DE102015122692A1

DE102015122692A1 - IMC-Verdampferschiffchen-Baugruppe

Info

Publication number: DE102015122692A1
Application number: DE102015122692.8A
Authority: DE
Inventors: Robinson E. Lattimer
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: CN105803401A; CN105803401B; DE102015122692B4; US20160208373A1

Abstract

Eine IMC-Verdampferschiffchen-Baugruppe, die ein Verdampferschiffchen einschließt, das eine Oberseite hat, die ein Becken definiert. Es ist eine thermisch isolierende Einheit vorhanden, die einen Wärmedämmkörper umfasst, wobei der Wärmedämmkörper einen Hohlraum enthält. Das Verdampferschiffchen wird im Hohlraum entfernbar aufgenommen. Das Verdampferschiffchen ist mit einer Heizung wirkverbunden.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampferschiffchen-Baugruppe aus einem intermetallischen Verbundmaterial (IMC: Intermetallic Composite (engl.)), die zum Verdampfen von Metallen zweckmäßig ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine IMC-Verdampferschiffchen-Baugruppe, die ein IMC-Verdampferschiffchen und eine thermisch isolierende Einheit, die das IMC-Verdampferschiffchen trägt, umfasst.
Bislang waren IMC-Verdampferschiffchen zweckmäßig zum Bereitstellen eines Behälters oder einer Plattform, auf der Metalle geschmolzen werden, um die Metalle für eine Abscheidung auf einem Substrat zu verdampfen. Beispielhafte Patentdokumente, die Verdampferschiffchen oder andere Heizvorrichtungen betreffen, sind im Folgenden aufgeführt: US-Patent Nr. 2,840,458 an Hamister, US-Patent Nr. 3,181,968 an Mandorf, US-Patent Nr. 3,345,448 an Malkin, US-Patent Nr. 3,724,996 an Montgomery, US-Patent Nr. 4,264,803 an Shinko, US-Patent Nr. 5,032,366 an Finicle, US-Patent Nr. 5,182,149 an Finicle, US-Patent Nr. 5,239,612 an Morris, US-Patent Nr. 6,081,652 an Seifert, US-Patent Nr. 6,085,025 an Seifert, US-Patent Nr. 6,645,572 an Seifert, US-Patent Nr. 5,604,164 an Montgomery et al., US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. US 2009/0217876 A1 von Epstein, deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007 045 289 der ESK Ceramics GmbH; Veröffentlichung der PCT-Anmeldung WO 2006/117119 A1 der ESK Ceramics GmbH und Veröffentlichung der PCT-Anmeldung Nr. WO 2008/025447 A1 der ESK Ceramics GmbH.
KURZDARSTELLUNG
In einer ihrer Ausführungsformen ist die Erfindung eine IMC-Verdampferschiffchen-Baugruppe, umfassend ein Verdampferschiffchen, wobei das Verdampferschiffchen eine Oberseite aufweist, die ein Becken definiert. Es ist eine thermisch isolierende Einheit vorhanden, die einen Wärmedämmkörper umfasst, wobei der Wärmedämmkörper einen Hohlraum enthält. Das Verdampferschiffchen wird im Hohlraum entfernbar aufgenommen. Das Verdampferschiffchen ist mit einer Heizung wirkverbunden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das Folgende ist eine kurze Beschreibung der Zeichnungen, die einen Teil dieser Patentanmeldung bilden:
1 ist eine isometrische Ansicht einer spezifischen Ausführungsform einer thermisch isolierenden Einheit zur Verwendung in Verbindung mit einer spezifischen Ausführungsform eines IMC-Schiffchens;
2 ist eine isometrische Ansicht einer spezifischen Ausführungsform einer IMC-Verdampferschiffchen-Baugruppe, wobei das Verdampferschiffchen aus der thermisch isolierenden Einheit von 1 herausgezogen dargestellt ist;
3 ist eine isometrische Ansicht einer spezifischen Ausführungsform einer IMC-Verdampferschiffchen-Baugruppe von 1 und 2, wobei das Verdampferschiffchen im Hohlraum der thermisch isolierenden Einheit aufgenommen ist; und
4 ist eine schematische Ansicht, die eine Vakuumkammer mit einer darin befindlichen IMC-Schiffchen-Baugruppe und einem Substrat zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen: 1 bis 3 zeigen eine spezifische Ausführungsform der IMC-Schiffchen-Baugruppe, insgesamt mit 20 bezeichnet. Die IMC-Schiffchen-Baugruppe 20 umfasst ein Verdampferschiffchen (oder ein IMC-Verdampferschiffchen), das eine im Großen und Ganzen rechteckige Geometrie hat, insgesamt mit 22 bezeichnet, und eine thermische isolierende Einheit, insgesamt mit 24 bezeichnet. Das Verdampferschiffchen 22 hat eine Oberseite 26, die ein Becken 28 enthält, wobei eine Stützwand 30 das Becken 28 abgrenzt. Das Verdampferschiffchen 22 hat Seitenwände 32 an den einander gegenüberliegenden Seiten 33, Stirnwände 34 an den einander gegenüberliegenden Enden 35 und eine Bodenfläche 36. Das Verdampferschiffchen 22 kann aus einem der folgenden intermetallischen Verbundmaterialien hergestellt sein: BN-TiB₂ oder BN-AlN-TiB₂.
Die thermisch isolierende Einheit 24 umfasst einen Wärmedämmkörper 40, der eine im Großen und Ganzen rechteckige Geometrie hat und der einen Hohlraum 42 enthält. Der Hohlraum 42 erstreckt sich in der Längsrichtung des Wärmedämmkörpers 40. Der Hohlraum 42 ist an seinen einander gegenüberliegenden Enden offen, und er ist durch Seitenwände 44 und eine Bodenfläche 48 begrenzt. Die Seitenwände 44 sind in Bezug auf eine senkrecht zur Bodenfläche 48 verlaufende Linie (b-b) unter einem Winkel „A“ (siehe 1) angeordnet. In 1 liegt der Winkel „A“ in einem Bereich zwischen etwa 12 Grad und etwa 15 Grad. Es wird jedoch angenommen, dass der Winkel „A“ in einem Bereich zwischen etwa 5 Grad und etwa 60 Grad liegen kann, wobei des Weiteren angenommen wird, dass der Winkel „A“ in Abhängigkeit von der Anwendung einen noch weiteren Bereich haben kann.
Die Geometrie des Hohlraums 42 ist so, dass er das Verdampferschiffchen 22 aufnehmen kann, wobei die Seitenwände 32 des Verdampferschiffchens 22 die Seitenwände 44 des Hohlraums 42 berühren und wobei die Bodenfläche 36 des Verdampferschiffchens 22 die Bodenfläche 48 des Hohlraums 42 berührt. Wenn das Verdampferschiffchen 22 im Hohlraum 42 der thermisch isolierenden Einheit 24 aufgenommen ist, ist die Stirnwand 34 des Verdampferschiffchens 22 freiliegend (siehe 3). Die Geometrie des Verdampferschiffchens 22 entspricht der Geometrie der thermisch isolierenden Einheit 24 einschließlich des Wärmedämmkörpers 40.
Der Wärmedämmkörper 40 ist aus einem der folgenden Materialien hergestellt: Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Fasern oder Aluminiumoxidfasern. Entsprechend der schematischen Darstellung in 2 ist an jede Stirnwand 34 des Verdampferschiffchens 22 eine elektrische Heizung (50, 52) elektrisch angeschlossen.
4 stellt schematisch eine Vakuumkammer 60 mit einem darin befindlichen Substrat 62 und einer IMC-Schiffchen-Baugruppe 20 dar. Im Betrieb wird das zu verdampfende Metall, das üblicherweise in Form eines Drahts vorliegt, im Becken 28 an der Oberseite 36 des Verdampferschiffchens 22 (der IMC-Schiffchen-Baugruppe 20) platziert, und die elektrischen Heizungen (50, 52) werden mit Strom versorgt. Das Verdampferschiffchen 22 wird heiß, wodurch wiederum Wärme auf das im Becken 28 befindliche zu verdampfende Metall übertragen wird. Schließlich verdampft das Metall im Becken 28, und es wird üblicherweise abgezogen, um eine Beschichtung auf der Oberfläche eines Substrats 60 zu bilden. Typische Anlagen, in denen eine IMC-Verdampferschiffchen-Baugruppe verwendet wird, sind gezeigt und beschrieben im US-Patent Nr. 3,113,889 an Cooper et al. (das hiermit in seiner Gesamtheit hier aufgenommen wird) und im US-Patent Nr. 5,904,781 an Goodman et al. (das hiermit in seiner Gesamtheit hier aufgenommen wird).
Die vorliegende Ausführungsform bietet bestimmte, bislang nicht verfügbare Vorteile. Was dies anbelangt, so haben frühere IMC-Verdampferschiffchen einen signifikanten Wärmeverlust im Betrieb erfahren, da der elektrische Strom direkt durch die Verdampferschiffchen ohne Isolierung geleitet wurde. Bei der vorliegenden Erfindung wird durch die Verwendung des Verdampferschiffchens in Verbindung mit der thermisch isolierenden Einheit der Wärmeverlust während des Betriebs signifikant reduziert. Die Wärme wird durch die elektrischen Heizungen erzeugt, und das Verdampferschiffchen ist auf allen Seiten – bis auf die Oberseite und die Stirnseiten – von der thermisch isolierenden Einheit umgeben, die den Wärmeverlust während des Betriebs reduziert.
Durch die Bereitstellung einer IMC-Verdampferschiffchen-Baugruppe, die eine verbesserte Reduzierung von Wärmeverlusten zur Folge hat, wird eine signifikante Energieeinsparung beim gesamten Metallverdampfungsprozess erzielt. Durch die Reduzierung des Wärmeverlusts während des Betriebs wird weniger Energie benötigt, um den gesamten Metallverdampfungsprozess zu betreiben. Daher bietet die Verwendung dieser erfindungsgemäßen IMC-Verdampferschiffchen-Baugruppe bei einem Metallverdampfungsprozess verglichen mit der Verwendung früherer Verdampferschiffchen durch die bedeutende Energieeinsparung beim Gesamtprozess einen signifikanten betrieblichen Vorteil.
Alle hier genannten Patente und anderen Dokumente werden hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hier eingeschlossen. In Anbetracht 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 [0013]
US 5904781 [0013]

Claims

IMC-Verdampferschiffchen-Baugruppe, umfassend: ein Verdampferschiffchen, wobei das Verdampferschiffchen eine Oberseite aufweist, die ein Becken definiert; eine thermisch isolierende Einheit, die einen Wärmedämmkörper umfasst, wobei der Wärmedämmkörper einen Hohlraum enthält; wobei das Verdampferschiffchen im Hohlraum entfernbar aufgenommen wird; und wobei das Verdampferschiffchen mit einer Heizung wirkverbunden ist.
Verdampferschiffchen-Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das Verdampferschiffchen eine Seitenwand und eine Stirnwand und eine Bodenfläche aufweist.
Verdampferschiffchen-Baugruppe nach Anspruch 2, wobei der Hohlraum in der thermisch isolierenden Einheit eine Seitenwand und eine Bodenfläche aufweist.
Verdampferschiffchen-Baugruppe nach Anspruch 3, wobei das Verdampferschiffchen im Hohlraum der thermisch isolierenden Einheit aufgenommen ist, wobei die Seitenwand des Verdampferschiffchens die Seitenwand der thermisch isolierenden Einheit berührt und wobei die Bodenfläche des Verdampferschiffchens die Bodenfläche der thermisch isolierenden Einheit berührt.
Verdampferschiffchen-Baugruppe nach Anspruch 4, wobei, wenn das Verdampferschiffchen im Hohlraum der thermisch isolierenden Einheit aufgenommen ist, die Stirnwand des Verdampferschiffchens freiliegend ist.
Verdampferschiffchen-Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das Verdampferschiffchen ein Paar einander gegenüberliegender Stirnwände sowie ein Paar Heizungen umfasst, wobei jede Heizung mit dem Verdampferschiffchen angrenzend an die ihr zugeordnete Stirnwand elektrisch verbunden ist.
Verdampferschiffchen-Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das Verdampferschiffchen eines der folgenden intermetallischen Verbundmaterialien umfasst, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: BN-TiB₂ oder BN-AlN-TiB₂.
Verdampferschiffchen-Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Wärmedämmkörper eines der Materialien umfasst, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Fasern oder Aluminiumoxidfasern.
Verdampferschiffchen-Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das Verdampferschiffchen eines der folgenden intermetallischen Verbundmaterialien umfasst, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: BN-TiB₂ oder BN-AlN-TiB₂, und wobei der Wärmedämmkörper eines der Materialien umfasst, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Fasern oder Aluminiumoxidfasern.