DE1266606B

DE1266606B - Process for the vapor deposition of layers made of iron and nickel alloys

Info

Publication number: DE1266606B
Application number: DE1961S0076563
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Gerhard Mayer; Dipl-Phys Hans-Eberhard Wiehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-11-06
Filing date: 1961-11-06
Publication date: 1968-04-18

Description

Verfahren zum Aufdampfen von Schichten aus Eisen- und Nickellegierungen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufdampfen von Schichten aus Eisen- und Nickellegierungen, insbesondere bei Verdampfungstemperaturen über 1700° C.Process for the vapor deposition of layers made of iron and nickel alloys The present invention relates to a method for the vapor deposition of layers Iron and nickel alloys, especially at evaporation temperatures above 1700 ° C.

Zum Aufdampfen von Schichten aus mehreren Stoffen mit definierter Zusammensetzung, beispielsweise Legierungen, kann man nicht einfach die gewünschte Verbindung oder Legierung aus einem Verdampferschiffchen verdampfen, weil die Komponenten meist wegen ihres unterschiedlichen Dampfdruckes verschieden rasch abdampfen. Es würden dabei die Stoffe mit dem höheren Dampfdruck schneller abdampfen und sich . auf der Bedampfungsunterlage kondensieren, während die Stoffe mit dem niedrigeren Dampfdruck im Verdampferschiffchen zurückbleiben. Um das zu vermeiden, ist es bereits bekannt, eine abgewogene Menge der Legierung, die der aufzudampfenden Menge entspricht, in dem Verdampferschiffchen einzubringen und diese vollständig zu verdampfen. Eine solche quantitative Verdampfung führt jedoch nur zu dem gewünschten Erfolg, wenn keine der Komponenten mit dem Schiffchenmaterial reagiert. Die Auswahl eines geeigneten Schiffchenmaterials ist besonders schwierig für die Verdampfung von Eisen und Nickel, da diese mit den üblichen Verdampfermaterialien wie Wolfram, Tantal, Molybdän, Niob und Platin reagieren. Mit dem ebenfalls als Verdampferschiffchenmaterial gebräuchlichen Kohlenstoff bilden sich Carbide.For vapor deposition of layers made of several substances with a defined Composition, such as alloys, you can not just get the one you want Compound or alloy from an evaporation boat evaporate because the components usually evaporate at different speeds due to their different vapor pressure. It the substances with the higher vapor pressure would evaporate more quickly and become . condense on the steaming pad, while the substances with the lower Vapor pressure remain in the evaporation boat. To avoid that, it is already known, a weighed amount of the alloy, which corresponds to the amount to be evaporated, to bring in the evaporation boat and to evaporate it completely. One However, such quantitative evaporation only leads to the desired success if none of the components react with the boat material. Choosing a suitable one Boat material is particularly difficult for the evaporation of iron and nickel, because these with the usual evaporator materials such as tungsten, tantalum, molybdenum, niobium and platinum react. With that which is also used as an evaporator boat material Carbon forms carbides.

Aus Verdampferschiffchen aus Aluminiumoxyd (A1,03) können zwar Nickel und Eisen verdampft werden, ohne daß eine Reaktion mit dem Verdampferschiffchenmaterial eintritt, jedoch ist es hier erforderlich, die Verdampfungstemperatur unter 1500° C zu wählen, wodurch die Verdampfungsgeschwindigkeit sehr gering ist. Verdampfungstemperaturen über 1500° C sind unzulässig, weil Aluminiumoxyd-Verdampferschiffehen zum Aufheizen eine besondere Heizspirale, z. B. aus Wolfram, benötigen, die bei Temperaturen über 1.500° C das Aluminiumoxyd reduziert, wobei Wolframoxyd gebildet wird, das bei diesen Temperaturen flüchtig ist, so daß die Heizspirale verbrennt. Außerdem ist Aluminiumoxyd schlecht wärmeleitend und auch aus diesem Grund wenig geeignet.It is true that nickel can be obtained from evaporation boats made of aluminum oxide (A1,03) and iron are evaporated without reacting with the evaporation boat material occurs, but here it is necessary to keep the evaporation temperature below 1500 ° C to choose, whereby the evaporation rate is very low. Evaporation temperatures over 1500 ° C are not permitted because aluminum oxide evaporators are used for heating a special heating coil, e.g. B. made of tungsten, which at temperatures above 1,500 ° C the aluminum oxide is reduced, whereby tungsten oxide is formed, which is the case with these Temperatures is volatile, so that the heating coil burns. In addition, there is aluminum oxide poor thermal conductivity and, for this reason, not very suitable.

Während für eine ganze Reihe von Verdampfungsmaterialien, die mit anderen Schiffchenmaterialien leicht reagieren, Titanborid nicht reagiert und daher als Schiffchenmaterial für diese Stoffe verwendbar ist, reagiert Tilanborid mit Nickel und Eisen, so daß auch dieser Stoff nicht als Schiffchenmaterial für Nickel- und Eisenlegierungen verwendet werden kann.While for a whole range of vaporizing materials that come with other boat materials react easily, titanium boride does not react and therefore can be used as a boat material for these substances, tilane boride reacts with Nickel and iron, so that this substance cannot be used as a boat material for nickel and iron alloys can be used.

Bei einem Verdampfer für die kontinuierliche Vakuumbedampfung, dessen mit der Schmelze in Berührung kommende Oberfläche aus Carbiden besteht, ist es bereits bekanntgeworden, den Verdampfer aus Borearbid zu fertigen. Dieser Verdampfer eignet sich für die Verdampfung von Eisen, Kobalt, Nickel, Titan, Chrom usw. Ein erheblicher Nachteil der Verdampfer aus Borcarbid besteht in ihrer äußerst aufwendigen Herstellung.In the case of an evaporator for continuous vacuum deposition, its the surface coming into contact with the melt consists of carbides, it is already became known to manufacture the evaporator from borearbide. This vaporizer is suitable for the evaporation of iron, cobalt, nickel, titanium, chromium, etc. A significant The disadvantage of evaporators made from boron carbide is that they are extremely complex to manufacture.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß trotz den vorstehenden Ausführungen ein Verfahren zum Aufdampfen von Schichten aus Eisen- und Nickellegierungen unter Verwendung eines Schiffchenmaterials angebbar ist, das weder mit Nickel noch mit Eisen reagiert und daher zum Aufdampfen von Eisen- und Nickellegierungen geeignet ist. Bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Verdampferschiffchen aus Titancarbid zu verwenden. Die Tatsache, daß Nickel und Eisen mit Titancarbid nicht reagieren, erscheint auch vor allem deshalb überraschend, weil im allgemeinen Titancarbid leichter mit dem zu verdampfenden Material reagiert als Titanborid, beispielsweise bei der Verdampfung von Aluminium. Da Titanborid sowohl mit Nickel als auch mit Eisen reagiert, war daher mit großer Wahrscheinlichkeit anzunehmen, daß Titancarbid das gleich tut. überraschenderweise hat sich jedoch ergeben, daß keine derartige Reaktion eintritt. Allerdings diffundieren Nickel und Eisen in das Schiffchen hinein. Bei niedrigeren Temperaturen, insbesondere etwa unter 1700° C, bleiben noch Nickel und Eisen beim Verdampfen im Titancarbid, wodurch sich das Verdampferschiffchen verformt; werden jedoch Verdampfungstemperaturen über 1700° C verwendet, vorzugsweise etwa 2000° C, so gelingt es, Nickel und Eisen vollständig aus dem Verdampferschiffchen zu verdampfen.Surprisingly, it has been shown that despite the above a process for the vapor deposition of layers of iron and nickel alloys underneath Use of a boat material can be specified that neither with nor with nickel Iron reacts and is therefore suitable for vapor deposition of iron and nickel alloys is. In a method of the type mentioned at the beginning, it is proposed according to the invention that to use an evaporator boat made of titanium carbide. The fact that nickel and iron do not react with titanium carbide, also appears surprising, above all, because in general titanium carbide reacts more easily with the material to be evaporated as titanium boride, for example in the evaporation of aluminum. Since titanium boride Reacted with both nickel and iron was therefore very likely assume that titanium carbide does the same. Surprisingly, however, it has show that no such reaction occurs. However, nickel and diffuse Iron in the boat. At lower temperatures, especially around below 1700 ° C, nickel and iron still remain in the titanium carbide during evaporation, whereby the evaporation boat deforms; however, there will be evaporation temperatures above 1700 ° C used, preferably about 2000 ° C, so it succeeds nickel and iron completely to evaporate from the evaporation boat.

Durch Verwendung von Verdampferschiffchen aus Titancarbid ist es möglich, Nickel- und Eisenlegierungen, etwa Nickel-Eisen-Legierungen oder Nickel-Chrom-Legierungen, mit hoher Verdampfungsgeschwindigkeit quantitativ zu verdampfen. Das Verdampferschiffchen wird nur sehr langsam abgenutzt, so daß eine sehr große Anzahl von Verdampfungen ohne Änderungen durchgeführt werden kann. Beim Verdampfen einer Eisen-Nickel-Legierung ist es zweckmäßig, einen geringen überschuß von Nickel in die zu verdampfende Menge zu geben, um dadurch die etwas stärkere Diffusion des Nickels durch das Schiffchen auszugleichen. Es ist dadurch möglich, der aufgedampften Schicht genau die gewünschte Zusammensetzung zu geben. Die genaue Größe des zuzugebenden Überschusses hängt von den Verdampfungsbedingungen ab, insbesondere der Verdampfungstemperatur. Sie läßt sich jedoch ohne weiteres durch einfache Versuche ermitteln.By using evaporator boats made of titanium carbide, it is possible to Nickel and iron alloys, such as nickel-iron alloys or nickel-chromium alloys, to evaporate quantitatively with high evaporation rate. The evaporation boat is worn out very slowly, so that a very large number of evaporations can be done without changes. When evaporating an iron-nickel alloy it is advisable to add a small excess of nickel to the amount to be evaporated to give thereby the somewhat stronger diffusion of the nickel through the boat balance. This makes it possible to apply exactly the desired layer to the vapor-deposited layer To give composition. The exact size of the excess to be added depends on the evaporation conditions, in particular the evaporation temperature. She lets however, they can easily be determined by simple experiments.

Selbstverständlich ist das Titancarbidschiffchen auch zur Verdampfung von Legierungen nach dem Verfahren der »spontanen Verdampfung« (»flash evaporation«) geeignet. Dabei wird das aufzudampfende Material fortlaufend in kleinen Mengen in das heiße Schiffchen gebracht und dort spontan und quantitativ verdampft.Of course, the titanium carbide boat is also for vaporization of alloys using the method of "spontaneous evaporation" ("flash evaporation") suitable. The material to be evaporated is continuously in small amounts in brought the hot boat and evaporated there spontaneously and quantitatively.

Claims

Claims: 1. Process for the vapor deposition of layers of iron and nickel alloys, especially at evaporation temperatures above 1700 ° C, thereby characterized in that an evaporator boat made of titanium carbide is used.

2. Method according to Claim 1, characterized in that one of the Amount corresponding amount of the material to be evaporated in the evaporation boat is brought and evaporated from this by heating the evaporation boat.

3. The method according to claim 1, characterized in that the material to be evaporated continuously brought into the hot boat in small quantities and there spontaneously and is evaporated quantitatively.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that a slight excess of nickel is added to the material to be evaporated during the evaporation of nickel alloys. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1078 401; Kieffer and Schwarzkopf, "Hartstoffe und Hartmetalle", 1953, p. 406.