DE112011102835B4 - Wasserreaktives, Al-basiertes Verbundmaterial, wasserreaktiver, Al-basierter,thermisch gespritzter Film, Verfahren für die Herstellung eines solchen Al-basierten, thermisch gespritzten Films und Bestandteil für eine Filmbildungskammer - Google Patents

Wasserreaktives, Al-basiertes Verbundmaterial, wasserreaktiver, Al-basierter,thermisch gespritzter Film, Verfahren für die Herstellung eines solchen Al-basierten, thermisch gespritzten Films und Bestandteil für eine Filmbildungskammer Download PDF

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Abstract

Wasserreaktives, Al-basiertes Verbundmaterial, gekennzeichnet durch die Beimischung von 2,0 bis 3,5 Masse-% In, 0,2 bis 0,5 Masse-% Si und 0,13 bis 0,25 Masse-% Ti zu Al auf der Grundlage der Gesamtmenge an Al.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein wasserreaktives, Al-basiertes Verbundmaterial, einen wasserreaktiven, Al-basierten, thermisch gespritzten Film, ein Verfahren für die Herstellung eines solchen Al-basierten, thermisch gespritzten Films und einen Bestandteil für eine Filmbildungskammer, und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein wasserreaktives, Al-basiertes Verbundmaterial, dem In, Si und Ti beigemischt sind, einen wasserreaktiven, Al-basierten, thermisch gespritzten Film, der aus diesem wasserreaktiven, Al-basierten Verbundmaterial besteht, ein Verfahren für die Herstellung eines solchen Al-basierten, thermisch gespritzten Films und einen Bestandteil für eine Filmbildungskammer, der mit diesem Al-basierten, thermisch gespritzten Film bedeckt ist.
  • Bisheriger Stand der Technik
  • Bei der Filmbildungsvorrichtung zum Bilden eines Dünnfilms mit Hilfe von Filmbildungstechniken wie der Sputter-, der Vakuumaufdampf-, der Ionenplattier- und der CVD-Technik bleibt zwangsläufig ein Film aus einem Metall oder einer Metallverbindung, aus dem/der ein filmbildendes Material besteht, an dem Bestandteil für die Filmbildungskammer haften, der während des Filmbildungsprozesses in der Filmbildungsvorrichtung angeordnet werden soll. Als solche Bestandteile für die Filmbildungskammer können beispielsweise eine haftungshemmende Platte zum Vermeiden eines Anhaftens von Filmen im Inneren des Vakuumbehälters außer am Substrat, Shutter, eine Maske zum ausschließlichen Bilden eines Films auf einem Sollbereich des Substrats und eine Schale zum Transportieren der Substrate genannt werden.
  • Ein Film mit der gleichen Zusammensetzung wie ein angestrebter Dünnfilm (der auf der Oberfläche eines Substrats abzuscheidende Dünnfilm) wird im Verlauf des Filmbildungsprozesses ebenfalls auf der Oberfläche dieser Elemente abgeschieden. In dieser Hinsicht ist es üblich, diese Elemente nach dem Entfernen des abgeschiedenen Films wiederholt in dem Filmbildungsprozess zu verwenden.
  • Die Dicke des zwangsläufig an diesen Bestandteilen für die oben erwähnte Filmbildungskammer anhaftenden Films erhöht sich mit der Dauer des Filmbildungsprozesses. Diese anhaftenden Filme lösen sich in Form von Partikeln leicht von den Bestandteilen der Filmbildungskammer. Die Bildung dieser Partikel der anhaftenden Filme wird durch eine in den Filmen erzeugte Eigenspannung und/oder jede andere aufgrund des wiederholten thermooxidativen Abbaus (Heat History) darin erzeugte Spannung verursacht, und solche Partikel bleiben dann an der Oberfläche eines Substrats haften. Die Bildung solcher Partikel führt wiederum zu verschiedenen Defekten im erzeugten Dünnfilm. Aus diesem Grund werden die Bestandteile für die Filmbildungskammer im Allgemeinen im Filmbildungsprozess wiederverwendet, nachdem man sie in regelmäßigen Abständen einer Reihe von Behandlungen unterzogen hat, umfassend das Entnehmen der Bestandteile aus der Filmbildungskammer in einem Stadium, in dem sich anhaftender Film noch nicht von der jeweiligen Oberfläche ablöst das Entfernen des anhaftenden Films durch Waschen der Bestandteile und die darauf folgende Aufbereitung der Oberfläche.
  • Wenn beispielsweise Metalle wie Al, Mo, Ti, Cu, Ag, Au, Pt, Rh, Ru, Ir, Ta, W, Nb, Zr, Re, Ni, Cr, V, Li, Co, Pd, Nd, In und Se, Legierungen dieser Metalle und Oxide wie ITO, ZnO, PZT und TiO2 als derartige filmbildende Materialien verwendet werden, ist es für das Einführen einer Verarbeitungstechnik dementsprechend erwünscht gewesen, dass sie gleichzeitig als Mittel zur Rückgewinnung dieser Metalle dient, die nicht am Bilden eines Films auf dem Substrat beteiligt sind, sondern an der Oberfläche des Bestandteils für die Filmbildungskammer statt am Substrat haften, und als Mittel für die Wiederverwendung dieser Bestandteile.
  • Im Fall einer haftungshemmenden Platte, die bei einer Filmbildungsvorrichtung zum Vermeiden eines Anhaftens von filmbildendem Material an den Innenwänden der Filmbildungsvorrichtung und an der Oberfläche jedes Bestandteils für die in der Filmbildungsvorrichtung angeordnete Filmbildungskammer, bei dem es sich nicht um das Substrat handelt, verwendet wird, wäre es momentan zum Beispiel üblich, dass die Bestandteile nach dem Entfernen derartiger auf ihnen abgeschiedener Materialien im Filmbildungsprozess wiederverwendet werden. Als Verfahren für das Entfernen der erwähnten, auf den Bestandteilen abgeschiedenen filmbildenden Materialien benutzt man derzeit beispielsweise die Sandstrahltechnik, die Nassätztechnik, bei der eine Säure oder Base verwendet wird, und die Filmabtragungstechnik, bei der beispielsweise die Wasserstoffversprödung mit Hilfe von Wasserstoffperoxid genutzt wird, sowie die Filmabtragungstechnik, bei der Elektrolyse verwendet wird. In diesem Zusammenhang wird die haftungshemmende Platte oder dergleichen beim Praktizieren der Behandlung zum Entfernen solcher abgeschiedenen Materialien durch Auflösen beträchtlich beschädigt. Dementsprechend kann ein solcher Bestandteil nicht unbegrenzt wiederverwendet werden. Aus diesem Grund besteht Bedarf für die Entwicklung einer Filmabtragungstechnik, die das Maß einer möglichen Beschädigung der haftungshemmenden Platte oder dergleichen auf ein Minimum beschränkt.
  • Wenn die Konzentration der an den Bestandteilen abgeschiedenen und danach davon entfernten Filme im Abfall, der beim Praktizieren des oben angeführten Sandstrahlverfahrens entsteht, oder in der Ablauge, die beispielsweise von der chemischen Bearbeitung mit einer Säure oder Base stammt, gering ist, erhöhen sich zudem die Kosten für die Rückgewinnung der Edelmetalle aus dem Abfall oder der Ablauge, was die Rückgewinnung wiederum unrentabel macht. In diesem Fall wurden die von den Bestandteilen entfernten Filme bisher als Abfall betrachtet und als solcher entsorgt.
  • Es wird zudem angestrebt, die Gesamtmenge der bei der oben erwähnten chemischen Behandlung verwendeten chemischen Lösungen oder Flüssigkeiten zu verringern. Dies ist nicht nur darauf zurückzuführen, dass die dafür verwendete chemische Lösung oder Flüssigkeit an sich recht teuer ist, sondern auch darauf, dass die Kosten für die Behandlung einer solchen chemischen Flüssigkeit hoch werden. Darüber hinaus sollte im Hinblick auf die Verhinderung von potentieller Umweltverschmutzung die Menge an chemischer Lösung oder Flüssigkeit beträchtlich verringert werden. Beim Durchführen einer chemischen Behandlung wie der oben beschriebenen würde das von einer haftungshemmenden Platte entfernte filmbildende Material zudem in neue chemische Stoffe umgewandelt, wodurch weitere zusätzliche Kosten für das Isolieren und ausschließliche Rückgewinnen des filmbildenden Materials aus den von der haftungshemmenden Platte entfernten Ablagerungen entstehen. Aus diesem Grund wurden bisher nur die filmbildenden Materialien zurückgewonnen, bei denen sich die Rückgewinnungskosten rentieren.
  • Zusätzlich zu den oben genannten Verfahren für das Entfernen von abgeschiedenen Filmen ist eine Technik mit folgenden Schritten bekannt: Ausführen eines Filmbildungsprozesses in einer Filmbildungsvorrichtung, die mit einem Bestandteil ausgestattet ist, welcher mit einem Al-basierten Film bedeckt ist, der aus einem wasserreaktiven, Al-basierten Verbundmaterial mit derartigen Eigenschaften besteht, dass es in einem wasserhaltigen Milieu eine Reaktion eingehen und wasserlöslich werden kann; Entfernen und Ablösen von auf dem Bestandteil abgeschiedenem Film durch Reaktion und Auflösung des Al-basierten Films; und danach Rückgewinnen der Edelmetalle in dem filmbildenden Material aus dem so entfernten abgeschiedenen Film (siehe beispielsweise unten angegebene Patentschrift 1). Dieses wasserreaktive, Al-basierte Verbundmaterial besteht aus einer Kombination von Al oder einer Al-Legierung und mindestens einem Mitglied der Gruppe, die aus In und Sn besteht, oder einer Legierung aus diesen Metallen.
  • Patentschrift aus dem Stand der Technik:
    • Patentschrift 1: JP 2005-256063 A .
  • Offenbarung der Erfindung
  • Von der Erfindung zu lösende Aufgaben:
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben erwähnten Probleme im Zusammenhang mit dem oben angeführten Stand der Technik zu lösen und insbesondere ein Al-basiertes Verbundmaterial, das In, Si und Ti enthält und in einer wasserhaltigen Umgebung eine Reaktion eingehen kann, so dass es wasserlöslich wird, einen Al-basierten, thermisch gespritzten Film aus diesem Al-basierten Verbundmaterial, ein Verfahren für die Herstellung dieses Al-basierten, thermisch gespritzten Films und einen Bestandteil für eine Filmbildungskammer bereitzustellen, der mit diesem Al-basierten, thermisch gespritzten Film bedeckt ist.
  • Mittel zur Lösung der Aufgaben
  • Das wasserreaktive, Al-basierte Verbundmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch das Beimischen von 2,0 bis 3,5 Masse-% und vorzugsweise 2,5 bis 3,0 Masse-% In, 0,2 bis 0,5 Masse-% Si und 0,13 bis 0,25 Masse-%, vorzugsweise 0,15 bis 0,25 Masse-% und besonders bevorzugt 0,17 bis 0,23 Masse-% Ti zu Al auf der Grundlage der Gesamtmenge an Al gekennzeichnet.
  • Wenn das Al-basierte Verbundmaterial eine solche Zusammensetzung aufweist, kann der aus einem solchen Material gewonnene Al-basierte, thermisch gespritzte Film in einem wasserhaltigen Milieu eine Reaktion mit Wasser eingehen, wobei Wasserstoffgas entsteht, und sich somit in Wasser lösen.
  • Wenn die im Verbundmaterial vorhandene In-Menge weniger als 2 Masse-% ausmacht, weist der entstehende Al-basierte, thermisch gespritzte Film in dieser Hinsicht ein geringeres Reaktionsvermögen mit Wasser auf, während der entstehende Al-basierte, thermisch gespritzte Film bei einer mehr als 3,5 Masse-% ausmachenden Menge In wahrscheinlich extrem stark mit Wasser reagieren wird und dementsprechend eine Reaktion mit der Feuchtigkeit in der Umgebungsluft eingeht.
  • Dadurch erweist sich der Umgang damit als sehr schwierig, und die Erhöhung der In-Menge im Verbundmaterial führt zu einer beträchtlichen Erhöhung der Produktionskosten. Darüber hinaus zeigt sich bei einem Einsatz von Si im Verbundmaterial in einer Menge von weniger als 0,2 Masse-% eine Tendenz zu einer verringerten Regulierung des Reaktionsvermögens des entstehenden Al-basierten, thermisch gespritzten Films mit Wasser, während sich das Reaktionsvermögen des entstehenden Al-basierten, thermisch gespritzten Films mit Wasser bei einer Menge von über 0,5 Masse-% wahrscheinlich verringert und sich bei mehr als 0,6 Masse-% an sich weiter verringern dürfte. Zusätzlich dazu wird, wenn die zum Verbundmaterial hinzugefügte Ti-Menge weniger als 0,13 Masse-% beträgt, aufgrund der Auswirkung von Fremdstoffen im Al eine Tendenz zur Verringerung der Löslichkeit des entstehenden Al-basierten, thermisch gespritzten Films nach einem thermooxidativen Abbau im Verlauf des Filmbildungsprozesses beobachtet, während bei einer Ti-Menge von mehr als 0,25 Masse-% das hinzugefügte Ti in dem Al-basierten Verbundmaterial möglicherweise eine Seigerung verursacht. Aus diesem Grund führt das Auftreten einer solchen Seigerung, wenn ein thermischer Spritzvorgang mit diesem Material ausgeführt wird, zu einer Verschlechterung der thermischen Spritzbedingungen und des Erscheinungsbildes des entstehenden Al-basierten, thermisch gespritzten Films. Was die hinzugefügte Menge an Ti betrifft, so beträgt diese, wenn man die hinzugefügte Menge Si und die Konzentration von Fremdstoffen wie Cu berücksichtigt, vorzugsweise mindestens 0,15 Masse-% und besonders bevorzugt mindestens 0,17 Masse-%. Wenn man ferner die Seigerung von Ti berücksichtigt, sollte die Menge an beigemischtem Ti im Verbundmaterial vorzugsweise maximal 0,23 Masse-% betragen.
  • Das Verfahren für die Herstellung eines wasserreaktiven, Al-basierten, thermisch gespritzten Films gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: Schmelzen eines Materials, das Al und 2,0 bis 3,5 Masse-% und vorzugsweise 2,5 bis 3,0 Masse-% In, 0,2 bis 0,5 Masse-% Si und 0,13 bis 0,25 Masse-%, vorzugsweise 0,15 bis 0,25 Masse-% und besonders bevorzugt 0,17 bis 0,23 Masse-% Ti auf der Grundlage der Gesamtmenge an Al umfasst, die dem Al beigemischt sind, auf eine solche Weise, dass das entstehende geschmolzene Material eine einheitliche Zusammensetzung besitzt; thermisches Spritzen des geschmolzenen Materials auf die Oberfläche eines Trägermaterials, während das aufgespritzte geschmolzene Material abgeschreckt wird, damit es sich verfestigt und dadurch einen Sollfilm bildet.
  • Der wasserreaktive, Al-basierte, thermisch gespritzte Film gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er aus dem oben erwähnten wasserreaktiven, Al-basierten Verbundmaterial besteht.
  • Der Bestandteil für die Filmbildungskammer einer Filmbildungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er auf seiner Oberfläche mit dem oben erwähnten wasserreaktiven, Al-basierten, thermisch gespritzten Film versehen ist.
  • Der oben erwähnte Bestandteil ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine haftungshemmende Platte, einen Shutter oder eine Maske handelt.
  • Auswirkung der Erfindung
  • Der aus wasserreaktivem, Al-basiertem Verbundmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung bestehende Al-basierte, thermisch gespritzte Film weist verschiedene Eigenschaften auf, wie beispielsweise dass er durch einen simplen Prozess zu geringen Kosten auf einfache Weise hergestellt werden kann; dass dieser Al-basierte, thermisch gespritzte Film mit Sicherheit in der Lage ist, in einem wasserhaltigen Milieu eine Reaktion mit Wasser einzugehen und sich selbst nach einem thermooxidativen Abbau bei einer Temperatur von etwa 250 bis etwa 300°C im Verlauf des Filmbildungsprozesses in Wasser zu lösen; dass das Ausgangsreaktionsvermögen (die Reaktionsfähigkeit) und/oder die Löslichkeit des Films vor dem thermooxidativen Abbau (im Verlauf der Bildung des Films) durch Beimischen von Sollmengen an Si und Ti reguliert werden kann und dass die Löslichkeit des Al-basierten, thermisch gespritzten Films nach dem thermooxidativen Abbau über einen Sollzeitraum hinweg erhalten bleibt.
  • Darüber hinaus besitzt der Al-basierte, thermisch gespritzte Film gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur eine verbesserte Wetterbeständigkeit, sondern aufgrund der Beimischung von Si in den Film auch eine höhere Festigkeit.
  • Ferner bewirkt der Al-basierte, thermisch gespritzte Film gemäß der vorliegenden Erfindung auch, dass er bei Vorliegen von Wasser eine Reaktion damit eingehen kann und somit auf effiziente Weise in Wasser löslich ist, wobei Wasserstoffgas erzeugt wird, und deshalb kann, wenn ein Sollfilm unter Verwendung einer Filmbildungsvorrichtung gebildet wird, die mit Bestandteilen (wie einer haftungshemmenden Platte, einem Shutter und einer Maske) für die Konstruktion einer Filmbildungskammer ausgestattet ist, die mit diesem wasserreaktiven, Al-basierten, thermisch gespritzten Film bedeckt ist, der zwangsläufig abgeschiedene Film, der aus einem filmbildenden Material besteht und im Verlauf des Filmbildungsprozesses an der Oberfläche der Bestandteile, wie beispielsweise einer haftungshemmenden Platte, haften bleibt, durch die Reaktion des Al-basierten, thermisch gespritzten Films mit Wasser und dessen Lösen in Wasser von den Bestandteilen entfernt oder abgelöst werden. Dementsprechend lassen sich sämtliche in dem filmbildenden Material enthaltenen Edelmetalle problemlos aus den zwangsläufig haften gebliebenen Filmen zurückgewinnen, die auf diese Weise von den Bestandteilen entfernt wurden, und folglich können diese Bestandteile auch wesentlich häufiger wiederverwendet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Temperatur bei der Wärmebehandlung (°C) und der Auflösungsstromdichte (mA/cm2) für den Al-basierten, thermisch gespritzten Film aus Referenzbeispiel 2 bei Verwendung eines Al/In/Ti-Verbundmaterials zeigt.
  • 2 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dauer der Wärmebehandlung (h) und der für die Entfernung des haften gebliebenen Films benötigten Zeit (h) bei dem Al-basierten, thermisch gespritzten Film aus Beispiel 1 zeigt.
  • 3 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dauer der Wärmebehandlung (h) und der für die Entfernung des haften gebliebenen Films benötigten Zeit (h) bei dem Al-basierten, thermisch gespritzten Film aus Beispiel 2 veranschaulicht.
  • 4 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Temperatur bei der Wärmebehandlung (°C) und der Auflösungsstromdichte (mA/cm2) für den Al-basierten, thermisch gespritzten Film aus Beispiel 3 veranschaulicht.
  • 5 zeigt Fotos zur Veranschaulichung des Anhaftens des in Beispiel 4 hergestellten Al-basierten, thermisch gespritzten Films gemäß der vorliegenden Erfindung an einem Trägermaterial, und insbesondere veranschaulicht das Foto (a) das Anhaften des Al-basierten, thermisch gespritzten Films an einem Trägermaterial mit unebener oder rauer Oberfläche und das Foto (b) das Anhaften des Al-basierten, thermisch gespritzten Films an einem Trägermaterial mit ebener oder glatter Oberfläche.
  • 6 zeigt Fotos zur Veranschaulichung des Anhaftens des mit Hilfe einer herkömmlichen Technik in Beispiel 4 hergestellten Al-basierten, thermisch gespritzten Films an einem Trägermaterial, und insbesondere veranschaulicht das Foto (a) das Anhaften des herkömmlichen Al-basierten, thermisch gespritzten Films an einem Trägermaterial mit unebener oder rauer Oberfläche und das Foto (b) das Anhaften des herkömmlichen Al-basierten, thermisch gespritzten Films an einem Trägermaterial mit ebener oder glatter Oberfläche.
  • 7 zeigt Fotos, die jeweils einen Zustand veranschaulichen, in dem der in Beispiel 4 hergestellte und auf die Oberfläche eines Trägermaterials aufgebrachte Al-basierte, thermisch gespritzte Film von dem Trägermaterial entfernt wird, und insbesondere zeigt das Foto (a) einen solchen Zustand bei dem Al-basierten, thermisch gespritzten Film gemäß der vorliegenden Erfindung, während das Foto (b) einen solchen Zustand bei dem Al-basierten, thermisch gespritzten Film gemäß einer herkömmlichen Technik zeigt.
  • 8 zeigt Fotos, die jeweils das Anhaften des in Beispiel 5 hergestellten Al-basierten, thermisch gespritzten Films an einem Trägermaterial veranschaulichen, und insbesondere zeigt das Foto (a) das Anhaften bei dem Al-basierten, thermisch gespritzten Film gemäß der vorliegenden Erfindung, während das Foto (b) das Anhaften bei dem Al-basierten, thermisch gespritzten Film gemäß einer herkömmlichen Technik zeigt.
  • 9 zeigt Fotos zur Veranschaulichung des Anhaftens des in Beispiel 6 hergestellten Al-basierten, thermisch gespritzten Films gemäß der vorliegenden Erfindung an einem Trägermaterial, und insbesondere veranschaulicht das Foto (a) das Anhaften des Al-basierten, thermisch gespritzten Films an einem Trägermaterial mit unebener oder rauer Oberfläche und das Foto (b) das Anhaften des Al-basierten, thermisch gespritzten Films an einem Trägermaterial mit ebener oder glatter Oberfläche.
  • 10 zeigt Fotos zur Veranschaulichung der Entfernbarkeit des Al-basierten, thermisch gespritzten Films gemäß der vorliegenden Erfindung, der in Beispiel 6 hergestellt und auf die Oberfläche eines Trägermaterials aufgebracht wird, und das Foto (a) zeigt insbesondere den Zustand des Al-basierten, thermisch gespritzten Films unmittelbar nach dem Eintauchen in Wasser, das Foto (b) den Zustand des Films bei seiner Reaktion mit Wasser und das Foto (c) einen Zustand nach dem Entfernen des Al-basierten, thermisch gespritzten Films vom Substrat (Trägermaterial).
  • 11 zeigt eine Reihe von Fotos, die hier jeweils zur Veranschaulichung der Wetterbeständigkeit des in Beispiel 7 hergestellten Al-basierten, thermisch gespritzten Films dienen, und insbesondere zeigen die Fotos (a-1) und (a-2) den herkömmlichen Al-basierten, thermisch gespritzten Film vor beziehungsweise nach dem Wetterbeständigkeitstest und die Fotos (b-1) und (b-2) die Al-basierten, thermisch gespritzten Filme gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls vor beziehungsweise nach dem Wetterbeständigkeitstest.
  • Vorgehensweise zur Ausführung der Erfindung
  • Beim Herstellen eines Dünnfilms mit Hilfe verschiedener Filmbildungstechniken wie der Sputter-Technik unter Verwendung einer Filmbildungsvorrichtung ist die Filmbildungskammer der Vorrichtung wiederholt einem thermooxidativen Abbau ausgesetzt. Aus diesem Grund ist auch die Oberfläche eines in der Filmbildungskammer angeordneten Bestandteils wie einer haftungshemmenden Platte, die mit dem Al-basierten, thermisch gespritzten Film gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet worden ist, gleichermaßen wiederholt einem solchen thermooxidativen Abbau ausgesetzt. Dementsprechend muss sich der Al-basierte, thermisch gespritzte Film, wenn er auf die Oberfläche eines Trägermaterials aufgebracht wurde, einfach bearbeiten lassen, bevor er einem thermooxidativen Abbau ausgesetzt wird. Der Al-basierte, thermisch gespritzte Film, auf dem zwangsläufig ein Film oder eine Schicht aus dem filmbildenden Material haften bleibt oder abgeschieden wird, müsste ferner nach dem thermooxidativen Abbau im Verlauf des Filmbildungsprozesses gleichermaßen eine Löslichkeit (Reaktionsfähigkeit) aufweisen, die ein einfaches Entfernen des Al-basierten, thermisch gespritzten Films zusammen mit dem zwangsläufig daran haftenden Film vom Trägermaterial ermöglicht, und zudem stabil sein. Der wasserreaktive, Al-basierte, thermisch gespritzte Film gemäß der vorliegenden Erfindung kann in dieser Hinsicht dieser Forderung nach Löslichkeit in Wasser voll und ganz genügen.
  • Die obere Temperaturgrenze für den thermooxidativen Abbau in der oben erwähnten Filmbildungskammer liegt beispielsweise im Bereich von etwa 250 bis 300°C (dies entspricht der Grenze bei der haftungshemmenden Platte) für Filmbildungsverfahren wie die Sputter-, die Vakuumaufdampf-, die Ionenplattier- und die CVD-Technik, und dementsprechend ist es aus praktischer Sicht im Allgemeinen ausreichend, wenn der Al-basierte, thermisch gespritzte Film, der bei einer Temperatur von bis zu 250°C einem solchen thermooxidativen Abbau ausgesetzt war, ein Sollreaktionsvermögen mit Wasser besitzt, und besonders bevorzugt, wenn der Al-basierte, thermisch gespritzte Film, der bei einer Temperatur von bis zu 300°C einem solchen thermooxidativen Abbau ausgesetzt war, ein Sollreaktionsvermögen mit Wasser besitzt. Wie nachfolgend ausführlich beschrieben wird, genügt der wasserreaktive, Al-basierte, thermisch gespritzte Film gemäß der vorliegenden Erfindung dieser Forderung nach Löslichkeit weitestgehend.
  • Die erwähnte Löslichkeit eines wasserreaktiven, Al-basierten, thermisch gespritzten Films lässt sich beurteilen, indem ein Trägermaterial, dessen Oberfläche mit einem Al-basierten, thermisch gespritzten Film bedeckt ist, in heißes Wasser getaucht wird, welches auf einer vorgegebenen Temperatur (in der Regel zwischen 40 und 130°C und bevorzugt zwischen 80 und 100°C) gehalten wird, und dann dessen Stromdichte in der Flüssigkeit ermittelt wird (bei der vorliegenden Erfindung wird dies als „Auflösungsstromdichte” (mA/cm2) bezeichnet). Dieses Ermittlungsverfahren entspricht einem Verfahren mit folgenden Schritten: Ermitteln des Gewichtsverlustes einer Probe vor und nach dem Eintauchen der Probe in eine Bearbeitungsflüssigkeit und darauf folgendes Umrechnen des so erhaltenen Gewichtsverlustes in den Stromdichtewert unter Berücksichtigung der Fläche der Probe, des Zeitraums, für den die Probe in die Bearbeitungsflüssigkeit eingetaucht wird, oder dergleichen. Wenn die mit Hilfe dieses Verfahrens ermittelte Auflösungsstromdichte nicht unter 50 mA/cm2 liegt, kann davon ausgegangen werden, dass der Al-basierte, thermisch gespritzte Film eine Löslichkeit (Reaktionsfähigkeit) in Wasser aufweist, bei der er sich zusammen mit einer Ablagerung, die aus dem filmbildenden Material besteht, welches zwangsläufig an dem thermisch gespritzten Film haften bleibt, problemlos von dem Trägermaterial entfernen lässt, selbst wenn er im Verlauf des Filmbildungsprozesses einem thermooxidativen Abbau ausgesetzt war.
  • Es werden hier nun einige Vorgehensweisen zur Ausführung der Erfindung ausführlich beschrieben.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Al-basierten, thermisch gespritzten Film aus dem wasserreaktiven, Al-basierten Verbundmaterial ist eine vorgegebene Menge In als Hauptkomponente des Verbundmaterials äußerst gleichmäßig im Al-Material verteilt, und somit kann der thermisch gespritzte Film in einem feuchtigkeitshaltigen Milieu wie Wasser, Wasserdampf oder einer wässrigen Lösung ohne Weiteres eine Reaktion mit Wasser eingehen und sich somit in einer solchen wasserhaltigen Umgebung lösen. Das in dem Verbundmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Al-Material kann beispielsweise eines mit einer Reinheit von 2N (99%), 3N (99,9%), 4N (99,99%) oder 5N (99,999%) sein. Die Al-Materialien mit einer Reinheit von 4N und 5N können beispielsweise hergestellt werden, indem das mit Hilfe der Elektrolyse hergestellte 2N-Al oder 3N-Al einem Reinigungsverfahren wie dem Dreischichtenelektrolyseprozess oder der Teilverfestigungstechnik (Seigerungstechnik) unterzogen wird, die die Temperaturdifferenz zwischen der festen und der flüssigen Phase bei den Verfestigungsvorgängen optimal nutzt. Die in diesen Al-Materialien vorliegenden wichtigsten Fremdstoffe sind Fe und Si sowie Cu, Ni, C und dergleichen. Bei der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt die Al-Materialien benutzt, die folgende Fremdstoffmengen enthalten: Fe in einer Größenordnung von weniger als etwa 150 ppm und Cu in einer Größenordnung von weniger als etwa 40 ppm.
  • Die elektrochemische Potentialdifferenz zwischen Al und In ist in dem Al/In-System sehr hoch, befindet sich jedoch natürlich oxidierter Al-Film darin, schreitet die Ionisierung von Al im Allgemeinen nicht fort. Wird jedoch der natürlich oxidierte Film durchbrochen, so dass sich Al direkt an In bindet, würde sich die Ionisierung von Al aufgrund er zwischen ihnen bestehenden Potentialdifferenz plötzlich beschleunigen. In diesem Stadium liegt In in den Al-Kristallkörnern in seinem ursprünglichen Zustand ohne chemische Veränderungen in feinverteilter Form vor. In besitzt einen niedrigen Schmelzpunkt (157°C) und bildet keinen Mischkristall mit Al. Wenn Al und In so geschmolzen werden, dass eine einheitliche Zusammensetzung von Al und In entsteht, während auf die unterschiedliche Dichte von Al und In geachtet wird, und somit ein Verbundmaterial gebildet und das entstandene Verbundmaterial mit Hilfe der thermischen Spritztechnik auf die Oberfläche eines Trägermaterials aufgebracht wird, lässt sich dementsprechend aufgrund der Verfestigung durch Abschrecken und der bei der Verfestigung entstehenden Druckeinwirkung ein Sollfilm erzeugen.
  • Das zum Al-Material hinzugefügte In ist aufgrund des thermischen Spritzprozesses in den Al-basierten Kristallkörnern des Materials fein verteilt und behält diesen Zustand so bei, dass es mit Al direkt in Berührung kommt. Da In mit Al keine stabilen Schichten bildet, verbleibt die entstehende Al/In-Grenzfläche in ihrem energiereichen Zustand, und dementsprechend kann Al an der dazwischenliegenden Kontaktfläche in einem feuchtigkeitshaltigen Milieu eine heftige Reaktion mit Wasser eingehen. Außerdem bildet das Reaktionsprodukt, das hauptsächlich AlOOH umfasst, keinen Film an der Oberfläche, sondern feine Partikel, die sich wiederum in der Flüssigkeit verteilen, und dementsprechend erfolgt die Lösungsreaktion kontinuierlich und auf explosive Weise an der Reaktionsfläche, die ständig erneuert wird, da das hinzugefügte In-Element in fein verteilter Form vorliegt und die Expansion des im Verlauf der erwähnten Reaktion entstehenden H2-Gases eine mechanische Wirkung verursacht.
  • Das oben beschriebene Verhalten des Al/In-Systems wird umso augenfälliger, je reiner das Al ist. Insbesondere ließe sich das im Vergleich zu dem Verhalten bei der Verwendung von 3N-Al augenfälligere Verhalten des Systems beobachten, wenn 4N- oder 5N-Al als Al-Material verwendet wird.
  • Der oben erwähnte Al-basierte, thermisch gespritzte Film aus dem 4N-Al/In-Verbundmaterial ist bereits bei seiner Herstellung anhand des thermischen Spritzprozesses sehr reaktionsfreudig, und seine Löslichkeit in einem wasserhaltigen Milieu ist zu hoch, wodurch sich der Umgang damit als sehr schwierig erweist. Werden jedoch Si und Ti dem Verbundmaterial in vorgegebenen Mengen beigemischt, besitzt der entstehende Al-basierte, thermisch gespritzte Film ein wesentlich geringeres Ausgangsreaktionsvermögen (Reaktionsfähigkeit), und der Umgang damit würde sich einfacher gestalten. Insbesondere würde sich, wenn dem Al-basierten Verbundmaterial Ti beigemischt wird, die Reaktionsfähigkeit des entstehenden Al-basierten, thermisch gespritzten Films selbst nach einem thermooxidativen Abbau mit Sicherheit verbessern, und der Film weist auch eine gute Löslichkeit (Reaktionsfähigkeit) in einem wasserhaltigen Milieu auf, und dies würde auch entsprechend ein problemloses Entfernen des Al-basierten, thermisch gespritzten Films von einem bestimmten Trägermaterial ermöglichen, an dem er haftet. Wenn dem Al-basierten Verbundmaterial andererseits Si beigemischt wird, würde sich die Festigkeit des entstehenden Al-basierten, thermisch gespritzten Films bei steigender hinzugefügter Si-Menge beträchtlich erhöhen, und der Film besäße gleichermaßen auch eine höhere Wetterbeständigkeit. Insbesondere wird die Festigkeit des entstehenden thermisch gespritzten Films auf etwa das 1,7-fache der Festigkeit des Al-basierten, thermisch gespritzten Films aus 5N-Al – 3 Gew.-% In erhöht, während sich seine Wetterbeständigkeit im Vergleich zu der des Al-basierten, thermisch gespritzten Films aus 5N-Al – 3 Gew.-% In eindeutig verbessert.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das wasserreaktive, Al-basierte Verbundmaterial aus einem 4N-Al/In/Si/Ti-System im Sinne eines Beispiels ausführlicher beschrieben. Der Al-basierte, thermisch gespritzte Film der vorliegenden Erfindung wird durch Bilden eines Films auf der Oberfläche eines Trägermaterials hergestellt, das in einem vorgegebenen Milieu mit Hilfe der thermischen Spritztechnik unter Verwendung eines Al/In/Si/Ti-Verbundmaterials verarbeitet werden soll, bei dem In, Si und Ti in einer Al-Matrix gleichmäßig verteilt sind. Der entstehende thermisch gespritzte Al/In/Si/Ti-Film enthält In-Kristallkörner (mit einer Korngröße von maximal 10 nm), die in Al-Kristallkörnern gleichmäßig feinverteilt sind.
  • Der oben erwähnte Al-basierte, thermisch gespritzte Film kann beispielsweise mit Hilfe des nachfolgend beschriebenen Verfahrens hergestellt werden. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Bereitstellen von 4N-Al-, In-, Si- und Ti-Material; Beimischen von 2,0 bis 3,5 Masse-% und vorzugsweise 2,5 bis 3,0 Masse-% In-Material, 0,2 bis 0,5 Masse-% Si-Material und 0,13 bis 0,25 Masse-%, vorzugsweise 0,15 bis 0,25 Masse-% und besonders bevorzugt 0,17 bis 0,23 Masse-% Ti-Material auf der Grundlage der Gesamtmasse an Al in das Al-Material; Schmelzen der entstehenden Mischung, damit sich das In-, das Si- und das Ti-Material gleichmäßig in dem Al-Material verteilen; Bilden eines Stabes oder Drahtes aus der geschmolzenen Mischung, der später als Material für das thermische Spritzen benutzt wird; thermisches Spritzen des Materials dafür auf die Oberfläche eines Trägermaterials, beispielsweise eines Bestandteils der Filmbildungskammer wie einer haftungshemmenden Platte einer Filmbildungsvorrichtung, beispielsweise mit Hilfe der Flammspritztechnik, während das auf diese Weise thermisch auf die Oberfläche des Trägermaterials gespritzte Material abgeschreckt wird und sich verfestigt und dadurch die Oberfläche eines solchen Bestandteils bedeckt. Somit kann ein beliebiges Trägermaterial hergestellt werden, das auf seiner Oberfläche mit einem wasserreaktiven, Al-basierten, thermisch gespritzten Sollfilm versehen ist. Der mit Hilfe des oben erwähnten Verfahrens hergestellte thermisch gespritzte Film ist ein Film, bei dem In und dergleichen in den Al-Kristallkörnern wie oben erläutert gleichmäßig feinverteilt sind.
  • Im Fall eines Al-basierten, thermisch gespritzten Films, der durch Beimischen von Sollmengen an Si und Ti in ein Al/In-System mit Hilfe des oben erläuterten Verfahrens hergestellt wird, lässt sich die Löslichkeit des anhand der thermischen Spritztechnik hergestellten Films in Wasser an sich auf zufriedenstellende Weise regulieren. Aus diesem Grund [Lakune] ein zufälliges oder vorzeitiges Lösen des entstehenden thermisch gespritzten Films aufgrund seiner Reaktion mit der in dem ihn umgebenden Milieu vorhandenen Feuchtigkeit [Lakune], und dementsprechend ist der Umgang damit recht einfach. Wenn unter Verwendung eines Al-basierten Verbundmaterials ein Al-basierter, thermisch gespritzter Film hergestellt wird, dem vorgegebene Mengen an In, Si und Ti beigemischt sind, würde der entstehende thermisch gespritzte Film darüber hinaus selbst dann eine für die Praxis akzeptable Löslichkeit aufweisen, wenn die obere Temperaturgrenze für den thermooxidativen Abbau, dem der thermisch gespritzte Film im Verlauf seiner Bildung in einer Filmbildungskammer ausgesetzt ist, im Bereich von etwa 300°C oder etwa 350°C liegt.
  • Wird also das Trägermaterial, dessen Oberfläche mit Hilfe des oben erwähnten Verfahrens mit einem Al-basierten, thermisch gespritzten Film beschichtet wird, beispielsweise in warmes Wasser (deionisiertes Wasser) getaucht oder mit Wasserdampf bespritzt, dann wird die Reaktion des Films mit Wasser, wenn das Trägermaterial bei einer Solltemperatur in warmes Wasser getaucht wird, sofort nach dem Eintauchen ausgelöst, wobei Wasserstoffgas entsteht, und wenn die Reaktion weiter fortschreitet, ändert sich die Farbe des Wassers aufgrund der Abspaltung von In und dergleichen zu Schwarz, und der thermisch gespritzte Film löst sich letztlich völlig im Wasser auf. In Folge davon verbleiben Niederschläge in dem warmen Wasser, die beispielsweise aus Al, In, Si und Ti bestehen. Die Reaktion wird umso heftiger, je höher die Temperatur des für das Eintauchen verwendeten Wassers ist.
  • Der thermisch gespritzte Film der vorliegenden Erfindung wurde oben unter Verwendung einer Ausführungsform beschrieben, bei der der Film mit Hilfe der Flammspritztechnik unter Verwendung eines Materials, das beispielsweise in Form eines Stabes oder Drahtes vorliegt, gebildet wird, aber der thermisch gespritzte Film kann gleichermaßen mit Hilfe der Flammspritztechnik hergestellt werden, bei der ein pulverförmiges Material für das thermische Spritzen verwendet wird, und die Flammspritztechnik kann ferner durch die Lichtbogen- oder die Plasmaspritztechnik ersetzt werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird das oben erwähnte Rohmaterial geschmolzen, auf die Oberfläche eines Trägermaterials gespritzt, wobei das aufgespritzte Rohmaterial auf dem Trägermaterial abgeschreckt wird und sich verfestigt und auf diese Weise einen thermisch gespritzten Film bildet.
  • Wie oben erläutert wurde, lässt sich, wenn ein Trägermaterial, dessen Oberfläche zuvor mit dem oben genannten wasserreaktiven, Al-basierten, thermisch gespritzten Film bedeckt wurde, als Bestandteil für eine Filmbildungskammer, wie beispielsweise eine in der Filmbildungskammer der Filmbildungsvorrichtung angeordnete haftungshemmende Platte oder ein solcher Shutter, verwendet wird, jeder aus einem filmbildenden Material bestehende Film, der zwangsläufig auf der Oberfläche eines solchen Bestandteils haften bleibt oder abgeschieden wird, problemlos von dem Bestandteil entfernen, nachdem der Filmbildungsprozess eine vorgegebene Anzahl von Malen wiederholt wurde, und sämtliche in dem Film enthaltenen Edelmetalle können auf diese Weise entfernt oder zurückgewonnen und dann wiederverwendet werden.
  • In diesem Fall wird für das Ablösen eine Flüssigkeit verwendet, die kein chemisches Reagens enthält, sondern einfach nur Wasser, wie reines Wasser, Wasserdampf oder eine wässrige Lösung. Somit kann die vorliegende Erfindung mit Sicherheit eine Beschädigung des Bestandteils für eine Filmbildungskammer, wie beispielsweise einer haftungshemmenden Platte, aufgrund der Auflösung des Bestandteils in der Behandlungsflüssigkeit verhindern, und die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelten Bestandteile können im Vergleich zum Ablösen unter Verwendung eines chemischen Wirkstoffs wesentlich häufiger verwendet (oder wiederverwendet) werden. Zusätzlich dazu hat dies eine beträchtliche Verringerung der Bearbeitungskosten und den Schutz der Umwelt zur Folge, da für das Ablösen kein chemischer Wirkstoff verwendet wird. Ferner sind die filmbildenden Materialien, die möglicherweise im Verlauf der Filmbildung auf den Bestandteilen, wie beispielsweise einer haftungshemmenden Platte, haften bleiben oder abgeschieden werden, in den meisten Fällen nicht in Wasser löslich, und die vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, dass nach den oben erwähnten Ablösevorgängen ein festes Material mit der gleichen Zusammensetzung und Form wie der zurückgewonnen wird, die das filmbildende Material an sich aufweist. Darüber hinaus lassen sich nicht nur die für die Rückgewinnung erforderlichen Kosten beträchtlich verringern, sondern gleichermaßen auch die für die Rückgewinnung erforderlichen Schritte vereinfachen, und dementsprechend weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, dass sie die Rückgewinnung vieler verschiedener Materialien ermöglichen kann. Wenn zum Beispiel ein filmbildendes Material benutzt wird, das ein teures Metall wie ein Edelmetall oder ein seltenes Metall umfasst oder daraus besteht, lässt sich der Film, der im Verlauf der Filmbildungsvorgänge zwangsläufig an einem Bestandteil für eine Filmbildungskammer, wie einer haftungshemmenden Platte, haften bleibt und aus dem filmbildenden Material besteht, problemlos von dem Bestandteil entfernen, indem dieser einfach in Wasser getaucht oder mit Wasserdampf bespritzt wird, wenn zuvor ein Film aus dem wasserreaktiven, Al-basierten Verbundmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Oberfläche des Bestandteils aufgebracht wurde. Folglich lässt sich ein solches Edelmetall oder seltenes Metall ohne Verunreinigungen zurückgewinnen. Um dies nochmals herauszustreichen: Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verringerung der Rückgewinnungskosten sowie die Rückgewinnung aller hochwertigen filmbildenden Materialien.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Referenz- und Anwendungsbeispiele ausführlicher beschrieben.
  • (Referenzbeispiel 1)
  • Ein Material für das thermische Spritzen wurde hergestellt durch Mischen von 4N-Al-, In- und Si-Material in einem Sollmischverhältnis, Schmelzen der entstandenen Mischung zum gleichmäßigen Verteilen des In- und des Si-Materials in dem Al-Material und darauf folgendes Bilden einer stabartigen Form aus dem entstandenen geschmolzenen Material (4N-Al – 3,0 Masse-% In – 0,1 Masse-% Si, wobei die jeweils hinzugefügte Menge In- und Si-Material in Bezug auf das Gewicht des Al-Materials ausgedrückt wird). Das entstehende stabartige Material für das thermische Spritzen wurde in der Umgebungsluft mit Hilfe der Stab-Flammspritztechnik (Wärmequelle: C2H2-O2-Gas, Temperatur: etwa 3.000°C) thermisch auf die Oberfläche eines Trägermaterials aus Al gespritzt, wodurch sich ein Al-basierter, thermisch gespritzter Film auf der Oberfläche des Trägermaterials ergab. Der auf diese Weise gebildete Al-basierte, thermisch gespritzte Film wurde dann anstelle des thermooxidativen Abbaus, dem er wahrscheinlich im Verlauf des Filmbildungsprozesses ausgesetzt war, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 0 bis 350°C unterzogen (die Behandlung in diesem Milieu dauerte eine Stunde, und danach wurde der Film einer Abkühlung im Ofen unterzogen). Dann wurde die Löslichkeit des Al-basierten, thermisch gespritzten Films in Wasser untersucht, indem das vor der Wärmebehandlung (0°C) oder nach Abschluss der Wärmebehandlung mit dem thermisch gespritzten Film versehene Trägermaterial in 300 ml deionisiertes, 80°C warmes Wasser getaucht und dann die Stromdichte der entstandenen Eintauchflüssigkeiten ermittelt wurde.
  • Hierbei wurde anhand der Auswirkung des Hinzufügens von Si auf die Löslichkeit des Al-basierten, thermisch gespritzten Films festgestellt, dass das Hinzufügen einer Sollmenge Si unmittelbar nach der Bildung des entstehenden thermisch gespritzten Film mit Hilfe der thermischen Spritztechnik und vor der Wärmebehandlung ein Regulieren seiner Reaktionsfähigkeit oder Löslichkeit ermöglichen würde. Es wurde jedoch auch beobachtet, dass bei einer hohen Wärmebehandlungstemperatur (beispielsweise im Bereich von 250 bis 350°C) tendenziell kein thermisch gespritzter Film entsteht, der eine für die Praxis akzeptable Löslichkeit aufweist.
  • (Referenzbeispiel 2)
  • In diesem Referenzbeispiel wurden die Auswirkungen des hinzugefügten In und Ti auf die charakteristischen Eigenschaften der folgenden Al/In/Ti-Zusammensetzungen (a) bis (d) untersucht, während 4N-Al als Al-Komponente diente. Die hinzugefügten Mengen an In und Ti sind in Bezug auf das Gesamtgewicht der verwendeten Al-Komponente ausgedrückt.
    • (a) 4N-Al – 2,1 Masse-% In – 0,19 Masse-% Ti;
    • (b) 4N-Al – 1,2 Masse-% In – 0,18 Masse-% Ti;
    • (c) 4N-Al – 1,8 Masse-% In – 0,20 Masse-% Ti;
    • (d) 4N-Al – 3,0 Masse-% In – 0,17 Masse-% Ti;
  • Es wurde Al-, In- und Ti-Material in einem vorgegebenen Mischverhältnis gemischt, die entstandene Mischung dann geschmolzen, damit sich das In- und das Ti-Material gleichmäßig in dem Al-Material verteilen, und daraus eine stabartige Form gebildet, so dass ein Material für das thermische Spritzen entstand. Das entstehende stabartige Material für das thermische Spritzen wurde in der Umgebungsluft mit Hilfe der Stab-Flammspritztechnik (Wärmequelle: C2H2-O2-Gas, Temperatur: etwa 3.000°C) thermisch auf die Oberfläche eines Trägermaterials aus Al gespritzt, wodurch sich ein Al-basierter, thermisch gespritzter Film auf der Oberfläche des Trägermaterials ergab. Der auf diese Weise gebildete Al-basierte, thermisch gespritzte Film wurde dann anstelle des thermooxidativen Abbaus, dem er wahrscheinlich im Verlauf des Filmbildungsprozesses ausgesetzt war, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 0 bis 350°C unterzogen (die Behandlung in diesem Milieu dauerte eine Stunde, und danach wurde der Film einer Abkühlung im Ofen unterzogen). Dann wurde die Löslichkeit des Al-basierten, thermisch gespritzten Films in Wasser untersucht, indem das vor der Wärmebehandlung (0°C) oder nach Abschluss der Wärmebehandlung mit dem thermisch gespritzten Film versehene Trägermaterial in 300 ml deionisiertes, 80°C warmes Wasser getaucht und dann die Stromdichte der entstandenen Eintauchflüssigkeiten ermittelt wurde. Die so erzielten Ergebnisse sind in der beiliegenden 1 eingetragen. In 1 ist die Temperatur bei der Wärmebehandlung (°C) als Abszisse und die Auflösungsstromdichte (mA/cm2) als Ordinate eingetragen.
  • Die in 1 eingetragenen Ergebnisse zeigen deutlich, dass im Fall des Al/In/Ti-Systems die Löslichkeit des entstehenden Al-basierten, thermisch gespritzten Films, beginnend bei einer In-Konzentration von etwa 2 Masse eine wesentliche Änderung zeigt, und insbesondere sind die Löslichkeiten der Al-basierten, thermisch gespritzten Filme, die bei einer Temperatur von mindestens 250°C wärmebehandelt wurden, bei den Filmen, deren In-Konzentration auf einen Bereich von etwa 2 Masse beziehungsweise 3 Masse festgelegt ist, fast miteinander identisch. Wenn die In-Konzentration andererseits weniger als 2 Masse beträgt, verringert sich wahrscheinlich die Löslichkeit der Al-basierten, thermisch gespritzten Filme, die bei einer Temperatur von mindestens 250°C wärmebehandelt werden. Aus diesem Grund würde, wenn zu einem Al-basierten, thermisch gespritzten Film ein Element hinzugefügt wird, das die Löslichkeit des thermisch gespritzten Films verringern kann, wie beispielsweise Si in Referenzbeispiel 1, auch wenn dies in 1 nicht gezeigt ist, die Verwendung von In in einer Konzentration von mindestens etwa 2 Masse-% und höchstens etwa 3,5 Masse-% als sinnvoll erachtet, wenn der beabsichtigte Zweck der vorliegenden Erfindung erreicht werden soll.
  • Wie oben erläutert wurde, ist, wenn In in dem thermisch gespritzten Film gut verteilt und seine in dem Film verteilte Menge hoch ist, das Reaktionsvermögen des Al-basierten, thermisch gespritzten Films hoch, selbst wenn der Film bei einer hohen Temperatur wärmebehandelt wird. Anders ausgedrückt ließe sich beobachten, dass das Reaktionsvermögen des entstandenen Al-basierten, thermisch gespritzten Films steigt, je höher die verwendete In-Konzentration ist.
  • Folglich wäre bei dem Al/In/Si/Ti-System, wenn die In-Konzentration in den Bereich von etwa 2 bis 3 Masse-% fällt, eine bevorzugte oder zufriedenstellende Löslichkeit des Al-basierten, thermisch gespritzten Films zu erkennen, der bei einer hohen Temperatur wärmebehandelt wurde.
  • Beispiel 1:
  • Ein Material für das thermische Spritzen wurde hergestellt durch Mischen von 4N-Al-, In-, Si- und Ti-Material in einem Sollmischverhältnis, Schmelzen der entstandenen Mischung zum gleichmäßigen Verteilen des In-, des Si- und des Ti-Materials in dem Al-Material und darauf folgendes Bilden einer stabartigen Form aus dem entstandenen geschmolzenen Material: 4N-Al – 3,0 Masse-% In – 0,2 Masse-% Si – 0,2 Masse-% Ti (wobei die jeweils hinzugefügte Menge In-, Si- und Ti-Material in Bezug auf das Gewicht des Al-Materials ausgedrückt wird). Das entstehende stabartige Material für das thermische Spritzen wurde in der Umgebungsluft mit Hilfe der Stab-Flammspritztechnik (Wärmequelle: C2H2-O2-Gas, Temperatur: etwa 3.000°C) thermisch auf die Oberfläche eines Trägermaterials aus Al gespritzt, wodurch sich ein Al-basierter, thermisch gespritzter Film auf der Oberfläche des Trägermaterials ergab. Der so gebildete Al-basierte, thermisch gespritzte Film (pseudo-abgesetzte Film) wurde auf die Beziehung zwischen der Dauer der Wärmebehandlung (0 bis 500 Stunden) bei 250°C im Milieu und auf die Entfernbarkeit des Films (die für das Entfernen des Films benötigte Zeit) hin untersucht, die im eingetauchten Zustand in 80°C warmer, deionisiertem Wasser beobachtet wurde. Zu Vergleichszwecken wurde außerdem separat ein Al-basierter, thermisch gespritzter Film aus 5N-Al – 3,0 Masse-% In (ein herkömmlicher Al-basierter, thermisch gespritzter Film (pseudo-abgesetzter Film)) hergestellt und ebenfalls die Ablösbarkeit des entstandenen thermisch gespritzten Films mit Hilfe des gleichen Verfahrens wie oben untersucht.
  • Die so erzielten Ergebnisse sind in der beiliegenden 2 eingetragen. In 2 ist die Dauer (in Stunden) der bei 250°C durchgeführten Wärmebehandlung als Abszisse und die für das Entfernen des pseudo-abgesetzten Films benötigte Zeit (in Stunden) als Ordinate eingetragen. Wie aus den in 2 eingetragenen Daten hervorgeht, kann der herkömmliche Al-basierte, thermisch gespritzte Film (pseudo-abgesetzte Film), wenn er für mehr als etwa 160 Stunden wärmebehandelt worden ist, nicht von dem Trägermaterial entfernt werden, während sich der Al-basierte, thermisch gespritzte Film (pseudo-abgesetzte Film) gemäß der vorliegenden Erfindung nach einer Wärmebehandlungsdauer von bis zu etwa 250 Stunden innerhalb von 30 Minuten entfernen lässt. Es wird auf der Grundlage der Näherungsgleichung (y = 0,0014x + 0,2462) in 2 davon ausgegangen, dass selbst der über einen Zeitraum von bis zu etwa 400 Stunden wärmebehandelte Al-basierte, thermisch gespritzte Film innerhalb von 48 Minuten entfernt werden kann, wenn die oben erwähnte Tendenz berücksichtigt wird.
  • Beispiel 2:
  • Ein Material für das thermische Spritzen wurde hergestellt durch Mischen von 4N-Al-, In-, Si- und Ti-Material in einem Sollmischverhältnis, Schmelzen der entstandenen Mischung zum gleichmäßigen Verteilen des In-, des Si- und des Ti-Materials in dem Al-Material und darauf folgendes Bilden einer stabartigen Form aus dem entstandenen geschmolzenen Material: 4N-Al – 3,0 Masse-% In – 0,58 Masse-% Si – 0,18 Masse-% Ti, 4N-Al – 3,0 Masse-% In – 0,54 Masse-% Si – 0,18 Masse-% Ti oder 4N-Al 2,77 Masse-% In – 0,42 Masse-% Si – 0,21 Masse-% Ti (wobei die jeweils hinzugefügte Menge In-, Si- und Ti-Material in Bezug auf das Gewicht des Al-Materials ausgedrückt wird). Das entstehende stabartige Material für das thermische Spritzen wurde in der Umgebungsluft mit Hilfe der Stab-Flammspritztechnik (Wärmequelle: C2H2-O2-Gas, Temperatur: etwa 3.000°C) auf die Oberfläche eines Trägermaterials aus Al gespritzt, wodurch sich der jeweilige Al-basierte, thermisch gespritzte Film auf der Oberfläche des Trägermaterials ergab. Jeder der so gebildeten Al-basierten, thermisch gespritzten Filme (pseudo-abgesetzte Filme) wurde auf die Beziehung zwischen der Dauer der Wärmebehandlung (0 bis 250 Stunden) bei 250°C im Milieu und auf die Entfernbarkeit des Films (die für das Entfernen des Films benötigte Zeit) hin untersucht, die im eingetauchten Zustand in 80°C warmem, deionisiertem Wasser beobachtet wurde. Zu Vergleichszwecken wurde außerdem separat ein Al-basierter, thermisch gespritzter Film aus 5N-Al – 3,0 Masse-% In (ein herkömmlicher Al-basierter, thermisch gespritzter Film (pseudo-abgesetzter Film)) hergestellt und ebenfalls die Ablösbarkeit des entstandenen thermisch gespritzten Films mit Hilfe des gleichen Verfahrens wie oben untersucht.
  • Die so erzielten Ergebnisse sind in der beiliegenden 3 eingetragen. In 3 ist die Dauer (in Stunden) der bei 250°C ausgeführten Wärmebehandlung als Abszisse und die für das Entfernen des pseudo-abgesetzten Films benötigte Zeit (in Stunden) als Ordinate eingetragen. Wie anhand der in 3 eingetragenen Daten zu erkennen ist, kann sowohl der Al-basierte, thermisch gespritzte Film (pseudo-abgesetzte Film), der Si in einer Menge von mehr als 0,5 Masse-% enthält, als auch der herkömmliche Film nicht vom Trägermaterial entfernt werden, wenn die Dauer der Wärmebehandlung etwa 160 Stunden überschreitet, aber der Al-basierte, thermisch gespritzte Film (pseudo-abgesetzte Film), der gemäß der vorliegenden Erfindung Si in einer Menge von maximal 0,5 Masse-% enthält, lässt sich innerhalb von etwa 30 Minuten vom Trägermaterial entfernen, wenn die Wärmebehandlung maximal etwa 250 Stunden dauerte.
  • Beispiel 3:
  • Angesichts der in Referenzbeispiel 2 erhaltenen Ergebnisse wurden verschiedene Arten Al-basierter, thermisch gespritzter Filme eines In/Ti-Systems, eines In/Cu/Ti-Systems und eines In/Si/Ti-Systems unter Verwendung von 3N-Al oder 4N-Al als Al-Quelle hergestellt, und die entstandenen Al-basierten, thermisch gespritzten Filme wurden auf die Beziehung zwischen den hinzugefügten Mengen In, Si und Ti und auf die Löslichkeit des entstandenen thermisch gespritzten Films hin untersucht. Die hinzugefügten Mengen an In, Cu, Si und Ti sind in dieser Hinsicht in Bezug auf das Gesamtgewicht der verwendeten Al-Komponente ausgedrückt.
    • (a) 3N-Al – 2,09 Masse-% In – 0,1 Masse-% Ti;
    • (b) 4N-Al – 2,89 Masse-% In – 0,13 Masse-% Ti;
    • (c) 4N-Al – 3,33 Masse-% In – 0,004 Masse-% Cu – 0,17 Masse-% Ti;
    • (d) 4N-Al – 3,09 Masse-% In – 0,17 Masse-% Ti;
    • (e) 3N-Al – 3,1 Masse-% In – 0,11 Masse-% Ti;
    • (f) 3N-Al – 2,78 Masse-% In – 0,11 Masse-% Ti;
    • (g) 4N-Al – 2,9 Masse-% In – 0,12 Masse-% Si – 0,06 Masse-% Ti;
    • (h) 4N-Al – 2,8 Masse-% In – 0,22 Masse-% Si – 0,21 Masse-% Ti;
    • (i) 4N-Al – 3,0 Masse-% In – 0,2 Masse-% Si – 0,13 Masse-% Ti;
    • (j) 4N-Al – 2,8 Masse-% In – 0,28 Masse-% Si – 0,15 Masse-% Ti;
    • (k) 4N-Al – 3,0 Masse-% In – 0,30 Masse-% Si – 0,23 Masse-% Ti;
    • (1) 4N-Al – 3,0 Masse-% In – 0,21 Masse-% Si – 0,21 Masse-% Ti;
    • (m) 4N-Al – 2,0 Masse-% In – 0,40 Masse-% Si – 0,17 Masse-% Ti;
    • (n) 4N-Al – 2,5 Masse-% In – 0,50 Masse-% Si – 0,25 Masse-% Ti;
    • (o) 4N-Al – 2,0 Masse-% In – 0,55 Masse-% Si – 0,30 Masse-% Ti;
    • (p) 4N-Al – 2,5 Masse-% In – 0,18 Masse-% Si – 0,1 Masse-% Ti;
  • Das Material für das thermische Spritzen wurde jeweils hergestellt durch Mischen von Al-, In-, Si-, Ti- und Cu-Material in einem Sollmischverhältnis, Schmelzen jeder der entstandenen Mischungen zum gleichmäßigen Verteilen des In-, des Si-, des Ti- und/oder Cu-Materials in dem Al-Material und darauf folgendes Bilden einer stabartigen Form aus den entstandenen geschmolzenen Materialien. Die entstehenden stabartigen Materialien für das thermische Spritzen wurden jeweils in der Umgebungsluft mit Hilfe der Stab-Flammspritztechnik (Wärmequelle: C2H2-O2-Gas, Temperatur: etwa 3.000°C) thermisch auf die Oberfläche eines Trägermaterials aus Al gespritzt, wodurch sich der jeweilige Al-basierte, thermisch gespritzte Film auf der Oberfläche des Trägermaterials ergab. Jeder der auf diese Weise gebildeten Al-basierten, thermisch gespritzten Filme wurde dann anstelle des thermooxidativen Abbaus, dem er wahrscheinlich im Verlauf des Filmbildungsprozesses ausgesetzt wäre, bei einer Temperatur von 0 bis 350°C einer Wärmebehandlung unterzogen (die Behandlung in diesem Milieu dauerte eine Stunde, und danach wurde der Film einer Abkühlung im Ofen unterzogen). Dann wurde die Löslichkeit jedes Al-basierten, thermisch gespritzten Films in Wasser untersucht, indem das vor der Wärmebehandlung (0°C) oder nach Abschluss der Wärmebehandlung mit dem thermisch gespritzten Film versehene Trägermaterial in 300 ml deionisiertes, 80°C warmes Wasser getaucht und dann die Stromdichte der entstandenen Eintauchflüssigkeiten ermittelt wurde. Die auf diese Weise erhaltenen Ergebnisse für die oben genannten Zusammensetzungen (a) bis (1) sind in die beiliegende 4 eingetragen. In 4 ist die Temperatur bei der Wärmebehandlung (°C) als Abszisse und die Auflösungsstromdichte (mA/cm2) als Ordinate eingetragen.
  • In dieser Hinsicht wurde festgestellt, dass die oben erwähnten Zusammensetzungen (m) und (n) ein ähnliches Verhalten zeigen wie die oben erwähnte Zusammensetzung (k) und dass die oben erwähnten Zusammensetzungen (o) und (p) ein ähnliches Verhalten zeigen wie die oben erwähnte Zusammensetzung (g).
  • Wie aus den in 4 eingetragenen Daten hervorgeht, verringert sich, wenn die hinzugefügte Ti-Menge etwa 0,1 Masse-% beträgt, die Löslichkeit des Al-basierten, thermisch gespritzten Films, der gerade das Stadium der Wärmebehandlung durchlaufen hat, und dementsprechend sollten dem thermisch gespritzten Film mindestens 0,13 Masse-% Ti zugefügt werden. Das liegt daran, dass der Al-basierte, thermisch gespritzte Film, nachdem er im Verlauf des Filmbildungsprozesses einem thermooxidativen Abbau ausgesetzt war, bei Hinzufügen von weniger als 0,13 Masse-% Ti aufgrund der Auswirkung der Fremdstoffe im Al-Ausgangsmaterial eine verringerte Löslichkeit aufweist, während die Ti-Komponente, wenn sie mehr als 0,25 Masse-% ausmacht, wahrscheinlich für eine Seigerung in dem Al-basierten Verbundmaterial sorgt, und dementsprechend verschlechtern sich, wenn mit einem solchen Material ein Al-basierter, thermisch gespritzter Film hergestellt wird, der Zustand des thermisch gespritzten Films und das visuelle Erscheinungsbild des entstehenden Al-basierten, thermisch gespritzten Films aufgrund einer solchen Seigerungsneigung. Aus diesem Grund beträgt die dem Al-basierten Verbundmaterial beigemischte Ti-Menge vorzugsweise mindestens 0,15 Masse-% und besonders bevorzugt mindestens 0,17 Masse-% unter Berücksichtigung der zugefügten Si-Menge und der Konzentration von Fremdstoffen wie Cu, und die Ti-Menge beträgt ferner vorzugsweise maximal 0,23 Masse-%, wobei eine mögliche Ti-Seigerung berücksichtigt wird.
  • Wenn die zugefügte Si-Menge weniger als 0,2 Masse-% beträgt, verringert sich außerdem wahrscheinlich die Regulierfähigkeit von Si im Hinblick auf das Reaktionsvermögen des entstehenden Al-basierten, thermisch gespritzten Films mit Wasser, während bei einer 0,5 Masse-% übersteigenden zugefügten Menge beobachtet wird, dass sich das Reaktionsvermögen des entstehenden Al-basierten, thermisch gespritzten Films mit Wasser zu verringern beginnt.
  • Das Hinzufügen von Sollmengen an Si und Ti zu dem Al-basierten Verbundmaterial würde mit Sicherheit eine Regulierung des ursprünglichen Reaktionsvermögens (Reaktionsfähigkeit) des Al-basierten, thermisch gespritzten Films ermöglichen, der gerade mit Hilfe der thermischen Spritztechnik hergestellt und noch keiner Wärmebehandlung unterzogen wurde, und die Löslichkeit des thermisch gespritzten Films und die Verwendung von Sollmengen an Si und Ti würden, anders ausgedrückt, dementsprechend das Hemmen eines Auflösens des thermisch gespritzten Films aufgrund seiner Reaktion mit in der Umgebungsluft vorliegender Feuchtigkeit ermöglichen. Wenn die obere Temperaturgrenze für den thermooxidativen Abbau, zu dem es in der Filmbildungskammer zwangsläufig kommt, darüber hinaus in den Bereich von etwa 300 bis 350°C fällt, lässt sich ein Al-basierter, thermisch gespritzter Film mit für die Praxis akzeptabler Löslichkeit dadurch herstellen, dass er unter Verwendung eines Al-basierten Verbundmaterials gebildet wird, dem 2 bis 3 Masse In, 0,2 bis 0,5 Masse-% Si und 0,13 bis 0,25 Masse Ti beigemischt sind.
  • Wird ein Trägermaterial, auf dem sich ein hochgradig wasserlöslicher Al-basierter, thermisch gespritzter Film des oben erwähnten Al/In/Si/Ti-Systems befindet, der der oben beschriebenen Wärmebehandlung unterzogen wurde, in 80°C warmes deionisiertes Wasser eingetaucht, so wird sofort nach dem Eintauchen die Reaktion des thermisch gespritzten Films mit Wasser ausgelöst, bei der auf heftige Weise Wasserstoffgas erzeugt wird, und wenn die Reaktion weiter fortschreitet, färbt sich das Wasser aufgrund des Vorliegens von niedergeschlagenem In oder dergleichen schwarz. Der Al-basierte, thermisch gespritzte Film ist letztlich aufgrund seiner heftigen Reaktion mit Wasser sehr stark in feine Partikel unterteilt und infolgedessen in Wasser löslich. Somit kann man sagen, dass das Al-basierte Verbundmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung mit Wasser reagiert.
  • Wie oben beschrieben wurde, dürfte der erfindungsgemäße Al-basierte, thermisch gespritzte Film, der gerade anhand der thermischen Spritztechnik hergestellt wurde, bevor er einer Wärmebehandlung unterzogen wird, keine besonders hohe Wasserlöslichkeit aufweisen, der Al-basierte, thermisch gespritzte Film müsste jedoch derartige physikalische Eigenschaften aufweisen, dass seine Wasserlöslichkeit nach seiner Wärmebehandlung bis zu einem gewissen Punkt hoch ist.
  • Beispiel 4:
  • Ein Cu-Film wurde (unter Verwendung von Trägermaterialien mit jeweils unebener oder rauer Oberfläche und mit ebener oder glatter Oberfläche), in einem vorgegebenen Zeitraum unter bekannten Bedingungen (10–3 Pa, DC-Plasma) mit Hilfe der Sputter-Filmbildungstechnik auf einem Aluminium-Trägermaterial abgeschieden, dessen Oberfläche mit einem Al-basierten, thermisch gespritzten Film (mit einer Dicke von 200 μm) aus 4N-Al – 3,0 Masse In – 0,2 Masse Si – 0,2 Masse Ti bedeckt wurde, welcher mit Hilfe des in Beispiel 3 beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde. Danach wurde jedes Trägermaterial, das mit einem auf diese Weise gebildeten und an dem Al-basierten, thermisch gespritzten Film des Trägermaterials haftenden Cu-Film versehen war, für einen vorgegebenen Zeitraum mit warmem Wasser (deionisiertem Wasser), das auf einer Temperatur von 80°C oder einer Temperatur zwischen 90 und 96°C gehalten wurde, behandelt, um jede Probe auf ihre Entfernbarkeit Mn zu untersuchen. Zu Vergleichszwecken wurde separat auf gleiche Weise ein Cu-Film auf dem Al-basierten, thermisch gespritzten Film aus 5N-Al – 3,0 Masse In (nachfolgend als „herkömmlicher Al-basierter, thermisch gespritzter Film” bezeichnet), der auf dem gleichen wie dem oben verwendeten Trägermaterial gebildet worden war, mit Hilfe der Sputter-Filmbildungstechnik abgeschieden, und dann wurde mit Hilfe des gleichen Verfahrens wie dem oben verwendeten dessen Entfernbarkeit untersucht. Die auf diese Weise erhaltenen Ergebnisse lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:
  • Test zur Beurteilung der Entfernbarkeit des gesputterten Cu-Films:
    • Dicke des Al-basierten, thermisch gespritzten Films: 150 bis 200 μmm;
    • Temperatur des Trägermaterials: 280°C;
    • Dicke des gesputterten Cu-Films: 2,5 mm;
    • Dauer des Sputterns: 130 Stunden
  • Ergebnisse von Tests zum Filmzustand bei der Filmbildung durch Sputtern und von Tests zur Beurteilung der Entfernbarkeit von Filmen:
  • Im Fall der Al-basierten, thermisch gespritzten Filme gemäß der vorliegenden Erfindung wurde bei der Filmbildung durch Sputtern sowohl bei den unebenen als auch bei den ebenen Trägermaterialien (siehe beiliegende 5; in dieser Hinsicht bezieht sich 5(a) auf den Fall, bei dem ein unebenes oder raues Trägermaterial benutzt wurde, und 5(b) auf den Fall, bei dem ein ebenes oder glattes Trägermaterial benutzt wurde) kein Abschälen der gesputterten Filme beobachtet, während im Fall der herkömmlichen Al-basierten, thermisch gespritzten Filme bei der Filmbildung durch Sputtern sowohl bei den unebenen als auch bei den ebenen Trägermaterialien (siehe beiliegende 6; in dieser Hinsicht bezieht sich 6(a) auf den Fall, bei dem ein unebenes oder raues Trägermaterial benutzt wurde, und 6(b) auf den Fall, bei dem ein ebenes oder glattes Trägermaterial benutzt wurde) ein Abschälen beobachtet wurde. Anders ausgedrückt wird ein Teil des auf der Oberfläche des Trägermaterials gebildeten und mit dem gesputterten Cu-Film versehenen Al-basierten, thermisch gespritzten Films wie in 6(a) gezeigt abgelöst, und die rechte Kante des auf der Oberfläche des Trägermaterials gebildeten und mit dem gesputterten Cu-Film versehenen Al-basierten, thermisch gespritzten Films wird wie in 6(b) gezeigt abgelöst und hochgeschlagen. Im Fall des Al-basierten, thermisch gespritzten Films gemäß der vorliegenden Erfindung wurde darüber hinaus festgestellt, dass sich der mit einem gesputterten Cu-Film versehene thermisch gespritzte Film durch 19 Minuten langes Eintauchen in 80°C warmes Wasser (siehe Foto in 7(a)) und durch Eintauchen bei 96°C innerhalb von 6 Minuten problemlos entfernen ließ, während im Fall des herkömmlichen Al-basierten, thermisch gespritzten Films festgestellt wurde, dass sich der mit einem gesputterten Cu-Film versehene thermisch gespritzte Film weder bei einem 3-stündigen Eintauchen in 80°C warmes Wasser noch bei einem 3-stündigen Eintauchen in 96°C warmes Wasser ablöste. Bei der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass das warme Wasser AlOOH-Niederschläge enthielt und sich Cu dementsprechend problemlos zurückgewinnen ließ.
  • Beispiel 5:
  • Bei diesem Beispiel wurden die gleichen Vorgänge wie bei Beispiel 4 wiederholt, nur dass statt des in Beispiel 4 verwendeten und mit Hilfe der Sputter-Filmbildungstechnik gebildeten Cu-Films ein ITO-Film mit Hilfe der Sputter-Filmbildungstechnik gebildet wurde, so dass ein Trägermaterial mit einem Al-basierten, thermisch gespritzten Film entstand, der mit einem daran haftenden ITO-Film versehen war. Das Trägermaterial wurde dann mit deionisiertem Wasser bei einer Solltemperatur für einen vorgegebenen Zeitraum behandelt, um den Al-basierten Film nach dem Eintauchen in Wasser auf seine Entfernbarkeit hin zu untersuchen. Zu Vergleichszwecken wurde außerdem separat ein ITO-Film auf der Oberfläche des oben erwähnten herkömmlichen Al-basierten, thermisch gespritzten Films, der auf ein Trägermaterial aufgebracht worden war, mit Hilfe der Sputter-Technik abgeschieden und ebenfalls die Entfernbarkeit des Films mit Hilfe des gleichen Verfahrens wie oben untersucht. Die auf diese Weise erhaltenen Ergebnisse lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:
  • Test zur Beurteilung der Entfernbarkeit des gesputterten ITO-Films:
    • Dicke des Al-basierten, thermisch gespritzten Films: 150 bis 200 μmm;
    • Temperatur des Trägermaterials: 280°C;
    • Dicke des gesputterten ITO-Films: 0,7 mm;
    • Dauer des Sputterns: 72 Stunden.
  • Ergebnisse von Tests zur Beurteilung des Filmzustandes bei der Filmbildung durch Sputtern und von Tests zur Beurteilung der Entfernbarkeit von Filmen:
  • Bei den Al-basierten, thermisch gespritzten Filmen gemäß der vorliegenden Erfindung wurde während ihrer Bildung mit Hilfe der Sputter-Technik kein Abschälen des entstehenden Films beobachtet (siehe Foto in 8(a)). Bei den herkömmlichen Al-basierten, thermisch gespritzten Filmen wurde jedoch im Verlauf des Filmbildungsprozesses ein Ablösen des durch Sputtern gebildeten Films beobachtet (siehe Foto in 8(b)). Darüber hinaus wurde bei den Al-basierten, thermisch gespritzten Filmen gemäß der vorliegenden Erfindung gleichermaßen festgestellt, dass sich der mit einem gesputterten ITO-Film versehene Al-basierte, thermisch gespritzte Film durch Eintauchen in 80°C warmes Wasser problemlos entfernen ließ. Im Fall des herkömmlichen Al-basierten, thermisch gespritzten Films konnte dieser durch Eintauchen in 80°C beziehungsweise 96°C warmes Wasser jedoch nicht entfernt werden. Bei der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass das warme Wasser AlOOH-Niederschläge enthielt und sich ITO-Filmreste (oder In, Sn) dementsprechend problemlos zurückgewinnen ließen.
  • Beispiel 6:
  • Bei diesem Beispiel wurden die gleichen Vorgänge wie bei Beispiel 4 wiederholt, nur dass statt eines Cu-Films mit Hilfe der Sputter-Technik ein Mo-Film mit Hilfe der Sputter-Technik gebildet wurde, so dass jedes entsprechende Trägermaterial mit einem Al-basierten, thermisch gespritzten Film mit einem Mo-Film darauf versehen wurde, und das entstehende Trägermaterial wurde dann bei einer vorgegebenen Temperatur über einen Sollzeitraum mit deionisiertem Wasser behandelt, um die Entfernbarkeit des Al-basierten, thermisch gespritzten Films zu untersuchen. Zu Vergleichszwecken wurde außerdem separat ein Mo-Film auf der Oberfläche des oben erwähnten herkömmlichen Al-basierten, thermisch gespritzten Films, der auf ein Trägermaterial aufgebracht worden war, mit Hilfe der Sputter-Technik abgeschieden und ebenfalls die Entfernbarkeit des Films mit Hilfe des gleichen Verfahrens wie oben untersucht. Die auf diese Weise erhaltenen Ergebnisse lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:
  • Test zur Beurteilung der Entfernbarkeit des gesputterten Mo-Films:
    • Dicke des Al-basierten, thermisch gespritzten Films: 150 bis 200 μmm;
    • Temperatur des Trägermaterials: 220°C;
    • Dicke des gesputterten Mo-Films: 0,7 mm;
    • Dauer des Sputterns: 72 Stunden.
  • Ergebnisse von Tests zur Beurteilung des Filmzustandes bei der Filmbildung durch Sputtern und von Tests zur Beurteilung der Entfernbarkeit von Filmen:
  • Bei den Al-basierten, thermisch gespritzten Filmen gemäß der vorliegenden Erfindung wurde im Verlauf der Filmbildung durch Sputtern weder bei den unebenen noch bei den ebenen Trägermaterialien ein Abschälen der durch Sputtern gebildeten Filme beobachtet (siehe beiliegende 9; in dieser Hinsicht bezieht sich 9(a) auf den Fall, bei dem ein ebenes oder glattes Trägermaterial benutzt wurde, und 9(b) auf den Fall, bei dem ein unebenes Trägermaterial benutzt wurde). Im Gegensatz dazu wurde bei den herkömmlichen Al-basierten, thermisch gespritzten Filmen im Verlauf der Filmbildung durch Sputtern sowohl bei Verwendung von unebenen als auch bei Verwendung von ebenen Trägermaterialien ein Abschälen der durch Sputtern gebildeten Filme beobachtet. Außerdem wurde bei dem Al-basierten, thermisch gespritzten Film gemäß der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass sich der mit einem gesputterten Mo-Film versehene Al-basierte, thermisch gespritzte Film durch lediglich 8 Minuten langes Eintauchen in 80°C warmes Wasser problemlos entfernen ließ (siehe Fotos in 10(a), 10(b) und 10(c)). Im Fall des herkömmlichen Al-basierten, thermisch gespritzten Films konnte der mit einem gesputterten Mo-Film versehene thermisch gespritzte Film im Gegensatz dazu durch Eintauchen in 80°C beziehungsweise 96°C warmes Wasser jedoch nicht entfernt werden.
  • In diesem Zusammenhang zeigt 10(a) den Zustand des mit einem gesputterten Mo-Film versehenen Al-basierten, thermisch gespritzten Films unmittelbar nach seinem Eintauchen in 80°C warmes deionisiertes Wasser, 10(b) den Zustand des gleichen Al-basierten, thermisch gespritzten Films, der bei seiner Reaktion mit Wasser beobachtet wurde, und 10(c) einen Zustand, in dem der mit einem gesputterten Mo-Film versehene Al-basierte, thermisch gespritzte Film von dem Trägermaterial (Substrat) entfernt wird. In diesem Stadium wurde festgestellt, dass das warme Wasser AlOOH-Niederschläge enthielt und sich Mo-Reste problemlos zurückgewinnen ließen.
  • Beispiel 7:
  • Bei diesem Beispiel wurden Al-basierte, thermisch gespritzte Filme unter Verwendung eines Trägermaterials aus Aluminium (Dicke 40 mm × 40 mm × 20 mm), dessen Oberfläche mit einem mit Hilfe des in Beispiel 1 offenbarten Verfahrens hergestellten Al-basierten, thermisch gespritzten Film (Filmdicke: 200 μm) aus 4N-Al – 3,0 Masse-% In – 0,2 Masse-% Si – 0,2 Masse-% Ti bedeckt worden war, auf ihre Wetterbeständigkeit hin untersucht. Der hier für die Beurteilung der Wetterbeständigkeit verwendete Test umfasst hierbei folgende Schritte: Einbringen jeder Probe in einen temperatur- und feuchtigkeitsgeregelten Ofen, der auf eine Temperatur von 40°C und eine relative Feuchtigkeit von 85% (85% rF) eingestellt ist, Stehenlassen der Probe für 6 Stunden und danach visuelles Untersuchen ihres Oberflächenzustandes. Zu Vergleichszwecken wurde der Al-basierte, thermisch gespritzte Film aus 5N-Al – 3,0 Masse-% In (ein herkömmlicher Al-basierter, thermisch gespritzter Film) außerdem auch mit Hilfe des oben erwähnten Verfahrens gleichermaßen auf Wetterbeständigkeit hin untersucht. Die auf diese Weise erhaltenen Ergebnisse sind in den beiliegenden 11(a-1), (a-2), (b-1) beziehungsweise (b-2) gezeigt.
  • Bei dem herkömmlichen Al-basierten, thermisch gespritzten Film wurde vor dem Wetterbeständigkeitstest keine Bildung von dunklen Flecken auf der Oberfläche des Trägermaterials beobachtet (siehe Foto in 11(a-1)), es wurde jedoch festgestellt, dass sich nach Abschluss des Wetterbeständigkeitstests unzählige dunkle Flecken auf der Oberfläche des Trägermaterials gebildet hatten (siehe Foto in 11(a-2)). Im Gegensatz dazu bestätigte sich bei dem Al-basierten, thermisch gespritzten Film gemäß der vorliegenden Erfindung, dass sich weder vor dem Test noch danach auf der Oberfläche des Trägermaterials dunkle Flecken gebildet hatten (siehe Fotos in 11(b-1) beziehungsweise 11(b-2)). Somit wurde bei dem Al-basierten, thermisch gespritzten Film gemäß der vorliegenden Erfindung, zu dem Si hinzugefügt wurde, festgestellt, dass der thermisch gespritzte Film für einen langen Zeitraum aufbewahrt werden kann und sich dabei keine dunklen Flecken bilden. Dementsprechend wird daraus geschlussfolgert, dass die Verwendung dieses Al-basierten, thermisch gespritzten Films zu einer beträchtlich verringerten Wahrscheinlichkeit führt, dass während der Filmbildung Partikel entstehen.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Wird die Oberfläche eines Bestandteils für eine Filmbildungskammer, der in einer Vakuum-Filmbildungsvorrichtung zur Verwendung für das Bilden eines Dünnfilms aus einem Metall oder einer Metallverbindung angeordnet werden soll,
    beispielsweise mit Hilfe der Sputter-Technik, der Vakuumbedampfungstechnik, der Ionenplattierungstechnik oder der CVD-Technik mit einem Al-basierten, thermisch gespritzten Film aus dem wasserreaktiven, Al-basierten, thermisch gespritzten Film gemäß der vorliegenden Erfindung bedeckt, kann ein im Verlauf des Filmbildungsprozesses zwangsläufig an der Oberfläche dieses Bestandteils für eine Filmbildungskammer haften bleibender Film durch Entfernen in einem wasserhaltigen Milieu zurückgewonnen werden. Aus diesem Grund kann die vorliegende Erfindung in einem Bereich genutzt werden, der diese Filmbildungsvorrichtungen verwendet, zum Beispiel in technischen Bereichen wie der Halbleiterelementherstellung und für elektronische Maschinen und Werkzeuge, damit die Bestandteile für eine Filmbildungskammer häufiger wiederverwendet werden können und filmbildendes Material, das verschiedene Edelmetalle enthält, zurückgewonnen werden kann.

Claims (5)

  1. Wasserreaktives, Al-basiertes Verbundmaterial, gekennzeichnet durch die Beimischung von 2,0 bis 3,5 Masse-% In, 0,2 bis 0,5 Masse-% Si und 0,13 bis 0,25 Masse-% Ti zu Al auf der Grundlage der Gesamtmenge an Al.
  2. Verfahren für die Herstellung eines wasserreaktiven, Al-basierten, thermisch gespritzten Films, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: Schmelzen eines Materials, das Al und 2,0 bis 3,5 Masse-% In, 0,2 bis 0,5 Masse-% Si und 0,13 bis 0,25 Masse-% Ti auf der Grundlage der Gesamtmenge an Al umfasst, die dem Al beigemischt sind, auf eine solche Weise, dass das entstehende geschmolzene Material eine einheitliche Zusammensetzung besitzt; thermisches Spritzen des geschmolzenen Materials auf die Oberfläche eines Substrats, während das aufgespritzte geschmolzene Material abgeschreckt wird, damit es sich verfestigt und dadurch einen Film bildet.
  3. Wasserreaktiver, Al-basierter, thermisch gespritzter Film, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem wasserreaktiven, Al-basierten Verbundmaterial nach Anspruch 1 besteht.
  4. Bestandteil für eine Filmbildungskammer einer Filmbildungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem wasserreaktiven, Al-basierten, thermisch gespritzten Film, der aus einem wasserreaktiven, Al-basierten Verbundmaterial nach Anspruch 1 besteht, oder einem mit Hilfe eines Verfahrens nach Anspruch 2 hergestellten wasserreaktiven, Al-basierten, thermisch gespritzten Film auf seiner Oberfläche versehen ist.
  5. Bestandteil für eine Filmbildungskammer nach Anspruch 4, wobei es sich um eine haftungshemmende Platte, einen Shutter oder eine Maske handelt.
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