DE880529C

DE880529C - Vorrichtung zum Verdampfen von Materialien

Info

Publication number: DE880529C
Application number: DEH8807A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr-Ing Jacobi
Original assignee: Hydrawerk AG
Current assignee: Hydrawerk AG
Priority date: 1951-06-16
Filing date: 1951-06-16
Publication date: 1953-06-22

Description

Vorrichtung zum Verdampfen von Materialien Bei der thermischen Bedampfung im Vakuum ist das anwendbare Verdampfungs:verfahren stark von der Art der zu verdampfenden Materialien und von der geforderten Verdampfungsgeschwindigkeit abhängig. Handelt es sich um kleine zu verdampfende Mengen und kleine Verdampfungsgeschwindigkeiten bei Materialien, die sich in Drahtfortn herstellen lassen, so kann die Verdampfung durch elektrische Aufheizung des Drahtes im Vakuum erfolgen. Verlangt man bei denselben Materialien höhere Verdampfungsgeschwindigkeiten, die erst im geschmolzenen Zustand erreicht werden, so ist man auf die Anwendung von Verdampfungstiegeln oder -schiffchen angewiesen, deren Beheizung entweder durch Elektronenbombardement, indirekte Beheizung oder im einfachsten Falle dadurch erfolgen kann, daß Tiegel bzw. Schiffchen aus einem 13eizleiter hergestellt und direkt durch elektrischen Strom erhitzt werden. Die genannten Verfahren sind in jedem Falle bei Wahl eines geeigneten Tiegelmaterials ohne Schwierigkeiten anzuwenden, solange es sich, wie schon erwähnt, um die Verdampfung kleiner Mengen, z. B. r g und Bruchteile davon, handelt. Auch die Verdampfung großer Mengen, die Tiegel mit entsprechendem Rauminhalt erfordert, bereitet keine besonderen Schwierigkeiten, sofern die geforderte Verdampfungsgeschwindigkeit bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise 500° C, erreicht wird. Liegen die Verdampfungstemperaturen aber wegen der Art des zu verdampfenden Materials oder wegen der Größe der verlangten Verdampfungsgeschwindigkeit hoch, beispielsweise über zooo° C, so wird infolge der mit dem großen Fassungsvermögen verbundenen großen Tiegeloberfläche die thermische Beanspruchung derTiegelumgebung und des zu bedampfenden Gutes unzulässig hoch, und die benötigte Heizleistung nimmt sehr große Werte an. Besteht der Tiegel aus einem Heizleitermaterial, soll,er also direkt durch Stromdurchgang geheizt werden, so sind mit dem großen Tiegelvolumen aus Festigkeitsgründen auch große Querschnitte für den Stromdurchgang vorhanden, und es ergeben sich als -weiterer Nachteil Stromstärken, die nicht mehr einfach .zu handhaben sind: Aus diesen Gründen geht man in den beschriebenen Fällen -den Weg, daß man den. Verdampfungstiegel mit kleinem Fassungsvermögen ausbildet und für einen Nachschub des zu verdampfenden Materials während des Verdampfungsvorganges sorgt Dieser Nachschub kann entweder von Hand oder automatisch erfolgen. Diesbezügliche Verfahren sind bekannt.
Ein. sehr einfaches automatisches Nachschubverfahren nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren, das die vorliegende Erfindung zum Gegenstand hat, läßt sich immer dann mit Erfolg anwenden, wenn der Schmelzpunkt des zu verdampfenden Materials tiefer als die angewendete Ver-.dampfungstemperatur liegt. In diesem Falle besteht die Verdamp.fungsvorrichtung zweckmäßig aus zwei Teilen, einem Schmelzer und einem Verdampfer, die miteinander durch einen Kanal verbunden sind. Ganz besonders einfach liegen die Verhältnisse, wenn der Dampfdruck des Materials im Schmelzpunkt gering ist, da dann keine besonderen Vorkehrungen zur Verhinderung einer unerwünschten vom Schmelzer ausgehenden Bedampfung zu treffen sind. Dies trifft z. B. zu bei der Bedampfung mit Zinn, Aluminium und Wismut. So hat z. B. Aluminium in seinem Schmelzpunkt einen Dampfdruck von etwa io-s Torr.
Der Schmelzer i wird auf eine Temperatur gebracht, die zum Schmelzen des zu verdampfenden Materials ausreicht. In ihm ist .der gesamte zum Bedampfungsvorgang notwendige Materialbedarf bzw. auch mehr untergebracht. Durch einen Kanal 2 tritt das .geschmolzene Material in den Verdampfer 3, .dessen Temperatur so hoch ist, daß der erstrebte Dampfdruck erreicht wird und dessen Abmessungen unter den vorliegenden Verhältnissen sehr klein gehalten werden und etwa denjenigen bekannter Verdampfurngsschiffchen für sehr kleine zu verdampfende Mengen entsprechen können. In dem Maße, wie -das Material in dem Verdampfer verdampft, fließt geschmolzenes Material aus dem Schmelzer nach, bis in beiden Behältern die Steighöhe; gleich groß ist, abgesehen von einer' Differenz, die auf die im kleinen Verdampf erquerschnitt herrschenden Kapillarkräfte und auf den größeren Druck über dem Material im Verdampfer gegenüber demjenigen, im Schmelzer zurückzuführen ist; wobei der Druck je nach dem Verhältnis von Austrittsfläche des Verdampfers zur Oberfläche der Schmelze Werte annehmen kann, für welche die Größe des Dampfdruckes die obere Grenze darstellt. , Auf ,diese Weise ist es möglich, den Behälter mit der Hauptmasse des zu verdampfenden Materials und großer Oberfläche auf niederer Temperatur zu halten, während der Behälter mit hoher Temperatur nur sehr kleines Volumen und kleine Oberfläche zu haben braucht. Bei Aluminium z. B. liegen die Verhältnisse so, daß der Schmelzer eine Temperatur von etwa 66o° C hat, während der Verdampfer bei einem verlangten Dampfdruck von i Torr eine Temperatur von i5oo° C aufweisen muß. Als Material für Schmelzer und Verdampfer kann 7. B. Kohle verwendet werden.
Legt man die Öffnung des Verbindungskanals im Schmelzer so, daß sie während des ganzen Bedampfungsvorganges unterhalb der Oberfläche der Schmelze bleibt und sich gleichzeitig in einem gewissen Abstand vom Boden des Schmelzers befindet, so bildet das geschilderte Verfahren weiterhin denVorteil, daß die infolge gelösten Sauerstoffs stets über der Schmelze sich bildende Oxydhaut nicht stört und daß ferner Sehlamm, der sich gegebenenfalls am Boden des Schmelzers ablagert, nicht in den Verdampfer übertritt.
Verdampfer und Schmelzer können durch indirekte Heizung auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Besteht :die Verdampfungsvorrichtung aus einem Heizleitermaterial, z. B. Kohle, so läßt sich die Dimensionierung von Schmelzer und Vergaser leicht so vornehmen, daß beide beim Stromdurchgang auf die verlangte Temperatur kommen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zum thermischen Bedampfen, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdampfende Gut sich in zwei miteinander kommunizieren:den Tiegeln befindet, deren einer nur zum Aufschmelzen des Materials dient und mit einer hierfür geeigneten möglichst niedrigen Temperatur betrieben wird, während der zweite Tiegel auf die für die gewünschte- Durchführung der Bedampfung erforderliche, gegenüber dein ersten Tiegel höhere Temperatur erhitzt wird, wobei ein selbsttätiger Nachschub des Gutes von :dem ersten an den zweiten Tiegel erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, .daß sich..die schmelztiegelseitige Öffnung des Verbindungsweges beider Tiegel während der gesamten Betriebsdauer in der Anordnung unterhalb der Schmelzoberfläche befindet und gleichzeitig einenAbstand vom Boden des Schmelztiegels aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, .daB die Ausbildung des Schmelztiegels in der Weise erfolgt, daß sich die Oberfläche der Schmelze während :der Betriebsdauer der Anordnung nur geringfügig senkt. q.. Vorrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Schmelz- und Wrdampfungstiegel selbständige Bauelemente bilden, die zum Betrieb der Anordnung in entsprechender Weise zusammengefügt werden.