DE2012076A1 - Verfahren bzw. Einrichtung zur Beschichtung eines Trägerkörpers durch Aufdampfen unter Vakuum - Google Patents
Verfahren bzw. Einrichtung zur Beschichtung eines Trägerkörpers durch Aufdampfen unter VakuumInfo
- Publication number
- DE2012076A1 DE2012076A1 DE19702012076 DE2012076A DE2012076A1 DE 2012076 A1 DE2012076 A1 DE 2012076A1 DE 19702012076 DE19702012076 DE 19702012076 DE 2012076 A DE2012076 A DE 2012076A DE 2012076 A1 DE2012076 A1 DE 2012076A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- reflector
- atoms
- carrier body
- coating
- vapor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
- C23C14/30—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
2012079
PATENTANWÄLTE
i»R,-PH!L. G. NtCKEL-DR1-ING. Ji DOjRNER
β MÖNCHEN 15
lANDWEHRSTR, 35 · POSTFACH 104
TEL. (08111 SS 5719
14 ,-Pa^, Io . : _ . -
- München, den 12.Mrζ 19To
United Aircraft Corporation, East Hartford,
Vereinigte Staaten γόη Amerika
Verfahren bzw» Hinrichtung zur Beschichtung e'ines: Trägerkörpers
durch Aufdampfen unter Vakuum,
Die Erfindung betrifft die Beschichtung eines Trage.rkörpers
und insbesondere ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Einrichtung zum Vakuum-Aufdampfen einer
Schicht auf einen Trägerkörper. Bevorzugtes Anwendungsgebiet
der Erfindung ist das Vakuum-Aufdampfen von Metallen
in einer Einrichtung, welche mit einer.Elektronenkanone
ausgerüstet ist.
Vakuum-Bedampfungsverfahren zur Herstellung von
Schichten sind in der Technik bekannt. Bei einem besonders
zweekmässigen Verfahren dieser Art erfolgt die Aufheizung eines aufzudampfenden Metalles unter Vakuum vermittels
eines Elektronenstrahles, wobei der Metallvorrat mit bestimmtem Abstand unterhalb des zu beschichtenden Erägerkörpers
oder Substrates;.angeordnet ist. Das Erfordernis eines
Abstandes zwischen dem Quellenmaterial und dem !Ürägörkörper
ist zwingend und ergibt sich zumindest teilweise daraus, daß Spritzer oder explosionsartig verlaufende Ver-
008040/19t3
2012078
dampfungsvorgänge vorn Schmelzbad ausgehen. Zwar ist der Abstand
veränderlich und hängt von der Art des zu verdampfenden Werkstoffes und ausserdem von den Ve.rfahrensparametern ab, doch
bleibt als bedeutsam festzustellen, daß jedenfalls ein beträchtlicher
Abstand zwischen dem Quellenmateriai und.dem Trägerkörper
vorzusehen ist. Die Wirksamkeit eines Vakuum-Aufdampfverfahrens kann also mit der Wirksamkeit in Beziehung gesetzt
werden, mit welcher Dampfatome über den genannten, er-
forderlichen Abstand zwischen dem Quellenmaterial und dem Trägerkörper hinweg transportiert werden können.
Bekanntermaßen ging diese Wanderung der Atome bisher im wesentlichen zufällig oder statistisch vor sich, d.h. man
verließ sich auf die natürliche, ursprüngliche Emi«£.onsenergiö
der Dampfatome, durch welche diese zum Trägerkörper gebracht
wurden. Unglücklicherweise werden die bei der Verdampfung freiwerdenden Atome in einer spektralen, statistischen Verteilung
emittiert. Sie treten unter allen möglichen Winkeln aus der Schmelzbadoberfläche aus und da sie im wesentlichen geradlinig
oder sozusagen auf der Sichtlinie wandern, bilden sie eine divergierende Dampfwolke, von welcher nur ein geringer Teil
bzw. sehr wenige Atome auf den Trägerkörper treffen. Em ist festzustellen, daß der Wirkungsgrad der Beschichtung bei
bisher bekannten Systemen ausserordentlioh niedrig liegt und
es wurden praktisch auch sohon unter Annahme eines kominusförmigen
Verteilungsgesetztes mehrere Anwendungsfälle durchgerechnet, wobei sich Werte nicht wesentlich über etwa 1 $ ergaben.
Noch wichtiger erscheint eint Verbesserung dt« Wirkung«- *
grades und eine Verfeinerung des Verfahrens, wenn die Be-Schichtungsvorgänge
mit Werkstoffen verhältnismäßig kompli-* zierter Zusammensetzung und verhältnismäßig .hohem Sohmele- *
punkt ausgeführt werden sollen, beispielsweise also in Verbindung mit solchen Werkstoffen, wie sie zimmmen mit Spteiallegierungen
auf Nickelbaei· und auf Kobaltbaii* verwendet werden,
üb ist bekannt, daß gebräuchliche Speziallegierungen auf
0098407 1913 ORKäNAL inspected
2012078
Niekelbasis und auf Kobaltbasis an und für sich seib,st keine.
ausreichende' Wider stöMskräft gegeii Erosion durch Oxydation
aufweisen, um eine Betriebsdauer öder Lebensdauer vernünftiger
Länge in bewegterι oxydierender Umgebung zu erreichen, wie
>ie beim Betrieb beispielsweise-von {jästurbinenbetriebBwerken
anzutreffen ist^ Man -ging daher dazu Über,; diese Speziällegierurigen
für solche\iiiwendungsiall.β;' mit: eineia'Schützbelag
zu -versehöiu ! ; ' >
;; "■·.-" . - ' -: ■■.■"-. _-' ■ ?- ' ' "■
' — 2war: zeigten!Aluminidbelage, wie sie beispielsweise in
dent ü;» SV latent.-3V-1 ö2i.ö44 beschrieben sind, zufriedensteilen-'
de Eigöriächäf ten, doch ist 1Ws"bökaaiX^V daß solchö .^Öeläge: auf
Grrunö'dör ^Abhängigkeit 'ihrir ^JigenscEaÖen von dem jew^eils
verwende ten -Srlgerktirpermat er^^ial oft nicht eine optimale
Zusammensetzung besitzen,. -_-'"--■ ■ _' * "'■ ν '·■-■' "■-_".-■·. : .-
Bei vielsnV verbössarteh Belägen für weiterentwickelte
Bauforraen von Strahltriebwerkeix sind die wesentlichsten Gesichtspunkte } daß eine Beschichtungslegieruhg hohen Schmelzpunktes
abgelagert wird, wobei gleichzeitig oder nachfolgend
ein© Reaktion mit dem !Prägerkörpermaterial erfolgt, um die
gewünschte endgültige Zusammensetzung, likrostruktur und/oder
das erforderliehe Haftungsvermpgen zu erzielen. Solche neuartigen
BeschiDhtungslegiorungen machen im allgemeinen den
Einsatz besonderer BesehiGhtungsteehniken erforderlich, xm auf der zu beschichtenden Oberfläche die gewünschten.Materialarten in den richtigen Mengen zu errsichen.
Es wurden bereits mehrere, geeignete Beschichtungslegierungen
der zuvor erwähnten Art entwickelt und an anderer Stelle vorgeschlagen« Bins entsprechende Legierung wird
im Folgenden als FeCrAlX-Besohiohtimgsiegierung bezeichnet·
und iiat: »ine' Ifennwert-ZuBasjiaeasetzuag von" 3o G-ewichtspro-
öhroai, 15 .Gröwlohtsps^sen-tan Aluminium, Θ,■ 5 öewichts-
-Yttrium, Essij B
. "η * '. hew-. νΰ,Ί-l IiM t» oi Ό Sy-CmSiUiOaCJoIiSiS
Aluminium, 0,7 CröWieiiteprosentea Itt^itiBi^ East
■■ ■ ■■■■■■. -.■■■ - r; 3 - '■; iii-i4i/ii!i: " -
. ORIGINAL INSPECTED
2012078
Die grundsätzlichen Schwierigkeiten bei der Ablagerung von BeSchichtungslegierungen der genannten Art stehen im
•Zusammenhang mit ihrem hohen Schmelzpunkt und der Schwierigkeit, die geeigneten Mengen sämtlicher Legierungsbestandteile
in dem aufgebrachten Belag zu erzielen. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden durch Einsatz des Vakuum-Aufdampfverfahrene
erreicht, wie es beispielsweise in der U.S.Patentschrift
2.746.42ο angegeben ist. Verfahren solcher Art, welche in der Vergangenheit in erster Linie auf Beschiehtungswerkstoffe
von niedrigem Schmelzpunkt und von verhältnismäßig einfacher Zusammensetzung angewendet wurden, haben
nach gegenwärtigen Erkenntnissen die Eigenschaft, daß sie außerordentlich empfindlich gegenüber Veränderungen der Verf^hrensparameter
sind und daß aus diesem Grunde die ReprocLujsierbarkait
der Ergebnisse sowie auch die Verfahrenskosten immense Schwierigkeiten bereiten.
Die oben dargelegten Schwierigkeiten lassen die entstehenden Nachteile besonders dann deutlich erkennen, wenn
in Betracht gezogen wird, daß nicht nur die Betriebskosten durch die großen Mengen von BeschichtungsmateriaL in die Höhe
getrieben werden, welches zur Erzielung verhältnismässig geringer Schichtdicken auf dem Trägerkörper erforderlich
ist, sondern daß zusätzliche Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Beschlagen oder mit der Abschirmung verschiedener
Bauteile innerhalb der Vakuumkammer entstehen, welche dort benötigt werden. Es ist daher festzutsellen, daß bekannte
Anlagen bzw. bekannte Verfahren nicht zufriedenstellend arbeiten und im Hinblick auf die Vorteile der Erfindung keine
zufriedenstellenden Ergebnisse erbringen.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, den Wirkungsgrad eines Beschichtungsverfahrens bzw. einer
Beschichtungsanlage zu erhöhen und die Herstellungskosten für eine in dieser Weise gebildete Beschichtung herabzusetzen.
Ausgehend von einem Verfahren zur Beschichtung eines
durch.
Trägerkörpers/auidampfen unter Vakuum, insbesondere zur Her-
Trägerkörpers/auidampfen unter Vakuum, insbesondere zur Her-
2012078
Stellung von Schutzbelägen, auf metallischen Trägerkö.rper£'
.wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Dampfwolke
dee Beschiehtungsmaterials, welches sich von einem Ma-'
terialvorrat, insbesondere' einem Schmelzbad des betreffenden Materials, auf den betreffenden Trägerkörper hin bewegt*
nahe diesem durch thermische Reflexion unter kleinem Winkel ,- »miifcierter Atome verdichtet wird* ■
Allgemein betrifft also die Erfindung' ein Aufdampfverfahren
und Aufdampfanlagen zur Beschichtung eines Trägerkörpers
mit einem Metall, welches unter Vakuum durch Beschießung mit Elektronen hoher Energie aufgeheizt wird, wobei
im wesentlichen in der Nähe des Metallvorrates sowie des Trägerkörpers Mittel zur Steuerung und Verdichtung der Dampfwolke
in der Nähe des Trägerkörpers angeordnet sind.
Insbesondere ist innerhalb der Vakuumkammer nach einem
Merkmal der Erfindung eine Reflexionseinrichtung angeordnet, welche auf dem Wege streuender Dampfatome liegt und diese
in Richtung auf den Trägerkörper reflektiert, ohne daß die ursprüngliche kinetische Energie dieser Atome merklich verringert
wird.
Während der Untersuchungen an Vakuum-Aufdampfverfahren
hat es sich gezeigt, daß dadurch der Wirkungsgrad der Beschichtung
bei einem Verfahren besonders günstig beeinflusst werden kann, daß der Transport der Atome innerhalb einer
Dampfwolke derart gesteuert wird, daß die Atome in der Nähe
des Trägerkörpers verdichtet werden. Erfindungsgemäß kann
dies durch Reflektieren der von dem Materialvorrat aus unter
geringem Winkel streuend emittierten Atome zu einer Dampfwolke
erfolgen, die unter verhältnismässig großem,Winkel aus
der Oberfläche des Materialvorrates hervorgeht und auf den
Trägerkörper gerichtet ist.
Zur Reflexion eines Dampfatomes ist es aber notwendig,
' ■ ■ - - 5 _■ ■ ■ ;
ORlGiNALlNSPECTED
~~ 00984071913
2012078
betreffend· Atom abzufangen, ohne daß seine kinetische
Energie weeentlich absorbiert oder herabgesetzt wird. Wenn
ein Dampfatom einen wesentlichen Betrag der kinetischen Energie beim Auftreffen verliert, eo setzt es eich auf der Auffangfläch·
fest und möglicherweise tritt;, abhängig von der Art
und den Zuftänden der einander gegenüberstehenden Werkstoffe
; eine Reaktion zwischen diesen auf. Wenn andererseits ein Dampfatom auf einen Werkstoff auftrifft, welcher die kinetische
Energie dieses Atomes nicht herabsetzt, sondern vielmehr
t}jate Beibehaltung oder sogar Wiederherstellung dieser
kinetischen Energie ermöglicht, so fliegt das Atom nach dem Auftreffen ungeschwächt in eine neue Richtung.
Im Falle der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden,'
daß eine einfaches Ablenk- oder Reflexionsteil, welches aus Atomen hoher Masse besteht und auf genügend erhöhter Temperatür
gehalten wird und ausserdem bei diesen Temperaturen niedrigen Dampfdruck besitzt, in ausgezeichneter Weise auftreffende
Dampfatome ablenken oder reflektieren kann, ohne daß die kinetische Energie diöser Atome merklich herabgesetzt
wird. Die Atome der Reflektoreinrichtung müssen genügend große Masse besitzen und auf genügend erhöhter Temperatur mit
Bezug auf die auftreffenden Atome der Dampfwolke gehalten werden, daß das Energieniveau und das Temperaturniveau der
letztgenannten Atome beibehalten wird. Es ist festzustellen, daß ein Dampfatom, welches auf ein bedeutend größere Masse
™ aufweisendes Atom der Ablenk- oder Reflektoreinrichtung auftrifft,
letzteres Atom nicht merklich aus seiner Lage verschieben kann. Vielmehr wird bei dem Stoß die gesamte Energie
des auftreffenden Atomea im wesentlichen wiedergewonnen und
es kommt zu einer neuerlichen Emission durch den elastischen Stoß. Selbstverständlich tritt auf Grund von Reibungskräften
und bestimmten elastischen Wechselwirkungen zwischen den beiden Stoffen ein endlicher Verlust an Energie auf, doch
ist dieser Verlust nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Bei den durchgeführten Untersuchungen hat es sich gezeigt, \
daß die Temperatur der Heflektoratome, welche zur Aufrechterhaltung
oder Wiedergewinnung der thermischen Energie der
original inspected" ^ 009140/191»
ι r
auftreffenden Dampfatome erforderlich, ist, um so niedriger sein
kann, je größer der Unterschied in den Massen der auftreffenden Atome einerseits und dei?'Reflektoratome andererseits ist»
Be1I einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann beispielsweise
innerhalb einer unter Hochvakuum stehenden Kammer ein
Trägerkörper' unmittelbar oberhalb eines Barrens aus einer Metallegierung angeordnet sein, weich letzterer mittels einer
Elektronenkanone zur Verdampfung gebrächt :wird. Eine Reflektorplatte aus "hitzebeständigem Metall ist ringförmig zwischen
der Dampfquelle und dem ^Trägerkörper angeordnet, so daß die
Reflektorfläche als Ring zwischen.. den einander, zugekehrten . ,
;.,.·■ .-.;-._■- --.»... . . una»esTi-agerkprpe^s andererseits
Flächen des' Beschichte : - ;.
und einiia-Ke^elber^
gegenüber der !'lache' des Bekchi'chtüngsmatsrials-bildet;'
Der Reflektor wird gleichförmig auf eine bestimmte erhöhte
Temperatur erhitzt und ist so angeordnet, daß er unter geringem
Winkel austretende, streuende Dämpfatome auffangt und
so reflektiert, daß die entstehende" Dampfwolke in der Nähe
des T-rägerkörpers verdichtet wird. Eb lässt sich errechnen,
daß mit der Erfindung der praktische Wirkungsgrad bei der
Beschichtung bis auf das Zehnfache des Wirkungsgrades erhöht werden kann» welcher sieh bei dem rein statistischen
Transport der Atome maximal erzielen lässt.
Im Folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert, in welcher sohematisch in
teilweiser Schnittdarstellung eine Vakuum-Aufdampfanlage
nach der Erfindung gezeigt ist.
Das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel enthält oi
eine Vakuumkammer 1o mit einem Auslaßanschluß 12, der zu
einer Hochvakuumpumpe, vorzugsweise einer Diffusionspumpe,
führt,-mittels welcher die Vakuumkammer rasch und dauerhaft,
evakuiert werden kann. Innerhalb der Vakuumkammer befindet sich eine Elektronenkanone 16, mittels welcher ein Strahlenbündel
. geladener Teilchen erzeugt wird, das auf einen Barren 1tf eines Metallvorrates auftrifft und das Metall verdampft.
Der Fachmann erkennt ohne weiteres, daß das Elektronenstrahlbündel
mittels geeigneter magnetischer Ablenk-Polschuhe 2o auf die Stirnseite des Barrens geführt wird. Selbstverständlich
ist die Anordnung der Elektronenkanone innerhalb der Vakuumkammer von der jeweils gewählten Konstruktion abhängig.
Zufriedenstellende Ablagerungsgeschwindigkeiten lassen sich mit einer 3o kW-Elektronenkanone bei einem Durchmesser
des Einsatzmaterials von 5o,ö mm erzielen, wobei als Beschichtungsmaterial
eine FeCrAlY-Legierung verwendet wird und die Tiefe des Schmelzbades im allgemeinen zwischen 6,4 mm und
12,7 mm liegt.
Der Barren 1$ ist senkrecht beweglich und mit seinem
oberen Ende verschieblich durch einen ringförmigen, wassergekühlten Tiegel 22 geführt. Normalerweise wird der Barren
kontinuierlich durch eine in der Wandung der Vakuumkammer vorgesehene, hitzebeständige Vakuumdichtung 24 hindurch in
den Tiegel hinein nach aufwärts gefördert, was mittels eines bezüglich seiner Antriebsgeschwindigkeit geregelten Spannfutters
26 erreicht wird, damit eine konstante Höhe des Schmelzbades eingehalten wird.
Es ist wichtig, daß der Flüssigkeitsstand des Schmalzbades konstant gehalten wird, nicht nur, weil der Wirkungsgrad
der Beschichtung, die Zusammensetzung und die Gleichförmigkeit des erzeugten Belages sehr stark von Änderungen
der Höhe des Schmelzbades abhängig sind, sondern aucn
deswegen weil dann der fokussierte Elektronenstrahl ausschliesslich in der gewünschten Weise auf der Überfläche des
Schmelzbades auftrifft.
Der zu beschichtende Trägerkörper ist innerhalb der Vakuumkammer Io unmittelbar oberhalb des Barrens 1<3 angeordnet
und in der Zeichnung in Forin einer Platte 2ό dargestellt.
Da die Beschichtung grundsätzlich gleichsam im Sichtbereich erfolgt, ist das Werkstück charakteristischerwoise
so frehultert, daß es um seine Längsachse rotiert,
wobei eine nicht dargestellte Durchführung durch die Wandung
009840/1913
2012078
der Vakuumkammer vom Werkstück zu einem äusseren Antriebssystem führt. Selbstverständlich können gleichzeitig mehr
als ein Werkstück beschichtet werden. Damit in einem solchen Falle eine Ungleichför/ßigkeit der Beschichtung von Werkstück
zu Werkstück weitgehend eingeschränkt wird, ist jedes Werkstück normalerweise in einer Ebene gleicher Dampfdichte oder
nach einer Faustregel längs eines, Bogens angeordnet, der eine Zone konstanter Dampfkonzentration definiert, wobei
diejenigen Werkstücke, welche einem durch den Mittelpunkt des Schmälzbades gehenden Lot am nächsten liegen, etwas
weiter von der Schmelzbadoberfläche entfernt sind als die im Winkel zu dem genannten Lot gelegenen Werkstücke. Gleichgültig,
ob die Beschichtung eines einzelnen Werkstückes oder einer Mer^izahl von Werkstücken erfolgt, ist jedenfalls jeder
Trägerkörper so nahe wie möglich zu der Oberfläche des Schmelzbades hin gerückt, damit eine große Wirksamkeit des
Beschichtungsvorganges erzielt wird, doch muß ein ausreichend großer Abstand eingehalten werden, um eine Verunreinigung
des Belages durch Spritzer aus dem Schmelzbad zu vermeiden. Die Höhenanordnung, des Trägerkörpers schwankt
vom System zu System, doch führt eine mittlere Höhe von etwa 25,4 cm zu guten Ergebnissen, wenn ein Schmelzbaddur/ehmesser
von 25,4 mm, eine Ablagerungsgeschwindigkeit von etwa 7,62 uc je Minute und als Beschichtungsmaterial
eine FeCrAlY-Legierung verwendet werden.
Zwischen dem Trägerkörper und der Dampfquelle ist nun erfindungsgemäß eine kontinuierliche Reflektorfläche
angeordnet, welche die Gestalt eines Kegelstumpfmantels
hat und im wesentlichen koaxial zur lotrechten Verbindungslinie der Mittelpunkte des Schmelzbades einerseits und des
Trägerkörpers andererseits angeordnet ist. Es sei bemerkt, daß der Reflektor nicht unbedingt ein einziges durchgehendes
Band sein muß, sondern anstelle dieser Formgebung auch in eine größere Zahl einzelner Segmente aufgeteilt werden
kann. Die Querschnittsgestalt der Auffangfläche des Reflektors ist nicht an eine absolut feste Form gebunden und kann
009840/1913
tatsächlich mehr gekrümmt als, wie dargestellt, gerade ausgebildet
sein.
Die Dampfwolke kann nun so gesteuert oder fokussiert werden, daß sich eine gewünschte, im wesentlichen kegelförmige
Gestalt ergibt, welche in der Zeichnung durch die Bezugszahl 34 angedeutet ist, indem der obere Hand der Ablenkeinrichtung
unmittelbar ausserhalb des gedachten Kegels 34 angeordnet wird, wobei der Basiswinkel β der Heflektoreinrichtung
3o groß genug gewählt ist, daß ihre Innenfläche dem Schmelzbad zugekehrt wird und diejenigen Atome des
Schmelzbades auffängt, welche unter geringem Winkel innerhalb des Kegelraumes emittiert werden, welcher in der Zeichnung
mit 36 bezeichnet ist. Die unter geringem Winkel austretenden Atome der Dampfwolke werden auf diese Weise in den
zuvor erwähnten Kegel 34 zurückgelenkt. Im wesentlichen wirkt der thermische Heflektor im oinne einer Verminderung
der Streuung der Dampfwolke und vermindert dadurch den Materialverlust, welcher auf einer Abdampfung von der Schmelze
unter geringem Winkel beruht. i'ür die oben angegebenen Beschichtungsmetalle
haben sich Heflektoren als geeignet erwiesen, die aus Atomen hoher Masse, wie beispielsweise Tantallegierung
oder Wolfram, bestehen. JSs sei bemerkt, daß unlegiertes Tantal keine ausreichende Festigkeit besitzt, um
bei den hier in Betracht kommenden hohen Betriebstemperaturen die gewünschte Form beizubehalten, vorzugsweise wird
eine Ta-1oW-Legierung verwendet. Der thermische Heflektor
wird durch eine geeignete Heizeinrichtung, beispielsweise durch die dargestellten Hilfs-Elektronenkanonen, gleichförmig
auf die Betriebstemperatur erhitzt. Die bevorzugte Betriebstemperatur ergibt sich aus dem Schmelzpunkt des Vorrates
an Beschichtungsmaterial und der Heflektor wird vorteilhafterweise auf derselben Temperatur oder auf etwas geringerer
Temperatur gehalten, als sie das Schmalzbad aufweist. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die erhitzte
Ablenkeinrichtung oder der Keflektor 3o in erster Linie
im Sinne einer Wiederherstellung oder Aufrechterhaltung
- 1o -
009840/1913
der "tile rmi s c lie η Energie der auftreffenden Atome auf ihrem
Energieniveau vor dem Auftreffen wirksam ist* Es ist zwar
möglich, eine Überhitzung vorzunehmen oder das thermische Energieniveau der auftreffenden Atome zn erhöhen, doch ist
es weder notwendig, noch zweekmässig.
Die Wirkungsweise der Erfindung tafiäjg-j anhand der folgenden
Beispiele einer erfindungsgemässen Einrichtung und der Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens verdeutlicht.
Beispiel 1. .
In einer Kammer von T2o cm Nenngröße ist ein wassergekühlter
Kupfertiegel untergebracht, dessen Innendurchmesser 5o,Ö mm beträgt. Ein Barren aus einer CoCrAlY-Legierung
wird mittels einer 3o kW-Elektronenkanone auf 1607° C
erhitzt, während die Kammer auf einem Vakuum von.10 "^ Torr
gehalten wird. Oberhalb des Schmelzbades ist. ein Paar von
Trägerkörpern aus einer Legierung auf Nickelbasis annähernd in einem Abstand von 24,5 cm vom Schmelzbad gehaltert
und auf eine Temperatur von 9^2° C vorgewärmt. Ein Kegelstödtpfmantelförmiger
Reflektor mit einer Weite von 1o,16 cm und einem mittleren Umfang von 76,2 cm ist aus einer Ta-IoW-Legierung
gefertigt und wird mittels ElektronenKanonen einer Leistung von 1o kW gleichförmig auf eine Temperatur von
1637° C erhitzt. Der Reflektor ist zwischen dem Quellenmaterial
und den Trägerkörpern in einer mittleren Höhe von etwa 15,24 cm oberhalb des .Schmelzbades· angeordnet. Unter
den vorstehend angegebenen Bedingungen errechnet sich eine
Ablagerungsgeschwindigkeit von etwa 11,4 fS*** /min, wobei der
Wirkungsgrad der Einsammlung an Beschichtungsmaterial auf dem Trägerkörper zu etwa 12,0 fo anzusetzen ist.
Unter Verwendung' der gleichen Bauteile und der gleichen Versuchsbedingungen wie vorstehend angegeben, wurde ein
Barren aus einer I''eCrAlY-Legierung auf eine Temperatur von -
- 11 -
0038 4 0/1913
1593 C erhitzt, wobei sich eine Ablagerungsgeschwindigkeit von. 22,06 A^ /min., und ein Wirkungsgrad der Materialansammlung
bei der Beschichtung von 13,0 <■/» ergeben.
Es versteht sich, daß Änderungen der Größe und der Anordnung der Reflektoreinrichtung sowie Änderungen anderer
Verfahrensparameter und auch eine andere Wahl der 'Werkstoffe zu entsprechenden Änderungen hinsichtlich der erhöhten Ablagerungsgeschwindigkeit
und des erhöhten Wirkungsgrades führen.
Jedenfalls aber bewirkt die Verdichtung der Dampfwolke durch die Reflektoreinrichtung, wie sie durch die Erfindung
ψ vorgeschlagen wird, daß die Schwierigkeiten bisher bekannter
Verfahren vermieden werden können und ein für den wirtschaftlichen Sinsatz geeignetes Beschichtungsverfahren geschaffen
wird.
Selbstverständlich bietet sich dem Fachmann im Rahmen der Erfindung noch eine Vielzahl von Abwandlungsmöglichkeiten
der beschriebenen Ausführungsbeispiele.
- 12 -
009840/1913
Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHEVerfahren zur Beschichtung eines Trägerkörpers durch Aufdampfen unter Vakuum, insbesondere zur Herstellung von Schutzbelägen auf metallischen Trägerkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dampfwolke des Beschichtungsmaterials, welche sich von einem Materialvorrat, insbesondere einem . Schmelzbad des betreffenden Materials, auf den bwtreffenden Trägerkörper hin bewegt, nahe diesem durch thermisches Reflektieren unter kleinem Winkel emittierter Atome verdichtet wird." 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfwolke von einem Metallvorrat ausgeht, auf welchen ein Elektronenstrahl gerichtet wird, so daß die betreffenden Atome unter statistischer Winkel- und spektraler Energieverteilung emittiert werden und eine ßmissionswolke bilden und daß die unter kleinem Winkel gegenüber der emittierenden Metallfläche austretenden Atome die genannte thermische Reflexion erfahren.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand zwischen dem Materialvorrat bzw. der Metallschmelze und dem Trägerkörper rundum von allen Seiten her eine thermische Reflexion vermittels eines rundum verlaufenden, auf erhöhter Temperatur gehaltenen Reflektors höherer Masse vorgenommen wird.4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reflektor aus einer Tantallegierung verwendet wird.5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor im wesentlichen auf, jedoch nicht über die Temperatur des emittierenden Materialworratee bzw, Schmelzbades erhitzt wird.- 13 -00984 0/19136. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer evakuierbaren Vakuumkammer (1o) auf der Strecke zwischen einem mittels einer Heizeinrichtung (16) verdampfbaren Materialvorrates (1ö/ und eineai zu bedampfenden Trägerkörper (2b) rundumlaufend eine thermische Reflektoreinrichtung (3o,32) vorgesehen ist, mittels welcher die unter geringem Winkel aus dem Metallvorrat austretenden Dampfatome ohne Verlust ihrer kinetischen Energie in Richtung auf den Trägerkörper zurücklenkbar sind.7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoreinrichtung (3o,32) mindestens eineψ Reflektorfläche oder -platte (3o) enthält, die aus einem Werkstoff besteht, welcher gegenüber den Dampfatomen Atome bedeutend grösserer Masse aufweist.8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorplatte oder -fläche (3o) aus einer Tantallegierung gefertigt ist.9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis Ö, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Heizeinrichtung (32) vorgesehen ist, mittels welcher die Reflektoreinrichtung im wesentlichen auf, jedoch nicht über die Temperatur des zur Verdampfung gelangenden Schmelzenmetalles erhitzbar ist.- 14 -009840/1913
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US80695469A | 1969-03-13 | 1969-03-13 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2012076A1 true DE2012076A1 (de) | 1970-10-01 |
Family
ID=25195210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19702012076 Pending DE2012076A1 (de) | 1969-03-13 | 1970-03-13 | Verfahren bzw. Einrichtung zur Beschichtung eines Trägerkörpers durch Aufdampfen unter Vakuum |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU1114770A (de) |
DE (1) | DE2012076A1 (de) |
FR (1) | FR2038884A5 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3047602A1 (de) * | 1976-06-26 | 1982-07-22 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Vorrichtung zum aufdampfen insbesondere sublimierbarer stoffe im vakuum mittels einer elektronenstrahlquelle |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA81169C2 (en) * | 2006-01-13 | 2007-12-10 | Process for preparation of coal-containing material by method of electron-beam evaporation of carbon in vacuum with subsequent condensation on substrate and a unit for realizing the same and at least one additional component | |
WO2023011733A1 (en) * | 2021-08-06 | 2023-02-09 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Method of operating an evaporation system, deflection device, and evaporation system |
-
1970
- 1970-02-06 AU AU11147/70A patent/AU1114770A/en not_active Expired
- 1970-02-26 FR FR7007993A patent/FR2038884A5/fr not_active Expired
- 1970-03-13 DE DE19702012076 patent/DE2012076A1/de active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3047602A1 (de) * | 1976-06-26 | 1982-07-22 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Vorrichtung zum aufdampfen insbesondere sublimierbarer stoffe im vakuum mittels einer elektronenstrahlquelle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU1114770A (en) | 1971-08-12 |
FR2038884A5 (en) | 1971-01-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3513014C2 (de) | Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Werkstücken | |
DE3942050B4 (de) | Vorrichtung zur Laserplasmaspritzung mit axialer Strömung | |
DE2740569B2 (de) | Verfahren zum Legieren von ausgewählten Teilbereichen der Oberflächen von Gegenständen aus nicht-allotropen metallischen Werkstoffen | |
EP0491075B1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel aus einer Titan-Basislegierung | |
DE1190112B (de) | Vorrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahlbuendels hoher Stromstaerke und Verfahren zum Erhitzen und Schmelzen mittels einer solchen Vorrichtung | |
WO2016179615A1 (de) | Röntgenanode | |
DE3801068A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum abtragen mittels gebuendelter energiestrahlen | |
DE764927C (de) | Verfahren zur Verdampfung im Vakuum | |
DE2012076A1 (de) | Verfahren bzw. Einrichtung zur Beschichtung eines Trägerkörpers durch Aufdampfen unter Vakuum | |
DE112019005544T5 (de) | Vorrichtung zur Herstellung der dreidimensionalen Objekte | |
EP0444538B1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Verdampfen von Material im Vakuum sowie Anwendung des Verfahrens | |
DE4006456C1 (en) | Appts. for vaporising material in vacuum - has electron beam gun or laser guided by electromagnet to form cloud or pre-melted spot on the target surface | |
DE1796166C3 (de) | Verfahren und Vorrichtungen zum Bedampfen aufrechtstehender Substrate, insbesondere Glasscheiben | |
WO2000016373A1 (de) | Targetanordnung für eine arc-verdampfungs-kammer | |
DE2841969C2 (de) | Verdampfertiegel für das Verdampfen von Legierungen mit Komponenten mit unterschiedlichen Dampfdrücken | |
DE4225352C1 (de) | Vorrichtung zum reaktiven Aufdampfen von Metallverbindungen und Verfahren | |
DE4018340C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von hochtemperaturfesten Langfasern | |
DE4212035A1 (de) | Verfahren zum Umschmelzen von Oberflächen von Werkstücken mit Laserstrahlung | |
DE1615449B1 (de) | Vorrichtung zur Oberflaechenbehandlung eines Metallobjektes mittels Elektronenstrahlen | |
DE2454643A1 (de) | Technisches korpuskularstrahlgeraet mit einer abfangvorrichtung fuer abgetragenes werkstueckmaterial | |
DE1202918B (de) | Elektronenstrahlofen | |
DD279695B5 (de) | Lasergezuendeter Vakuum-Bogenentladungs-verdampfer | |
DE2104684A1 (de) | ||
DE2628765B2 (de) | Vorrichtung zum Aufdampfen insbesondere sublimierbarer Stoffe im Vakuum mittels einer Elektronenstrahlquelle | |
DE2006866A1 (de) |