DE1237859B - Fluessigkeitsdichtung mit wenigstens einem Ring aus fluessigem Metall und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Fluessigkeitsdichtung mit wenigstens einem Ring aus fluessigem Metall und Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE1237859B
DE1237859B DE1962S0082515 DES0082515A DE1237859B DE 1237859 B DE1237859 B DE 1237859B DE 1962S0082515 DE1962S0082515 DE 1962S0082515 DE S0082515 A DES0082515 A DE S0082515A DE 1237859 B DE1237859 B DE 1237859B
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DE
Germany
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liquid
ground joint
ground
sealant
groove
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Application number
DE1962S0082515
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English (en)
Inventor
Dr Rer Nat Guenther Dipl-Phys
Horst Muesebeck
Walter Krieglstein
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/14Sealings between relatively-stationary surfaces by means of granular or plastic material, or fluid

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)

Description

  • Flüssigkeitsdichtung mit wenigstens einem Ring aus flüssigem Metall und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsdichtung mit wenigstens einem Ring aus flüssigem Metall und ein Verfahren zu ihrer Herstellung im Vakuum.
  • Bei verschiedenen Verfahren der Halbleitertechnik, wie z. B. beider Herstellung von dünnen epitaxialen Schichten oder beim tiegelfreien Zonenschmelzen, muß häufig, insbesondere bei den zersetzlichen Verbindungshalbleitern, bei erhöhter Temperatur in einem geschlossenen System gearbeitet werden, d. h: in einem vakuumdichten Reaktionsgefäß. Bisher wurden zu diesem Zweck Quarzampullen verwendet, die bei jedem Versuch nach dem Evakuieren zugeschmolzen werden mußten. Für eine großtechnische Durchführung der genannten Verfahren ist dieses Zuschmelzen sehr hinderlich, da das öffnen und Schließen der Reaktionsgefäße längere Zeit in Anspruch nimmt und die Mitarbeit eines Quarzbläsers nötig macht.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, solche Gefäße mit Hilfe einer einfach zu lösenden Schliffverbindung abzuschließen bzw. zusammenzufügen.
  • Die bisher in der Vakuumtechnik verwendeten Schliffe, die beispielsweise mit Siliconfett gefettet sind, sind zur Lösung dieser Aufgabe nicht geeignet. Sie haben den großen Nachteil, daß sich das Siliconfett beim Erhitzen der Reaktionsgefäße auf Temperaturen über etwa 100° C, das bei den obenerwähnten Verfahren der Halbleitertechnik unumgänglich ist, zersetzt und dabei Siliziumdioxyd bildet. Die Schliffe werden dadurch einerseits undicht, andererseits frißt sich der Schliffkern in der Schliffhülse derart fest, daß eine Lösung der Schliffverbindung unmöglich ist.
  • Nun ist bereits eine Flüssigkeitsdichtung mit wenigstens einem in einer Nut eines .der abzudichtenden Bauteile angeordneten Ring aus flüssigem Metall bekannt (US-Patentschrift 2 927 829). Diese Flüssigkeitsdichtung dient zum Abdichten eines in einem Zylinder beweglich angeordneten Kolbens gegen den Zylinder.
  • Die Erfindung besteht darin, eine derartige Flüssigkeitsdichtung zur vakuumdichten Abdichtung von zylindrischen Schliffverbindungen mit Gallium bei Reaktionsgefäßen für die erhöhten Temperaturen der Halbleitertechnik zu verwenden.
  • Durch .die erfindungsgemäße Verwendung der Flüssigkeitsdichtung ist es möglich, Reaktionsgefäße für Verfahren :der Halbleitertechnik, beispielsweise für die Herstellung von :dünnen epitaxialen Schichten (closed-tube-Epitaxie) oder für das tiegelfreie Zonenschmelzen, mit Schliffverbindungen zu versehen, die auch bei erhöhter Temperatur vakuumdicht bleiben und dennoch nicht festfressen, so daß eine leichte Lösung der Schliffverbindung nach durchgeführter Reaktion möglich ist. Die Reaktionsgefäße müssen daher nicht mehr aus einem Stück bestehen und folglich nicht mehr bei jeder neuen Reaktion auf- und zugeschmolzen werden. Wie sich gezeigt hat, ist das Gallium, das einen niedrigen Schmelzpunkt und einen niedrigen Dampfdruck hat, bei hohen Temperaturen vorzüglich als flüssiges metallisches Dichtungsmittel geeignet.
  • Zur Herstellung einer Flüssigkeitsdichtung im Vakuum kann gemäß weiterer Erfindung derart verfahren werden, daß im Inneren eines Rezipienten der Schliffkern mit Hilfe eines Stempels gleichzeitig mit einem Vorratsgefäß für das flüssige Dichtungsmittel in die Schliffhülse geschoben wird, derart, daß durch die dabei auftretende Scherwirk;4ng der Schliffhülse das flüssige Dichtungsmittel in die Ringnut hineingepreßt wird und das überschüssige Dichtungsmittel in ein Auffanggefäß überläuft.
  • An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen F i g.1 a und 1 b eine Ausführungsform einer Schliffverbindung mit rechteckigem Nutprofil, F i g. 2 eine Ausführungsform einer Schliffverbindung mit trapezförmigem Nutprofil, F i g. 3 eine Ausführungsform einer Schliffverbindung mit nahezu kreisrundem Nutprofil, F i g. 4 eine Vorrichtung zum Herstellen einer Schliffverbindung unter Vakuum, F i g. 5 eine Vorrichtung zum Herstellen einer Schliffverbindung unter Vakuum im Inneren eines Heizofens.
  • In F i g. 1 a ist eine Schliffverbindung mit rechteckigem Nutprofil dargestellt. Mit 11 sind die Schliffhülse, mit 12 der Schliffkern, mit 13 die rechteckige Ringnut und mit 14 das flüssige Dichtungsmittel bezeichnet. Zieht man die Schliffhälften etwas auseinander, bildet sich -eine keilförmige Flüssigkeitsabdichtung, wie sie bei 114 in der F i g. 1 b dargestellt ist.
  • F i g. 2 zeigt eine Schliffverbindung mit einer trapezförmigen Ringnut. Mit 21 sind die Schliffhülse, mit 22 der Schliffkem, mit 23 die trapezförmige Ringnut, mit 24 das flüssige Dichtungsmittel und mit 25 ein freier vom Dichtungsmittel nicht ausgefüllter Raum innerhalb der trapezförmigen Ringnut bezeichnet. Diese Schliffverbindung ist besonders geeignet für Arbeiten, bei denen die Schliffverbindung großen Temperaturänderungen ausgesetzt ist. Dabei können erhebliche Volumenausdehnungen des Dichtungsmittels auftreten und die Schliffverbiüdung gefährden. Durch den freien Raum 25 innerhalb -der Ringnut wird diese Volumenänderung ausgeglichen. Der freie Raum kann entweder gebildet werden durch ein Luftpolster oder durch Vakuum.
  • In F i g. 3 ist eine Schliffverbindung mit einer nahezu kreisrunden Ringnut dargestellt. Mit 31 sind die Schliffhülse, mit 32 der Schliffkern, mit 33 die nahezu kreisförmige Ringnut und mit 34 das flüssige Dichtungsmittel bezeichnet. Der Vorteil der nahezu kreisförmigen Ringnut besteht darin, daß weniger Totraum vorhanden ist, der durch die Oberflächenspannung des flüssigen Dichtungsmittels bestimmt ist.
  • Die Nut ist bei der Flüssiekeitsdichtung vorzugsweise trapezförmig ausgebildet. Dies ist insbesondere bei Schliffverbindungen, die großen Temperaturänderungen ausgesetzt sind, mit Vorteilen verbunden.
  • Die Nut kann jedoch auch die verschiedensten anderen Formen aufweisen. Die Passung zwischen Schliffkern und Schliffhülse soll 0,5 bis 50,u betragen. Für Anwendungen bei Verfahren in geschlossenen Systemen werden die Schliffteile einseitig geschlossen ausgeführt.
  • Zum Herstellen der Flüssigkeitsdichtung kann zunächst der die ringförmige Nut enthaltende Teil des Schliffes in einen mit flüssigem Gallium gefüllten Behälter eingetaucht und das Metall in die Nut gedrückt werden. Anschließend wird der andere Teil des Schliffes über die Ringnut zum Abschließen des Flüssigkeitsvolumens geschoben. Beim Einbringen des Galliums als Dichtungsmittel kann die Schwierigkeit auftreten, daß das Gallium infolge seiner großen Oberflächenspannung zu einer Kugel zusammenläuft und diese abtropft. Es wird daher ein Trichter mit einem mindestens 5 mm breiten Rand verwendet und das Gallium mittels einer Spritze in kleinen Kügelchen eingebracht.
  • In F i g. 4 ist eine Vorrichtung im Schnitt dargestellt mit der Schliffverbindungen auch im Vakuum hergestellt werden können. Mit 40 sind der Rezipient, mit 41 die Schliffhülse, mit 42 der Schliffkern, mit 43 die Ringnut, mit 44 das flüssige Dichtungsmittel, mit 45 ein Vorratsgefäß für das flüssige Dichtungsmittel, mit 46 ein überlaufgefäß für das Dichtungsmittel, mit 47 eine Halterung für die Schliffhülse, mit 48 ein in der Vertikalen beweglicher Stempel und mit 49 eine Öffnung im Rezipienten zum Anschluß einer Vakuumpumpe bezeichnet. Mit Hilfe des Stempels 48, der z. B. aus Glas, Metall oder Keramik bestehen kann, wird der Schliffkern 42, mit dem das Vorratsgefäß 45 für das flüssige Dichtungsmittel verbunden ist, nach oben bewegt, so daß durch die Scherwirkung der Schliffhülse 41 das flüssige Dichtungsmittel in die Ringnut 43 hineingepreßt wird und dabei überschüssiges Dichtungsmittel in das Auffanggefäß 46 überläuft. Bevor der Schliffkern mittels des Stempels in die Schliffhülse eingeführt wird, kann der Schliffkern mit den Reaktionssubstanzen beschickt und die ganze Anordnung evakuiert werden.
  • In F i g. 5 ist eine spezielle Anordnung im Schnitt dargestellt, die das Zusammenfügen der Schliffteile unter Vakuum und gleichzeitig im Inneren eines Heizofens ermöglicht. Mit 51 ist die Schliffhülse, mit 52 der stempelförmige Schliffkern, mit 53 die Ringnut im Schliffkern, mit 54 das flüssige Dichtungsmittel, mit 55 ein Vorratsgefäß für das flüssige Dichtungsmittel, mit 56 eine mit dem Vorratsgefäß verbundene Stange, die es ermöglicht, das Vorratsgefäß selbständig und unabhängig vom Schliffkern zu bewegen, mit 57 eine stangenförmige Verlängerung des Schliffkernes, mit 58 ein Heizofen, der mit der Schliffhülse 51 verbunden ist, und mit 59 der Anschluß für eine Vakuumpumpe bezeichnet. Die Schliffhülse ist so ausgebildet, daß sie gleichzeitig als Rezipient dient. Die Schliffteile werden wie im Beispiel 4 zusammengefügt.
  • Während des Zusammenfügens der Schliffteile und der Füllung der Nut mit dem flüssigen Dichtungsmittel unterstützt eine leichte Rotation der Teile gegeneinander die gleichmäßige Verteilung des Dichtungsmittels über die Rinne. Nach dem Zusammenfügen können die Schliffteile etwas auseinandergezogen werden. Es bildet sich dann eine keilförmige Flüssigkeitsabdichtung, die zusätzlich eine störungsfreie Abdichtung gewährleistet.
  • Bei hohen Temperaturen besteht die Gefahr, daß sich Kanäle an der Wand bilden, analog wie bei gefetteten Vakuumschliffen. Diese Erscheinung läßt sich dadurch vermeiden, daß man darauf achtet, die Schicht des flüssigen Dichtungsmittels so dünn wie möglich, in Form eines dünnen Filmes, zu halten.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Flüssigkeitsdichtung mit wenigstens einem in einer Nut eines der abzudichtenden Bauteile angeordneten Ring aus flüssigem Metall, g e -kennzeichnet durch ihre Verwendung zur vakuumdichten Abdichtung von zylindrischen Schliffverbindungen mit Gallium bei Reaktionsgefäßen für die erhöhten Temperaturen der Halbleitertechnik.
  2. 2. Flüssigkeitsdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (23) trapezförmig ausgebildet ist.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeitsdichtung im Vakuum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren eines Rezipienten (40) der Schliffkern (42) mit Hilfe eines Stempels (48) gleichzeitig mit einem Vorratsgefäß (45) für das flüssige Dichtungsmittel (44) in die Schliffhülse (41) geschoben wird, derart, daß durch die dabei auftretende Scherwirkung der Schliffhülse das flüssige Dichtungsmittel in die Ringnut hineingepreßt wird und das überschüssige Dichtungsmittel in ein Auffanggefäß überläuft. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 927 829.
DE1962S0082515 1962-11-21 1962-11-21 Fluessigkeitsdichtung mit wenigstens einem Ring aus fluessigem Metall und Verfahren zu ihrer Herstellung Pending DE1237859B (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2927829A (en) * 1958-08-28 1960-03-08 Jr George K Porter Pneumatic float with mercury ring

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US2927829A (en) * 1958-08-28 1960-03-08 Jr George K Porter Pneumatic float with mercury ring

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