DE102015122552A1

DE102015122552A1 - Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz

Info

Publication number: DE102015122552A1
Application number: DE102015122552.2A
Authority: DE
Inventors: Robinson Lattimer
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2035-12-23
Also published as: CN105803402B; CN105803402A; US10184168B2; US20160208374A1; DE102015122552B4

Abstract

Eine Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz, die ein IMC-Verdampferschiffchen und einen Wärmeisoliereinsatz enthält, der einen Behälter aufweist, der einen Wärmeisolierkörper mit einem Hohlraum enthält. Das IMC-Verdampferschiffchen wird innerhalb des Hohlraums so aufgenommen, dass es einen Luftraum zwischen dem IMC-Verdampferschiffchen und dem Wärmeisolierkörper definiert. Eine Heizvorrichtung ist in dem Luftraum enthalten.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe aus einem Verdampferschiffchen aus intermetallischem Verbundstoff (IMC, Intermetallic Composite) und einem Wärmeisoliereinsatz, die für das Verdampfen von Metallen nützlich ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Verdampferschiffchenbaugruppe einer Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz, umfassend ein IMC-Verdampferschiffchen und einen Wärmeisoliereinsatz, der das IMC-Verdampferschiffchen trägt, und wobei die Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz für das Verdampfen von Metallen in Verbindung mit einer Unterdruckvorrichtung nützlich ist.
Bisher waren IMC-Verdampferschiffchen bei der Bereitstellung eines Behälters oder einer Plattform nützlich, auf dem bzw. der Metalle geschmolzen wurden, um die Metalle zum Abscheiden auf einem Substrat zu verdampfen. Beispielhafte Patentschriften, die Verdampferschiffchen oder andere Heizvorrichtungen betreffen, sind folgende: US-Patent Nr. 2.840.458 , erteilt an Hamister, US-Patent Nr. 3.181.968 , erteilt an Mandorf, US-Patent Nr. 3.345.448 , erteilt an Malkin, US-Patent Nr. 3.724.996 , erteilt an Montgomery, US-Patent Nr. 4.264.803 , erteilt an Shinko, US-Patent Nr. 5.032.366 , erteilt an Finicle, US-Patent Nr. 5.182.149 , erteilt an Finicle, US-Patent Nr. 5.239.612 , erteilt an Morris, US-Patent Nr. 6.081.652 , erteilt an Seifert, US-Patent Nr. 6.085.025 , erteilt an Seifert, US-Patent Nr. 6.645.572 , erteilt an Seifert, US-Patent Nr. 5.604.164 , erteilt an Montgomery et al., US-Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. US 2009/0217876 A1 , erteilt an Epstein, deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007 045 289 , erteilt an ESK Ceramics GmbH; PCTPatentanmeldung, Veröffentlichung WO 2006/117119 A1 , erteilt an ESK Ceramics GmbH, und PCT-Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. WO 2008/025447 A1 , erteilt an ESK Ceramics GmbH.
KURZDARSTELLUNG
In einer Form davon ist die Erfindung eine Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz. Die Baugruppe umfasst ein IMC-Verdampferschiffchen und einen Wärmeisoliereinsatz. Der Wärmeisoliereinsatz umfasst einen Behälter, der einen Wärmeisolierkörper mit einem Hohlraum enthält. Das IMC-Verdampferschiffchen wird innerhalb des Hohlraums so aufgenommen, dass es einen Luftraum zwischen dem IMC-Verdampferschiffchen und dem Wärmeisolierkörper (70) definiert. Innerhalb des Luftraums ist eine Heizvorrichtung enthalten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das Folgende ist eine kurze Beschreibung der Zeichnungen, die einen Teil dieser Patentanmeldung bilden:
1 ist eine isometrische Ansicht einer konkreten Ausführungsform der Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz;
2 ist eine Endansicht der Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz aus 1, wobei ein Ende des Behälters entfernt wurde;
3 ist eine isometrische Ansicht der konkreten Ausführungsform der Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen uns Wärmeisoliereinsatz aus 1, wobei das IMC-Verdampferschiffchen vom Wärmeisoliereinsatz weg auseinandergezogen ist, und
4 ist eine schematische Ansicht einer Unterdruckkammer mit der Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz darin und einem Substrat darin.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulichen 1 bis 3 eine konkrete Ausführungsform der Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen Wärmeisoliereinsatz, die allgemein mit 20 gekennzeichnet ist. Die Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz 20 umfasst ein Verdampferschiffchen 22 und einen Wärmeisoliereinsatz 50. Das IMC-Verdampferschiffchen 22 weist eine obere Oberfläche 24 auf, die ein Becken 26 enthält, wobei eine Rückhaltewand 28 das Becken 26 definiert. Das IMC-Verdampferschiffchen 22 weist Seitenwände 30 (die angewinkelt sind), Endwände 32 und eine untere Oberfläche 34 auf. Das IMC-Verdampferschiffchen 22 kann aus einem beliebigen der folgenden intermetallischen Verbundstoffe BN-TiB₂ oder BN-AlN-TiB₂ hergestellt sein.
Der Wärmeisoliereinsatz 50 umfasst einen länglichen Behälter 52. Der Behälter 52 weist einen bogenförmigen Abschnitt 54 auf, der in gegenüberliegenden Lippen 56 und 58 endet. Der Behälter 52 weist am gegenüberliegenden Ende eine Oberfläche 59 auf. Der Wärmeisoliereinsatz 50 umfasst ferner einen länglichen Wärmeisolierkörper 70. Der Wärmeisolierkörper 70 kann aus einem der folgenden Materialien hergestellt sein: Aluminiumoxid-Silica-Fasern oder Aluminiumoxidfasern.
Der Wärmeisolierkörper 70 weist eine obere Oberfläche 72 auf und enthält einen Hohlraum 73. Der Wärmeisolierkörper 70 weist eine äußere Oberfläche 74 auf. Der Hohlraum 73 ist durch eine Hohlraumoberfläche 76 definiert. Die Hohlraumoberfläche 76 weist einen frustokonischen Hohlraumabschnitt 78 und einen bogenförmigen Hohlraumabschnitt 80 auf. Der Hohlraum 73 enthält ferner Endhohlraumoberflächen 82.
Im montierten Zustand ruht das IMC-Verdampferschiffchen 22 innerhalb des Hohlraums 73 im Wärmeisolierkörper 70. Die Seitenwände 30 des IMC-Verdampferschiffchens 22 liegen an den Oberflächen an, die den frustokonischen Hohlraumabschnitt 78 der Hohlraumoberfläche 76 definieren. Die Endwände 32 des IMC-Verdampferschiffchens 22 liegen an den Hohlraumendoberflächen 82 des Hohlraums 73 an. Ein Luftraum 84 ist zwischen der unteren Oberfläche 34 des IMC-Verdampferschiffchens 22 und der Hohlraumoberfläche 76 des Wärmeisolierkörpers 70 definiert. Insbesondere ist der Luftraum 84 zwischen der unteren Oberfläche 34 des IMC-Verdampferschiffchens 22 und dem bogenförmigen Hohlraumabschnitt 80 definiert.
Heizelemente 90 sind innerhalb des Luftraums 84 positioniert. Die Heizelemente 90 können aus einem beliebigen der folgenden Materialien hergestellt sein: aus Molybdändisilicid oder Wolfram oder aus einem intermetallischen Verbundstoff (z. B. BN-TiB₂ oder BN-AlN-TiB₂) oder Siliciumcarbid. Ein Thermoelement 96 befindet sich im Luftraum und erstreckt sich durch den Behälter 52.
Unter Bezugnahme auf 4 ist dort eine schematische Ansicht dargestellt, die eine Unterdruckkammer 100 mit der Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz 20 darin und einem Substrat 102 darin zeigt. Bei Betrieb wird das zu verdampfende Metall, das üblicherweise in Form eines Drahts vorliegt, in das Becken 26 auf der oberen Oberfläche 24 des Verdampferschiffchens 22 (der Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz 20) platziert, und Strom wird zu den Heizvorrichtungen 90 geleitet. Die Wärme von den Heizvorrichtungen 90 bewirkt, dass das Verdampferschiffchen 22 heiß wird, wodurch wiederum Wärme auf das zu verdampfende Metall übertragen wird. Schließlich verdampft das Metall und wird üblicherweise gezogen, um eine Beschichtung auf der Oberfläche eines Substrats 102 zu bilden. Typische Anordnungen, bei denen eine Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz verwendet wird, sind in US-Patent Nr. 3.113.889 , erteilt an Cooper et al. (das hiermit in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen ist), und in US-Patent Nr. 5.904.781 , erteilt an Goodman et al. (das hiermit in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen ist), gezeigt und beschrieben.
Die vorliegenden Ausführungsformen bieten bestimmte Vorteile, die bisher nicht verfügbar waren. In dieser Hinsicht haben frühere IMC-Verdampferschiffchen beim Betrieb bedeutenden Wärmeverlust erlitten, da der elektrische Strom direkt durch die Verdampferschiffchen geleitet wurde. In der vorliegenden Erfindung verringert die Verwendung des IMC-Verdampferschiffchens zusammen mit dem Wärmeisoliereinsatz den Wärmeverlust während des Betriebs erheblich. Die Wärme wird durch die Heizvorrichtungen erzeugt, die von dem Wärmeisoliereinsatz umgeben sind, um den Wärmeverlust zu vermindern. Das IMC-Verdampferschiffchen ist auf allen Seiten außer der oberen Oberfläche von dem Wärmeisoliereinsatz umgeben, wodurch der Wärmeverlust während des Betriebs vermindert wird.
Durch Bereitstellen einer Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz, die zu einer verbesserten Verminderung der Wärmeverluste führt, werden beim gesamten Metallverdampfungsprozess bedeutende Stromeinsparungen erzielt. Durch Vermindern des Wärmeverlusts während des Betriebs ist weniger Strom erforderlich, um den gesamten Metallverdampfungsprozess zu betreiben. Daher bietet die Verwendung der Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz der vorliegenden Erfindung, verglichen mit der Verwendung früherer Verdampferschiffchen in einem Metallverdampfungsprozess aufgrund der beträchtlichen Stromeinsparungen beim gesamten Prozess einen bedeutenden Betriebsvorteil.
Die hierin bezeichneten Patente und andere Dokumente sind durch Bezugnahme hierin eingeschlossen. Unter Berücksichtigung der Beschreibung oder einer hierin offenbarten praktischen Umsetzung der Erfindung sind für den Fachmann andere Ausführungsformen der Erfindung offensichtlich. Die Beschreibung und die Beispiele sind lediglich zur Veranschaulichung und nicht als Einschränkung des Schutzbereichs der Erfindung gedacht. Der eigentliche Schutzbereich und Grundgedanke der Erfindung sind in den folgenden Ansprüchen angegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2840458 [0002]
US 3181968 [0002]
US 3345448 [0002]
US 3724996 [0002]
US 4264803 [0002]
US 5032366 [0002]
US 5182149 [0002]
US 5239612 [0002]
US 6081652 [0002]
US 6085025 [0002]
US 6645572 [0002]
US 5604164 [0002]
US 2009/0217876 A1 [0002]
DE 102007045289 [0002]
WO 2006/117119 A1 [0002]
WO 2008/025447 A1 [0002]
US 3113889 [0014]
US 5904781 [0014]

Claims

Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz, umfassend: ein IMC-Verdampferschiffchen; einen Wärmeisoliereinsatz, der einen Behälter umfasst, der einen Wärmeisolierkörper mit einem Hohlraum enthält; wobei das IMC-Verdampferschiffchen innerhalb des Hohlraums so aufgenommen ist, dass es einen Luftraum zwischen dem IMC-Verdampferschiffchen und dem Wärmeisolierkörper definiert; und eine Heizvorrichtung (90), die in dem Luftraum enthalten ist.
Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz nach Anspruch 1, wobei das IMC-Verdampferschiffchen eine obere Oberfläche aufweist, die ein Becken enthält, und wobei das IMC-Verdampferschiffchen Seitenwände und eine untere Oberfläche aufweist.
Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz nach Anspruch 2, wobei eine Hohlraumoberfläche den Hohlraum definiert und wobei die Hohlraumoberfläche einen frustrokonischen Hohlraumabschnitt und einen gebogenen Hohlraumabschnitt umfasst.
Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz- nach Anspruch 3, wobei das IMC-Verdampferschiffchen innerhalb des Hohlraums aufgenommen ist, die Seitenwände des IMC-Verdampferschiffchens den frustrokonischen Hohlraumabschnitt der Hohlraumoberfläche berühren und der Luftraum zwischen der unteren Oberfläche des IMC-Verdampferschiffchens und dem gebogenen Hohlraumabschnitt der Hohlraumoberfläche definiert ist.
Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz nach Anspruch 1, wobei ein Thermoelement innerhalb des Luftraums positioniert ist.
Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz nach Anspruch 1, wobei das IMC-Verdampferschiffchen eine obere Oberfläche aufweist, die ein Becken enthält, und wobei das IMC-Verdampferschiffchen Seitenwände, eine untere Oberfläche und Endwände aufweist.
Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz nach Anspruch 6, wobei eine Hohlraumoberfläche den Hohlraum definiert und wobei die Hohlraumoberfläche einen frustrokonischen Hohlraumabschnitt, einen gebogenen Hohlraumabschnitt und Hohlraumendoberflächen umfasst.
Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz nach Anspruch 7, wobei das IMC-Verdampferschiffchen innerhalb des Hohlraums aufgenommen ist, die Seitenwände des IMC-Verdampferschiffchens den frustrokonischen Hohlraumabschnitt der Hohlraumoberfläche berühren und die Endwände des IMC-Verdampferschiffchens die Hohlraumendoberflächen des Hohlraums berühren und der Luftraum zwischen der unteren Oberfläche des IMC-Verdampferschiffchens und dem gebogenen Hohlraumabschnitt der Hohlraumoberfläche definiert ist.
Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz nach Anspruch 1, wobei das IMC-Verdampferschiffchen einen der folgenden intermetallischen Verbundstoffe umfasst, ausgewählt aus der folgenden Gruppe: BN-TiB₂ oder BN-AlN-TiB₂.
Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz nach Anspruch 1, wobei der Wärmeisolierkörper eines der Materialien umfasst, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Aluminiumoxid-Silica-Fasern oder Aluminiumoxidfasern.
Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz nach Anspruch 1, wobei das IMC-Verdampferschiffchen einen der folgenden intermetallischen Verbundstoffe umfasst, ausgewählt aus der folgenden Gruppe: BN-TiB₂ oder BN-AlN-TiB₂, und der Wärmeisolierkörper eines der Materialien umfasst, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Aluminiumoxid-Silica-Fasern oder Aluminiumoxidfasern.
Baugruppe aus IMC-Verdampferschiffchen und Wärmeisoliereinsatz nach Anspruch 1, wobei die Heizvorrichtung eines der Materialien umfasst, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Molybdändisilicid oder Wolfram oder einen intermetallischen Verbundstoff oder Siliciumcarbid.