DE1997166U

DE1997166U - Verdampfungsvorrichtung fuer aluminium

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Publication number: DE1997166U
Application number: DE19681997166
Authority: DE
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1968-06-19
Filing date: 1968-06-19
Publication date: 1968-11-21

Description

P.A. 349 267*19.6.68 ⁷,

Hanau, den 11, Juni 1968 J PA-Dr.Hn/rο

W. C. Heraeus GmbH, Hanau (Main)

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Verdampfungsvorrichtung für Aluminium

Die Erfindung betrifft eine Verdampfungsvorrichtung für das Verdampfen von Aluminium im Vakuum.

Verdampfungsvorrichtungen zum Verdampfen von Aluminium im Vakuum sind bekannt. Solche Vorrichtungen werden häufig dazu benutzt, ium einen Aluminiumniederschlag auf einem in die Verdampfungskammer eingebrachten Körper oder einem durch die Verdampfungskammer (hindurchlaufenden Band zu erzeugen.

/Aus der französischen Patentschrift 1 349 184 ist eine Verdampfungsvorrichtung für das Verdampfen von Aluminium im Vakuum bekannt. Sie besteht aus einer evakuierten Verdampfungskammer,inner-'halb der zwei Slektronenkanonen angeordnet sind. Das zu verdampfende Aluminium wird in Drahtform mittels Vorsehubrolleη der Verdampfungsstelle zugeführt. Diese Verdampfungsstelle besteht aus einer mit einem Kühlmantel umschlossenen Unterlage aus einem schwer schmelzbarem V/erkstoff j wie einem Zirkoniumblock, dessen Dampfdruck bei der Verdatapfungsteniperatur des Aluminiums klein ist gegenüber dem Dampfdruck des Aluminiums. Auf die nicht vom Kühlmantel umschlossene Oberfläche der Unterlage sind die von den beiden Elektronenkanonen ausgesandten, gebündelten Elektronenstrahlen gerichtet, us einen Schaelzsee aufrechtzuerhalten.

In diesen Schmelzsee wird der Aluminiumdraht eingeführt und dass Aluminium daraus verdampft. De.3 verdampfte Aluminium kondensiert in dünner Schicht auf einem in die Verdampfungskammer eingebrachten Körper, wie einem Eisenblech. Diese bekannte Verdampfungsvorrichtung eignet sich nicht für eine Verdampfung von oben nach unten, d. h. für solche Fälle, bei denen der in die Verdampfungskammer eingebrachte zu bedampfende Körper unterhalb der Verdampfungsstelle angeordnet 1st. Ausserdem ist das Verhältnis von zugeführter Energie zur Menge an verdampftem Aluminium nicht sehr günstig, weil ein sehr beachtlicher Teil der zugeführten Energie über die den Kühlmantel durchströmende Kühlflüssigkeit wieder abgeführt wird.

«Aus der deutschen Auslegeschrift 1 242 429 ist eine Vorrichtung zum Vakuumaufdampfen von metallischen Schichten mittels Elektronenbeschuss bekannt, welche zum Verdampfen von oben nach unten vorgesehen ist. Ausgehend von bekannten Verdampfungsvorrichtungen, bei welchen ein Draht aus dem zu verdampfenden Metall feiner erhitzten Unterlage aus feuerfesten, d. h. schwer schmelzbaren Werkstoffen zugeführt wird - geeignete feuerfeste V/erkstoffe sind danach jedoch teuer und besitzen ausserdem eine zu kurze Lebensdauer - , wird eine Verdampfungsvorrichtung vorgeschlagen, welche aus einer in einem gekühlten Bauteil vorgesehenen Führungsdüse besteht. Durch die Führungsdüse wird der zu verdampfende Metalldraht senkrecht nach unten vorgetrieben.

Unterhalb der Führungsdüse ist eine Elektronenstrahlen erzeugen.= de Drahtelektrode angeordnet. Die von ihr editierten Elektronen bombardieren das aus dem unteren Ende der Führungsdüse austretende Metalldraht-Ende. Das aufgeschmolzene Drahtmaterial bleibt als Tropfen an der unteren Seite des gekühlten Bauteils hängen. Aus dein Metalltropfen heraus verdampfΐ nun das Metall, Es ist

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29. Aug. 1968

einleuchtend, daß aus einem Tropfen heraus die Verdampfungsrate immer gering ist, so daß diese Verdampfungsvorrichtung sich nur für die Verdampfung kleiner Mengen pro Zeiteinheit eignet. Der Metalltropfen darf nicht sehr groß werden, weil er sonst abfällt. Auch darf die Temperatur des Tropfens nicht sehr erhöht werden, weil dies su einer Verminderung der Oberflächenspannung des Tropfens führt und damit sein Abfallen begünstigt wird. Auch bei dieser Verdampfungsvorrichtung wird ein sehr beachtlicher Teil der zugeführten Energie über das gekühlte Bauteil abgeführt und geht für die Verdampfung verloren, so daß das Verhältnis von zugeführter Energie zur verdampften Metallmenge ungünstig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdampfungsvorrichtung für die Verdampfung von Aluminium im Vakuum zu schaffen, welche eine Vorentgasung des zu verdampfenden Aluminiums ermöglicht und für die Verdampfung großer Alurainiummengen pro Zeiteinheit, insbesondere auch von oben nach unten, geeignet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Verdampfungsvorrichtung für das Verdampfen von Aluminium im Vakuum mit einer auf einen •!Druck von weniger als etwa 10"^ mm Hg evakuierten Verdampfungskammer, mit einer innerhalb der Verdampfungskammer angeordneten erhitzten Unterlage aus einem wärmeleitenden Werkstoff, dessen Dampfdruck bei der Verdampfungstemperatur des Aluminiums klein ist gegenüber dem Dampfdruck des Aluminiums, mit einer Vorrichtung zum Zuführen des zu verdampfenden Aluminiums auf die Unterlage und mit wenigstens einer Ladungsträgerstrahlenquelle zum Erhitzen des zugeführten Aluminiums auf seine Verdampfungstemperatur mittels wenigstens eines gerichteten ladungsträgerStrahles erfindungsgemäß dadurch, daß die Unterlage eine um eine horizontale Achse rotierende Solle ist.und daß während der Verdampfung der Ladungsträgerstrahl derart auf einen Bereich der

Rollenoberfläche gerichtet ist, dass jeweils der momentane Auftreffbereich des gerichteten Ladungsträgerstrahls auf der Rollenoberfläche, in Rotationsrichtung der Rolle gesehen, um wenigstens 45° vor der Zufuhrstelle des zu verdampfenden Aluminiums liegt. Die rollenförmige Unterlage besteht vorteilhafterweise wenigstens an ihrer Oberflächenschicht aus einer Legierung aus der Gruppe Niob- Zirkonium, Tantal-Zirkonium oder Wolfram-Zirkonium, wäh= rend der Kern aus einem anderen Metall oder einer refraktären Legierung bestehen kann. Bewährt haben sich auch solche Rollen, die in ihrer Gesamtheit aus einer Legierung aus der vorstehend genannten Legierungsgruppe bestehen .Insbesondere hat sich als Werkstoff für die gesamte Rolls oder zumindest für ihre Oberflächenschicht eine in ihren wesentlichen Bestandteilen aus Niob und Zirkonium bestehende Legierung als sehr geeignet erwiesen, welche einen üirkonium-Gehalt bis zu 25 Gewichtsprozent aufweist. Mit dem gerichteten Ladungsträgerstrahl wird ein in seiner Grösse vorbestimmter Bereich der Oberfläche der Rolle beaufschlagt und aufgeschmolzen, so dass bei der Rotation der Rolle ein schmelzflössiger Gürtel geringer Dicke von beispielsweise etwa 1 - 2 mm entsteht. Die Temperatur des schmelzflüssigen Gürtels :ist natürlicherweise im Auftreffbereich der Ladungsträgerstrahjlen am höchs*?n, und zwar muss die Temperatur dort äcv hoch sein, •dass eine Verdampfung von Aluminium in ausreichender, gewünschter ^enge gewährleistet ist. Mit der Entfernung von dem ^uftreffbereich der Ladungsträgerstrahlen nimmt die Temperatur des achmelz- ;flüssigen Gürtels, in Rotationsrichtung gesehen, ab. Die Rotationsgeschwindigkeit der Rolle wird jedoch so hoch gehalten, dass der schmelzflüssige Gürtel immer aufrechterhalten bleibt. Das zu verdampfende Aluminium wird in den schmelzflüssigen Gürtel zugeführt, und zwar an einer solchen Stelle, dass, in Rotationsrichtung der Rolle gesehen.ler momentane Auftreffbereich des Ladungsträger-Strahles während de^Verdampfung um wenigstens 45° vor der Zufuhrstelle des Aluminiums liegt. Das zu verdampfende Aluminium kann in Drahtform, als Granulat oder auch in schmelzflässiger Form in

in den schmelzflüssigen Gürtel hineingebracht werden. Auf der Wegstrecke zwischen Zufuhrstelle und Auftreffbereich des Ladungsträgerstrahles kann das zugeführte Aluminium, nachdem es bei Zufuhr in fester Form geschmolzen ist, entgasen, so dass bereits vorentgastes flüssiges Aluminium in den Auxtreffbereich des Ladungsträgerstrahles gelangt. In diesem vorgegebenen Auftreff bereich v/ird nun das Aluminium durch den Ladungsträgerstrahl auf Verdampfungstemperatur erhitzt,und es verdampft.

Die erfindungsgemässe Verdampfungsvorrichtung eignet sich nicht nur für die Verdampfung grosser Mengen von Aluminium von unten nach oben, sondern sie gewährleistet auch eine ebenso gute Verdampfung von oben nach unten, auch bei hoher Verdampfimgsrate, d. h. Verdampfung grosser Mengen von Aluminium pro Zeiteinheit. Lin grosser Vorrat an geschmolzenen Aluminium an der Verdampfungsstelle und die damit verbundenen Nachteile, wie Anhäufung von Verunreinigungen oder Gasen _ä was beispielsweise zu unerwünschter. Spritzen während der Verdampfung führt, sind bei der erfin:lun£Sr;emässen Verdampfungsvorrichtung; vermieden. Es wird hier vorentgastes Aluminium stets von neuem der Verdatapfungsstelle zugeführt, so dass das Auftreten von Spritzern während der Verdampfung auf ein Mindestraass reduziert ist. Bei gleichbleibend hoher Abdampfrate besitzt die erfindungsgemäss ausgebildete Verdampfungsvorrichtung eine hohe Lebensdauer. Nicht zuletzt ist auch das Verhältnis von zugeführter Energie zur Menge an V3rdampftem Aluminium wesentlich günstiger als bsi den bekannten Verdampfungsvorrichtungen mit gekühlter Unterlage, so dass eine erhebliche Energieersparnis,bezogen auf gleiche Mengen an verdampftem Aluminium ,gegenüber den bekannten Verda-npfungsvorrichtungen zu verzeichnen ist.

In der Figur ist schematisch im-Schnitt eine vorteilhafte Ausführung einer erfindungsgemäss ausgebildeten Verdampfungsvor-

tung am Beispiel einer Bandbedampfungsanlage dargestellt.

Mit der Bezugs ziffer 1 ist die evakuierte Verdampf ungskamiaer "bezeichnet, in welcher mittels des Vakuumpumpenaggregates 2 während der Verdampfung des Aluminiums ein · Druck von i=5 10 mm Hg aufrechterhalten wird. Innerhalb dieser Verdampfungskammer ist die Rolle 3 angeordnet, welche nun die horizontale Achse 4 ,wie mit Pfeil angedeutet,rotiert. Der Kern 3a der Rolle besteht z. B. aus Wolfram, die Oberflächenschicht 3b aus einer Legierung, welche als Hauptbestandteile Niob und Zirkonium enthält, mit einem Zirkoniumgehalt bis zu 25 Gewichtsprozent. In die Wand der Verdampfungskammer 1 ist eine Elektronenstrahlkanone 5 vakuumdicht eingesetzt. Der von der Elektronenstrahlkanone ausgesandte, gebündelte Elektronenstrahl 6 wird durch das in Form von Kreuzen 7 angedeutete Magnetfeld auf die Oberfläche der Rolle 3 um etwa 90° umgelenkt. Anstelle der magnetischen Umlenkung des Elektronenstrahls 6 kann in an sich bekannter Weise auch eine Umlenkung durch ein elektrostatisches Feld erfolgen. Innerhalb der Verdampfungs- -kammer 1 ist eine Vorratsrolle 8 aus Äluminiumdraht angeordnet. Dieser zu verdampfende Aluminiumdraht wird mittels der Zufüh- rungsrollen 9a, 9b in den schmelzflüssigen Gürtel 10 der Rolle 3 eingebracht. Der Auftreffbereich 11 des Elektronenstrahls 6 liegt, in Rotationsrichtung der Rolle gesehen,wenigstens 45° vor der Zufuhrstelle 12 des Aluminiumdrahtes, so dass eine aus reichende Möglichkeit für eine Vorentgasung des zugeführten Aluminiums gegeben ist. Das vom Auftre^fbereich 11 von oben nach unten abdampfende Aluminium, welcheo durch die Pfeile 13 angedeutet ist, kondensiert auf defa bandförmigen Gut 14, bei= spielsweise einen jrietaii- oder Päpierbend, in dünner Schicht. Das Band 14 vorlauft von einer Vorratsrolle 15 in an sich bel.annter V/eise Über Druckstufenkammern 16a, 17a in die Verdampfungskammer 1 und wird über Druckstufenkammern 17b, lob nach seiner Bedarnpfung mit Aluminium aus der Verdampfungskammer

wieder in Atmosphäre ausgeschleust und dort auf einer Spule aufgewickelt. Das entsprechende Vakuum wird in den Druckstufenkammern mittels der Vakuumpumpen 16c, I6d, 17c, 17d aufrechterhalten. Der Druck in den Druckstufenkanimern 16a und 16b ist kleiner als Atmosphärendruck und beträgt beispielsweise 1 mm Eg. Der Druck in den Druckstufenkammern 17a und 17b ist wieder kleiner als der Druck in den Druckstufenkammern 16a und 16b_s aber grosser als der Druck in der Verdampfungskammer 1. Bei-

—2 spielsweise beträgt der Druck in den Kammern 17a und 17b 10 mm Hg. Zur Beobachtung der Verdampfung des Aluminiums und auch seiner Kondensation auf dem Band -14 ist an die Verdampfungskammer noch eine an sich bekannte Beobachtungseinrichtung Iy angesetzt.

Claims

ΒΑ.51β260·31.8. Hanau, den 29. Aug. 1968 PA-Dr.Hn/Th ffeue Schutzansprüche für die Gebrauchsanmeldung H 65 050/481) Gbm

1. Verdampfungsvorrichtung für das Verdampfen von Aluminium mit einer auf einen Druck von weniger als 10~' mn Hg evakuierten Verdampfungskammer, mit einer innerhalb der Verdampfungskammer abgeordneten erhitzten Unterlage aus einem wärmeleitenden Werkstoff, dessin Dampfdruck bei der Verdampfungstemperatur des Aluminiums klein ist gegenüber dem Dampfdruck des Aluminiums, mit einer Vorrichtung zum Zuführen des zu verdampfenden Aluminiums auf die Unterlage und mit wenigstens einer Ladungstragerstrahlenquelle zum Erhitzen des zugeführten Aluminiums, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage eine um eine horizontale Achse rotierende P.olle ist und der auf die Verdampfungstemperatur des Aluminiums erhitzte Bereich der Rolle, in Rotationsrichtung der Rolle gesehen, um wenigstens 45° vor der Zufuhrstelle des zu verdampfenden Aluminiums liegt.

2. Verdampfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle wenigstens an ihrer Oberflächenschicht aus einer Legierung aus der Gruppe Niob-Zirkonium, Tantal-Zirkonium oder VToIfram-Zirkonium besteht.

3. Verdampfungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle wenigstens an ihrer Oberflächenschicht aus einer als wesentliche Bestandteile Niob und Zirkonium enthaltenden Legierung mit einem Zirkonium-Gehalt bis zu 25 $ besteht.

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4. Verdampfungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die ganze Rolle aus einer als wesentliche Bestandteile Niob und Zirkonium enthaltenden Legierung mit einem Zirkonium-Gehalt bis zu 25 f° besteht.