專(zhuān)利名稱(chēng)：氣相沉積的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以氣相沉積的方式將一種包括至少兩種元素的涂層施加到襯底上的方法。
以元素的氣相形式將諸如金屬的元素沉積在襯底上以形成涂層在本領(lǐng)域是已知的。通常，被沉積的元素是鋅，以規(guī)則的形式將鋅沉積在鋼帶上。
用于實(shí)現(xiàn)這種目的的常規(guī)設(shè)備通常包括在襯底表面前面的汽化容器，元素在該汽化容器中被汽化。有時(shí)，通道將金屬蒸氣引向襯底表面，襯底表面在通道的開(kāi)口處經(jīng)過(guò)。通常利用真空實(shí)現(xiàn)氣化。襯底與蒸氣相比是較冷的，以使蒸氣凝華于其上以形成目標(biāo)涂層。氣態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變被稱(chēng)為凝華，而相反的轉(zhuǎn)變過(guò)程被稱(chēng)為升華。
當(dāng)涂層僅由一種元素(諸如鋅)形成時(shí)，上述工序能夠達(dá)到令人滿(mǎn)意的效果。但是，當(dāng)涂層由兩種或者多種元素形成時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于兩種元素的沉積，使用一個(gè)裝有兩種元素的汽化容器，或者使用兩個(gè)容器，每一個(gè)容器分別裝有一種元素。在多于兩種元素的沉積的情況下，使用類(lèi)似的容器或者容器和設(shè)備的組合。通常用于構(gòu)成涂層的每一種元素的蒸氣飽和壓力曲線相互之間是大不相同的。特別是在使用一個(gè)裝有兩種或者多種元素的容器時(shí)，控制蒸氣比是困難的，并且經(jīng)常是一種元素出現(xiàn)不成比例的損耗。在使用兩個(gè)容器的情況下，在這些容器中產(chǎn)生的蒸氣通過(guò)獨(dú)立的通道(在存在時(shí))被引向襯底。在蒸氣到達(dá)襯底表面之前，它們必須在預(yù)定的流量下具有預(yù)定的成分并且必須被充分混和。這便會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
以固定的流量和比例使兩種或者多種氣體或蒸汽結(jié)合通常是困難的，而這對(duì)于實(shí)現(xiàn)涂層質(zhì)量(厚度和成分)穩(wěn)定是必需的。由于氣體的相互作用，它們可能會(huì)在不希望的方向上流動(dòng)。通常，用于構(gòu)成涂層的每一種元素的蒸氣壓力和溫度相互之間是大不相同的。因此，蒸氣，更主要的是，在汽化室中的蒸氣源會(huì)受到在沉積過(guò)程中所包含的其它元素蒸氣的污染。另外，可能會(huì)阻止具有較小蒸氣壓力的蒸氣完全沉積。
根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用扼流(choking)的狀態(tài)可解決與包括至少兩種元素的涂層的氣相沉積過(guò)程相關(guān)的這些問(wèn)題。因此，本發(fā)明涉及一種將涂層施加在襯底上的方法，其中至少第一蒸氣和第二蒸氣在扼流的狀態(tài)下被沉積在所述襯底上。
當(dāng)用于構(gòu)成涂層的各種元素的蒸氣在適合的扼流的狀態(tài)下從汽化室被輸送到襯底上時(shí)，即使不能完全消除蒸氣或者蒸氣源相互之間的污染，也大大降低了蒸氣或者蒸氣源相互之間污染的可能性。另外，使用扼流的狀態(tài)能夠?qū)υ撨^(guò)程進(jìn)行良好的控制，特別是對(duì)蒸氣的流動(dòng)進(jìn)行良好的控制，從而能夠?qū)ν繉拥某煞志鶆蛐院秃穸冗M(jìn)行良好的控制。
應(yīng)該注意的是，可以以分批、連續(xù)或者半連續(xù)的方式實(shí)施本發(fā)明的方法。但是，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在連續(xù)或者半連續(xù)的過(guò)程中是最明顯的。
現(xiàn)將參照

圖1對(duì)扼流的一般現(xiàn)象進(jìn)行描述。公式的推導(dǎo)和背景參見(jiàn)教科書(shū)。
假定來(lái)自于容器(1)中的蒸氣源的蒸氣經(jīng)過(guò)蒸氣管線(2、3)和節(jié)流部分(4)流到位置(5)。節(jié)流部分是蒸氣流在其流動(dòng)通道中遇到的具有最小流動(dòng)橫截面積的位置。該最小流動(dòng)橫截面積可采用多種可選擇的形式，例如具有一個(gè)或者多個(gè)鉆孔、狹縫等的孔板。容器(1)中的壓力用P1表示。節(jié)流部分(4)的下游壓力是背壓Pb(5)。假定，背壓(5)最初等于容器(1)中的壓力。在這種情況下，蒸氣管線上的壓力差等于零，因此流量為零?，F(xiàn)在，如果背壓(5)不斷降低，那么流量增大，并且在節(jié)流部分處的速度越來(lái)越高。但是在到達(dá)特定背壓時(shí)，在節(jié)流部分(4)處的速度達(dá)到音速并且流量達(dá)到最大。音速指的是，被定義為本地蒸氣速度除以本地聲速后的馬赫數(shù)“M”為1。于是氣流被扼流。
背壓(5)的進(jìn)一步降低不再增大流量。蒸氣在其以1馬赫的速度流動(dòng)時(shí)的特性被稱(chēng)為臨界特性，并且利用一個(gè)星號(hào)(*)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。因此，氣體流動(dòng)限制的狀態(tài)是，在節(jié)流部分(4)處，背壓(5)低于或者等于臨界壓力Pb＜p*。根據(jù)在節(jié)流部分(4)處的駐點(diǎn)狀態(tài)利用下列公知的公式(1)表示在扼流狀態(tài)下的流量。m.=C·A*·P0T0γ·MwR(2γ+1)γ+1γ-1----(1)]]>其中 ＝質(zhì)量流量(kg/s)C＝修正系數(shù)[-]，薄孔板中C≈0.85A*＝節(jié)流部分的表面積(平方米)T0＝駐點(diǎn)溫度(K)γ＝cp/cy，在恒定壓力下的比熱和恒定體積下的比熱之間的比[-]Mw＝分子量(kg/mole)R＝通用氣體常數(shù)(J/kgmoleK)p*＝在節(jié)流部分處的臨界壓力(Pa)p0＝駐點(diǎn)壓力(Pa)公式(1)也適用于氣體混合物，只要插入適合的混合特性即可。
在該裝置的任何點(diǎn)處，流動(dòng)氣體具有特定的溫度、壓力、焓等。在瞬時(shí)變?yōu)榱?無(wú)摩擦絕熱或者等熵減速)時(shí)的那些特性將采用新的數(shù)值的位置處的速度被稱(chēng)為它們的駐點(diǎn)狀態(tài)并且在公式中用0作為標(biāo)記來(lái)表示。在特定位置處的蒸氣流的臨界特性可與其駐點(diǎn)特性相關(guān)。對(duì)于壓力的關(guān)系式如下 (在空氣的情況下，γ≈1.4，＝0.5283)(2)為了控制沉積過(guò)程，將在節(jié)流部分(4)處的駐點(diǎn)特性和臨界特性以及由公式1限定的質(zhì)量流量與在節(jié)流部分上游的特性(例如在汽化容器(1)中的特性)聯(lián)系在一起是有用的。如果該蒸氣流在整個(gè)容器和蒸氣管線直至節(jié)流部分中是無(wú)摩擦絕熱(等熵)的，那么任何位置處的駐點(diǎn)特性都是恒定的，這可大大簡(jiǎn)化該分析。如果該蒸氣流不是無(wú)摩擦絕熱的，那么在不同位置處的駐點(diǎn)狀態(tài)不再是恒定的，但相互之間仍然是相關(guān)的，這些內(nèi)容參見(jiàn)教科書(shū)。如果源于扼流節(jié)流部分的氣體被沉積，并且相對(duì)于環(huán)境是無(wú)損耗的，那么沉積涂層的質(zhì)量流量等于由公式(1)計(jì)算的氣體質(zhì)量流量，這簡(jiǎn)化了沉積計(jì)算。實(shí)際上，特定的損耗必須被承認(rèn)，可通過(guò)在計(jì)算中引入一個(gè)損耗因數(shù)來(lái)考慮該特定的損耗。
上述關(guān)系式和工序提供了一種用于將臨界壓力和質(zhì)量流量控制在特定的設(shè)計(jì)值的方法，其用在本發(fā)明所涉及的氣相沉積方法中是有利的。
盡管不是絕對(duì)必需的，但上述關(guān)系式和工序的簡(jiǎn)化是有吸引力的并且不難實(shí)施。
首先，如上所述，當(dāng)蒸氣流是絕熱的和無(wú)摩擦的(等熵的)時(shí)候?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)化。這可通過(guò)將容器壁和蒸氣管線加熱到與蒸氣溫度相當(dāng)?shù)臏囟葋?lái)實(shí)現(xiàn)，從而使熱的相互作用達(dá)到最小。如果導(dǎo)管等的尺寸相當(dāng)大，那么限制彎曲，流速和流動(dòng)梯度降低，從而可使摩擦作用達(dá)到最小。因此，可以在整個(gè)裝置中從容器中的點(diǎn)(1)到節(jié)流部分(4)的點(diǎn)達(dá)到恒定的駐點(diǎn)狀態(tài)。
第二，如果蒸氣流是等熵的并且蒸氣源的尺寸是以使在源(1)處的蒸氣速度可忽略不計(jì)的方式確定的，那么在(4)和中點(diǎn)處的駐點(diǎn)狀態(tài)等于汽化容器中的狀態(tài)。在駐點(diǎn)壓力等于汽化容器中的熔融金屬之上的蒸氣壓力的情況下，駐點(diǎn)溫度等于熔融金屬溫度。利用已知的或者可被測(cè)定的飽合壓力曲線將容器中的熔融金屬之上的蒸氣壓力與熔融金屬的溫度直接聯(lián)系在一起。現(xiàn)在，在扼流的狀態(tài)下用于蒸氣流量的公式(1)便變得很簡(jiǎn)單，這是由于熔體的溫度和蒸氣壓力可被駐點(diǎn)壓力和溫度代替。另外，用于臨界壓力的公式(2)也變得很簡(jiǎn)單，這是由于現(xiàn)在的臨界壓力與熔融金屬之上的蒸氣壓力是成比例的。
用作襯底的材料原則上不是很重要的。根據(jù)本發(fā)明的方法，許多不同的材料都可設(shè)有涂層。當(dāng)然，該材料應(yīng)該能夠承受在該過(guò)程中所用的狀態(tài)，主要涉及襯底必然暴露在其中的溫度和壓力?？杀煌扛驳牟牧系某Ｒ?guī)示例為金屬、陶瓷材料、玻璃和塑料。襯底最好采用片材或者箔片形式。
在襯底被涂覆之前或者之后，襯底可經(jīng)受各種處理。參見(jiàn)圖2中所示的可采用的處理設(shè)備對(duì)這些處理進(jìn)行說(shuō)明。這些處理的示例為清潔、退火等。在涂覆過(guò)程中，可利用密封機(jī)構(gòu)使襯底(6)被連續(xù)地供給到真空室(7)中并且可接受進(jìn)一步的處理，諸如表面清潔(8)。襯底的輸送方向由箭頭表示。為了確保涂層的良好的附著性，可在沉積之前和/或過(guò)程中控制襯底的溫度。例如，這可通過(guò)利用感應(yīng)加熱器(9)對(duì)襯底加熱或者引導(dǎo)襯底經(jīng)過(guò)溫度控制輥(10)或表面對(duì)襯底進(jìn)行傳導(dǎo)加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)。
接下來(lái)，襯底經(jīng)過(guò)沉積單元(11)，襯底在該沉積單元處接收氣相沉積直至達(dá)到涂層所需的厚度?？删哂袔讉€(gè)相互鄰近設(shè)置的沉積單元和襯底控制單元。這也允許多重沉積或者雙側(cè)沉積。
在控制的環(huán)境下進(jìn)行沉積以防止襯底的污染。通過(guò)將惰性氣體，諸如氬氣)14供給室中和利用泵送裝置(15)可對(duì)真空的成分進(jìn)行有效的控制。在該過(guò)程的開(kāi)始(停止)和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加熱(冷卻)時(shí)，真空室中的壓力等于或者高于蒸氣源(未示出)的蒸氣壓力以防止蒸氣進(jìn)入真空室并且在真空系統(tǒng)中沉積。當(dāng)該系統(tǒng)準(zhǔn)備啟動(dòng)時(shí)，可利用其代替在蒸氣入口(12、13)中的機(jī)械閘門(mén)或者與機(jī)械閘門(mén)結(jié)合使用，使該室被抽真空并且打開(kāi)閘門(mén)以使蒸氣流動(dòng)。
在沉積時(shí)，壁最好被充分加熱以防止蒸氣過(guò)早冷凝或者凝華。最好是裝置中與蒸氣接觸的壁的溫度等于離開(kāi)熔化單元(蒸氣源)的蒸氣溫度。通過(guò)使壁溫高于上述溫度可實(shí)現(xiàn)蒸氣的過(guò)熱。但是，以這種方式實(shí)現(xiàn)的過(guò)熱量是無(wú)法控制的。如果需要過(guò)熱，最好以可控制的方式實(shí)現(xiàn)蒸氣的過(guò)熱，例如利用熱交換器或者例如通過(guò)將多孔導(dǎo)塞引入到蒸氣從中通過(guò)并且被感應(yīng)加熱的蒸氣管線中。
以這樣的方式控制襯底的溫度，即，襯底足夠冷以使蒸氣能夠在襯底上凝華，從而防止形成液態(tài)薄膜以及防止薄膜出現(xiàn)大范圍的再次汽化，但是襯底還應(yīng)該是足夠暖的以保證涂層良好的附著性能。該狀態(tài)，特別是溫度，可以根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的正常技能適應(yīng)于所選擇的材料。
在沉積已達(dá)到所需的程度后，利用密封機(jī)構(gòu)將襯底引導(dǎo)到真空室外。
根據(jù)本發(fā)明，涂層包括至少兩種元素。原則上，構(gòu)成涂層所用的元素?cái)?shù)量的上限是不受限制的。但是，在包含多種元素的情況下，處理裝置可能是相當(dāng)復(fù)雜的。對(duì)于通常要被涂覆的襯底的特定應(yīng)用而言，通常包括不超過(guò)3種元素，最好包括兩種元素。常規(guī)的組合是鋅和鎂。
這里所用的術(shù)語(yǔ)“元素”不一定是指元素周期表中所列出的純?cè)?，而還可以包括化合物。它僅反映了將作為涂層一部分的物質(zhì)。一般來(lái)說(shuō)，蒸氣是由純化合物構(gòu)成的。
在優(yōu)選實(shí)施例中，這些元素是金屬。這樣，涂層將是一種金屬涂層，由包括至少兩種金屬的合金構(gòu)成。所用的金屬的選擇將取決于所需的涂層性能和將被涂覆的襯底的應(yīng)用。利用鋅和鎂提供的一種鋅鎂合金涂層已經(jīng)獲得了良好的結(jié)果。
如上所述，本發(fā)明的一個(gè)重要方面是，使用扼流的狀態(tài)。利用節(jié)流部分可容易地實(shí)現(xiàn)扼流的狀態(tài)。這些狀態(tài)還能夠?qū)Σ煌魵獾馁|(zhì)量流進(jìn)行控制。如果在節(jié)流部分后的背壓低于或者等于在節(jié)流部分中的所謂的臨界壓力，那么在節(jié)流部分處的流速達(dá)到音速(達(dá)到聲音傳播的速度)。在蒸氣的質(zhì)量流僅由上游駐點(diǎn)壓力和節(jié)流部分的表面積確定的情況下，其不再取決于下游壓力。這樣，可簡(jiǎn)化對(duì)整個(gè)質(zhì)量流量和由此對(duì)涂層厚度的控制。通過(guò)對(duì)沉積單元的精心設(shè)計(jì)(防止摩擦作用、熱的相互反應(yīng)的沖擊)，可使上游駐點(diǎn)壓力等于蒸氣源，例如熔融金屬之上的蒸氣壓力，這樣，上游駐點(diǎn)壓力便僅由熔融金屬的溫度確定。這樣，流量(涂層厚度)僅取決于熔體溫度和節(jié)流部分的面積。
在某些情況下，確保對(duì)每一個(gè)蒸氣流都保持扼流狀態(tài)可能是困難的。由于在節(jié)流部分后的蒸氣和壓力場(chǎng)的下游相互作用，可能難以對(duì)每一個(gè)節(jié)流部分都保持扼流狀態(tài)。在該情況下，質(zhì)量流量還取決于下游壓力，這樣，不再能夠很好地確定質(zhì)量流量。本發(fā)明的部分是選擇上游蒸氣壓力，因此使節(jié)流部分下游的相互作用達(dá)到最小。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇所有蒸氣流的臨界壓力來(lái)克服在保持正確的扼流狀態(tài)中的困難。
現(xiàn)將利用下面兩個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的特征進(jìn)行描述。
實(shí)施例1)利用適合于蒸氣1的扼流節(jié)流部分和適合于蒸氣2的扼流節(jié)流部分使兩種蒸氣混合。現(xiàn)在以使在兩個(gè)節(jié)流部分處的臨界壓力基本相等的方式選擇每一種蒸氣的狀態(tài)(熔化溫度)。選擇每一個(gè)節(jié)流部分的表面積以給出正確的質(zhì)量流量和蒸氣比。
實(shí)施例2)
兩種蒸氣被混合。扼流節(jié)流部分(“a”)被用于以可控制的流量將蒸氣1噴射到蒸氣流2中。在蒸氣1和蒸氣2的混合物被沉積之前使之通過(guò)另一個(gè)扼流節(jié)流部分(“b”)。在這種情況下，以使在節(jié)流部分1中的臨界壓力等于或者高于蒸氣2(上游節(jié)流部分“b”)的壓力的方式選擇蒸氣1的狀態(tài)。選擇每一個(gè)節(jié)流部分的表面積以給出正確的質(zhì)量流量和蒸氣比。
這些示例可擴(kuò)展至多于兩種蒸氣的混合。
用于獲得扼流狀態(tài)的節(jié)流部分或者噴嘴可采用各種設(shè)計(jì)形式。通常，以相互靠近的形式設(shè)置或者使用一個(gè)或者多個(gè)節(jié)流孔(孔或者狹縫)并且與襯底保持精心選擇的距離。圖3A(流動(dòng)方向從左到右)和圖3B(流動(dòng)方向?yàn)檫M(jìn)入紙中)中示出了這些示例。
下面參照鋅和鎂在鋼帶上的(連續(xù)或者半連續(xù)的)沉積對(duì)本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。應(yīng)該清楚的是，這些示例可擴(kuò)展到其他組分和多于兩種組分或者僅一種組分的沉積。圖4A中示出了氣相沉積方法的原理。用于鋅和鎂的獨(dú)立的節(jié)流部分可具有各種結(jié)構(gòu)；圖4B中示出了這些示例。
過(guò)去已經(jīng)在以固定比例混合鋅和鎂的方面遇到了問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)，通常僅一種元素更適于沉積在鋼帶上并且遇到了不均勻質(zhì)量轉(zhuǎn)移的問(wèn)題。導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的主要原因是，鋅和鎂在其結(jié)合的位置處相互之間存在蒸氣壓力差。
如果鎂和鋅的擴(kuò)散是移動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力，那么如果一種元素的蒸氣壓力高于另一種元素的蒸氣壓力，那么會(huì)導(dǎo)致上述問(wèn)題，第一元素將流向另一種元素。接著，阻礙第二種元素在蒸氣流中擴(kuò)散，這樣會(huì)嚴(yán)重阻礙第二元素的沉積。
通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果扼流的鋅節(jié)流孔與扼流的鎂節(jié)流孔相鄰設(shè)置，那么鎂或者鋅的質(zhì)量流量小于假設(shè)同時(shí)在鎂節(jié)流孔和鋅節(jié)流孔中扼流流動(dòng)所預(yù)期的質(zhì)量流量。這說(shuō)明，在鋅節(jié)流孔和鎂節(jié)流孔后出現(xiàn)流體相互作用。根據(jù)該狀態(tài)，例如在鋅節(jié)流孔后的壓力可能太高以致于不能使鎂節(jié)流孔被扼流。在這種情況下，不能很好地確定鎂的質(zhì)量流量。在其他情況下，鋅的流量低于預(yù)期的流量。
上述發(fā)現(xiàn)帶來(lái)三種如圖5中所示的設(shè)計(jì)形式。代替如圖5中所示的鋅和鎂，可換用其他元素或者這些元素可被互換。這種設(shè)計(jì)形式可擴(kuò)展到覆蓋多于2種的元素。
在圖5a中，混合流量是由采用孔板形式的扼流節(jié)流部分控制的。節(jié)流部分被扼流?？梢肴芜x的沒(méi)有扼流的節(jié)流孔板以增強(qiáng)流動(dòng)分配和或混合。在該裝置中，僅鋅-鎂混合物被扼流。單獨(dú)的鋅流和鎂流都沒(méi)有處于扼流的狀態(tài)下。由于兩種元素的蒸氣壓力是不同的并且在容器之間存在一種“開(kāi)放式”連接，因此混合物的流量和成分是難于控制的。根據(jù)情況，蒸氣從包含具有最高蒸氣壓力的元素的容器流向包含具有較低蒸氣壓力的元素的容器，并且該流動(dòng)可阻礙甚至阻止具有較低蒸氣壓力的元素向著沉積位置擴(kuò)散。
圖5b示出了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在該情況下，鋅流和鎂流是由扼流的節(jié)流孔板控制的。這能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)兩種元素的流量和比例的良好控制。為了使孔間的相互作用達(dá)到最小，以使在節(jié)流孔處的鋅和鎂的臨界壓力基本相等的方式選擇鋅和鎂的壓力。選擇每一個(gè)節(jié)流部分的表面積以給出正確的質(zhì)量流量和蒸氣比?？梢肟蛇x的沒(méi)有扼流的節(jié)流孔板以增強(qiáng)流動(dòng)分配和/或混合。
圖5 c示出了本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例。在這種情況下，利用扼流的節(jié)流孔控制混合物的流動(dòng)和其中一種元素(例如鎂)的流動(dòng)。以使在鎂節(jié)流孔中的臨界壓力等于或者略大于在該孔后的基本上等于鋅壓力的背壓的方式選擇鋅和鎂的壓力。選擇每一個(gè)節(jié)流部分的表面積以給出正確的質(zhì)量流量和蒸氣比?？梢肟蛇x的沒(méi)有扼流的節(jié)流孔板以增強(qiáng)流動(dòng)分配和或混合。
下面將參照兩個(gè)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中利用元素鋅和鎂將鋅鎂合金沉積在鋼帶上。當(dāng)然，這些實(shí)例不應(yīng)該被認(rèn)為是一種限定形式。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯然能夠?qū)ζ溥M(jìn)行各種變型。該沉積裝置為半連續(xù)式的，見(jiàn)圖7a和圖7b，即，通常為幾百米長(zhǎng)的金屬帶被設(shè)置在分批處理真空室(19)中，并且在沉積工位(18)之前的自動(dòng)退卷機(jī)構(gòu)(16)和卷取機(jī)構(gòu)(17)以所需的速度輸送該帶。所述室與真空泵(未示出)相連。在沉積時(shí)，真空室中的壓力為1Pa。在所用的沉積裝置中，汽化容器(20、21)中的蒸氣速度可忽略不計(jì)并且在容器(20、21)和節(jié)流部分(22、23、24、25)之間存在基本上是等熵的流，即在節(jié)流部分處的駐點(diǎn)壓力和溫度等于汽化容器中的溫度和壓力。圖6給出了作為溫度函數(shù)的鋅和鎂的飽合蒸氣壓力以及利用公式(2)(見(jiàn)上面所述內(nèi)容)計(jì)算出來(lái)的鋅和鎂的臨界壓力。
在實(shí)例1中，如圖7a中所示，通過(guò)扼流節(jié)流部分(23)供給鋅蒸氣，通過(guò)分開(kāi)的扼流節(jié)流部分(22)供給鎂蒸氣。在節(jié)流部分后，兩種蒸氣匯合并且被沉積。以使在鋅節(jié)流部分處的臨界壓力等于在鎂節(jié)流部分處的臨界壓力的方式選擇每一種蒸氣的狀態(tài)(熔化溫度)。例如，對(duì)于鎂的熔化溫度，選用770℃作為起始點(diǎn)，這對(duì)應(yīng)于1000Pa的臨界鎂壓力(見(jiàn)圖6)。為了使鋅達(dá)到相同的臨界壓力，鋅的熔化溫度應(yīng)該選擇大約620℃。為了以2米/分鐘的帶速獲得鎂的重量百分比為6％的5微米厚的涂層，利用公式(1)可以計(jì)算出，鋅節(jié)流部分所需的有效表面積為1.27×10-4平方米，鎂節(jié)流部分所需的有效表面積為1.57×10-5平方米。在試驗(yàn)中利用這些數(shù)值可以獲得鎂的重量百分比為6.7％的5.3微米厚的涂層。
在實(shí)例2中，如圖7b中所示，利用扼流節(jié)流部分(24)以可控制的流量將鎂蒸氣噴射到鋅蒸氣管線中。所得到的鋅鎂混合物在被沉積在帶上之前通過(guò)另一個(gè)扼流節(jié)流部分(25)。由于所噴射的鎂的流量小于鋅的流量，因此利用較小的節(jié)流部分將鎂噴射到主流中被認(rèn)為是優(yōu)選的，反之則不然。以使在節(jié)流部分(24)處的鎂臨界壓力等于容器中上游鋅壓力的方式選擇鎂蒸氣的狀態(tài)。例如，選用524℃的鋅溫度作為起始點(diǎn)，容器中的相應(yīng)的飽和鋅壓力為317Pa。假設(shè)，該壓力在鋅蒸氣管線中是優(yōu)選的，那么鎂的臨界壓力最好應(yīng)等于或者高于317Pa，這對(duì)應(yīng)于644Pa的鎂壓力和702℃的溫度。在試驗(yàn)中，使用了733℃的鎂壓力。為了獲得重量百分比為10％的鎂，利用公式(1)可以計(jì)算出，用于鋅鎂的節(jié)流部分所需的有效表面積為3.2×10-4平方米，用于鎂的節(jié)流部分所需的有效表面積為1.57×10-5平方米。在檢測(cè)的涂層中鎂含量平均為13％。這樣，所述工藝提供了一種確定處理狀態(tài)和節(jié)流部分的表面積的快速方法，如果需要的話(huà)，可對(duì)其進(jìn)行微調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種用于將涂層施加到襯底上的方法，其中，在扼流的狀態(tài)下將至少第一蒸氣和第二蒸氣沉積在所述襯底上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述襯底是金屬襯底。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述襯底是鋼板或者鋼帶。
4.如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述第一蒸氣和第二蒸氣都是金屬蒸氣。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一蒸氣是鋅蒸氣，所述第二蒸氣是鎂蒸氣。
6.如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在沉積之前使所述蒸氣混合。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在混合之前所有蒸氣被扼流。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在混合之前至少一種蒸氣被扼流，在混合后，混合蒸氣被扼流。
9.如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過(guò)控制各種蒸氣的臨界壓力以使它們彼此基本相等來(lái)保持所述扼流狀態(tài)。
10.在連續(xù)氣相沉積方法中扼流狀態(tài)的應(yīng)用，其特征在于，至少兩種元素被沉積以保證所有元素是以其所需的量被沉積。
11.在連續(xù)氣相沉積方法中扼流狀態(tài)的應(yīng)用，其特征在于，至少兩種元素被沉積以防止其中一種元素的源受到其他元素的源的污染。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將涂層施加到襯底上的方法，其中所述涂層是由至少兩種組分或者元素形成的。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述涂層是由至少兩種金屬形成的。根據(jù)本發(fā)明，在扼流的狀態(tài)下通過(guò)氣相沉積施加涂層。
文檔編號(hào)C23C14/24GK1458985SQ01815762
公開(kāi)日2003年11月26日 申請(qǐng)日期2001年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月17日
發(fā)明者J·A·F·M·沙德范維斯特魯姆, J·L·林登, J·F·M·維爾圖伊斯 申請(qǐng)人:科魯斯技術(shù)有限公司