DE1621240B1

DE1621240B1 - Vorrichtung zur verdampfung von metallen oder metalloiden

Info

Publication number: DE1621240B1
Application number: DE1967E0034850
Authority: DE
Inventors: Dennis Walter Barker
Original assignee: Edwards High Vacuum International Ltd
Current assignee: Edwards High Vacuum International Ltd
Priority date: 1966-09-30
Filing date: 1967-09-28
Publication date: 1971-10-14
Also published as: US3539769A; GB1169517A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verdampfung von Metallen oder Metalloiden und ', betrifft insbesondere die Form bzw. Gestalt der Verdampfungsquelle und die Art und Weise der Beheizung derselben.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Verdampfen von Metallen oder Metalloiden im Vakuum mit dem Zweck, Füme auf ruhende oder sich bewegende Gegenstände, z. B. auf Kunststoffe, Metallplatten, Papier usw., aufzubringen.

Erfindungsgemäß ist eine Verdampfungsquelle zur Verdampfung von Metallen oder Metalloiden mit einem Strahlungsheizelement, das einen Hohlraum bzw. eine Ausnehmung aufweist, sowie mit einer in dem Hohlraum gelagerten Verdampfungsbasis versehen, wobei das Heizelement und die Verdampfungsbasis so ausgebildet sind, daß -sie als Widerstandsheizungen verbindbar sind, so daß die Verdampfungsbasis im Betrieb teilweise von durch sie hindurchfließendem elektrischen Strom und teilweise durch Strahlung von den Innenflächen des Hohlraums erhitzt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verdampfungsbasis einen Hauptteil, auf den der zu verdampfende Stoff aufgebracht werden kann und der in dem Hohlraum gelagert ist, sowie zwei Endoder Seitenteile auf, die mit dem Strahlungsheizele-· ment in elektrischer Verbindung stehen und von diesem getragen bzw. unterstützt werden. ~" "^; '30

Die Verdampfungsbasis kann stangenförmig aus^ gebildet und an den Enden zwecks Ausbildung der beiden Endteile in bestimmter Weise geformt und verjüngt sein; und das StraMungsheizelemeüt^ känf£- mit Aussparungen versehen sein, die dieEndteile der Verdampfungsbasis aufnehmen und lagern bzw. tragen.

Vorzugsweise weist die Verdampfungsbasis einen zusammengesetzten gesinterten Stoff aus Titandiborid und Bornitrid auf.

Genauer gesagt kann die Verdampfungsquelle ein Strahlungsheizelement und eine .Verdampfungsbasis · aufweisen, auf die der zu verdampfende Stoff .-,auf- . ■ gebracht wird, wobei die Verdampfungsbasis einen Hauptteil, der in einer in dem Heizelement· yorgesehenen Ausnehmung gelagert ist, und- mindestens zwei End- oder' Seitenteile' aufweist, die mif dem" Heizelement in elektrischer Verbindung stehen und von diesem getragen bzw. unterstützt werden, wobei ferner die Verdampfungsquelle als eine elektrische Widerstandsheizung verbindbar ist, so daß im Betrieb Strom sowohl durch das Heizelement als auch durch die Verdampfungsbasis fließt, die teilweise durch von den Innenflächen der Ausnehmung ausgehende Strahlung erhitzt wird* ' ' ..'

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 in auseinandergezogener Darstellung eine erfindungsgemäße Verdampfungsquelle mit einem Längsschnitt durch das Heizelement und

Fig. 2 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verdampfungsquelle.

In Fig. 1 ist eine Verdampfungsquelle gezeigt, die ein Strahlungsheizelement 1 und eine besonders geformte Verdampfungsbasis 2 aufweist. Das Heizelement 1 ist mit zwei Schlitzen bzw. Aussparungen 3 versehen, die an der Verdampfungsbasis vorgesehene Endteile 4 derart lagern bzw. tragen, daß der Mittel-. bzw*¹ Hauptteil der Verdampfungsbasls: sich quer durch einen Hohlraum bzw. eine Ausnehmung 5 erstreckt. Die Verdampfüngsbasis 2 kann auf diese Weise so in den Schlitzen 3 angeordnet sein, daß eine gute elektrische Verbindung mit dem Strahlungsheizelement 1 gewährleistet ist. Diese besondere Ausführungsform der Erfindung wird lediglich als Beispiel erläutert, und es gibt viele Möglichkeiten der Gestaltung der Verdampfungsquelle; eine von diesen weiteren Gestaltungsmöglichkeiten ist in Fig. 2 dargestellt. Die AusfÜhrungsform gemäß Fig.2 unterscheidet sich von der bereits beschriebenen Ausfuhrungsform dadurch, daß die Formen im wesentlichen rechtwinklig ausgebildet sind, wobei die Ausnehmung 5' kastenförmig ist und die Verdampfungsbasis 2' einen rechtwinkligen Querschnitt mit über die ganze Länge gleichbleibender Fläche aufweist.

Die Erfindung gründet sich darauf, daß sowohl die Verdampfungsbasis als auch das Heizelement als elektrische Widerstandsheizungen benutzt werden können, und darauf, daß von den Wandungen der Ausnehmung des Heizelementes zu der Verdampfungsbasis hin Wärme abgestrahlt wird. In den gezeigten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung befindet sich die Verdampfungsbasis in elektrischem Kontakt mit dem Strahlungsheizelement, wodurch die Probleme vereinfacht werden, die dann auftreten würden, wenn dem Heizelement und der Verdarnpfungsbasis jeweils getrennt Energie zugeführt werden würde. Die Verdampfungsbasis wird auch von dem Heizelement gelagert bzw. getragen. Im Vergleich zu bekannten Anordnungen erzielt man bei der erfindungsgernäßen gleichzeitigen Erhitzung der Verdampfungsbasis sowohl durch elektrische Widerstandsheizung als auch durch von dem Heizelement abgegebene Strahlungswärme folgende Vorteile:

a) einen größeren thermischen Wirkungsgrad, d. h. eine größere Verdampfung für eine bestimmte zugeführte Energiemenge,

b) eine verlängerte Lebensdauer der Verdampfungsquelle,, gemessen an der Menge des verdampften Stoffes, und

c) eine verbesserte elektrische Verbindung mit der Verdampfungsbasis.

Bei bekannten Verdampfungsquellen wird eine Verdampfungsbasis verwendet, bei der das Heizelement und die Verdampfungsbasis zu einem einzigen Teil zusammengefaßt sind. Weil die Verdampfungsbasife jedoch aus einem harten zusammengesetzten Stoff bestehen soll, der gegen Metall- oder Metalloiddämpfe widerstandsfähig sein muß, haben diese bekannten Verdampfungsquellen den Nachteil, daß die elektrischen Verbindungen mit der Stromquelle unmittelbar mit der Verdampfungsbasis hergestellt werden müssen. Wegen der Härte des Stoffes, aus dem die Verdampfungsbasis besteht, ist eine gute elektrische Verbindung nur durch Ausübung einer starken Klemmwirkung auf die Kontakte bzw. Anschlußstücke zu erzielen, was zur Verformung und zu einer möglichen, dadurch bedingten Beschädigung der Verdampfungsbasis.führt, wenn diese sich beim Erhitzen ausdehnt. Erfindungsgemäß kann das Heiz-

element aus einem weicheren Stoff, z. B. aus Graphit, hergestellt werden, so daß trotz relativ niedriger Klemmdrücke eine gute elektrische Verbindung sowohl mit dem harten Stoff als auch mit den Anschlußklemmen erzielbar ist.

Es ist eine Reihe von Stoffen bekannt, die für eine Verdampfungsbasis geeignet sind und gegen den Angriff von geschmolzenen Metallen bzw. Metalloiden, insbesondere Aluminium, widerstandsfähig sind, und vorzugsweise wird als Rohstoff für die erfindungsgemäße Verdampfungsbasis ein Titan-Bor-Stickstoff-Gemisch, nämlich ein Sinterprodukt aus Titandiborid und Bornitrid, verwendet. Die Widerstandsfähigkeit des Stoffes kann durch die Gewichtsverhältnisse von TiB₂ und BN in der Mischung vor- her festgelegt bzw. beeinflußt werden.

Es wurde gefunden, daß die Ti-B-N-Mischung unter den Vakuumbedingungen, unter denen die erfindungsgemäße Verdampfungsquelle betrieben werden muß, dazu neigt, sich zu verformen und schneller zu zersetzen, wenn sie bei Temperaturen von über 1600° C benutzt wird. Wenn als Heizelement und Verdampfungsbasis, wie oben ausgeführt, nur ein einziger stangenförmiger Körper aus dem zusammengesetzten Stoff benutzt wird, verbiegt sich der stangenförmigen Körper unter diesen Vakuumbedingungen bei 1600° C und verhindert so eine wirksame Ausnutzung der Verdampfungsoberfläche. Bei Benutzung der erfindungsgemäßen Anordnung tritt jedoch dieser Nachteil nicht auf und die Verdampfungsrate kann entsprechend erhöht werden. Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform läßt erkennen, wie eine bereits vorhandene stab- bzw. stangenförmig ausgebildete Verdampfungsquelle (wie oben erwähnt) durch die Hinzufügung eines Heizelementes, das genau dieselbe Aufgabe wie das in Fig. 1 gezeigte Heizelement erfüllt, verbessert werden kann.

Die gezeigten Ausführungsformen von Verdampfungsquellen werden zwar vorzugsweise verwendet und haben sich auch als sehr gut geeignet erwiesen, jedoch können im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre anders gestaltete bzw. ausgebildete Verdampfungsquellen benutzt werden. So können zwei Tiegel bzw. Gefäße verwendet werden, von denen das eine innerhalb des anderen angeordnet ist — wobei es nicht darauf ankommt, ob jedes die Form eines Zylinders oder eines Kegelstumpfes hat·—, und von denen das äußere Gefäß das Strahlungsheizelement und das innere Gefäß die Verdampfungsbasis ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verdampfung von Metallen oder Metalloiden mit einer elektrisch beheizbaren Verdampfungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsquelle ein Strahlungsheizelement (1,1') mit einer Ausnehmung (5, 5') und eine Verdampfungsbasis (2, 2') aufweist, die in der Ausnehmung gelagert ist, und daß das Strahlungsheizelement und die Verdampfungsbasis als elektrische Widerstandsheizungen verbindbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsbasis (2, 2') einen Hauptteil, auf den der zu verdampfende Stoff aufgebracht werden kann und der in der Ausnehmung (5, 5') gelagert ist, und zwei Endoder Seitenteile (4) aufweist, die mit dem Strahlungsheizelement (1, 1') in elektrischer Verbindung stehen und von diesem gelagert bzw. getragen werden.

. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsbasis (2) stangenförmig gestaltet und zur Bildung der beiden Endteile (4) an ihren Enden besonders geformt und verjüngt ist und daß das Strahlungsheizelement (1) mit Aussparungen (3) versehen ist, die die Endteile (4) der Verdampfungsbasis aufnehmen und lagern bzw. tragen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsbasis (2') einen stangenförmigen Körper von konstantem rechteckigem Querschnitt und das Strahlungsheizelement (Γ) einen stangenförmigen Körper von im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einer langgestreckten kubisch geformten Ausnehmung (5') aufweist und an jedem der beiden Enden der Ausnehmung mit Aussparungen (3') versehen ist, die die Enden der Verdampfungsbasis (2') aufnehmen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsheizelement und die Verdampfungsbasis Gefäße aufweisen und daß das die Verdampfungsbasis aufweisende Gefäß innerhalb des das Strahlungsheizelement aufweisenden Gefäßes gelagert ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsbasis (2, 2') einen zusammengesetzten gesinterten Stoff aus Titandiborid und Bornitrid aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen