DE60127152T2 - Verfahren zur verbesserung der lebensdauer eines molybdän-disilicid-heizelementes bei niedrigen temperaturen - Google Patents

Verfahren zur verbesserung der lebensdauer eines molybdän-disilicid-heizelementes bei niedrigen temperaturen Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der brauchbaren Lebensdauer von Heizelementen bei niedrigen Temperaturen und genauer auf die brauchbare Lebensdauer von Elementen von Molybdän-Silicid und Molybdän-Tungsten Silicid-Typen, einschließlich unterschiedlicher Legierungen dieser Grundmaterialien. Derartige Elemente werden von den Anwendern in unterschiedlichen Bauformen produziert.
  • Wenn derartige Materialien bei relativ niedrigen Temperaturen verwendet werden, wie beispielsweise um 400–55°C, wird keine Schutzschicht aus Silikon-Dioxid, eine so genannten Glashaut, gebildet, wie dies der Fall ist, wenn die Elemente bei hohen Temperaturen verwendet werden. Stattdessen sind diese Elemente so genannten Korrosions- oder Ausblühungs-Attacken ausgesetzt, was bedeutet, dass sich eine nicht schützende Schicht aus MoO3 und SiO2 auf der Oberfläche der Elemente bildet. Diese Mischung ist porös und leicht entfernbar, was eine wesentliche Verkürzung der brauchbaren Lebensdauer der Elemente verursacht.
  • Jedoch gibt es Anwendungen, in denen derartige Elemente trotzdem die beste Alternative darstellen. Ein Beispiel hierfür wird in der Beheizung von LPCVD(Low Pressure Chemical Vapour Deposition)-Kammern in der Produktion von elektronischen Schaltkreisen gefunden.
  • Eine Möglichkeit, die Eigenschaften bei geringen Temperaturen zu verbessern, besteht darin, die Elemente bei Temperaturen von ungefähr 1500°C oder höher vorzuoxidieren, um so eine SiO2-Schicht zu erzeugen. So eine Schicht wird die Bildung von Ausblühungen verringern. Ausblühungen entstehen aus der Verbindung von MoSi2 und O2, welche zu MoO3 und SiO2 werden. Diese Oxidmischung ist relativ porös und wird deshalb keinen Schutz gegen weiterführende Oxidation bedeuten.
  • Derartige Verfahren bedeuten hingegen keinen ausreichenden Schutz vor Oxidation oder Ausblühungen.
  • Ein anderes Verfahren ist in dem schwedischen Patent No. 0001846-5 beschrieben. Dieses Verfahren beinhaltet, dass der Wasseranteil der Umgebung der Elemente gering gehalten werden muss, wenn die Elemente verwendet werden. Dieses Verfahren bietet zufrieden stellenden Schutz gegen Oxidation oder Ausblühungen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erhöht die Lebensdauer derartiger Elemente beträchtlich. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum deutlichen Erhöhen der Lebensdauer von Heizelementen, welche im Wesentlichen aus Molybdän-Silicid oder Legierungen von diesem Material bestehen, wobei diese Elemente bei niedrigen Temperaturen, wie bei einem Temperaturbereich von 400°–600°C verwendet werden, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Heizelement aus Mo(Si1-xAlx)2 und bis zu 40 vol.% aus Al2O3 besteht, und wobei dieses Material ausreichend Aluminium beinhaltet, um die Bildung von Ausblühungen wirkungsvoll zu verhindern.
  • Die gegenwärtige Erfindung beabsichtigt, die Lebensdauer von Heizelementen zu erhöhen, welche im Wesentlichen aus Moybedän-Silicid und Legierungen mit diesem Basismaterial bestehen, wenn die Elemente bei geringen Temperaturen, wie im Temperaturbereich von 400–600°C, betrieben werden. Beispiele für entsprechende Brennöfen wurden oben erwähnt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Widerstandsmaterial des Heizelements Mo(Si1-xAlx)2, welches ausreichend Aluminium umfasst, um die Bildung von Ausblühungen deutlich zu verhindern.
  • Es wurde überraschenderweise herausgefunden, das keine Oxidation/Ausblühungen oder nur eine sehr geringe Menge gebildet wird, wenn ein derartiges Material im genannten Temperaturbereich verwendet wird.
  • Aufgrund der Bildung von Al2O3 auf der Oberfläche des Elements wird die Bildung von Ausblühungen reduziert oder sie verschwindet.
  • Gemäß der Erfindung wird x zwischen 0,4 und 0,5 liegen. Bei Anwendung der Erfindung wird keine Ausblühung erzeugt. Anwender haben einen Test mit derartigen Elementen über zwölf Monate bei einer Temperatur von 450°C ohne die Bildung von Ausblühungen durchgeführt. Dies war ein sehr überraschendes Ergebnis.
  • Gemäß der Erfindung enthielt das Heizmaterial bis zu 40 vol.% Al2O3. Das Aluminiumoxid bewirkt eine mechanische Phasenstabilisierung.

Claims (1)

  1. Ein Verfahren um die Lebensdauer von Heizelementen zu erhöhen, welche im Wesentlichen aus Molybdän-Silicid und Legierungen dieses Grundmaterials bestehen, wobei diese Elemente bei niedrigen Temperaturen, wie bei einem Temperaturbereich von 400–600°C, betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement veranlasst ist, aus Mo(Si1-xAlx)2 und bis zu 40 vol% Al2O3 zu bestehen und dass das genannte Material veranlasst ist, Aluminium in einem solchen Anteil zu enthalten, dass x in dem Bereich von 0,4 bis 0,5 liegt, um Ausblühungen zu vermeiden.
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