DE3703498A1 - Verfahren zum beschichten nicht-metallischer elemente - Google Patents
Verfahren zum beschichten nicht-metallischer elementeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten
einer Oberfläche eines nicht-metallischen Elements
mittels des CVD-Verfahrens.
Die nicht-metallischen Elemente, z. B. Siliziumkarbid-
Elemente, die eine Art keramischen Widerstandselements
darstellen, weisen auf der Oberfläche des rekristallisierten
Siliziumkarbid-Körpers eine mittels des CVD-Verfahrens
aufgebrachte Beschichtung einer bestimmten Dicke
aus einem dichten Siliziumkarbid auf, um die Widerstandsfähigkeit
gegenüber Umwelteinflüssen zu erhöhen.
Bislang wurde zur Bildung einer Beschichung aus einem
dichten Siliziumkarbid auf der Oberfläche eines rekristallisierten
Siliziumkarbid-Körpers durch das CVD-Verfahren
ein z. B. aus der japanischen Patentschrift Publikations
Nr. 23 074/84 bekanntes Verfahren verwendet,
bei dem eine zylindrische Graphitelektrode und ein rekristallisierter
Siliziumkarbid-Körper (dieser Körper
soll beschichtet werden) zunächst konzentrisch zueinander
in einem Reaktionszylinder angeordnet werden; dann
wird ein aus Silizium und Kohlenstoff bestehendes, gasförmiges
Ausgangsmaterial bei vermindertem Druck in den
Reaktionszylinder eingeleitet und eine in dem Reaktionszylinder
angebrachte Induktionspule bewegt, um die zylindrische
Graphitelektrode stetig von einem Ende zum
anderen zu erhitzen, wodurch der rekristallisierte Siliziumkarbid-
Körper und das gasförmige Ausgangsmaterial
indirekt auf die Reaktionstemperatur erhitzt werden und
eine geschlossene Siliziumkarbid-Beschichtung auf der
Oberfläche des rekristallisierten Siliziumkarbid-Körpers
gebildet wird.
Bei diesem herkömmlichen Beschichtungsverfahren ist jedoch
ein erhöhter Materialverbrauch unumgänglich, da ein
Niederschlag auch auf der Oberfläche der als Wärmequelle
dienenden zylindrischen Graphitelektrode abgeschieden
wird. Da die Wärme stetig von einem Ende zum anderen auf
die zylindrische Graphitelektrode aufgebracht wird,
stellt sich eine ungleichmäßige Temperaturverteilung
ein, woraus eine ungleichmäßige Beschichtungsdicke auf
dem rekristallisierten Siliziumkarbid-Körper resultiert.
Die nicht-metallischen Elemente bestehen normalerweise
aus einem exothermischen Teil und einem Anschlußabschnitt,
in den ein leitendes Material (leitfähiges Silizium
im Fall der Siliziumkarbid-Elemente) eingesetzt
wird, so daß in bezug auf das herkömmliche Verfahren eine
Beschichtung auch auf den nicht zu beschichtenden Anschlußabschnitten
aufgebracht wird.
Schließlich weist das herkömmliche Beschichtungsverfahren
Nachteile in bezug auf einen erhöhten Raumbedarf der
Erhitzungsvorrichtung und in bezug auf einen hohen Energieverlust
auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsverfahren
für nicht-metallische Elemente so durchzuführen,
daß eine Beschichtung gleichförmiger Dicke nur
an den zu beschichtenden Stellen erfolgt und eine Verkleinerung
der Vorrichtung sowie eine Energieeinsparung
ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
ein gasförmiges Ausgangsmaterial zusammen mit dem
nicht-metallischen Element mit Hilfe einer Widerstandserwärmung
erhitzt wird, die mittels Durchleiten eines
elektrischen Stromes durch das nicht-metallische Element
erfolgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt der exothermische
Teil des zu beschichtenden nicht-metallischen
Elements die Wärme mit einer gleichmäßigen Temperatur,
wenn ein elektrischer Strom durch das nicht-metallische
Element geleitet wird, wodurch das gasförmige Ausgangsmaterial
gleichmäßig erhitzt und das Reaktionsprodukt
niedergeschlagen wird, d. h. es wird eine Beschichtung
mit einer gleichmäßigen Dicke auf der Oberfläche des
exothermischen Teils des nicht-metallischen Elements gebildet.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird
nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, deren
einzige Figur zeigt
eine schematische Darstellung eines Beschichtungssystems.
eine schematische Darstellung eines Beschichtungssystems.
Wie in der Zeichnung dargestellt, sind vier rekristallisierte
Siliziumkarbid-Körper 2 (in der Zeichnung ist nur
einer dargestellt) mit einem Innendurchmesser von 20 mm,
einem Außendurchmesser von 500 mm und einer Länge von
1100 mm in einem Reaktionszylinder (Ofenraum) 1 angeordnet.
Die beiden Enden 2 b jedes rekristallisierten
Siliziumkarbid-Körpers 2 werden jeweils mit Elektroden
3 a und 3 b verbunden, und anschliessend wird an den Ofen
mittels einer Vakuumpumpe 4 ein Vakuum angelegt, bis der
Druck in dem Ofen auf etwa 130 Pa (1,0 Torr) oder niedriger
abfällt.
Danach werden die Elektroden 3 a, 3 b mit der Energiequelle
verbunden, um eine elektrische Spannung an die Enden
2 b jedes rekristallisierten Siliziumkarbid-Körpers 2 anzulegen,
wodurch der exothermische Abschnitt 2 a in der
Mitte des Siliziumkarbid-Körpers 2 Widerstandswärme bis
zu einer Oberflächentemperatur von 1400°C erzeugt, und
dann wird Trichlormethylsilan (TMS) (Ausgangsmaterial)
mittels gasförmigen Wasserstoffs als Träger in den Reaktionszylinder
1 eingegeben, so daß der Druck in dem Ofen
auf etwa 5 kPa (38 Torr) ansteigt. Unter diesen Bedingungen
wird ein Siliziumkarbid-Element nach etwa einer
Stunde mit einer geschlossenen Siliziumkarbid-Beschichtung
erhalten.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung betrug die Beschichtungsdicke
des erhaltenen Siliziumkarbid-Elements
250 µm, wobei die Beschichtungsdicke an dem exothermen
Abschnitt 2 a in Längsrichtung um ±20 µm schwankte, was
sehr viel geringer und gleichmäßiger ist als die bei den
herkömmlichen Verfahren mittels indirekter Erwärmung beobachtete
Schwankungsbreite von ±100 µm.
Ferner betrug der Energieverbrauch in dem obenbeschriebenen
Ausführungsbeispiel etwa 20 kWh, was etwa 1/3 des
bei dem herkömmlichen Verfahren mittels indirekter Erwärmung
erforderlichen Energieverbrauchs (60 kWh) zur
Bildung einer 250 µm dicken Beschichtung bei der gleichen
Anzahl rekristallisierter Siliziumkarbid-Körper von
gleicher Größe wie bei der verwendeten erfindungsgemäßen
Ausführungsform darstellt.
Das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren weist
im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren die folgenden
Vorteile auf.
- (1) Da der exothermische Teil eines nicht-metallischen Elements zusammen mit dem gasförmigen Ausgangsmaterial mittels Durchleiten eines elektrischen Stromes durch das nicht-metallische Element auf eine einheitliche Temperatur erhitzt wird, erfolgt ein Niederschlag des Reaktionsproduktes auf die Oberfläche des exothermischen Abschnitts in gleichförmiger Dicke, so daß eine Streuung der Beschichtungsdicke auf dem exothermischen Abschnitt in dessen Längsrichtung nahezu verhindert wird.
- (2) Da die Erwärmung im exothermischen Abschnitt allein mittels Durchleiten eines elektrischen Stromes durch das nicht-metallische Element erfolgt und die Endabschnitte nicht auf eine für die Beschichtung geeignete Temperatur erhitzt werden, erfolgt an den nicht zu beschichtenden Endabschnitten keine Beschichtung, so daß das Material wirtschaftlich verwendet werden kann.
- (3) Da die bei dem herkömmlichen Verfahren erforderliche zylindrische Graphitelektrode und die Induktionsspule unnötig sind, wird eine Verkleinerung des Reaktionszylinders und demgemäß der gesamten Vorrichtung ermöglicht.
- (4) Da das Erhitzen des gasförmigen Ausgangsmaterials etc. durch die Wärmeerzeugung des nicht-metallischen Elements als solchem beeinflußt wird, wird der Wärmeenergieverlust minimiert und der Energieverbrauch auf 1/3 oder weniger im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren reduziert, so daß eine beträchtliche Verbesserung in bezug auf die Energieeinsparung erzielt wird.
Claims (1)
- Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines nicht- metallischen Elements mittels des CVD-Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß ein gasförmiges Ausgangsmaterial zusammen mit dem nicht-metallischen Element mit Hilfe einer Widerstandserwärmung erhitzt wird, die mittels Durchleiten eines elektrischen Stromes durch das nicht-metallische Element erfolgt.
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