RU2118398C1 - Apparatus for evaporating metals and alloys - Google Patents
Apparatus for evaporating metals and alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2118398C1 RU2118398C1 RU97116642A RU97116642A RU2118398C1 RU 2118398 C1 RU2118398 C1 RU 2118398C1 RU 97116642 A RU97116642 A RU 97116642A RU 97116642 A RU97116642 A RU 97116642A RU 2118398 C1 RU2118398 C1 RU 2118398C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- melt
- heater
- evaporator
- cells
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для получения газофазным методом высокодисперсных и ультрадисперсных порошков металлов и сплавов как труднолетучих элементов (температура которых выше 2000oC), так и легколетучих элементов, а также для нанесения металлических покрытий в вакууме на металлическое, неметаллические изделия, предназначенные для использования в микроэлектронике, химической технологии, металлургии, электрохимии.The invention relates to devices designed to obtain the gas-phase method of highly dispersed and ultrafine powders of metals and alloys of both non-volatile elements (whose temperature is higher than 2000 o C) and volatile elements, as well as for applying metal coatings in vacuum on metal, non-metallic products, intended for use in microelectronics, chemical technology, metallurgy, electrochemistry.
Известные виды конструкций испарителей предназначены для решения частных задач и сложны по конструктивному исполнению (1), характеру работы, предлагающей динамическое вращательное перемещение металлического расплава (2). Известные испарители имеют относительно небольшую поверхность испарения (3), что не позволяет гарантировать высокое качество продукции и производительность процесса. Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к предлагаемому является испаритель (4), состоящий из цилиндрического экрана-нагревателя, съемного контейнера с перфорированной крышкой для испаряемого материала, торцевых крышек и тоководов. Known types of designs of evaporators are designed to solve particular problems and are complex in design (1), the nature of the work, offering dynamic rotational movement of the metal melt (2). Known evaporators have a relatively small evaporation surface (3), which does not guarantee high product quality and process performance. The closest in technical essence and the problem to be proposed is the evaporator (4), consisting of a cylindrical screen-heater, a removable container with a perforated lid for the evaporated material, end caps and current leads.
После загрузки испаряемого материала в контейнер его нагрев и поддержание необходимой температуры осуществляется за счет теплового поверхностного излучения цилиндрического экрана нагревателя. Испарение материала происходит в поверхности расплава в контейнере. Пары испаряемого материала из контейнера через перфорированные отверстия крышки поступают в пространство между контейнером и стенками экрана-нагревателя и далее через его отверстия осаждают (конденсируются) на поверхности изделий. При использовании цилиндрического экрана-нагревателя исключается конденсация испаряемого материала на внутренние поверхности испарителя. Однако наличие открытой поверхности металлического расплава в контейнере допускает возможность образования окислов на его поверхности и вынос их с парами конденсата. Этот негативный процесс усиливается при образовании брызг при кипении жидкого расплава при нарушении параметров процесса испарения (температура, парциальное давление пара и др.). Качество конденсата, а в конечном итоге покрытия или порошка в этом случае резко ухудшается, как по химическому и гранулометрическому составу, как и по механическим свойствам. After loading the evaporated material into the container, it is heated and the required temperature is maintained due to the thermal surface radiation of the cylindrical screen of the heater. Evaporation of the material occurs at the surface of the melt in the container. Vapors of vaporized material from the container through the perforated openings of the lid enter the space between the container and the walls of the screen-heater and then precipitate (condense) on the surface of the products through its openings. When using a cylindrical screen-heater, condensation of the evaporated material on the inner surface of the evaporator is excluded. However, the presence of the open surface of the metal melt in the container allows the possibility of the formation of oxides on its surface and their removal with vapor condensate. This negative process is enhanced by the formation of sprays during boiling of a liquid melt in case of violation of the parameters of the evaporation process (temperature, partial pressure of steam, etc.). The quality of the condensate, and ultimately the coating or powder in this case, is sharply deteriorating, both in chemical and particle size distribution, as well as in mechanical properties.
Другим недостатком работы известного испарителя является невысокая производительность из-за ограниченной по площади поверхности испарения, из-за необходимости смены контейнера после испарения из него расплава, то есть остановки процесса. Another disadvantage of the known evaporator is the low productivity due to the limited surface area of evaporation, due to the need to change the container after evaporation of the melt from it, that is, the process is stopped.
В настоящей заявке поставлена задача разработать несложную, надежную в работе конструкцию испарителя с высокой производительностью, обеспечивающего высокое качество готовой продукции, с возможностью использования широкого диапазона испаряемого материала с различной температурой плавления. In this application, the task is to develop a simple, reliable design of the evaporator with high performance, providing high quality finished products, with the possibility of using a wide range of evaporated material with different melting points.
Сущность предлагаемого изобретения и поставленная задача решаются тем, что в известном испарителе, содержащем цилиндрический экран-нагреватель с отверстиями для выхода пара, торцевые крышки-тоководы, контейнер для расплава, контейнер расположен соосно внутри цилиндрического экрана-нагревателя и выполнен в виде отдельных соединенных соосно между собой цилиндрических ячеек, образующих емкость для расплава, при чем каждая ячейка ограничена с боковых сторон перфорированными крышками и прокладками из пористого углеродистого материала и расположена на осевых элементах с внутренним каналом для подачи расплава в контейнер. The essence of the invention and the task are solved in that in a known evaporator containing a cylindrical screen-heater with holes for steam output, end caps-current leads, a container for melt, the container is located coaxially inside the cylindrical screen-heater and is made in the form of separate coaxially connected between cylindrical cells forming a container for the melt, with each cell being limited on the sides by perforated covers and gaskets of porous carbon material and located on the axial elements with an internal channel for supplying the melt to the container.
Соосное расположение контейнера, выполненного в цилиндрической форме, внутри цилиндрического экрана-нагревателя обеспечивает равномерный нагрев и поддержание заданной температуры всех элементов конструкции испарителя, которые находятся в контакте с жидким расплавом или парами испаряемого металла или сплава. Это обстоятельство обеспечивает надежность хода технологического процесса за счет устойчивости заданных параметров. The coaxial arrangement of the container, made in a cylindrical form, inside the cylindrical shield-heater provides uniform heating and maintaining the set temperature of all structural elements of the evaporator that are in contact with the molten liquid or vapor of the evaporated metal or alloy. This fact ensures the reliability of the process due to the stability of the specified parameters.
Контейнер в предлагаемом изобретении для испарителя выполнен в виде набора из отдельных цилиндрических ячеек, соединенных между собой по принципу сообщающих сосудов. Оригинальность конструкции цилиндрических ячеек, их компановка между собой позволяет неограниченно увеличивать площадь поверхности испарения жидкого расплава и регулировать ее в зависимости от требуемой производительности. В каждой ячейке при заполнении ее расплавом создаются по две поверхности испарения. Жидкий расплав поверхностью испарения в каждой ячейке контактирует с прокладкой, выполненной из тонкого пористого углеродистого материала, что исключает контакт жидкого расплава с атмосферой в испарителе и образование окислов, а следовательно, гарантирует высокое качество готовой продукции. Прокладка по сути дела выполняет роль фильтра продуктов испарения. Ячейки контейнера соединены между собой соосно на осевых элементах, внутренний канал которых и радиальные отверстия образуют единую систему "питания" контейнера жидким расплавом из автономного источника. По мере испарения расплава идет постоянная подпитка жидкого расплава в ячейки, поэтому контейнер остается полностью заполненным под некоторым избыточным давлением. Это обстоятельство исключает случайные "всплески" при повышении температуры металла, что особенно важно для испарения тугоплавких металлов или сплавов, а также вести технологический процесс в непрерывном режиме длительное время. The container in the present invention for the evaporator is made in the form of a set of separate cylindrical cells interconnected by the principle of communicating vessels. The original design of the cylindrical cells, their arrangement between each other allows you to unlimitedly increase the surface area of the evaporation of the liquid melt and adjust it depending on the required performance. In each cell, when it is filled with a melt, two evaporation surfaces are created. The liquid melt by the evaporation surface in each cell is in contact with a gasket made of thin porous carbon material, which eliminates the contact of the liquid melt with the atmosphere in the evaporator and the formation of oxides, and therefore ensures high quality of the finished product. The gasket essentially serves as a filter for evaporation products. The container cells are interconnected coaxially on the axial elements, the inner channel of which and the radial holes form a single system of "feeding" the container with molten liquid from an autonomous source. As the melt evaporates, there is a constant replenishment of the liquid melt into the cells, so the container remains completely filled under some excess pressure. This circumstance excludes accidental “bursts” with increasing temperature of the metal, which is especially important for the evaporation of refractory metals or alloys, and also to conduct the process in continuous mode for a long time.
Таким образом, предлагаемый испаритель в технологическом процессе получения металлических порошков и при нанесении покрытий различного назначения обеспечивает следующие преимущества:
значительное увеличение площади поверхности испаряемого расплава;
длительную поверхность технологического процесса;
надежность работы при испарении расплавов легко- и трудноплавких сталей или сплавов;
предотвращение образования окислов на поверхности расплава;
исключение образования и брызгоуноса при кипении расплава.Thus, the proposed evaporator in the technological process for the production of metal powders and for coating for various purposes provides the following advantages:
a significant increase in the surface area of the evaporated melt;
long surface of the technological process;
reliability of operation during evaporation of melts of low- and low-melting steels or alloys;
preventing the formation of oxides on the surface of the melt;
the exception of the formation and spraying during boiling of the melt.
В конечном итоге при высокой производительности и широком ассортименте использования испаряемых расплавов конечная продукция имеет высокое качество (ультрамелкодисперсность частиц, высокая плотность и механическая стойкость порошков и покрытий из них). Ultimately, with high productivity and a wide range of use of evaporated melts, the final product is of high quality (ultrafine particle dispersion, high density and mechanical resistance of powders and coatings from them).
Анализируя вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемая конструкция испарителя выражается совокупностью новых существенных признаков, характеризующих устройство, а именно, формой выполнения контейнера, формой выполнения и связей ячеек контейнера, взаимным расположением контейнера и экрана-нагревателя. То есть по сравнению с известным испарителем, признаки, характеризующие заявленную конструкцию испарителя, являются новыми существенными, что соответствует критерию "новизна". Analyzing the foregoing, we can conclude that the proposed design of the evaporator is expressed by a set of new essential features that characterize the device, namely, the form of the container, the form of execution and the connections of the cells of the container, the relative position of the container and the heater screen. That is, in comparison with the known evaporator, the features characterizing the claimed design of the evaporator are new significant, which meets the criterion of "novelty."
Из научно-технической и патентной информации не выявлено использование совокупности взаимодействия и выполнения новых существенных признаков предлагаемого испарителя по их функциональному назначению и достигаемому результату, что соответствует критерию "изобретательский уровень". From the scientific, technical and patent information, the use of the totality of interaction and fulfillment of new significant features of the proposed evaporator according to their functional purpose and the achieved result, which meets the criterion of "inventive step", has not been revealed.
На чертеже изображен общий вид испарителя с частичным продольным разрезом. The drawing shows a General view of the evaporator with a partial longitudinal section.
Испаритель для металлов и сплавов состоит из цилиндрического экрана-нагревателя 1 с торцовыми крышками 2, которые служат также токопроводами к экрану-нагревателю. В крышках по оси нагревателя вмонтированы изоляторы 3, для установки контейнера для жидкого расплава. Контейнер состоит из набора цилиндрический ячеек 4, которые с боковых сторон имеют перфорированные круглые крышки 5. Между перфорированной крышкой и радиальной выточкой ячейки установлена тонкая фильтрующая прокладка 6 из пористого углеродистого металла. Цилиндрическая ячейка, прокладки и перфорированные крышки, образующие емкость для расплава, установлены на осевые элементы 7, соединенных между собой гайкой 8, которая фиксирует плотное прилегание перфорированных крышек и прокладок к цилиндрической ячейке. The evaporator for metals and alloys consists of a cylindrical shield-heater 1 with end caps 2, which also serve as current leads to the shield-heater. Insulators 3 are mounted in the covers along the axis of the heater for installing a container for liquid melt. The container consists of a set of cylindrical cells 4, which have perforated round covers 5 on their sides. A thin filter pad 6 made of porous carbon metal is installed between the perforated cover and the radial undercut of the cell. The cylindrical cell, gaskets and perforated caps forming a melt container are mounted on axial elements 7 interconnected by a nut 8, which fixes the tight fit of the perforated caps and gaskets to the cylindrical cell.
Осевые элементы каждой ячейки по оси контейнера сопряжены друг с другом внутренними отверстиями, образующих канал 9 для подачи жидкого расплава 11 в ячейки, а в целом в контейнер. Для выхода пара из испарителя цилиндрический экран-нагреватель имеет по образующей отверстие 10. The axial elements of each cell along the axis of the container are interconnected with internal holes forming a channel 9 for supplying liquid melt 11 to the cells, and in general to the container. To exit the vapor from the evaporator, the cylindrical screen-heater has an opening 10 along the generatrix.
Все элементы конструкции испарителя (кроме изолятора 3) выполнены из электродного графита, а прокладка 6 - из графитизированной пористой ткани. Изоляторы выполнены из окиси бериллия. Наружная поверхность испарителя изолирована графитизированным войлоком. All structural elements of the evaporator (except insulator 3) are made of electrode graphite, and gasket 6 is made of graphitized porous fabric. Insulators are made of beryllium oxide. The outer surface of the evaporator is insulated with graphitized felt.
Испаритель работает следующим образом. The evaporator operates as follows.
Испаритель помещают в герметическую камеру (на чертеже не показана), удаляют из нее воздух, заполняют инертным газом (аргоном) до давления 1,33 • 103 Па. После этого подключают экран-нагреватель 1 к источнику питания (на чертеже не показан). Подачу жидкого расплава 11 в прогретый испаритель производят по каналу 9 через барометрическую трубу, связанной с устройством для расплавления испаряемого металла или сплава (на чертеже не показаны).The evaporator is placed in a hermetic chamber (not shown in the drawing), air is removed from it, filled with inert gas (argon) to a pressure of 1.33 • 10 3 Pa. After that, connect the screen-heater 1 to a power source (not shown in the drawing). The liquid melt 11 is supplied to the heated evaporator via channel 9 through a barometric pipe connected to a device for melting the evaporated metal or alloy (not shown in the drawing).
Нагрев и поддержание необходимой температуры цилиндрических ячеек 4, заполненных расплавом осуществляется за счет теплового поверхностного излучения цилиндрического экрана-нагревателя 1, который равномерно прогревает все детали контейнера и боковые крышки-тоководы 2 испарителя. Heating and maintaining the required temperature of the cylindrical cells 4 filled with the melt is carried out due to the thermal surface radiation of the cylindrical shield-heater 1, which uniformly warms up all the parts of the container and the side covers-current leads 2 of the evaporator.
За счет создания давления столба жидкости в барометрической трубе в ячейках 4 контейнера расплав испаряемой поверхностью постоянно находится в контакте с углеродистой прокладкой 6, исключая возможность образования окислов металла и образования брызг расплавленного металла. Due to the pressure of the liquid column in the barometric tube in the cells 4 of the container, the melt by the evaporated surface is constantly in contact with the carbon gasket 6, eliminating the possibility of the formation of metal oxides and the formation of splashes of molten metal.
При прогреве контейнера до температуры испарения расплава пар, образующийся на развитой поверхности испарения в ячейках 4, проходит через макропары прокладки и фильтруется от различного рода примесей, включений, что гарантирует высокое качество порошков, покрытий и др. изделий. When the container is heated to the evaporation temperature of the molten vapor, the vapor formed on the developed evaporation surface in cells 4 passes through the macropairs of the gasket and is filtered from various kinds of impurities, inclusions, which guarantees high quality of powders, coatings, and other products.
В процессе испарения пары через поры прокладки 6 и отверстия перфорированных боковых крышек 5 заполняют пространство между контейнером и стенками экрана-нагревателя 1. При создании перепада давления избыток паров металла выходит через отверстия 10, смешивается с нейтральным газом, образуя ультрамелкодисперсный качественный порошок или тонкую плотную поверхность напыления. In the process of vaporization through the pores of the gasket 6 and the holes of the perforated side covers 5, they fill the space between the container and the walls of the heater screen 1. When creating a pressure drop, excess metal vapor exits through the holes 10, mixes with neutral gas, forming an ultrafine fine powder or a thin dense surface spraying.
Изготовлен экспериментальный испаритель. Для деталей испарителя использованы существующие доступные материалы: электродный графит, окись бериллия, графитизированная пористая ткань. Технология изготовления деталей испарителя и его сборка затруднений не вызывает. An experimental vaporizer was made. For the evaporator parts, existing available materials are used: electrode graphite, beryllium oxide, graphitized porous fabric. The manufacturing technology of the evaporator parts and its assembly does not cause difficulties.
Испаритель новой конструкции был испытан в опытах по получению порошков меди, олова, их сплавов, а также для получения медного покрытия на графитовой подложке. При использовании испарителя получены высококачественные порошки размером 0,5-8 мкм. Технологический процесс получения порошков стабильный и по длительности непрерывной работы и производительности практически не лимитируется конструктивными параметрами. The new design evaporator was tested in experiments on the production of powders of copper, tin, their alloys, as well as to obtain a copper coating on a graphite substrate. When using the evaporator, high-quality powders with a size of 0.5-8 microns were obtained. The technological process for producing powders is stable and is practically unlimited by design parameters in terms of duration of continuous operation and productivity.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97116642A RU2118398C1 (en) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | Apparatus for evaporating metals and alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97116642A RU2118398C1 (en) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | Apparatus for evaporating metals and alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2118398C1 true RU2118398C1 (en) | 1998-08-27 |
| RU97116642A RU97116642A (en) | 1999-01-10 |
Family
ID=20197806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97116642A RU2118398C1 (en) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | Apparatus for evaporating metals and alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2118398C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2465372C1 (en) * | 2011-05-12 | 2012-10-27 | Билал Аругович Билалов | Device for obtaining thin films of nitride compounds |
| RU180391U1 (en) * | 2017-12-18 | 2018-06-09 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО "ГИПО") | EVAPORATOR FOR COATING IN VACUUM |
-
1997
- 1997-10-07 RU RU97116642A patent/RU2118398C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2465372C1 (en) * | 2011-05-12 | 2012-10-27 | Билал Аругович Билалов | Device for obtaining thin films of nitride compounds |
| RU180391U1 (en) * | 2017-12-18 | 2018-06-09 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО "ГИПО") | EVAPORATOR FOR COATING IN VACUUM |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0158972B1 (en) | Method and apparatus for the vaporisation of a material in a vacuum chamber by an arc discharge | |
| US4173522A (en) | Method and apparatus for producing carbon coatings by sputtering | |
| CH662823A5 (en) | METHOD AND DEVICE FOR EVAPORATING MATERIAL ONTO A SUBSTRATE. | |
| DE3206622C2 (en) | ||
| RU2118398C1 (en) | Apparatus for evaporating metals and alloys | |
| US4635586A (en) | Setup for producing metallic coatings | |
| JPS6173843A (en) | Method and apparatus for melting rod like material by induction coil | |
| EP0282540B1 (en) | Process and device for metallizing foil surfaces | |
| CH658257A5 (en) | Process and device for vapour deposition of material onto a substrate | |
| DE4444763A1 (en) | Electrode assembly for vaporising material for coating purposes | |
| JPS60127453A (en) | Atmospheric pressure ionizing type specimen introducing apparatus | |
| JPS59210349A (en) | Analytical method and apparatus of molten metal by plasma emission spectrochemical analysis method for long-distance carriage of fine particle | |
| US3640762A (en) | Method for vaporizing molten metal | |
| GB1574677A (en) | Method of coating electrically conductive components | |
| JP4565244B2 (en) | Microplasma deposition method and apparatus | |
| JPH03126865A (en) | Electron beam evaporating device | |
| JP5123567B2 (en) | Vaporizer and plasma processing apparatus equipped with vaporizer | |
| RU2219283C2 (en) | Evaporator for metals and alloys | |
| EP1640471A2 (en) | Vapor source for coating apparatus. | |
| JPH0360732A (en) | Method and device for producing fine powder and is utilization | |
| US20090008842A1 (en) | Method and apparatus for producing metallic ultrafine particles | |
| JP2004307241A (en) | Production method for carbon nanotube | |
| JP2005262111A (en) | Low melting point substrate equipped with minute dot or minute line, deposition method by microplasma and apparatus therefor | |
| RU2746197C1 (en) | Method of producing fine-dispersed powder of refractory material | |
| JPH04272169A (en) | Impregnating type vacuum deposition device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091008 |