DE862991C - Verfahren zur Herstellung von Legierungen durch Kondensation aus der Gasphase - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Legierungen durch Kondensation aus der GasphaseInfo
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Description
- Verfahren zur Herstellung von Legierungen durch Kondensation aus der Gasphase Zur Herstellung dünner Schichten aus Legierungen z. B. auf Unterlagen wie Papier, Kunststofffolien u. dgl. durch Kondensation aus der Dampfphase ist die Elektrodenzerstäubung von Legierungen vorgeschlagen worden, bei der aus der Oberfläche der Elektroden das Elektrodenmaterial herausgeschlagen wird. Die Bestandteile der Legierungen verdampfen einheitlich, und der so entstehende Metalldampf enthält die einzelnen Bestandteile der Legierung im gleichen Mengenverhältnis wie das ursprüngliche Elektrodenmaterial. Man erhält also bei der Kondensation aus der Dampfphase wieder eine Legierung gleicher Zusammensetzung wie die Ausgangslegierung. Dieses Verfahren gestattet aber, jeweils nur geringe Mengen zu verdampfen und ist daher für manche technische Bedampfung nicht geeignet.
- Ein anderes Verfahren, Legierungen aus der Dampfphase zu erhalten, geht von der bekannten thermischen Verdampfung der Metalle im Vakuum aus. Die Bestandteile der Legierung befinden sich dabei in-- getrennten Bädern und werden bei verschiedenen Temperaturen verdampft. So ist es möglich, die gewünschte Legierung in der Dampfphase, d. h. das Verhältnis ihrer Partialdrücke, einzustellen, indem man die Bäder auf die den gewünschten Drücken entsprechenden Temperaturen erhitzt. Die so erzeugten Dämpfe der Legierungsbestandteile haben aber verschiedene Temperatur, so daß beim Zusammentreffen der Dämpfe ein Temperaturausgleich erfolgt, wobei der Dampf mit der höheren. Temperatur abgekühlt wird. Die Gefahr ist dabei sehr groß, daß sich die unterkühlten Dampfteile vor dem Erreichen der zu bedampfenden Unterlage kondensieren. Je nach der Größe solcher sich bildenden Vorkondensate verliert jedoch die kondensierte Schicht ihre normale physikalische Beschaffenheit. Die normale Kristallisation wird durch die Einlagerung der Vorkondensate unterbrochen. Für die Herstellung dichter und glänzender Metallschichten ist dieses Verfahren trotz der Anwendung von bereits vorgeschlagenen Abschirm-oder Strömungsleitblechen zur Verhinderung der gegenseitigen Beeinflussung ungeeignet.
- Zur Vermeidung der genannten Nachteile hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, die einzelnen Legierungsbestandteile bei gleicher Temperatur in der Gasphase- zu erzeugen und trotzdem jedes beliebige Verhältnis der Legierungsbesfandteile in der Gasphase herzustellen. Hierbei kann man die Legierungsbestandteile entweder aus getrennten Bädern; die auf gleicher Temperatur gehalten sind, verdampfen oder auch aus Legierungen, die sich in einem Bad befinden, wobei jedoch die Bestandteile der Legierung im Bad im anderen Mengenverhältnis zueinander stehen als in dem Legierungsdampf über der Badoberfläche.
- Gemäß der Erfindung werden zu diesem Zweck die Legierungsbestandteile in der Verdampfungsvorrichtung durch den Druck auf die Badoberfläche beeinflussende Maßnahmen unter gleichzeitiger Wärmezufuhr auf diejenige ausgezeichnete, für sämtliche Legierungsbestandteile gleiche Temperatur gebracht, bei welcher das entsprechend der gewünschten Zusammensetzung der Legierung notwendige Verhältnis der Partialdrücke der Legierungsbestandteile in der Gasphase herrscht.
- Um die Abscheidung einer Legierung von gewünschter bestimmter Zusammensetzung zu ermöglichen, muß man ein bestimmtes Verhältnis der Legierungsbestandteile. in der Gasphase haben, d. h. das Verhältnis der Partialdrücke der Legierungsbestandteile ist damit festgelegt. Das Verhältnis der Partialdrücke ändert sich über gleichtemperierten Bädern aber mit ihrer. Temperatur. So hat z. B. Zink bei Zao° einen Dampfdruck von ro-5 Torr, Kadmium dagegen einen von Io-3 Torr. Das Ver-. hältniS,derDrücke bei 22o° beträgt demnach r : zoo. Bei 62o° beträgt das Verhältnis der entsprechenden Drücke jedoch 2o Torr/roo Torr, also r :5.
- Das neue Verfahren besteht. demnach darin, das gewünschte Verhältnis der Legierungskomponenten in der Dampfphase durch die Anwendung der richtigen Temperatur in den gleichtemperierten Bädern zu erzielen. Praktisch läuft nun dies darauf hinaus, die Verdampfungsbäder der. Legierungsbestandteile auf die notwendige Temperatur zu bringen. Führt man nämlich den Bädern Wärme zu, so ist die erreichbare Höchsttemperatur durch den über der Oberfläche der Bäder herrschenden Gesamtdruck bestimmt. Bei kleinerem äußerem Druck als dem Dampfdruck des Badmaterials wird die Wärme zur Verdampfung des Badmaterials verbraucht. Das Verhältnis der zu dieser Temperatur gehörigen Dampfdrücke der Legierungsbestandteile (Partialdrücke) läßt sich aber nur ändern, wenn die Temperatur willkürlich geändert werden kann. Das kann nur erfolgen durch Änderung des auf der Badoberfläche lastenden äußeren Drucks.
- Der auf allen Verdampfungsbädern gleiche notwendige äußere Druck kann durch fremde Gase oder durch die Stauung der eigenen aus den Bädern entweichenden Dämpfe beeinflußt werden.
- Wird der Druck durch Fremdgas erhöht, so kommt hierfür nur ein neutrales Gas in Betracht, das mit den entstehenden Dämpfen nicht reagieren, z. B. keine Verbindungen bilden darf. Außerdem muß es so hoch erwärmt sein, daß es die: entstehenden Dämpfe keinesfalls abkühlen kann, da sonst ja die Gefahr einer Vorkondensation bestände.
- Der Druck über den Legierungsbestandteilen kann aber auch durch die Stauung des eigenen erzeugten Dampfes erhöht werden. Zu diesem Zweck umschließt man die Verdampfungsbäder mit einem Düsenkörper derart, daß der Raum über den Bädern bis auf eine kleine Öffnung geschlossen ist, die als Düse wirkt -und den Dämpfen den Austritt aus diesem Raum erschwert. Ist diese Öffnung klein genug gewählt, so stauen sieh bei genügender Wärmezufuhr zu den Bädern die erzeugten Dämpfe der Legierungsbestandteile und erzeugen in dem geschlossenen Raum über den Verdampfungsbädern einen höheren Druck, und dadurch wird die Temperatur in den Verdampfungsbädern erhöht.
- Ebenso läßt sich der Dampfdruck über einem Bad bei konstanter Wärmezufuhr dadurch erhöhen, daß die Badoberfläche verkleinert wird.
- Diese Druckerhöhung erklärt sich aus dem Strömungswiderstand, den die aus der Badoberfläche nach allen Richtungen austretenden Atome durch gegenseitiges Zusammenstoßen erleiden. Dieser Widerstand ist um so größer, je größer die aus der Oberflächeneinheit des Bades austretende Dampfmenge ist. Die gleiche abdampfende Menge muß also bei kleinerer Badoberfläche eine größere Anfangsenergie besitzen, um diesen Widerstand zu überwinden, die Temperatur muß steigen. So ist es also auch möglich, durch die richtige Wahl des Verhältnisses der Badoberflächen die gemeinsame Temperatur der Bäder zu steigern, obwohl sie Stoffe mit verschiedenen Dampfdrücken enthalten.
- Die genannten Maßnahmen zur Regelung des Drucks über den zu verdampfenden Legierungsbestandteilen, die zum gewünschten Verhältnis der Partialdrücke in der Dampfphase führen, können nicht nur für den Fall angewendet werden, bei dem die Legierungsbestandteile getrennt aus Einzelbädern verdampft werden, sondern auch dann, wenn die Bestandteile aus einer Legierung, d. h. aus einem Bad heraus verdampft werden, denn auch im letzteren Fall ist das Verhältnis der Partialdrücke von der Temperatur abhängig. Da nun hier kein azeotropes Gemisch vorliegen soll, wird sich das Legierungsverhältnis im Bad während der Verdampfung ändern, so daß sich trotz konstanter Temperatur das Verhältnis der Partialdrücke in der Dampfphase dementsprechend ändert. Das läßt sich durch den Nachschub des verhältnismäßig stärker verdampfenden Bestandteils erzielen oder auch durch die Verwendung von genügend großen Bädern bei intermittierendem Betrieb, so daß die Änderung der Ausgangslegierung während einer Bedampfungsdauer unwesentlich klein ist.
- Abb. i und 2 zeigen Ausführungsbeispiele von Verdampfungsbädern im Querschnitt für das erfindungsgemäße Verdampfungsverfahren.
- Abb. i zeigt eine durch die Staudüse i umschlossene Verdampfungsvorrichtung 2 mit den beiden Verdampfungsbädern 3 und q.. Die Verdampfungsvorrichtung 2 wird von allen Seiten gleichzeitig geheizt, wie die Heizrohre 5 andeuten, wodurch die Bäder 3 und q. auf gleiche Temperatur gebracht und gehalten werden. Im Verdampfungsraum über den Bädern haben die Dämpfe aus den Bädern 3 und d. ebenfalls die gleiche Temperatur. Durch die Staudüse i wird der auf den Bädern 3 und d. lastende Druck in bestimmter, durch die Größe der Düse gegebener Weise durch den aus den Bädern 3 und q. entwickelten Dampf erhöht. Der aus der Düse i austretende Dampf wird der Kondensationstelle zugeleitet.
- Abb. 2 zeigt eine durch die Staudüse i geschlossene Verdampfungsvorrichtung 6 mit den Bädern 7 und B. Die Bäder 7 und 8 haben verschieden große Oberflächen, so daß zu der Wirkung der Staudüse i noch die Stauwirkung des Dampfes über der kleineren Oberfläche des Bades 7 hinzukommt. Auch diese Verdampfungsvorrichtung ist durch die angedeuteten Heizrohre 5 gleichmäßig beheizt.
- Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt vornehmlich darin, daß die Dämpfe alle die gleiche Temperatur haben und daß dadurch die Kondensation dichter und glänzender Schichten ermöglicht wird. Dabei ist jede gewünschte Einstellung des Verhältnisses der Legierungsbestandteile zueinander mit verhältnismäßig einfachen Mitteln zu erreichen, da nach einmaliger Festlegung z. B. der Düsenform, der Badoberflächen oder des Fremdgasdrucks die Konstanthaltung der Verdampfungstemperatur auch ein gleichbleibendes Verhältnis der Legierungsbestandteile im Kondensat gewährleistet. In der technischen Ausführung braucht demnach die Wärmezufuhr zu den mit Düse versehenen Verdampfern nur so lange gesteigert werden, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist, um das gewünschte Verhältnis der Legierungskomponenten in der Gasphase aus der Düse mit gleicher Temperaturgeschwindigkeit ausströmen zu lassen.
Claims (7)
- PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Legierungen mit bestimmtem Verhältnis der Bestandteile durch Kondensation aus der Gasphase, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsbestandteile in der Verdampfungsvorrichtung durch deri Druck auf die Badoberfläche beeinflussende Maßnahmen unter gleichzeitiger Wärmezufuhr auf diejenige ausgezeichnete, für sämtliche Legierungsbestandteile gleiche Temperatur gebracht werden, bei welcher das entsprechend der gewünschten Zusammensetzung der Legierung notwendige Verhältnis der Partialdrücke der Legierungsbestandteile in der Gasphase herrscht.
- 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der gleichen Temperatur in den Verdampfungsbädern der notwendige Druck über den Bädern durch Fremdgase erzeugt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der gleichen Temperatur in den Verdampfungsbädern der notwendige Druck über den Bädern durch den eigenen Dampf erzeugt wird. q..
- Verfahren nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eigene Dampfdruck durch eine Staudüse erhöht wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eigene Dampfdruck durch Verkleinerung der Badoberfläche erhöht wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch i, 3, q. und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eigene Dampfdruck sowohl durch eine Staudüse als auch gleichzeitig durch Verkleinerung der Badoberfläche erhöht wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch i und 2 oder i, . 3 und 4. oder i, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile der Legierung aus getrennten Tiegeln verdampft werden. B. Verfahren nach Anspruch i und 2 oder i, 3 und q., dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung selbst aus einem Tiegel heraus verdampft wird. cg. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Legierung im Tiegel durch den Nachschub des im Verhältnis stärker verdampfenden Legierungsbestandteils konstant gehalten wird. io. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Legierung im Tiegel durch Anwendung großer Stoffmengen im Verhältnis zu der durch Verdampfung verbrauchten Menge praktisch konstant gehalten wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEB9455D DE862991C (de) | 1944-02-22 | 1944-02-22 | Verfahren zur Herstellung von Legierungen durch Kondensation aus der Gasphase |
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DEB9455D DE862991C (de) | 1944-02-22 | 1944-02-22 | Verfahren zur Herstellung von Legierungen durch Kondensation aus der Gasphase |
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DE862991C true DE862991C (de) | 1953-01-15 |
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DEB9455D Expired DE862991C (de) | 1944-02-22 | 1944-02-22 | Verfahren zur Herstellung von Legierungen durch Kondensation aus der Gasphase |
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DE (1) | DE862991C (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1148838B (de) * | 1957-01-05 | 1963-05-16 | Bruno V Zychlinski Dr Ing | Verfahren zum Herstellen einer Kugelschreiberminenspitze |
DE1213699B (de) * | 1957-01-24 | 1966-03-31 | Bosch Gmbh Robert | Durch Aufdampfen metallisierte Unterlage zur Erzielung von Verzierungseffekten |
DE1521525B1 (de) * | 1963-06-12 | 1970-03-12 | Air Reduction | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von UEberzuegen,insbesondere auf flaechigen Traegerunterlagen,durch Vakuumaufdampfen |
EP0499124A2 (de) * | 1991-02-14 | 1992-08-19 | 4P Verpackungen Ronsberg GmbH | Reihenverdampfer |
-
1944
- 1944-02-22 DE DEB9455D patent/DE862991C/de not_active Expired
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0499124A3 (en) * | 1991-02-14 | 1995-01-04 | 4P Verpackungen Ronsberg Gmbh | Line evaporator |
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