Vergleich zu AIpO-) besitzt und bei höheren Schmelztemperaturen, z. B. von Titan, unter Bildung von Titanoxid reduziert wird.

Desweiteren sind speziell zur Verdampfung von Aluminium und ähnlichen Metallen Einrichtungen bekannt geworden, die die Standzeit der Verdampfertiegel und/oder die Verdampfungsrate erhöhen sollen, wobei diesen Tiegeln gemeinsam ist, daß sie nicht wassergekühlt sind und damit keine Tiegeleinsätze, wie in der Erfindung dargestellt, sondern komplette Verdampfertiegel darstellen. In den DE-AS 12 56 997 und 15 21 564 werden derartige Gefäße dargestellt, die einen komplizierten Aufbau aufweisen, um bei einem Riß oder Bruch des der Schmelze ausgesetzten Tiegelmaterials weiterhin ihre Funktion zu erfüllen, wobei die Lecks durch die erstarrende Schmelze wieder verschlossen werden, so daß sich die Tiegelstandzeit erhöht. In der DE-PS 19 07 099 wird ein im wesentlichen aus einem Hartstoffgemisch, z. B. BlT-TiBpbestehender Grundkörper, der an sich bekannt ist, durch einen Überzug aus einer Ti-Si-Verbindung versehen, der durch das

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flüssige Metall besser benetzt mrd, wodurch die Aluminiumverdampfungsrate stark gesteigert v/erden kann. Allen diesen Einrichtungen ist nachteilig, daß sie zur Verdampfung von höherschmelzenden Materialien nicht eingesetzt werden können und durch ihre Herstellung technologisch sehr aufwendig sind.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, Materialien mit hohen Schmelztemperaturen, z. B. Titan, mit hoher Verdampfungsrate und geringem Energieaufwand zu verdampfen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tiegeleinsatz zu entwickeln, der eine gute Wärmeisolation und eine gute Temperatur-Wechselfestigkeit aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe derart gelöst, daß der Tiegeleinsatz ein von innen nach außen sinkendes Wärmeleitvermögen aufweist. Als konkrete Realisierung wird ein Tiegeleinsatz vorgeschlagen, der innen aus Graphit und außen aus einer Metalloxidkeramik, z. B. Al₂O- oder ZrOp, besteht, wobei das Wanddickenverhältnis Graphit zu Metalloxidkeramik mindestens 3>5 : 1 beträgt. Der durch Wärmeleitung von der Schmelze durch den Tiegeleinsatz entstehende Wärmestrom führt an der Grenzfläche Graphit-Oxidkeramik zu einer Temperatur, die neben dem Wärmeleitvermögen vor allem von der Wandstärke der wär-•meisolierenden Stoffe abhängt.

Mit der Einhaltung des erfindungsgemäßen Wanddickenverhältnisses von mindestens 3>5 : 1 wird erreicht, daß durch den im Gleichgewicht konstanten Wärmestrom diese Temperatur 1000 ⁰G nicht übersteigt.

Die verschiedenen Teile des Tiegeleinsatzes und dieser

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zum gekühlten Kupfer-Grundkörper, des Verdampfers sind gut formschlüssig ausgebildet und weisen damit einen guten thermischen Kontakt auf.

Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß Materialien mit hohen Schmelztemperaturen, z. B. Titan, bei geringem Energieaufwand verdampft werden können, ohne daß beim Beschichtungsprozeß störende Wirkungen, wie ein hoher Dampfdruck von AIpO- bei Temperaturen über 1000 ⁰G auftreten.

Die Wärmeverluste durch Wärmeableitung aus dem Schmelzbad können mit der Erfindung um ca 50 - 70 % gesenkt werden.

Die Materialien Graphit und AIpO- haben den weiteren Vorteil, daß sie leicht beschaffbar, billig und gut bearbeitbar sind.

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Tiegeleinsatz.

Der Tiegeleinsatz befindet sich im Grundkörper 1 eines nicht näher dargestellten Verdampfers. Er ist koaxial ausgebildet und ist mit der Oberfläche bündig in den Grundkörper 1 eingelassen. Um den Tiegeleinsatz herum befindet sich im Grundkörper 1 eine Kühlmittelleitung 2 (für Wasser)· Der erfinderische Tiegeleinsatz besteht aus einem inneren Graphitkörper 3 und einem äußeren AIpO--Körper 4» Erfindungswesentlich ist dabei das Dickenverhältnis der beiden Körper. Im Beispiel ist die Wanddicke des Graphitkörpers 3 8 mm und die Dicke des AIpO..-Körpers 4 2 mm. Dieses Größenverhältnis gestattet es im Tiegeleinsatz, z. B. Titan, zu verdampfen, wobei die Temperatur ca 1800 ⁰C beträgt. Durch das Verhältnis 8 mm dicke Graphitwand zu 2mm dicke AlpO--Wand wird die

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Temperatur an der Übergangsstelle von Graphit auf AIpO-auf ca 1000 G abgesenkt. Das liegt unterhalb der für AIpO- kritischen Temperatur mit erhöhtem Dampfdruck.

3ei geeigneter Wasserkühlung des Verdampfers kann man davon ausgehen, daß am Übergang von AlpO^-Kupfer-Grund-

o körper eine Temperatur von ca 20 G vorhanden ist* Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Wärmeverlust etwa 400 J/cm s. Bei einem einfachen Graphit-Tiegeleinsatz vergleichbarer Dicke von 1 cm nach dem Stand der Technik, beträgt der Wärmeverlust rund 1500 J/cm s.

Claims (2)

- b P 247 Patentanspruch.

1. Tiegeleinsatz für Verdampfer in Vakuum-Beschichtungseinrichtungen zur "Verringerung der Wärmeableitung aus dem Schmelzbad, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegeleinsatz ein von innen nach außen sinkendes Wärmeleitvermögen aufweist.

2. Tiegeleinsatz nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegeleinsatz innen aus Graphit und außen aus einer Metalloxidkeramik besteht, wobei das Dickenverhältnis Graphit zu Metalloxidkeramik mindestens 3,5 : 1 beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnung