DE102007004635A1 - 2-Schicht-Verdampferkörper und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

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Alfred Willer
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Ulrich Goetz
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Abstract

2-Schicht-Verdampferkörper und Verfahren zur Herstellung desselben, wobei bei dem Verfahren zwei unterschiedliche Pulvermischungen in einem gemeinsamen Heißpressprozess unter Ausbildung einer oberen Schicht (3), die durch eine der beiden Pulvermischungen gebildet wird, und einer unteren Schicht (5), die durch die andere der beiden Pulvermischungen gebildet wird, versintert werden, wobei jeweils mindestens zwei unterschiedliche pulverförmige Komponenten verwendet werden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Boriden, Nitriden, Oxiden, Carbiden, Siliciden, Sulfiden, Metallen und deren Gemischen besteht, und das Mischungsverhältnis der Komponenten der einen Pulvermischung anders eingestellt wird als das Mischungsverhältnis der Komponenten der anderen Pulvermischung und/oder mindestens eine Komponente der einen Pulvermischung derart gewählt wird, dass sie unterschiedlich zu den Komponenten der anderen Pulvermischung ist, und/oder die mittlere Korngröße mindestens einer Komponente der einen Pulvermischung derart eingestellt wird, dass sie unterschiedlich zu der mittleren Korngröße von mindestens einer der Komponenten der anderen Pulvermischung ist, und das Mischungsverhältnis und/oder die Komponenten und/oder die mittleren Pulverkorngrößen der Komponenten der jeweiligen Pulvermischung derart eingestellt werden, dass nach dem Heißpressprozess die obere Schicht (3) elektrisch isolierend und die untere Schicht (5) elektrisch leitfähig ist und das Wärmedehnungsverhalten ...

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrisch leitfähigen Verdampferkörper zum Verdampfen von Metallen in einer PVD-Beschichtungsanlage sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verdampferkörpers.
  • Das gebräuchliche Verfahren zum Beschichten von flexiblen Substraten mit Metallen ist das sog. Vakuum-Bandmetallisieren gemäß der PVD (physical vapor deposition)-Technik. Als flexible Substrate kommen z. B. Papier, Kunststofffolien und Textilien in Frage, und als Metall wird überwiegend Aluminium eingesetzt. So beschichtete Substrate finden breite Anwendung für Verpackungszwecke, Dekorationszwecke, bei der Kondensatorherstellung und in der Umwelttechnik (Isolation).
  • Die Beschichtung der flexiblen Substrate erfolgt in PVD-Beschichtungsanlagen oder auch sog. Metallisierungsanlagen. In der Metallisierungsanlage wird das zu beschichtende Substrat über eine gekühlte Walze geführt und dabei einem Metalldampf ausgesetzt, der sich auf der Substratoberfläche als dünne Metallschicht niederschlägt. Zur Erzeugung des erforderlichen konstanten Dampfstromes werden widerstandsbeheizbare/elektrisch beheizbare Verdampferkörper eingesetzt, insbesondere in Form sog. Verdampferschiffchen, die im direkten Stromdurchgang auf etwa 1450–1600°C erhitzt werden. Metalldraht wird kontinuierlich zugeführt, auf der Oberfläche der Verdampferschiffchen verflüssigt und im Vakuum bei ca. 10–4 mbar verdampft. Als Metall wird hauptsächlich Aluminium eingesetzt.
  • Nicht flexible Substrate werden gemäß der PVD-Technik batchweise in einem diskontinuierlichen Prozess, insbesondere mittels Flash-Verdampfung, beschichtet. Nicht flexible Substrate sind z. B. Fernsehbildschirme und Kunststoffteile.
  • Die für das kontinuierliche Verfahren und das diskontinuierliche Verfahren eingesetzten herkömmlichen Verdampferkörper bestehen in der Regel aus einer heißgepressten keramischen Mischkeramik, die als Hauptkomponenten Titandiborid und Bornitrid und manchmal auch Aluminiumnitrid enthält. Titandiborid ist dabei die elektrisch leitfähige Komponente, und Bornitrid und Aluminiumnitrid sind die elektrisch isolierenden Komponenten, wobei die genannten Komponenten miteinander gemischt zu spezifischen elektrischen Heißwiderständen von 600–6000 μΩ·cm führen, wobei der Anteil von Titandiborid in der Mischkeramik 50 Gew.-% (+/– 10%) beträgt.
  • Bei der heißgepressten Mischkeramik handelt es sich um eine homogene Fest-Fest-Mischung, in der der spezifische elektrische Widerstand an jedem Punkt des Verdampferkörpers gleich hoch ist. Spezifische elektrische Heißwiderstände von 600–6000 μΩ·cm führen zu einer relativ guten Leitfähigkeit, so dass bei entsprechender Verdampferkörpergeometrie ein stromdurchflossener Widerstandsheizer entsteht.
  • Beim Verdampfen von Metallen mit dem herkömmlichen Verdampferkörper, der spezifische elektrische Heißwiderstände von 600–6000 μΩ·cm aufweist, fließt der Strom aber auch zu einem wesentlichen Teil durch das flüssige Metallbad selbst – es entsteht ein Parallelwiderstand, der den ohmschen Widerstand des Systems Verdampferkörper-Metallschmelze verringert. Grund dafür ist der relativ niedrige spezifische Widerstand der Metallschmelze (ca. 25–100 μΩ·cm, abhängig von der Temperatur und dem zu verdampfenden Metall). In Abhängigkeit von der Schwankungsbreite der Metallbaddicke und dem Verteilungsgrad des Metallbads auf dem Verdampferkörper entsteht besonders zu Beginn des Verdampferlebens ein schwankungsanfälliger Gesamtwiderstand. Dadurch entsteht ein relativ hoher Regelaufwand für den Anlagenbetreiber.
  • Beim Verdampfen von Aluminium mit herkömmlichen Verdampferschiffchen, die aus Titandiborid und Bornitrid bestehen, wird das leitfähige Titandiborid während des Bedampfungsprozesses durch Aluminium gelöst und Richtung Verdampferenden transportiert. In der Nähe des Aluminium-Drahtauftreffpunktes verringert sich durch diesen Löseprozess die Materialstärke des Verdampferschiffchens, an den Enden dagegen wird leitfähiges Material aufgebaut. Mit fortlaufender Verdampfungsdauer entsteht ein unregelmäßiges Profil des spezifischen elektrischen Widerstands am Verdampferschiffchen. Da der Strom bei herkömmlichen Verdampferschiffchen auch maßgeblich durch das Aluminiumbad fließen kann, führt dieses unregelmäßige Widerstandsprofil zu unregelmäßigen Stromdichten im Verdampferschiffchen. Das Verdampferschiffchen ist dann durch den Anlagenbetreiber kaum noch regelbar, das Verdampferschiffchen muss ausgetauscht werden.
  • Weiterhin ist es nur in Ausnahmefällen möglich, den Verdampferkörper mit einem zusätzlichen porösen Benetzungs-Coating auszurüsten, da der resultierende Stromfluss durch das Gesamtsystem Verdampferkörper-Coating-Metall zu hoch wird, zumindest für die meisten gebräuchlichen Metallisierungsanlagen. Der Grund dafür ist, dass durch das mit flüssigem Metall gefüllte poröse Benetzungs-Coating aufgrund des Parallelwiderstands ein relativ niedriger ohmscher Widerstand des Gesamtsystems resultiert.
  • Durch die Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Herstellung eines Verdampferkörpers geschaffen, der im Betrieb im Wesentlichen lediglich im unteren Bereich vom elektrischen Strom durchflossen wird, um dennoch seinen oberen Bereich wirksam auf die erforderliche Verdampfungstemperatur aufzuheizen und auf dieser zu halten. Der erfindungsgemäße Verdampferkörper gemäß Anspruch 16 ist insbesondere bereits zu Beginn des Verdampferbetriebs in der PVD-Beschichtungsanlage leicht zu bedienen/zu regeln und weist ferner eine lange Lebensdauer auf. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Verdampferkörpers sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei unterschiedliche Pulvermischungen in einem gemeinsamen Heißpressprozess unter Ausbildung einer oberen Schicht, die durch die eine der beiden Pulvermischungen gebildet wird, und einer unteren Schicht, die durch die andere der beiden Pulvermischungen gebildet wird, miteinander versintert. In dem gemeinsamen Heißpressprozess werden die beiden Pulvermischungen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck bevorzugt in einer Schutzgasatmosphäre zweilagig miteinander versintert. Der Pressdruck bzw. die Presskräfte verlaufen wenigstens überwiegend in der Richtung senkrecht zu den Schichten und senkrecht zu der Längsrichtung des Verdampferkörpers, d. h. der Pressdruck ist im Wesentlichen ein vertikaler Pressdruck. Mit anderen Worten wirken die Presskräfte wenigstens überwiegend in Dickenrichtung der zu bildenden Schichten bzw. des zu bildenden Verdampferkörpers. Die Temperatur und der maximale Druck in dem Heißpressprozess sind abhängig von den ausgewählten Komponenten und deren jeweiliger Sintertemperatur. Für bestimmte Materialpaarungen können der maximale Druck zum Beispiel auf 100 bis 200 bar und die Temperatur zum Beispiel auf 1800 bis 2000°C eingestellt werden. In Abhängigkeit von den gewählten Materialpaarungen in oberer und unterer Schicht bzw. in den Pulvermischungen kann es zweckmäßig sein, den Pulvermischungen ein oder mehrere Additive zuzugeben, die in dem Heißpressprozess bezüglich einer oder mehrerer Komponenten eine Bindephase erzeugen. Da die beiden Pulvermischungen in einem gemeinsamen Heißpressprozess miteinander versintert werden, sind die obere Schicht und die untere Schicht des Verdampferkörpers direkt, d. h. ohne Verwendung von z. B. einer Zwischenklebeschicht, und dauerhaft/zuverlässig miteinander verbunden. Genauer betrachtet entsteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine dünne Übergangszone zwischen oberer und unterer Schicht, in der die untere Schicht und die obere Schicht ineinander übergehen. Somit sind in der Übergangszone sowohl Komponenten der oberen Schicht als auch Komponenten der unteren Schicht enthalten. Mit anderen Worten wird die Übergangszone aus einem Gemisch aus den beiden Pulvermischungen gebildet. Die Übergangszone kann etwa 0,05 bis 2 mm, zum Beispiel 0,1 bis 0,5 mm, dick sein. Durch diese Übergangszone wird ein wenigstens annähernd homogener Übergang zwischen oberer und unterer Schicht sichergestellt. Mit anderen Worten stellt die Übergangszone einen im Wesentlichen stetigen/fließenden Übergang zwischen der Zusammensetzung und/oder der Korngrößenverteilung (und somit auch den thermischen und elektrischen Eigenschaften) der oberen Schicht und der unteren Schicht sicher. Der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verdampferkörper besteht folglich im Wesentlichen aus einer oberen und einer unteren Schicht (= 2-Schicht-Verdampferkörper), wobei die obere Schicht und die untere Schicht bevorzugt derart übereinander angeordnet sind, dass die Unterseite der oberen Schicht genauso groß ist wie die Oberseite der unteren Schicht, d. h. die Unterseite der oberen Schicht und die Oberseite der unteren Schicht deckungsgleich sind, und die obere Schicht nicht in die untere Schicht eintaucht bzw. die obere Schicht seitlich nicht von der unteren Schicht umgeben ist. Die Dicke/Höhe der unteren Schicht ist jeweils kleiner als die Breite und die Länge der unteren Schicht. Zum Beispiel ist das Dicken/Breiten-Verhältnis der unteren Schicht kleiner gleich 1/2, insbesondere kleiner gleich 1/3. Gleiches gilt für die obere Schicht. Folglich hat auch der Verdampferkörper eine langgestreckte Form, deren Dicken/Breiten-Verhältnis kleiner gleich 1/2, insbesondere kleiner gleich 1/3, ist.
  • Erfindungsgemäß werden für jede Pulvermischung mindestens zwei unterschiedliche pulverförmige Komponenten verwendet, die aus der Gruppe der Boride, Nitride, Oxide, Carbide, Silicide, Sulfide, Metalle und derer Gemische ausgewählt sind. In 3 der Zeichnung sind einige der Substanzen/Komponenten aufgezählt, die gemäß der Erfindung in den beiden Pulvermischungen verwendet werden können, wobei die Erfindung nicht auf die in 3 aufgezählten Komponenten beschränkt ist.
  • Erfindungsgemäß wird das Mischungsverhältnis, zum Beispiel angegeben in Gewichtsprozent, der Komponenten der einen Pulvermischung zielgerichtet anders eingestellt als das Mischungsverhältnis der Komponenten der anderen Pulvermischung und/oder mindestens eine Komponente der einen Pulvermischung wird derart gewählt, dass sie unterschiedlich zu den Komponenten der anderen Pulvermischung ist, und/oder die mittlere Korngröße mindestens einer Komponente der einen Pulvermischung wird derart eingestellt, dass sie unterschiedlich zu der mittleren Korngröße von mindestens einer der Komponenten der anderen Pulvermischung ist.
  • Das Mischungsverhältnis und/oder die Komponenten und/oder die mittleren Pulverkorngrößen der Komponenten der jeweiligen Pulvermischung werden erfindungsgemäß derart eingestellt, dass nach dem Heißpressprozess die obere Schicht elektrisch isolierend und die untere Schicht elektrisch leitfähig ist und das Wärmedehnungsverhalten und die Wärmeleitfähigkeit der oberen und der unteren Schicht jeweils wenigstens annähernd gleich sind.
  • Die elektrische Leitfähigkeit wird über den spezifischen elektrischen Widerstand „ϛ" mit der Einheit [μΩ·cm] definiert. Maßgebend ist dabei der spezifische elektrische Widerstand in der Orientierung „senkrecht zur Pressrichtung der Schichten" oder treffender formuliert „in Längsrichtung des Verdampferkörpers". Weiterhin wird zwischen spezifischem elektrischem Kaltwiderstand und spezifischem elektrischem Heißwiderstand unterschieden. Der spezifische elektrische Kaltwiderstand wird bei Raumtemperatur bestimmt, der spezifische elektrische Heißwiderstand bei 1700°C. Im Sinne der Erfindung ist die untere heißgepresste Schicht elektrisch leitfähig, wenn sie einen spezifischen elektrischen Heißwiderstand im Bereich von 100 bis 4000 μΩ·cm, vorzugsweise 600 bis 2000 μΩ·cm, hat. Der entsprechende spezifische elektrische Kaltwiderstand der elektrisch leitfähigen, heißgepressten unteren Schicht liegt im Bereich von 20 bis 1000 μΩ·cm, vorzugsweise 80 bis 500 μΩ·cm. Im Sinne der Erfindung ist die obere heißgepresste Schicht elektrisch isolierend, wenn sie einen spezifischen elektrischen Heißwiderstand von mehr als 6000 μΩ·cm, vorzugsweise größer 10000 μΩ·cm, hat. Der spezifische elektrische Kaltwiderstand der elektrisch isolierenden, heißgepressten oberen Schicht im Sinne der Erfindung ist größer als 3000 μΩ·cm, vorzugsweise größer 5000 μΩ·cm.
  • Das jeweilige Wärmedehnungsverhalten der oberen Schicht und der unteren Schicht wird über den Wärmeausdehnungskoeffizienten „α" mit der Einheit [K–1] definiert. Der Temperaturmessbereich erstreckt sich dabei von Raumtemperatur bis 1600°C. Maßgebend ist dabei der Wärmeausdehnungskoeffizient in der Orientierung „senkrecht zur Pressrichtung der Schichten", insbesondere in Längsrichtung des Verdampferkörpers. Annähernd gleiches Wärmedehnungsverhalten im Sinne der Erfindung heißt, dass im oben genannten Temperaturbereich und in oben genannter Orientierung der Wärmeausdehnungskoeffizient α der unteren Schicht maximal um 10% von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten α der oberen Schicht abweicht. Bevorzugt wird der Wärmeausdehnungskoeffizient der unteren Schicht kleiner eingestellt als der der oberen Schicht, weil die untere Schicht während des Praxiseinsatzes heißer wird. Somit wird die Verbindung zwischen oberer Schicht und unterer Schicht während des Aufheizens und des Abkühlens des Verdampferkörpers weniger beansprucht, so dass die Lebensdauer des Verdampferkörpers weiter erhöht werden kann.
  • Die Wärmeleitfähigkeit wird durch die Wärmeleitzahl „λ" mit der Einheit [J/(K·m·s)] definiert. Annähernd gleiche Wärmeleitfähigkeit im Sinne der Erfindung heißt, dass die Wärmeleitzahl λ der unteren Schicht und die Wärmeleitzahl λ der oberen Schicht maximal um 20% voneinander abweichen, unabhängig davon, ob die Messung senkrecht oder parallel zur Haupt-Pressrichtung der Schichten stattfindet, wobei es innerhalb des angegebenen 20%-Bereichs bevorzugt ist, dass die Wärmeleitzahl λ der unteren Schicht gleich oder größer als die der oberen Schicht ist. Unter Praxisbedingungen wird die untere Schicht heißer. Bei sehr schnellem Abkühlen des Verdampferkörpers am Ende eines jeden Metallisierungszyklus ist es deshalb vorteilhaft, der unteren Schicht schneller die Wärmeenergie zu entziehen als der oberen Schicht. Somit reduziert man das Risiko von Spannungsrissen in dem hergestellten 2-Schicht-Verdamferkörper.
  • Das Mischungsverhältnis und/oder die Komponenten und/oder die mittleren Pulverkorngrößen der Komponenten der jeweiligen Pulvermischungen wird/werden folglich derart eingestellt, dass nach dem Heißpressprozess die untere Schicht einen spezifischen elektrischen Heißwiderstand von 100 bis 4000 μΩ·cm, vorzugsweise 600–2000 μΩ·cm, bzw. einen spezifischen elektrischen Kaltwiderstand von 20 bis 1000 μΩ·cm, vorzugsweise 80 bis 500 μΩ·cm, aufweist und die obere Schicht einen spezifischen elektrischen Heißwiderstand von mehr als 6000 μΩ·cm, vorzugsweise größer 10000 μΩ·cm, bzw. einen spezifischen elektrischen Kaltwiderstand von mehr als 3000 μΩ·cm, vorzugsweise größer 5000 μΩ·cm, aufweist und der Wärmeausdehnungskoeffizient der oberen Schicht und der Wärmeausdehnungskoeffizient der unteren Schicht um maximal 10% voneinander abweichen und die Wärmeleitzahl λ der unteren Schicht und die Wärmeleitzahl λ der oberen Schicht um maximal 20% voneinander abweichen.
  • Die obere isolierende Schicht des durch das Verfahren hergestellten 2-Schicht-Verdampferkörpers kann die unmittelbare/direkte Kontaktfläche zum verdampfenden Metall darstellen, denn die elektrische Isolierung verhindert bzw. verringert während des Einsatzes/Betriebs des 2-Schicht-Verdampferkörpers den direkten Stromdurchfluss durch das Metallbad. Hierdurch kann die Regelbarkeit/Bedienbarkeit des Verdampferkörpers erheblich vereinfacht/verbessert werden. Im besonderen Maße vorteilhaft ist jedoch die Anwendung eines zusätzlichen porösen, ca. 0,5 mm dicken Benetzungs-Coatings auf der oberen isolierenden Schicht. Bei gleichzeitiger Verwendung des 2-Schicht-Verdampferkörpers mit dem porösen Benetzungs-Coating ist die Benetzbarkeit der oberen Schicht selbst mit dem zu verdampfenden Metall von geringer Bedeutung.
  • Die untere leitfähige Schicht stellt die Heizquelle des 2-Schicht-Verdampferkörpers dar und wird durch direkten Stromdurchfluss widerstandsbeheizt. Der Wärmetransfer von unterer zu oberer Schicht findet überwiegend durch Wärmeleitung statt.
  • Vorzugsweise werden die beiden Pulvermischungen vor dem gemeinsamen Heißpressprozess in einem gemeinsamen Trockenpressprozess vorverdichtet. In dem gemeinsamen Trockenpressprozess wird ein so genannter Grünling oder Grünkörper hergestellt. Zur Ausbildung der beiden Schichten wird zunächst die erste Pulvermischung in eine vorzugsweise quaderförmige Pressform gegeben. Dann wird die zweite Pulvermischung auf die erste Pulvermischung gegeben und die beiden Pulvermischungen werden bei einem maximalen Druck von z. B. 70 bis 200 bar miteinander verpresst. Im Wesentlichen besteht der Grünling und somit der Verdampferkörper damit aus zwei Schichten. Der auf diese Art hergestellte Grünkörper wird dann in dem gemeinsamen Heißpressprozess bei z. B. ca. 1900°C unter Schutzgas und bei vertikalem Druck versintert.
  • Vorzugsweise werden die Verdampferkörper in Einzel-Heißpressung gesintert.
  • Vorzugsweise werden für die eine der beiden Pulvermischungen mindestens zwei Komponenten verwendet, die auch für die andere der beiden Pulvermischungen verwendet werden. Zum Beispiel können für sowohl die erste Schicht als auch für die zweite Schicht BN und TiB2 verwendet werden. Werden für die beiden Pulvermischungen zumindest teilweise die gleichen Komponenten verwendet, kann das Wärmeverhalten (= Wärmedehnungsverhalten und Wärmeleitfähigkeit) der oberen Schicht und der unteren Schicht besonders gut aufeinander abgestimmt bzw. eingestellt werden, so dass der Verdampferkörper, insbesondere die Verbindung zwischen oberer Schicht und unterer Schicht, während des Betriebs, insbesondere während des Aufheizens und des Abkühlens, weniger stark beansprucht wird, wodurch die Lebenszeit des Verdampferkörpers erhöht wird.
  • Die Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit der jeweiligen Schicht kann dabei z. B. über die Zusammensetzung der jeweiligen Pulvermischung durch Hinzumischen weiterer elektrisch leitfähiger bzw. elektrisch isolierender Komponenten und/oder durch Einstellen unterschiedlicher Massenanteile der Komponenten in der jeweiligen Pulvermischung und/oder über die mittlere Korngröße der Komponenten in der jeweiligen Pulvermischung erfolgen. Zum Beispiel kann die elektrische Leitfähigkeit einer Pulvermischung dadurch reduziert werden, indem die mittlere Korngröße einer elektrisch isolierenden Komponente reduziert wird und/oder die mittlere Korngröße einer elektrisch leitfähigen Komponente erhöht wird, so dass in der Pulvermischung die groben Partikel der elektrisch leitfähigen Komponente von den feinen Partikeln der elektrisch isolierenden Komponente umgeben und somit voneinander abgeschirmt sind, und indem zusätzlich oder alternativ die Zusammensetzung der Pulvermischung verändert wird durch Erhöhen des Anteils der elektrisch isolierenden Komponente und/oder durch Hinzufügen einer anderen elektrisch isolierenden Komponente.
  • Alternativ oder zusätzlich können zum Beispiel für die eine der beiden Pulvermischungen eine oder mehrere Komponenten verwendet werden, die bezüglich der Komponenten der anderen Pulvermischung unterschiedlich sind, jedoch ähnliche Wärmeeigenschaften haben.
  • Zum Beispiel werden für beide Pulvermischungen jeweils mindestens eine elektrisch leitfähige Komponente und mindestens eine elektrisch isolierende Komponente verwendet. Elektrisch leitfähige Komponenten im Sinne der Erfindung sind solche Komponenten, die im reinen versinterten Zustand einen spezifischen elektrischen Kaltwiderstand von weniger als 1000 μΩ·cm, vorzugsweise zwischen 1 und 100 μΩ·cm, haben. Elektrisch isolierende Komponenten im Sinne der Erfindung sind solche Komponenten, die im reinen versinterten Zustand einen spezifischen elektrischen Kaltwiderstand von mehr als 1000 μΩ·cm, vorzugsweise größer als 1010 μΩ·cm, besitzen. Beispiele zu den spezifischen elektrischen Kaltwiderständen finden sich in 3 der Zeichnung. Der elektrische Widerstand der durch die Pulvermischung gebildeten Schicht kann wie oben beschrieben zum Beispiel über die Zusammensetzung der Pulvermischung eingestellt werden. Die Zusammensetzung kann z. B. dadurch geändert werden, dass das Mischungsverhältnis der Komponenten verändert wird (zum Beispiel 30 Gew.-% TiB2 und 70 Gew.-% BN in oberer Schicht und 70 Gew.-% TiB2 und 30 Gew.-% BN in unterer Schicht). Die Zusammensetzung kann alternativ oder zusätzlich z. B. dadurch geändert werden, dass in den beiden Pulvermischungen zumindest teilweise andere Komponenten verwendet werden, d. h. dass eine Pulvermischung mindestens eine Komponente aufweist, die in der anderen Pulvermischung nicht enthalten ist.
  • Zum Beispiel ist es möglich, die elektrischen Eigenschaften der oberen Schicht und der unteren Schicht einzustellen, indem bei derjenigen Pulvermischung, von der die obere Schicht ausgebildet wird, ein Teil des Pulvers der elektrisch leitfähigen Komponente durch ein Pulver einer anderen elektrisch isolierenden Komponente ersetzt wird. Dabei ist es bevorzugt, für die beiden Pulvermischungen jeweils Titandiborid-Pulver als die elektrisch leitfähige Komponente und Bornitrid-Pulver als die elektrisch isolierende Komponente zu verwenden und für die andere elektrisch isolierende Komponente Zirkoniumdioxid zu verwenden. Zum Beispiel kann für diejenige Pulvermischung, von der die untere Schicht ausgebildet wird, 45 bis 65 Gew.-% Titandiborid-Pulver und 35 bis 55 Gew.-% Bornitrid-Pulver und für diejenige Pulvermischung, von der die obere Schicht ausgebildet wird, 25 bis 45 Gew.-% Titandiborid-Pulver, 30 bis 50 Gew.-% Bornitrid-Pulver und 15 bis 35 Gew.-% Zirkoniumdioxid-Pulver, vorzugsweise Y2O3-stabilisiert, verwendet werden. Zudem kann für die beiden Pulvermischungen ferner jeweils 0,5 bis 5 Gew.-% Kalziumoxid-Pulver verwendet werden, das die Bildung einer Bindephase für das Bornitrid ermöglicht. Die Bindephase ist ein Kalziumborat. Das Kalziumborat entsteht durch Reaktion des Kalziumoxids mit Boroxid. Boroxid ist eine Verunreinigung des Bornitrids und/oder Titandiborids.
  • Eine andere, besonders einfach zu realisierende Möglichkeit besteht darin, den elektrischen Widerstand der mit der Pulvermischung zu bildenden Schicht über die mittleren Korngrößen der einzelnen Komponenten der Pulvermischung einzustellen. Zum Beispiel wird für diejenige Pulvermischung, von der die untere Schicht ausgebildet wird, feinkörniges Pulver der elektrisch leitfähigen Komponente und grobkörniges Pulver der elektrisch isolierenden Komponente verwendet und für diejenige Pulvermischung, von der die obere Schicht ausgebildet wird, grobkörniges Pulver der elektrisch leitfähigen Komponente und feinkörniges Pulver der elektrisch isolierenden Komponente verwendet, wobei die mittlere Korngröße der Partikel des jeweiligen grobkörnigen Pulvers bevorzugt auf 8 bis 20 μm eingestellt wird und die mittlere Korngröße der Partikel des jeweiligen feinkörnigen Pulvers bevorzugt auf 3 bis 7 μm eingestellt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dabei für die beiden Pulvermischungen jeweils Titandiborid-Pulver als elektrisch leitfähige Komponente und Bornitrid-Pulver als elektrisch isolierende Komponente verwendet.
  • Ferner ist es bevorzugt, das Verfahren derart zu steuern/durchzuführen, dass nach dem Heißpressprozess das Querschnitts-Flächenverhältnis von oberer Schicht zu unterer Schicht 0,1 bis 4 ist. Dies kann zum Beispiel durch entsprechendes Einstellen der Pulvermenge der einen Pulvermischung und der Pulvermenge der anderen Pulvermischung und/oder durch entsprechendes Einstellen des maximalen Pressdrucks erfolgen. Der erfindungsgemäße Verdampferkörper weist keine Struktur-Inhomogenitäten auf.
  • Der erfindungsgemäße 2-Schicht-Verdampferkörper weist eine obere, elektrisch isolierende Schicht und eine untere, elektrisch leitfähige Schicht auf, wobei die obere Schicht und die untere Schicht unter Ausbildung einer Übergangszone teilweise ineinander übergehen. Das Wärmedehnungsverhalten und die Wärmeleitfähigkeit der oberen und der unteren Schicht sind jeweils wenigstens annähernd gleich. Die obere Schicht und die untere Schicht weisen jeweils mindestens zwei unterschiedliche Komponenten auf, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Boriden, Nitriden, Oxiden, Carbiden, Sulfiden, Siliciden, Metallen und deren Gemischen besteht. Das Mischungsverhältnis der Komponenten der einen Schicht ist anders als das Mischungsverhältnis der Komponenten der anderen Schicht und/oder mindestens eine Komponente der einen Schicht ist unterschiedlich zu den Komponenten der anderen Schicht und/oder die mittlere Korngröße mindestens einer Ausgangskomponente der einen Schicht ist unterschiedlich zu der mittleren Korngröße von mindestens einer der Ausgangskomponenten der anderen Schicht. Die mittlere Korngröße der Ausgangskomponente bezeichnet die mittlere Korngröße der jeweiligen Komponente in der Pulvermischung vor dem Heißpressprozess. Die mittlere Korngröße der jeweiligen Ausgangskomponente in der Pulvermischung ist unterschiedlich zu der mittleren Korngröße der jeweiligen Komponente in der entsprechenden Schicht des fertigen Verdampferkörpers. Zum Beispiel versintern einzelne Titandiborid-Pulverpartikel (= Ausgangskomponente) in dem Heißpressprozess miteinander, wobei die einzelnen Partikelkörner miteinander über sog. Sinterbrücken oder Sinterhälse verbunden werden, wodurch die mittlere Partikelgröße ansteigt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäß hergestellten Verdampferkörpers,
  • 1a eine vergrößerte Ansicht des in 1 mit dem Kreis markierten Bereichs,
  • 1b eine Draufsicht auf den Verdampferkörper aus 1,
  • 2 eine Querschnittsansicht eines anderen Verdampferkörpers, der ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, und
  • 3 eine Tabelle, die mögliche Komponenten, die in dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden können, und deren Kaltwiderstände zeigt.
  • Die 1, 1a und 1b zeigen einen Verdampferkörper 1, der mittels des Verfahrens der Erfindung hergestellt wurde. Der Verdampferkörper 1 ist ein keramischer bzw. intermetallischer 2-Schicht-Verdampferkörper, der im Wesentlichen aus einer oberen Schicht 3 und einer unteren Schicht 5 besteht. Wie in 1a gezeigt, bildet sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen oberer Schicht 3 und unterer Schicht 5 eine Übergangszone 7 aus, die eine Mischzone aus oberer Schicht 3 und unterer Schicht 5 darstellt und einen wenigstens annähernd homogenen Übergang zwischen den beiden Schichten gewährleistet. In der oberen Schicht 3 des Verdampferkörpers 1 kann ferner, wie in den 1 und 1b gezeigt, eine Kavität 9 ausgebildet sein, in die während des Betriebs des Verdampferkörpers zu verdampfendes Material eingebracht werden kann. Im Betrieb des Verdampferkörpers 1 wird derselbe im direkten Stromdurchgang durch die untere Schicht 5 widerstandsbeheizt, so dass die untere Schicht 5 und aufgrund von Wärmeleitung auch die obere Schicht 3 aufgeheizt werden. Ist der Verdampferkörper 1 ausreichend aufgeheizt, wird das zu verdampfende Material auf die Verdampferfläche aufgegeben, die durch die Oberseite der oberen Schicht 3 bzw. durch die Kavität 9 gebildet wird.
  • Wie in 2 gezeigt, kann der Verdampferkörper 1 im Querschnitt auch andere Formen als eine Rechteckform aufweisen. Zum Beispiel kann der Verdampferkörper im Querschnitt eine Dreiecksform oder, wie in 2 gezeigt, eine Trapezform aufweisen. Gleiches gilt für die obere Schicht 3 und die untere Schicht 5, deren Querschnitts-Flächenform ebenfalls z. B. rechteckig, trapezförmig oder dreieckig sein kann, wobei es möglich ist, für die obere Schicht 3 und die untere Schicht 5 eine unterschiedliche Form zu verwenden. Die untere Schicht 5 kann ferner gerundete Kanten aufweisen oder im Querschnitt die Form eines Kreissegments aufweisen.
  • Die beiden Pulvermischungen bzw. die daraus gebildeten Schichten 3, 5 lassen sich z. B. über das Querschnittsflächenverhältnis des Verdampferkörpers 1 quantifizieren. Das Querschnittsflächenverhältnis A(obere Schicht)/A(untere Schicht) ist bevorzugt 1/10 bis 4, vorzugsweise 1/6 bis 2 und besonders bevorzugt 1/2 bis 1. In der Praxis ergibt sich aus dem Querschnittsflächenverhältnis und der elektrischen Leitfähigkeit folgende Konsequenz für den Stromfluss durch den 2-Schicht-Verdampferkörper im Betriebszustand bei z. B. 1600°C.
  • Beispiel:
    • – A(obere Schicht)/A(untere Schicht) = 0,5 (z. B. Dicke der unteren Schicht ist doppelt so groß wie die Dicke der oberen Schicht bei jeweils rechteckigem Querschnitt)
    • – ϛ(heiß, unten) = 1500 μΩ·cm (elektrisch leitfähig)
    • – ϛ(heiß, oben) = 30000 μΩ·cm (elektrisch isolierend)
  • Bei oben genannter Querschnittsflächenaufteilung und bei gleicher Länge der oberen Schicht 3 und unteren Schicht 5 fließt lediglich der 1/40ste Teil (1/40 = 1500/(30000·2)) des elektrischen Stroms durch die obere Schicht 3.
  • In dem gezeigten Beispiel fließt der elektrische Strom im Wesentlichen lediglich durch die untere Schicht 5 des Verdampferkörpers 1, wodurch die untere Schicht 5 aufgeheizt wird. Die obere Schicht 3 ist elektrisch isolierend und wird durch Wärmeübertragung von der unteren Schicht 5 auf die obere Schicht 3 aufgeheizt.
  • Das Wärmeverhalten (Wärmedehnungsverhalten und Wärmeleitfähigkeit) der oberen Schicht 3 und das Wärmeverhalten der unteren Schicht 5 des erfindungsgemäß hergestellten Verdampferkörpers 1 sind wenigstens annähernd gleich. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die untere Schicht 5 und die obere Schicht 3 im Betrieb, insbesondere während des Aufheizens und des Abkühlens des Verdampferkörpers 1, nicht aufgrund einer unterschiedlich starken Wärmeausdehnung voneinander lösen und Wärme effizient zwischen den Schichten 3 und 5 übertragen wird. Im Folgenden werden zwei "worst-case" Szenarios bezüglich der Wärmeeigenschaften beschrieben:
    Fall 1: Gleiche Endtemperatur – α weicht um 10% ab
  • In der Praxis ergibt sich bei einer Abweichung von α(oben) – α(unten) = 10% für einen 130 mm langen 2-Schicht-Verdampferkörper 1 bei gleicher Endtemperatur von oberer Schicht 3 und unterer Schicht 5 ein Längen-Ausdehnungsunterschied von oberer Schicht 3 zu unterer Schicht 5 von 0,12 mm.
    Fall 2: Endtemperatur um 200 K verschieden – α ist gleich Tritt der Fall ein, dass die obere Schicht 3 und die untere Schicht 5 den gleichen Ausdehnungskoeffizienten besitzen und die untere Schicht 5 aufgrund des direkten Stromdurchflusses um 200 K heißer wird, ergibt sich ein Längenausdehnungsunterschied von oberer Schicht 3 zu unterer Schicht 5 von 0,16 mm.
  • Angaben zur Berechnung im Fall 1 und Fall 2:
    • Allgemein: Δl = l0 + α·ΔT
  • Fall 1:
    • Δl = (l(0, oben) + α(oben)·ΔT(oben)) – (l0, unten) + α(unten)·ΔT(unten)),mit ΔT(oben) = ΔT(unten) = 1600 K, l(0, oben) = l(0, unten) = 130 mm, α(oben) = 6,0·10–6 K–1 und α(unten) = 5,4·10–6 K–1.
  • Fall 2:
    • Δl = (l(0, oben) + α(oben)·ΔT(oben)) – (l(0, unten) + α(unten)·ΔT(unten)),mit: ΔT(oben) = 1400 K, ΔT(unten) = 1600 K, l(0, oben) = l(0, unten) = 130 mm und α(oben) = α(unten) = 6,0·10–6 K–1
  • Erfindungsgemäß werden zur Herstellung der zwei Schichten 3, 5 zwei unterschiedliche Pulvermischungen eingesetzt. Die Pulvermischungen sind zum einen chemisch durch die Auswahl der Pulverkomponenten und/oder die Massen/Volumen/Mol-Anteile der Komponenten an der jeweiligen Pulvermischung und/oder zum anderen physikalisch durch die Auswahl der mittleren Pulverkorngrößen der Komponenten der jeweiligen Pulvermischung spezifiziert. Im Folgenden werden 3 mögliche Varianten beschrieben.
  • Variante 1 „Chemie":
  • Die elektrische Leitfähigkeit der heißgepressten Schichten 3, 5 wird über die chemische Zusammensetzung der Pulvermischungen, bei sonst gleichen physikalischen Eigenschaften, variiert. Die untere elektrisch leitfähige Schicht 5 enthält z. B. TiB2- und BN-Pulver. Die obere isolierende Schicht 3 enthält z. B. TiB2-, ZrO2 und BN-Pulver. Wesentlicher Unterschied: Ein geringer Massenanteil des elektrisch leitfähigen TiB2-Pulvers wird in der oberen Schicht 3 durch nicht leitendes ZrO2 ersetzt. Der spezifische elektrische Widerstand steigt mit geringer Austauschrate von TiB2 durch ZrO2 stark an, wohingegen die Wärmeausdehnung und Wärmeleitung nahezu konstant bleibt.
  • Allgemein enthält die untere leitfähige Schicht 5 einen höheren Volumenanteil an leitfähigen Ausgangspulvern als die obere isolierende Schicht 3.
  • Variante 2 „Korngröße":
  • Die elektrische Leitfähigkeit der heißgepressten Schichten 3, 5 wird über die mittleren Pulverkorngrößen der Komponenten der jeweiligen Pulvermischung, bei sonst gleichen Pulverkomponenten bzw. gleicher chemischer Zusammensetzung, variiert. Die untere elektrisch leitfähige Schicht 5 enthält z. B. feines TiB2- und grobes BN-Pulver. Die obere isolierende Schicht 3 enthält z. B. grobes TiB2- und feines BN-Pulver. Da bei oberer und unterer Schicht 3, 5 gleiche Massenanteile von TiB2- und BN-Pulver verwendet werden, ist die Wärmeausdehnung und Wärmeleitung von oberer und unterer Schicht 3, 5 nahezu gleich. Im Sinne der Erfindung wird feines und grobes Pulver durch die mittlere Korngröße d50 derart definiert, dass die mittlere Korngröße von feinem Pulver zwischen 3 und 7 μm, vorzugsweise 4–6 μm, liegt und die von grobem Pulver zwischen 8–20 μm, vorzugsweise 9–12 μm, liegt. In dem fertigen Verdampferkörper sind die einzelnen Titandiborid-Pulverpartikel der Ausgangs-Pulvermischung zum größten Teil miteinander versintert, d. h. über Sinterbrücken/Sinterhälse miteinander verbunden, wobei vereinzelt lose Titandiborid-Pulverpartikel in den beiden Schichten vorliegen. Das Titandiborid in der oberen Schicht weist dabei aufgrund der unterschiedlichen Ausgangskorngröße eine gröbere Struktur auf als das in der unteren Schicht. Die Bornitrid-Pulverpartikel der Ausgangs-Pulvermischung kristallisieren in dem Heißpressprozess zu größeren Plättchen und liegen in dem fertigen Verdampferkörper als in einer Bindephase verteilte Plättchen vor.
  • Variante 3 „Chemie und Korngröße":
  • Durch Kombination von Variante 1 mit Variante 2 entsteht Variante 3. Variante 3 ist besonders gut geeignet, um genau die richtigen Wärmedehnungs- und Wärmeleitfähigkeitseigenschaften von oberer und unterer Schicht 3, 5 bzw. des 2-Schicht-Verdampferkörpers 1 einzustellen. Die Einstellung des spezifischen elektrischen Widerstands stellt bei Variante 3 kein Problem dar.
  • Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
  • Eine erste Pulvermischung, die zur Herstellung der oberen Schicht 3 dient, wurde durch Trockenmischen von 32 Gew.-% TiB2-Pulver, 27 Gew.-% ZrO2(Y2O3-stabilisiert), 40 Gew.-% BN-Pulver und 1 Gew.-% CaO-Pulver in einem Intensivmischer hergestellt. Die zweite Pulvermischung, die zur Herstellung der unteren Schicht 5 dient, wurde durch Trockenmischen von 54 Gew.-% TiB2-Pulver, 45 Gew.-% BN-Pulver und 1 Gew.-% CaO-Pulver in einem Intensivmischer hergestellt. Zunächst wurden 50 g der zweiten Pulvermischung in eine 30 mm breite, 130 mm lange und 100 mm hohe quaderförmige Pressform gefüllt und gleichmäßig verteilt. Darüber wurden 50 g der ersten Pulvermischung gefüllt und ebenfalls gleichmäßig verteilt. Durch Verdichtung mit einem Pressdruck von 100–200 bar entstand ein Grünkörper von 50–60% der theoretischen Dichte. Der so hergestellte Grünkörper wurde nun bei 1900°C und bei einem maximalen vertikalen Druck von 100–200 bar heißgepresst und anschließend abgekühlt.
  • Der resultierende 2-Schicht-Verdampferkörper hatte die Maße H × B × L = 10–12 mm × 30 mm × 130 mm. Die untere Hälfte bestand aus elektrisch leitfähigem und die obere Hälfte aus elektrisch isolierendem Material. Der spezifische elektrische Heißwiderstand der unteren Schicht 5 war 1000–1400 μΩ·cm, der spezifische elektrische Kaltwiderstand lag bei 200–300 μΩ·cm. Der spezifische elektrische Kaltwiderstand der oberen Schicht 3 lag bei 15000–20000 μΩ·cm, der spezifische elektrische Heißwiderstand war so hoch, dass er nicht bestimmt werden konnte. In die obere Schicht 3, die die Kontaktfläche zum verdampfenden Metall darstellt, wurde eine 0,5 mm tiefe, 26 mm breite und 100 mm lange Kavität 9 gefräst.
  • Durch Brechen/Schneiden des Verdampferkörpers quer zu seiner Längsrichtung wurde die Struktur der oberen und der unteren Schicht untersucht. Dabei zeigte sich, dass das Titandiborid in dem Heißpressprozess in sowohl der oberen als auch der unteren Schicht größtenteils miteinander versintert, wohingegen das Bornitrid in einer Bindephase in Form von Plättchen verteilt ist.
  • Der gemäß obiger Ausführungsform hergestellte 2-Schicht-Verdampferkörper 1 wurde dann in einer Metallisierungsanlage in Betrieb genommen.
  • Zunächst wurde der 2-Schicht-Verdampferkörper 1 ohne ein zusätzliches Benetzungs-Coating getestet. Der 2-Schicht-Verdampferkörper 1 wurde im direkten Stromdurchfluss auf 1450–1600°C aufgeheizt, und anschließend wurde kontinuierlich Aluminiumdraht zugeführt. Die Erstbenetzung des Aluminiums auf der oberen Schicht 3 des heißen 2-Schicht-Verdampferkörpers 1 war vergleichbar mit der Erstbenetzung bei einem herkömmlichen Verdampfer. Nach kurzer Zeit waren etwa 80% der Kavitätsfläche benetzt. Von nun an bestand nahezu kein Regelaufwand für den Anlagenbetreiber. Der 2-Schicht-Verdampferkörper 1 überstand mehrmaliges rasches Aufheizen und Abkühlen zerstörungsfrei.
  • Anschließend wurde der 2-Schicht-Verdampferkörper 1 in Kombination mit einem porösen Benetzungs-Coating getestet. Dadurch ließen sich das Erstbenetzungsverhalten verbessern, die Spritzerbildung nahezu vermeiden und die Abdampfrate um ca. den Faktor 1,5 erhöhen. Die Anwendung des porösen Benetzungs-Coatings bedingt für die meisten üblichen Verdampfungsanlagentypen eine geometrische Trennung von elektrisch leitfähigem Heizer und Abdampfquelle, so wie sie durch den 2-Schicht-Verdampferkörper 1 gegeben ist.

Claims (28)

  1. Verfahren zum Herstellen eines elektrisch leitfähigen Verdampferkörpers (1) zum Verdampfen von Metallen in einer PVD-Beschichtungsanlage, wobei bei dem Verfahren zwei unterschiedliche Pulvermischungen in einem gemeinsamen Heißpressprozess unter Ausbildung einer oberen Schicht (3), die durch eine der beiden Pulvermischungen gebildet wird, und einer unteren Schicht (5), die durch die andere der beiden Pulvermischungen gebildet wird, versintert werden, wobei – für jede Pulvermischung mindestens zwei unterschiedliche pulverförmige Komponenten verwendet werden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Boriden, Nitriden, Oxiden, Carbiden, Sulfiden, Siliciden, Metallen und deren Gemischen besteht, und – das Mischungsverhältnis der Komponenten der einen Pulvermischung anders eingestellt wird als das Mischungsverhältnis der Komponenten der anderen Pulvermischung und/oder mindestens eine Komponente der einen Pulvermischung derart gewählt wird, dass sie unterschiedlich zu den Komponenten der anderen Pulvermischung ist, und/oder die mittlere Korngröße mindestens einer Komponente der einen Pulvermischung derart eingestellt wird, dass sie unterschiedlich zu der mittleren Korngröße von mindestens einer der Komponenten der anderen Pulvermischung ist, und – das Mischungsverhältnis und/oder die Komponenten und/oder die mittleren Pulverkorngrößen der Komponenten der jeweiligen Pulvermischung derart eingestellt werden, dass nach dem Heißpressprozess die obere Schicht (3) elektrisch isolierend und die untere Schicht (5) elektrisch leitfähig ist und das Wärmedehnungsverhalten und die Wärmeleitfähigkeit der oberen und der unteren Schicht (3, 5) jeweils wenigstens annähernd gleich sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die beiden Pulvermischungen vor dem gemeinsamen Heißpressprozess in einem gemeinsamen Trockenpressprozess unter Ausbildung eines Grünlings vorverdichtet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für die eine der beiden Pulvermischungen mindestens zwei Komponenten verwendet werden, die auch für die andere der beiden Pulvermischungen verwendet werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für beide Pulvermischungen jeweils mindestens eine elektrisch leitfähige Komponente und mindestens eine elektrisch isolierende Komponente verwendet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei für diejenige Pulvermischung, von der die untere Schicht (5) ausgebildet wird, feinkörniges Pulver der elektrisch leitfähigen Komponente und grobkörniges Pulver der elektrisch isolierenden Komponente verwendet werden und für diejenige Pulvermischung, von der die obere Schicht (3) ausgebildet wird, grobkörniges Pulver der elektrisch leitfähigen Komponente und feinkörniges Pulver der elektrisch isolierenden Komponente verwendet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die mittlere Korngröße der Partikel des jeweiligen grobkörnigen Pulvers auf 8 bis 20 um eingestellt wird und die mittlere Korngröße der Partikel des jeweiligen feinkörnigen Pulvers auf 3 bis 7 μm eingestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei für die beiden Pulvermischungen jeweils Titandiborid-Pulver als elektrisch leitfähige Komponente und Bornitrid-Pulver als elektrisch isolierende Komponente verwendet werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei bei derjenigen Pulvermischung, von der die obere Schicht (3) ausgebildet wird, ein Teil des Pulvers der elektrisch leitfähigen Komponente durch ein Pulver einer anderen elektrisch isolierenden Komponente ersetzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei für die beiden Pulvermischungen jeweils Titandiborid-Pulver als die elektrisch leitfähige Komponente und Bornitrid-Pulver als die elektrisch isolierende Komponente verwendet werden, und wobei für die andere elektrisch isolierende Komponente Zirkoniumdioxid und/oder Y2O3 und/oder Al2O3 verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei für die andere elektrisch isolierende Komponente ein mit Y2O3 und/oder CaO und/oder MgO teil- oder vollstabilisiertes Zirkoniumdioxid verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei für diejenige Pulvermischung, von der die untere Schicht (5) ausgebildet wird, 45 bis 65 Gew.-% Titandiborid-Pulver und 35 bis 55 Gew.-% Bornitrid-Pulver verwendet werden und für diejenige Pulvermischung, von der die obere Schicht (3) ausgebildet wird, 25 bis 45 Gew.-% Titandiborid-Pulver, 30 bis 50 Gew.-% Bornitrid-Pulver und 15 bis 35 Gew.-% Zirkoniumdioxidpulver, vorzugsweise Y2O3-stabilisiert, verwendet werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei für die beiden Pulvermischungen ferner jeweils 0,5 bis 5 Gew.-% Kalziumoxid-Pulver verwendet wird.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mischungsverhältnis und/oder die Komponenten und/oder die mittleren Pulverkorngrößen der Komponenten der jeweiligen Pulvermischung derart eingestellt werden, dass nach dem Heißpressprozess der Wärmeausdehnungskoeffizient der unteren Schicht (5) und der Wärmeausdehnungskoeffizient der oberen Schicht (3) um maximal 10% voneinander abweichen, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient der unteren Schicht (5) kleiner oder gleich dem der oberen Schicht (3) ist.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mischungsverhältnis und/oder die Komponenten und/oder die mittleren Pulverkorngrößen der Komponenten der jeweiligen Pulvermischung derart eingestellt werden, dass nach dem Heißpressprozess die Wärmeleitzahl λ der unteren Schicht (5) und die Wärmeleitzahl λ der oberen Schicht (3) um maximal 20% voneinander abweichen, wobei die Wärmeleitzahl λ der unteren Schicht (5) größer oder gleich der der oberen Schicht (3) ist.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Pulvermenge der einen Pulvermischung und die Pulvermenge der anderen Pulvermischung derart eingestellt werden, dass nach dem Heißpressprozess das Querschnitts-Flächenverhältnis von oberer Schicht (3) zu unterer Schicht (5) 1/10 bis 4 ist.
  16. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) zum Verdampfen von Metallen in einer PVD-Beschichtungsanlage, der als Sinterkörper ausgebildet ist und versehen ist mit: einer oberen, elektrisch isolierenden Schicht (3) und einer unteren, elektrisch leitfähigen Schicht (5), wobei das Wärmedehnungsverhalten und die Wärmeleitfähigkeit der oberen und der unteren Schicht (3, 5) jeweils wenigstens annähernd gleich sind, und die obere Schicht (3) und die untere Schicht (5) jeweils mindestens zwei unterschiedliche Komponenten aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Boriden, Nitriden, Oxiden, Carbiden, Sulfiden, Siliciden, Metallen und deren Gemischen besteht, und das Mischungsverhältnis der Komponenten der einen Schicht anders ist als das Mischungsverhältnis der Komponenten der anderen Schicht und/oder mindestens eine Komponente der einen Schicht unterschiedlich zu den Komponenten der anderen Schicht ist und/oder die mittlere Korngröße mindestens einer Ausgangskomponente der einen Schicht unterschiedlich zu der mittleren Korngröße von mindestens einer der Ausgangskomponenten der anderen Schicht ist, und zwischen der oberen Schicht (3) und der unteren Schicht (5) eine Übergangszone (7) ausgebildet ist, in der die untere Schicht (5) und die obere Schicht (3) ineinander übergehen.
  17. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) nach Anspruch 16, wobei die obere Schicht (3) mindestens zwei Komponenten aufweist, die auch in der unteren Schicht (5) enthalten sind.
  18. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) nach Anspruch 16 oder 17, wobei die obere Schicht (3) und die untere Schicht (5) jeweils mindestens eine elektrisch leitfähige Komponente und mindestens eine elektrisch isolierende Komponente aufweisen.
  19. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) nach Anspruch 18, wobei die elektrisch leitfähige Ausgangskomponente für die untere Schicht (5) feinkörnig und die elektrisch leitfähige Ausgangskomponente für die obere Schicht (3) grobkörnig ist, und wobei die elektrisch isolierende Ausgangskomponente für die obere Schicht (3) feinkörnig und die elektrisch isolierende Ausgangskomponente für die untere Schicht (5) grobkörnig ist.
  20. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) nach Anspruch 19, wobei die mittlere Korngröße der jeweiligen grobkörnigen Ausgangskomponente 8 bis 20 μm ist und die mittlere Korngröße der jeweiligen feinkörnigen Ausgangskomponente 3 bis 7 μm ist.
  21. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die obere Schicht (3) und die untere Schicht (5) jeweils Titandiborid als elektrisch leitfähige Komponente und Bornitrid als elektrisch isolierende Komponente aufweisen.
  22. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei in der oberen Schicht (3) ein Teil der elektrisch leitfähigen Komponente durch eine andere elektrisch isolierende Komponente ersetzt ist.
  23. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) nach Anspruch 22, wobei die obere Schicht (3) und die untere Schicht (5) jeweils Titandiborid als elektrisch leitfähige Komponente und Bornitrid als elektrisch isolierende Komponente aufweisen, und wobei die andere elektrisch isolierende Komponente Zirkoniumdioxid und/oder Y2O3 und/oder Al2O3 ist.
  24. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) nach Anspruch 23, wobei die untere Schicht (5) 45 bis 65 Gew.-% Titandiborid und 35 bis 55 Gew.-% Bornitrid aufweist, und wobei die obere Schicht (3) 25 bis 45 Gew.-% Titandiborid, 30 bis 50 Gew.-% Bornitrid und 15 bis 35 Gew.-% Zirkoniumdioxid, vorzugsweise Y2O3-stabilisiert, aufweist.
  25. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) nach Anspruch 24, wobei die obere Schicht (3) und die untere Schicht (5) ferner jeweils 0,5 bis 5 Gew.-% Kalziumoxid aufweisen.
  26. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 25, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient der unteren Schicht (5) und der Wärmeausdehnungskoeffizient der oberen Schicht (3) um maximal 10% voneinander abweichen, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient der unteren Schicht (5) kleiner oder gleich dem der oberen Schicht (3) ist.
  27. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 26, wobei die Wärmeleitzahl λ der unteren Schicht (5) und die Wärmeleitzahl λ der oberen Schicht (3) um maximal 20% voneinander abweichen, wobei die Wärmeleitzahl λ der unteren Schicht (5) größer oder gleich der der oberen Schicht (3) ist.
  28. 2-Schicht-Verdampferkörper (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 27, wobei das Querschnitts-Flächenverhältnis von oberer Schicht (3) zu unterer Schicht (5) 0,1 bis 4 ist.
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