NO140795B - Fremgangsmaate ved fremstilling av xanten- og tioxantenderivater - Google Patents

Description

Anvendelse av bornitrid-holdig fordampningsskip ved vakuumfordampning av aluminium.

Foreliggende oppfinnelse angår anvendelse av en forbedret digel hvor aluminium fordampes kontinuerlig eller halvkontinuerlig for

å avsette tynne filmer på forskjellige gjenstander.

Fordampning av aluminium utføres vanligvis i et vakuumkammer som inneholder de

gjenstander som skal påføres aluminiumfilmer

eller aluminiumovertrekk. I dette vakuumkammer er det anbrakt en digel eller et skip

som inneholder aluminium som skal fordampes. Denne digel oppvarmes vanligvis ved

hjelp av elektrisk motstandsoppvarmning eller

ved hjelp av elektromagnetisk induksjonsopp-varmning.

Den mest vanlige praksis på dette område

er å anvende digler som er sammensatt av

karbon eller grafitt. På grunn av disse stof-fers meget korte driftstid, idet de lett korroderes av smeltet aluminium ved dettes for-dampningstemperatur, beskyttes slike digler

ofte av et ytre overtrekk av slike materialer

som titankarbid, hafniumkarbid og tantalkar-bid som er korrosjonsmotstandsdyktige, og

som vil øke digelens fuktbarhet av smeltet

aluminium. Overtrekkets fysiske egenskaper

setter da en grense for denne fremgangsmåte.

Av denne grunn har digler med de ovennevnte

overtrekk vanligvis en levetid på bare noen få

timer, selv ved forholdsvis lav fordampningshastighet. Disse begrensninger har gjort det

upraktisk å foreta kontinuerlig aluminium-dampovertrekning med høy driftshastighet i

industrien. Følgelig har dampovertrekkfrem-

gangsmåter vanligvis blitt begrenset til por-sjons- eller halvporsjonsdrift.

Nylig har forskning ført til den konklu-sjon at bornitridets (BN) inerthet like overfor flytende aluminium ville gjøre dette til et ideelt materiale for det foreliggende formål.

Hovedvanskeligheten med å anvende digler av rent bornitrid for det ovennevnte formål er at slike digler på grunn av bornitridets høye elektriske motstandsevne må oppvarmes ved hjelp av en utvendig kilde. En fremgangsmåte er anvendelse av en motstandsoppvarmet karbonbeholder. Sammen danner bornitrid-digelen og karbonbeholderen en dobbelt digel. Skjønt bruken av en dobbelt digel har noen fordeler har den en hovedulempe. Når syste-met oppvarmes til de ønskede temperaturer på ca. 1100 til 1400°C og aluminium mates inn i digelen, kan metallet krype opp og over sidene i den indre digel og inn i karbondigelen og reagere slik at det dannes aluminiumkarbid. Når dette hender, har karbondigelen en ten-dens til å sprekke, således at den elektriske oppvarmningskrets brytes. Utstyret må da tas fra hverandre og nye digler må installeres.

En annen fremgangsmåte til oppvarmning av aluminium i en bornitriddigel er ved induk-sjonsoppvarming. Denne fremgangsmåte er imidlertid kostbar av konstruksjonshensyn.

Foreliggende oppfinnelse er således rettet mot fordampning av aluminium fra et fordampnings-skip eller en digel som delvis består av bornitrid, samt av materialer som gir fordampnings-skipet en tilstrekkelig elektrisk motstand for motstand-oppvarming uten at disse forbindelser i vesentlig grad innvirker på materialets gode ildfaste og korrosjons-mot-standsdyktige egenskaper overfor smeltet aluminium. Varm-pressede blandinger av bornitrid og elektrisk ledende ildfaste materialer, slik som visse tungmetallkarbider og -borider, er allerede beskrevet som egnede forbindelser til fremstilling av ildfaste gjenstander, og det er nå funnet at digler fremstilt av blandinger hvis bornitrid-innhold ligger innenfor visse grenser er spesielt velegnet til fordampning av aluminium.

I henhold til foreliggende oppfinnelse be-nyttes et fordampnings-skip som er fremstilt ved varmpressing av en partikkelblanding som består av 30—70 vekts % bornitrid og resten titandiborid, zirkoniumdiborid, titankarbid eller blandinger av disse, idet fordampnings-skipet inneholder aluminium for vakuum-be-legning, hvorved aluminiumet fordampes ved at det sendes en elektrisk strøm gjennom skipet og hvor den dannede aluminiumdamp kondenseres på gjenstandens overflater.

På tegningen er

figur 1 et perspektivisk grunnriss av en typisk skipformet digel som anvendes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Figur 2 er en grafisk fremstilling, idet kurven antyder forholdet mellom aluminium-matningshastighet og levetiden for en digel som er fremstilt ifølge oppfinnelsen.

Fordampningsskipene gjøres elektrisk ledende ved at det i disse er til stede et tungt - smeltelig materiale som har egnet elektrisk ledningsevne og motstandsevne mot smeltet aluminium. Egnede tungtsmeltelige materialer omfatter titandiborid, zirkoniumdiborid, titankarbid og blandinger av disse. Bornitridpar-tiklene blandes med det ledende tungtsmeltelige materiale og blandingen varmpresses i en digelform ved en temperatur på 1700 til 2000°C og ved trykk fra 35 til 140 kg/cm2.

Mengden av bornitrid som anvendes ved fremstillingen av skipet varierer i området fra 30 til 70 vekts%, idet resten er det valgte elektrisk ledende tungtsmeltelige materiale. Det er ønskelig at oksygeninnholdet i borni-tridråmaterialet ikke skal være større enn 5 vekts-prosent, idet strukturen ellers vil svek-kes ved driftstemperaturen for skipet.

For foreliggende formål er det viktig å skaffe ferdige digler som har så snevre elektriske motstandsgrenser som mulig, således at man unngår store strømforandringer når diglene erstattes. Forandringer i partikkelstør-relse vil forandre kontinuiteten for den ledende fase og en kontroll av diglenes elektriske motstandsevne løses ved kontrollering av par-tikkelstørrelsen for bornitridet og det ledende materiale. En partikkelstørrelseskontroll fåes best under fremstillingen av de pulveriserte materialer ved en kontroll av fremgangsmåten. Maling av de ledende materialer for å oppnå den riktige størrelse skal unngås for å hindre forurensning. Dette er særlig tilfelle for hard-metallboridene, slik som titandiborid og zirkoniumdiborid som er meget vanskelige å skille fra forurensninger. Skip kan fremstilles ved å anvende bornitrid som har en gjennom-snittspartikkelstørrelse på 0,3 mikron sammen med titandiborid som har en gjennomsnitts-partikkelstørrelse på 15 mikron. For å oppnå et homogent varmpresset skip skal gjennom-snittspartikkelstørrelsen for bornitridet og det elektrisk ledende tungtsmeltelige materiale ikke overskride 0,074 mm. Egnede skip er blitt remstilt fra blandinger som har TiB2-partikler så fine som 7 mikron. I dette tilfelle er det nødvendig med en liten økning i mengden av bornitrid for å oppnå samme nivå for elektrisk motstandsevne som det som fåes med grovere titandiboridpartikler. Det er også mulig å anvende partikler så grove som 15 mikron og større.

Ved fremstilling av diglene sendes bornitridet først gjennom en pulveriseringsanord-ning for å bryte ned eventuelle agglomerater. Bornitridet blandes deretter med det ledende tungtsmeltelige materiale, således at det opp-nås en ensartet dispersjon av de to materialer. En slik intens blanding som kulemølleblanding skal unngås. En egnet fremgangsmåte til blanding er å anvende en trommel sammen med stålstifter på 4,45 cm's lengde med et blanding-til-stift vektforhold på 2,0. Etter at stiftene er siktet fra, varmpresses den blan-dede blanding i en grafittform ved en temperatur på 1800 °C og ved et trykk på 140 kg/ cm2. De dannede pressede stykker blir deretter maskinert til den ønskede skipform. På grunn av bornitridets og borets iboende aniso-tropi er derfor de resulterende varmpressede stykker anisotrope. For derfor å oppnå ensartet elektrisk motstandsevne fra det ene skip til det annet, skal orienteringen av maskiner-ingen fra arbeidsstykket forbli den samme.

Idet den ovenfor beskrevne fremgangsmåte anvendes ble det fremstilt elektrisk ledende fordampere som skulle anvendes ved fordampning av aluminium, og som har den form som er vist på figur 1, fremstilt fra følgende blandinger (resten av materialet er bornitrid):

De verdier som er vist ble oppnådd ved omtrent 25°C. Ved 1400°C er motstandene omtrent 2 1/2 gang høyere.

Som et eksempel på hvor egnet fordampningsskip ifølge ovenstående blandinger er for kontinuerlig metallfordampning er det i det følgende beskrevet en drift over 13 3/4 time.

Et fordampningsskip som var maskinert til en form som svarer til figur 1 og med en sammensetning av 59 vektprosent titanborid og resten bornitrid, ble prøvet i et sylindrisk formet vakuum-metalliseringskammer som var 76 cm langt og 76 cm i diameter. De ytre dimensjoner for fordampningsskipet var: lengde 24,76 cm, bredde 1,77 cm og tykkelse 1,27 cm. Hulrommet i karet var 10,16 cm langt og 1,77 cm dypt. Skipets ender ble klemt fast mellom et par vannavkjølte støpte alumiums-kjefter anbrakt inne i kammeret og elektrisk forbundet med metallpoler. Det var anordnet et vindu i sideveggen på kammeret for optisk bestemmelse av temperaturen for skipet når dette var i drift som fordamper. Kammeret ble forbundet med en vakuumpumpe av egnet kapasitet og det ble tilsluttet en kilde for vek-selstrøm over egnede brytere, målere og en kontroll. En mateanordning og en rull av alu-miniumtråd med en renhet på 99 % og en diameter på 1,626 mm ble også anbrakt nær fordampningsskipet med egnet utvendig kontroll for regulering av trådmatningshastighe-ten til fordamperoverflaten. Etter at det indre trykk i kammeret var blitt redusert til en verdi som svarte til 0,86 mikron kvikksølv ble det påtrykket en elektrisk spenning på 14 volt. Etter 20 min. var temperaturen i fordampningsskipet øket til 1350 °C og veksel-strømmen gjennom den tomme fordamper ble bestemt til 612 ampere. På dette tidspunkt ble aluminiumstrådmatningsanordningen startet og matningshastigheten regulert slik at det ble innført aluminium i skipshulrommet med en hastighet på 11 g pr. minutt. Denne matningshastighet ble holdt under hele driftstiden på 13 3/4 time. Omtrent 9,07 kg aluminium ble fordampet under driften. Ved innføring av aluminium i skipshulrommet var det nødven-dig med en justering av spenningen over for-damperpolene ved en senkning av denne for å holde en riktig temperatur og sikre at hastigheten av aluminiumfordampningen forble sam-menliknbar med hastigheten for trådmatnin-gen. I den nedenfor angitte tabell vises suk-sessiv spenning-strøm og vakuumbetingelser under driften:

Den avtagende spenning og høyere ampere som oppsto under driften er en gjenspeiling av økning i hulromsdybde og følgelig økning i aluminiumvolum i fordamperen ettersom hulromsoverflaten gradvis korroderes bort i kontakt med smeltet aluminium. Levetiden for fordamperen avsluttes bare etter at en betydelig mengde korrosjon har funnet sted i for-damperstrukturen. Det er klart at de tidligere kjente grafittfordampere som er beskyttet mot korrosjon av en «offer»-overtrekning slik som TiC ikke kan ventes i teknisk bruk å gi en slik driftskontinuitet.

Det skal pekes på at med et fordampningsskip av den størrelse som er beskrevet i foregående eksempel er en fordampningshastighet på 11 g aluminium pr. minutt omtrent den maksimumshastighet som kreves av industrien for metallfordampningsprosesser. Det skal også fremheves at den tekniske drift vanligvis utføres ved lavere fordampningshastig-heter med det resultat at levetiden for foreliggende fordampningsskip vil bli betydelig lengre enn 13 1/4 time. For å vise dette er det i figur 2 angitt en grafisk fremstilling av forholdet mellom skipets levetid og matningshastigheten for aluminium. Den grafiske kurve er basert på fordampningsskipslevetid erholdt i et fordampningskar under de samme betin-gelser (unntatt for matningshastighet) som angitt i det tidligere angitte eksempel. Dimen-sjonene for skipet var de samme som slike som svarer til skipet ifølge figur 1 og skipet var fremstilt av den samme TiB2-BN-blanding.

Som det fremgår av de beskrevne utfø-relser, vil den type av fordampnings-skip som anvendes i henhold til foreliggende oppfinnelse i høy grad forbedre aluminiumfordampning i sammenligning med fordampning ved bruk av hittil kjente fordampnings-skip. I tillegg til at fordampningsskipet fuktes av smeltet aluminium og derved gir en større fordampnings-overflate og fordampningshastighet enn digler eller skip laget av flere andre ildfaste materialer, muliggjør den nye fordampnings-skipstype ikke bare motstandsoppvarming, men har også øket levetid.

Claims (1)

1. Anvendelse av et fordampnings-skip som er fremstilt ved varmpressing av en partikkelblanding bestående av 30—70 vektprosent bornitrid og resten titandiborid, zirkoniumdiborid, titankarbid eller blandinger av disse, som beholder for aluminium i metall-beleg-ningsprosesser hvor aluminium fordampes ved å sende en elektrisk strøm gjennom fordampnings-skipet slik at metalldampen avsettes på en overflate.