專利名稱：具有經(jīng)改進之初始潤濕性的陶瓷蒸發(fā)皿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有經(jīng)改進之初始潤濕性能的陶瓷蒸發(fā)皿及其制備方法。
用金屬、特別是鋁涂敷柔性基底之最經(jīng)常使用的方法是高真空帶狀涂敷法(tape coating)。所述待涂敷的基底在冷卻輥上通過，并同時暴露于鋁蒸氣，該鋁蒸氣則在所述基底表面上沉積成薄的金屬層。
為產(chǎn)生所需要的恒定蒸氣流，通過直接通入電流將陶瓷蒸發(fā)器--蒸發(fā)皿加熱至約1450℃。連續(xù)送入鋁線，在陶瓷表面上液化，然后在約10-4mbar的真空下蒸發(fā)。在金屬化單元中，設(shè)置一系列的蒸發(fā)皿，其反式是在基底的整個寬度上沉積均勻厚度的鋁層。
蒸發(fā)皿通常由經(jīng)熱壓的二硼化鈦(TiB2)和氮化硼(BN)和/或氮化鋁(AlN)制成。在此等蒸發(fā)皿中，TiB2是導(dǎo)電性組分，使得蒸發(fā)器能夠象歐姆律電阻一樣被加熱。
在帶狀涂敷單元運行中的主要問題之一是蒸發(fā)皿之待蒸氣沉積金屬的初始潤濕性。實際上，操作者必須進行大量的處理，以便用最佳的方式對蒸發(fā)皿進行初始潤濕。因此，習(xí)慣上使用術(shù)語“啟用程序(break-in procedure)”來描述蒸發(fā)皿的初始潤濕，其表明了該步驟的復(fù)雜性。所以，在運行階段，蒸發(fā)器的空腔尚未被完全潤濕。這會導(dǎo)致在送入鋁線相反的一側(cè)上形成更多的沉積物，迫使操作者“熱”運行蒸發(fā)皿來達(dá)到給定的蒸發(fā)速率，即、將其加熱至非常高的溫度。這使蒸發(fā)皿的壽命嚴(yán)重下降。
另外，不完全的潤濕相應(yīng)于蒸發(fā)皿空腔的非均勻潤濕。其結(jié)果是，待蒸發(fā)之金屬的連續(xù)蒸發(fā)隨后變?yōu)椴豢赡堋＿@迫使操作者調(diào)節(jié)蒸發(fā)器連續(xù)加熱。其結(jié)果是，蒸發(fā)皿平均來講過熱運行。如上所述，這大大地降低了蒸發(fā)皿的壽命。
如果蒸發(fā)皿具有非常高的電阻，蒸氣沉積單元的電壓通常不足以加熱該蒸發(fā)皿至潤濕溫度。如果此等蒸發(fā)皿是比常規(guī)蒸發(fā)皿更容易被潤濕的，甚至?xí)谶_(dá)到完全潤濕的溫度之前發(fā)生一些潤濕。其結(jié)果是，蒸發(fā)皿一鋁浴系統(tǒng)具有較低電阻。這立即會產(chǎn)生更高的電流，而該高電流又反過來導(dǎo)致更好地加熱蒸發(fā)皿，以及甚至更好的潤濕。
這也使蒸發(fā)皿之間的電阻波動的問題變得不是非常關(guān)鍵，而且不會發(fā)生由于高電阻蒸發(fā)皿導(dǎo)致的蒸氣沉積單元停止。
蒸發(fā)器材料越是更好地被待蒸發(fā)之金屬潤濕，蒸發(fā)皿過熱以及蒸發(fā)皿的壽命因此降低的危險就越低。另外，良好的潤濕能夠在蒸發(fā)皿的空腔中形成最佳的金屬浴，由此改善了蒸發(fā)條件，并更均勻地使蒸發(fā)皿受力，這也增加了蒸發(fā)皿的壽命。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于金屬蒸發(fā)的陶瓷材料制蒸發(fā)皿，其包括導(dǎo)電性組分和非導(dǎo)電性組分，該蒸發(fā)皿可更容易地被待蒸發(fā)之金屬初始潤濕。
該目的是通過一種蒸發(fā)皿實現(xiàn)的，在該蒸發(fā)皿中，所述陶瓷材料中的導(dǎo)電性組分集中在蒸發(fā)皿之進行金屬蒸發(fā)的表面上。
優(yōu)選的是，在蒸發(fā)皿之進行金屬蒸發(fā)的表面處的導(dǎo)電性組分的含量至少比該蒸發(fā)皿之其余材料中的高2％(相對)。
特別優(yōu)選的是，陶瓷材料的導(dǎo)電性組分層位于蒸發(fā)皿之進行金屬蒸發(fā)的表面上。
導(dǎo)電性組分層優(yōu)選應(yīng)與其余蒸發(fā)器材料電接觸。其結(jié)果是，該層變?yōu)樽詫?dǎo)性的，而且由于所述材料的低電阻率，能夠比其余蒸發(fā)器材料更熱。這也會提高蒸發(fā)器表面的潤濕性。
蒸發(fā)皿表面處的導(dǎo)電性組分的濃度優(yōu)選通過以下三種方法之一由現(xiàn)有技術(shù)中已知的蒸發(fā)皿來實現(xiàn)1)、用高能光束加熱蒸發(fā)皿之在正常情況下進行金屬蒸發(fā)的表面，使非導(dǎo)電性組分(通常為BN(熔點2300℃)和AlN(熔點2300℃))蒸發(fā)，而同時僅熔融導(dǎo)電性組分(通常為TiB2(熔點2900℃))。因此優(yōu)選的是，選擇所述高能光束的能量，使其將蒸發(fā)皿的表面加熱至超過2900℃但不低于2700℃的溫度。其結(jié)果是，冷卻后在蒸發(fā)皿的表面上形成富集導(dǎo)電性陶瓷組分(通常為TiB2)的層。較短的加熱時間將在蒸發(fā)皿的表面上形成較少富集導(dǎo)電性陶瓷組分的層。
2)、將包含導(dǎo)電性陶瓷組分的粉末涂敷在蒸發(fā)皿的表面上，然后通過高能光束將其熔接上，以形成導(dǎo)電性陶瓷組分的導(dǎo)電層。如果TiB2為導(dǎo)電性陶瓷組分，例如可通過與已知的TiB2粉末涂敷法類似的方法來進行。
3)、用有機或無機粘結(jié)劑處理包含導(dǎo)電性陶瓷組分的粉末，形成漿液，然后將該漿液涂敷在蒸發(fā)皿的表面上。所選的粘結(jié)劑應(yīng)能夠在加熱蒸發(fā)皿期間蒸發(fā)。因此，當(dāng)加熱蒸發(fā)皿時，粘結(jié)劑蒸發(fā)，并形成可隨后被鋁潤濕的所希望的導(dǎo)電層。
所用粘結(jié)劑例如是甘油。所述層可另外用如2)中描述的高能光束來處理，以在導(dǎo)電層和其余蒸發(fā)器材料之間形成更好的接觸。
通常情況下，陶瓷材料中的導(dǎo)電性組分是TiB2。
為此，通常使用含TiB2的粉末作為包含導(dǎo)電性陶瓷組分的粉末。優(yōu)選使用TiB2粉末。
對于高能光束，可例如使用激光束。所用的激光例如可以是氣體、固態(tài)或半導(dǎo)體激光。
用高能光束加熱陶瓷蒸發(fā)皿的表面優(yōu)選在惰性氣體條件下進行。惰性氣體的例子是氦和氬。
本發(fā)明的蒸發(fā)皿與已知蒸發(fā)皿相比具有以下優(yōu)點1)、從開始使用時，它們具有良好的均勻潤濕性，這能夠產(chǎn)生恒定的(在時間上)和均勻的(在空間上)蒸發(fā)速率，而不會發(fā)生波動。
2)、它們從開始時就能夠以穩(wěn)定的方式運行，不必進行連續(xù)的調(diào)節(jié)。
3)、蒸發(fā)皿是由燒結(jié)體制成的，該燒結(jié)體之很少可以避免的電阻波動導(dǎo)致蒸發(fā)皿的電阻發(fā)生變化，該電阻變化不產(chǎn)生負(fù)面影響，使得更高電阻的蒸發(fā)皿成為不可再潤濕的，而且蒸氣沉積單元因此必須停止。
以下實施例將描述本發(fā)明。實施例1制備本發(fā)明之蒸發(fā)皿蒸發(fā)皿之進行金屬蒸發(fā)的表面的尺寸為10×20×120mm，并由陶瓷材料制成，該陶瓷材料的組成是47.5重量％TiB2和52.5重量％BN。在氬氣流中用YAG激光(波長=1.06μm/光束直徑=6mm/功率=100W)以多個路徑(80mm長)照射上述表面。實施例2制備本發(fā)明之蒸發(fā)皿在蒸發(fā)皿之進行金屬蒸發(fā)的表面(10×20×120mm/47.5重量％TiB2和52.5重量％BN)上機械地刮出多個深為0.5mm的槽。在這些槽中灑放TiB2粉末。該粉末如實施例1所述用YAG激光照射。剩余的殘留粉末隨后用壓縮空氣吹除。實施例3制備本發(fā)明之蒸發(fā)皿用刮刀將TiB2粉末和作為粘結(jié)劑的甘油構(gòu)成的漿液涂敷在蒸發(fā)皿這進行金屬蒸發(fā)的表面(10×20×120mm/47.5重量％TiB2和52.5重量％BN)上。實施例4本發(fā)明之蒸發(fā)皿與已知蒸發(fā)皿的對比用與實施例1-3所述之蒸發(fā)皿相同批料的燒結(jié)材料(47.5重量％TiB2和52.5重量％BN)制備另外一個蒸發(fā)皿，其尺寸與上述蒸發(fā)皿的相同，以作為對比蒸發(fā)皿。
在規(guī)定的條件下比較該對比蒸發(fā)皿和實施例1-3中制備的蒸發(fā)皿。
在正面夾住蒸發(fā)器，然后在加熱前，在蒸發(fā)皿之進行金屬蒸發(fā)的表面中間鋪設(shè)2g鋁線。抽成小于1×10-4mbar的真空。在該高真空下，通過功率等變軟件程序?qū)⒄舭l(fā)皿在10分鐘的時間中線性加熱至3.96KW的功率。
在蒸發(fā)器的正面直接測量蒸發(fā)器的電壓。同時，在電路的不同點測量從蒸發(fā)皿中通過的電流。以每秒間隔記錄電壓和電流的測量值。它們可作為實驗后的數(shù)據(jù)文件。
鋁對蒸發(fā)器表面的潤濕通常由在給定電壓下電流不成比例地增加來指示，該電流增加是與其上沒有鋪設(shè)鋁的蒸發(fā)器中通過的電流相比，這是因為與沒有鋁的蒸發(fā)器相比潤濕鋁可使得通過額外的電流。
如果用發(fā)生電流增加時的加熱功率除以灼熱表面來計算，對比蒸發(fā)皿的每單位面積的灼熱表面的潤濕功率為44W/cm2，而實施例1-3之蒸發(fā)皿低于40W/cm2。
該結(jié)果表明，本發(fā)明的蒸發(fā)皿與對比蒸發(fā)皿相比在更低的溫度下即可被潤濕，并因此比已知蒸發(fā)皿具有更好的初始潤濕性。
權(quán)利要求
1.一種用于金屬蒸發(fā)的陶瓷材料制蒸發(fā)皿，該蒸發(fā)皿包括導(dǎo)電性組分和非導(dǎo)電性組分，其中，所述陶瓷材料中的導(dǎo)電性組分集中在蒸發(fā)皿之進行金屬蒸發(fā)的表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)皿，其中，在蒸發(fā)皿之進行金屬蒸發(fā)的表面處的導(dǎo)電性組分的含量至少比該蒸發(fā)皿之其余材料中的高2％(相對)。
3.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)皿，其中，陶瓷材料的導(dǎo)電性組分層位于所述蒸發(fā)皿之進行金屬蒸發(fā)的表面上。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的蒸發(fā)皿，其中，所述導(dǎo)電性組分是TiB2。
5.制備如權(quán)利要求1、2、3、或4所述的蒸發(fā)皿的方法，其中，用高能光束加熱已知蒸發(fā)皿之正常情況下進行金屬蒸發(fā)的表面，使非導(dǎo)電性組分蒸發(fā)，而同時僅熔融蒸發(fā)皿的導(dǎo)電性組分。
6.制備如權(quán)利要求1、2、3、或4所述的蒸發(fā)皿的方法，其中，將包含導(dǎo)電性陶瓷組分的粉末涂敷在已知蒸發(fā)皿的表面上，然后通過高能光束將該粉末熔接上，以形成導(dǎo)電性陶瓷組分的導(dǎo)電層。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述蒸發(fā)皿之陶瓷材料中的導(dǎo)電性組分是TiB2，所述含導(dǎo)電性組分的粉末為包含TiB2的粉末。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，所述高能光束為激光。
9.制備如權(quán)利要求1、2、3、或4所述的蒸發(fā)皿的方法，其中，用包含陶瓷材料中的導(dǎo)電性組分和有機或無機粘結(jié)劑的漿液涂敷已知蒸發(fā)皿的表面，所選的粘結(jié)劑應(yīng)能夠在加熱所述蒸發(fā)皿期間蒸發(fā)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述粘結(jié)劑是甘油。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于金屬蒸發(fā)的陶瓷材料制蒸發(fā)皿,該蒸發(fā)皿包括導(dǎo)電性組分和非導(dǎo)電性組分,其中,所述陶瓷材料中的導(dǎo)電性組分集中在蒸發(fā)皿之進行金屬蒸發(fā)的表面上。所述蒸發(fā)皿具有更好的初始潤濕性能。
文檔編號C23C14/24GK1236021SQ9910735
公開日1999年11月24日 申請日期1999年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月14日
發(fā)明者馬丁·塞弗特 申請人:肯普滕電容產(chǎn)品有限公司