汽化單元以及借助所述類型汽化單元來真空涂布物件的方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的汽化單元以及借助這種汽化單元來真空涂布物件的方法。
[0002]例如，此類型的汽化單元可見于US 2011/013891 A1或W0 2008/092423 A1。
[0003]這種汽化單元被設(shè)計為具有限定的比電導(dǎo)率的陶瓷主體。就用金屬(特別是鋁)涂布柔性基板而言，此類型的汽化單元通常用于借助PVD(物理氣相沉積)技術(shù)的稱為真空汽提金屬化設(shè)備的設(shè)備。例如，柔性基板可為紙張、塑料薄膜以及紡織物。
[0004]汽化單元經(jīng)由電阻式加熱器而加熱至規(guī)定溫度，例如，在1500°C與1900 °C范圍內(nèi)的溫度。將要汽化的金屬以金屬線材的形式供料至汽化單元頂側(cè)，最初，先會熔融金屬線材，然后在約1 4kPa(10 4毫巴)的真空下汽化熔融金屬。汽化單元通常在它們的頂側(cè)具有槽狀腔體，用于容納熔融金屬。
[0005]為了進(jìn)行電阻加熱，電極(特別是銅電極)分別鄰接汽化單元的相對面，這些電極通常被冷卻至250 °C。
[0006]原則上，目標(biāo)在于盡可能地均勻且充分地潤濕汽化單元，同時實現(xiàn)較高汽化速率以有利于以較高涂覆速率涂布的物件實現(xiàn)均勻的金屬化。然而，通常實現(xiàn)這個目標(biāo)極其困難。除了別的以外，這是由于以下事實:金屬線材通常并非是在精確中心位置被供料至汽化單元，由此導(dǎo)致熔融金屬不對稱地潤濕汽化表面。在某種程度上，這另外會致使液態(tài)金屬在一側(cè)上已經(jīng)到達(dá)汽化單元的邊緣并與相對冷的電極接觸。這導(dǎo)致了金屬噴派，這對高質(zhì)量涂布是不可取的。為了防止發(fā)生這種情況，原則上可使溫度(以及由此汽化速率)增加。然而，隨著溫度增加，也會產(chǎn)生稱之為化學(xué)腐蝕的問題，這個問題由此減少汽化單元的整體使用壽命。例如，蒸發(fā)器單元通常具有在5與25工作小時之間范圍內(nèi)的使用壽命。
[0007]—般來說很難實現(xiàn)所希望的限定汽化器表面區(qū)域(例如，其由腔體形成)的均勻、完全潤濕。當(dāng)此類型的汽化單元工作時，通常僅會潤濕由腔體形成的汽化器表面區(qū)域的部分區(qū)域。
[0008]實際還可看出與汽化器表面的不完全潤濕有關(guān)的另一問題，這是因為在未潤濕的部分區(qū)域中缺乏經(jīng)由液化金屬而進(jìn)行的冷卻，這些部分區(qū)域具有顯著較高溫度。這些區(qū)域還被稱為“熱點”。這些區(qū)域部分地達(dá)到超過2000°C的溫度，這會導(dǎo)致汽化單元的損壞和損毀。
[0009]本發(fā)明的目的
[0010]從這一點出發(fā)，本發(fā)明是基于以下目的:實現(xiàn)汽化器表面的完全潤濕，尤其是在不帶來使汽化單元邊緣上的熔融金屬與電極接觸的風(fēng)險的情況下，并且由此還防止噴濺。
[0011]實現(xiàn)本發(fā)明的方法
[0012]所述目的是根據(jù)本發(fā)明通過具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的特征的汽化單元以及通過具有根據(jù)權(quán)利要求11所述的特征的方法實現(xiàn)。所提出的關(guān)于汽化單元的優(yōu)點和優(yōu)選的實施例也將合理地應(yīng)用于本方法。
[0013]汽化單元具有頂側(cè)，所述頂側(cè)包括用于汽化金屬的汽化器表面。內(nèi)腔結(jié)合到頂側(cè)中，該內(nèi)腔由環(huán)繞幅材限定，外腔繼而又鄰接環(huán)繞幅材。以此方式，內(nèi)腔形成汽化器內(nèi)表面，并且外腔形成汽化器外表面。這意味著外腔還在操作期間被加熱器充分加熱，使得到達(dá)該外腔中的熔融材料被汽化。
[0014]因此，環(huán)繞幅材為由環(huán)繞幅材所側(cè)向限定的一種類型的收集盤。該收集盤接收要汽化的熔融材料。該材料通常以線材的形式按上文所述方式供料。線材因高溫汽化單元而熔融。
[0015]因此，內(nèi)腔形成內(nèi)部主要汽化表面，同時外腔具體起到溢流保護(hù)作用。這個內(nèi)腔通常被設(shè)計為(具體來說，中心)盆狀凹陷，該盆狀凹陷被設(shè)計用于容納將在操作期間被汽化的熔融材料，并且因此這個內(nèi)腔具有底板以及限定側(cè)壁。
[0016]就所了解的內(nèi)容看，在常規(guī)情況下，僅頂側(cè)的有限區(qū)域會被潤濕，因此本文所述的汽化單元從一開始就有意經(jīng)由內(nèi)腔的設(shè)計而將頂側(cè)的有限區(qū)域提供為主要汽化表面。該區(qū)域在操作期間完全潤濕，其中環(huán)繞幅材用于確保即使金屬線材是偏離中心供料的，內(nèi)部汽化表面也會均一、完全潤濕。金屬流動受限于環(huán)繞幅材，并且由此金屬會分散到其余的自由分散方向，即使是從邊緣偏離中心供料也是如此。由于熔融金屬完全潤濕并均勻分布在該內(nèi)腔內(nèi)，因此，還會出現(xiàn)均勻且均一的溫度分布，由此實現(xiàn)均勻汽化。這種均勻的溫度分布還允許設(shè)定合適但不會過高的操作溫度，由此相較于常規(guī)汽化單元會減少汽化單元上的應(yīng)變。具體來說，這減少了化學(xué)腐蝕問題。
[0017]此內(nèi)腔的另一特殊優(yōu)點還可見于以下事實，通過用熔融金屬完全填滿內(nèi)腔，相較于其中熔融金屬并未受環(huán)繞幅材限制的常規(guī)汽化單元而言，熔融金屬流速總體有所降低。以此方式，汽化單元上的由通常在中心出現(xiàn)的所謂沖蝕造成的應(yīng)變顯著減少。
[0018]另一重要方面則可見于外腔。也就是說，如果熔融金屬在幅材上溢流(例如，由于較高供料速率)，那么會將該熔融材料的這個溢流部分可靠地捕獲于該外腔中。因此，這提供了另外的外部或次要汽化表面。這可靠地防止液態(tài)金屬與已冷卻的電極接觸的風(fēng)險，如果發(fā)生這種風(fēng)險，則將造成金屬噴濺。
[0019]因此，有目的地將外腔設(shè)計為環(huán)繞通道，使得外腔完全環(huán)繞內(nèi)腔。因此，兩個腔體借助幅材彼此連續(xù)分離。
[0020]外腔沿邊緣有利地連續(xù)整合到頂側(cè)中。因此，至少幾乎整個頂側(cè)表面都被外腔包圍。在外腔外并不存在另外的腔體。另外，該內(nèi)腔優(yōu)選地完全覆蓋由外腔所環(huán)繞的頂側(cè)區(qū)域，但不覆蓋外腔的如由幅材限定的間隙。因此，僅存在單個中心內(nèi)部槽狀腔體。這個腔體具有連續(xù)、不中斷的底板，該底板特別是還不具有分離的幅材或凹陷。
[0021]所需汽化溫度的設(shè)定非常易受各種影響因素(例如，在一方面是電阻式加熱器的熱量輸出，而另一方面則是熔融材料的供料速率和冷卻性能)影響，并且還具體取決于潤濕區(qū)域與總表面之比。在這種情況下，內(nèi)部汽化表面優(yōu)選地占汽化單元頂側(cè)的總表面區(qū)域的25 %到85 %之間并且特別是占40 %到65 %之間。
[0022]此類型的汽化單元通常具有頂側(cè)，頂側(cè)寬度為25mm至50mm、例如特別是為35mm，并且頂側(cè)長度在100mm至150mm的范圍內(nèi)，特別是為130mm。這種汽化單元的典型材料厚度為8_至15_，特別是為10_。
[0023]該內(nèi)腔的寬度大體等于例如汽化單元的總寬度的30%至60%。同時，該內(nèi)腔的長度優(yōu)選地在腔體總長度的60%至80%的范圍內(nèi)。在這些比例內(nèi)，就能夠可靠地實現(xiàn)該內(nèi)部汽化表面的所需均勻潤濕。
[0024]原則上，幅材主要用于限定內(nèi)腔并且界定外腔。幅材寬度優(yōu)選地經(jīng)測定為在0.5mm與5mm之間，特別是在1mm與4mm之間。
[0025]出于相同目的，即可靠地確保完全且均勻地潤濕整個內(nèi)部汽化表面，內(nèi)腔具有具體由幅材確定的深度，該深度經(jīng)測定為在0.1mm與5mm之間，特別是在0.3mm與3mm之間。
[0026]根據(jù)有利的改進(jìn)，外腔深于內(nèi)腔。這提供了以下特殊優(yōu)點:外部汽化表面由于在一定程度上較低的材料厚度而具有更高溫度，由此確保任何溢流熔融材料發(fā)生既定汽化。作為另外一種選擇，腔體具有相同深度，或外腔比內(nèi)腔更淺。該實施例還取決于在外腔中將設(shè)定的所需溫度，這個溫度還受汽化單元的剖面形狀的影響。
[0027]如已說明，外腔用作次要汽化表面并對應(yīng)地具有相較于內(nèi)腔而言顯著更小的汽化表面。具體來說，外腔具有在內(nèi)部汽化表面的10%至35%的范圍內(nèi)的外部汽化表面。
[0028]另外，內(nèi)腔優(yōu)選地成形為對應(yīng)于汽化單元的周邊輪廓。由于這個周邊輪廓通常是呈矩形形式，因此內(nèi)腔同樣優(yōu)選地為矩形形式。原則上，汽化單元是呈細(xì)長形式，使得內(nèi)腔大體同樣是細(xì)長的。也可采用卵形形式替代矩形形式。該幅材優(yōu)選地具有始終分別相同的壁厚度，使得外腔具有與內(nèi)腔相同的外部輪廓。
[0029]當(dāng)操作汽化單元來對柔性物件(具體來說例如箔)進(jìn)行蒸氣涂布時，汽化單元借助前述電極整合到電路中，并且通過電阻加熱。因此，例如，汽化單元通常被加熱至1500°C至1700°C的溫度。待汽化的金屬(通常為鋁)常作為線材來連續(xù)供料至內(nèi)腔中，接著在內(nèi)腔中熔化。因此，一方面用于加熱該汽化單元的熱量輸出(其由電流確定)與另一方面被汽化金屬的供料速率彼此匹配，使得內(nèi)腔完全被熔化金屬所覆蓋。因此，這構(gòu)成了幾乎靜止的狀況。因此，通過環(huán)繞幅材以及由此形成的收集盤，所述收集盤填充有熔融金屬，使得整個內(nèi)部汽化表面被熔融金屬所覆蓋。
【附圖說明】
[0030]本發(fā)明的示例性實施例基于附圖更詳細(xì)地闡述。這些實施例經(jīng)由簡化示意圖示出:
[0031 ]圖1汽化單元頂側(cè)的頂視圖，
[0032]圖2沿剖面線A-A穿過如圖1