專利名稱：陶瓷蒸發舟、其制造方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及 一 種由導電的陶瓷基體材料制成的蒸發舟
(Verdampferschiffchen )、其制造方法及其用金屬來蒸H&質的應用。
背景技術：
用來用金屬，特別是用鋁，涂覆柔性基質的最常用的方法是所謂的高 真空帶式蒸鍍法。這里待涂覆的基質通過一經冷卻的輥引導并在此時暴露 在鋁蒸汽中，鋁蒸汽作為薄的金屬層沉積在基質表面上。
為了產生需要的恒定蒸汽流，將陶瓷蒸發器，即所謂的蒸發舟，直接 通電加熱到約1450°C。連續地輸入鋁絲，使其在陶瓷表面上液化，并在約 10"mbar的真空中蒸發。在金屬化/鍍敷設備中這樣設置一列蒸發舟，使得 在基質整個寬度上沉積厚度均勻的鋁層。
由導電的陶瓷材料制成的蒸發舟的化學成分通常包括二硼化鈦 (TiB2)，氮化硼(BN)和有選擇地包括氮化鋁(A1N)組成。其中TiB2 是導電組分，它允許像歐姆電阻一樣加熱蒸發器。
在帶式蒸鍍設備運行時， 一個主要問題在于，用所蒸發的金屬初始潤 濕(Erstbenetzung)蒸發舟。對于大的涂層厚度和基質流通量，迄今為止 借助于蒸發舟在柔性基質上只能以足夠的蒸發速率和均勻性涂覆低熔點金 屬，如鋁和鋅。其它金屬，例如銅或銀，迄今為止只能少量地從直接加熱 的鵠板式或鉬板式蒸發舟中蒸發。鎢板式蒸發舟具有與通常在帶式蒸鍍設 備中所用的陶瓷蒸發舟完全不同的形狀。其結果是，用于鎢板式蒸發舟的 夾緊裝置必須設計得完全不同于用于陶瓷蒸發器的夾緊裝置，并且當帶式 蒸鍍設備應該從鋁蒸發轉換到銅蒸發時，夾緊裝置需要復雜的改裝。鴒板
式蒸發舟的另 一個缺點是其運行期間出現彎曲/懸垂，因為鎢和銅具有不同 的熱膨脹系數。由此，在鴒板式蒸發舟中引起應力和變形。這種變形以"雙 金屬效應"的概念是眾所周知的。
DE2535569A1說明了 一種由具有一涂層的導電陶瓷材料制成的蒸發 舟，該涂層包含一種或幾種碳化物或可選地包含金屬鴒、鉭或鉬作為主要 組分。作為待蒸發金屬僅提到了 Al、 Sb、 M和鎳鉻合金絲。但那里所述 的蒸發舟在市場上未被接受。
DE3114467A1說明了 一種用于金屬蒸發的、由耐火氧化物陶資，如 Zr02，制成的蒸發舟，其中在蒸發舟內側上設置鵠和/或鉬覆層。用這種蒸 發舟應該可以在帶狀薄膜材料上涂覆金屬，如銅、鐵、鎳或這些金屬的合 金。但是由Zr02氧化物陶瓷制成的蒸發舟質脆并對熱沖擊敏感，因此不 適合于蒸發金屬。同樣，它們也未進入市場，并在實際上沒有被接受。
DE3935163C1說明了一種由氮化硼，可選的氮化鋁和硼化鈦以及鵠、 鉬和鉻組成的組中的 一種或幾種金屬組成的熱壓導電混合材料制成的、用 來蒸發鋁、銅或銀的蒸發舟。但是所述蒸發舟有這樣的缺點，即它們對于 銅或銀的潤濕差并且啟動性能差，因此在起動階段需要操作頻繁的再調節。
發明內容
因此，本發明的目的是，設想一種由導電的陶瓷基體材料制成的、用 于用金屬蒸鍍基質的蒸發舟，所述蒸發舟特別是對于待蒸發金屬具有良好 的初始潤濕性，從而可以實現好的啟動性能。此外，還應設想一種用來制 造這種蒸發舟的方法。
按照本發明，上述目的通過按權利要求1所述的用于用金屬蒸鍍基質 的蒸發舟以及通過按權利要求6和7所述的方法實現。
本發明的內容的優選和特別適宜的實施形式在從屬權利要求中說明。
本發明的蒸發舟具有對于待蒸發金屬，例如鋁、銅和銀的突出的初始 潤濕性，因此具有良好的啟動性能。所述蒸發舟不需要進一步的改裝便可 在常用的真空帶式蒸鍍設備中使用。由于良好的潤濕，可以實現銅或銀浴
的最大浴池尺寸，從而實現盡可能高的蒸發功率。借助于本發明的蒸發舟 實現的蒸發是低飛濺和均勻的，從而實現金屬化的基質高的涂層均勻性。
因此，本發明的內容是由導電的陶瓷基體材料制成的、用于用金屬蒸
鍍基質的蒸發舟，其特征為在所述蒸發舟進行蒸發金屬的表面上設置下 列涂層之一
a)由一種元素周期表第4至6副族中的過渡金屬的至少一種硼化物組 成的涂層，
b )由待蒸發的金屬和至少一種元素周期表第4至6副族中的過渡金屬 和/或其硼化物的混合物組成的涂層，
c)由至少一種元素周期表第4至6副族中的過渡金屬和/或其硼化物 組成的第一涂層和施加在第一涂層上的由待蒸發金屬組成的涂層。
此外，本發明的內容還包括這種蒸發舟的制造方法，其中在陶瓷基體 材料上涂覆涂層材料的懸浮液，接著進行干燥。
按照一種可選的用來制造這種蒸發舟的方法，通過已知的等離子噴涂 法形成涂層。
本發明的蒸發舟優選包括這樣的導電陶瓷材料，該陶瓷材料包含二硼 化鈦和氮化硼以及必要時還有氮化鋁作為主要組分作為主要組分，并通過 對這些組分進行熱壓制成。優選地，蒸發舟可以由重量百分比為45-60%的 TiB2，重量百分比為20-55%的BN和重量百分比為0-20%的A1N組成， 其中還可以包含常用的添加劑和輔助材料。
本發明蒸發舟的涂層優選地具有l-750jim,更優選地15-500nm，更進 一步*選地50-150nm的平均厚度。
本發明的蒸發舟具有在現有技術中已知的形狀，例如具有矩形橫截面 或半橢圓形4黃截面，例如由EP0962546B1已知的那樣。
本發明的蒸發舟進行蒸發金屬的表面設有下列涂層之一
a )由一種元素周期表第4至6副族中的過渡金屬的至少一種硼化物組 成的涂層，
b )由待蒸發的金屬和至少一種元素周期表第4至6副族中的過渡金屬
和/或其硼化物的混合物組成的涂層，
c)由至少一種元素周期表第4至6副族中的過濾金屬和/或其硼化物 組成的第一涂層和施加在第一涂層上的由待蒸發金屬組成的涂層。
作為元素周期表第4至6副族的過渡金屬，優選采用鈦、鋯、釩、鉬 和鎢，特別是鴒，作為硼化物特別是硼化鵠，如WB和W2Bs。實際表明 由硼化鴒組成的涂層特別適合于蒸發鋁、銅或4艮，因為這里從開始運行起 便出現良好和均勻的潤濕，這使得所述金屬在時間和空間上由低噴濺和恒 定的蒸發速率。在用來蒸發銅的由銅和鎢和/或硼化鎢的混合物組成的涂層 的情況下，涂層中銅的體積含量優選最高為50%,更優選為20%或更少， 以實現優選的初始潤濕性能。對于銀的蒸發，按照另一種實施形式，涂層 可以由銀和鴒和/或硼化鴒的混合物組成。對于鋁的蒸發，按照又一種實施 形式，涂層可以由鋁和鴒和/或硼化鴒的混合物組成。在這些實施形式中， 在相應的涂層中，銀或鋁的體積含量優選最高為50%，更優選為20%或更 少，以實現優選的初始潤濕性能。
按照本發明的蒸發舟不僅適合于用金屬，如鋁、銅或銀對柔性基質， 如紙和塑料薄膜進行高真空帶式蒸鍍，而且同樣適用于塊狀物品，例如電 視屏幕的蒸鍍。
與現有技術中已知的鋁的蒸發類似，通過采用金屬絲進行金屬蒸發，
所用的金屬絲例如可以具有約1，0-2.0mm的直徑。
用于本發明的蒸發舟的涂層的形成例如通過在蒸發舟進行金屬蒸發的 表面上一例如在型腔上一施加涂層材料的懸浮液，例如硼化鴒的丙酮懸浮
液來進行，接著進行干燥以使溶劑蒸發。但是涂層也可以通過公知的熔化 噴涂法或等離子噴涂法涂覆。
在最簡單的情況下，可以這樣實現涂層，即在蒸發舟表面上撒布顆粒, 例如WB顆粒。但是優選通過等離子噴涂法涂覆涂層，因為這時實現均勻 的涂層，該涂層對于待蒸發的金屬同樣具有均勻的潤濕。
具體實施例方式
以下例子用于進一步說明本發明。
例1:(用于銅蒸發的等離子噴涂WB涂層)
在相應的預處理后，在工作表面上給由導電的TiB2-BN-混合陶瓷制成 的尺寸為10x20xl20mir^的蒸發舟涂覆硼化鴒。硼化鵠的化學成分名義上 是WB:所用硼化鎢的倫琴射線(x射線)相分析表明，它主要由WB連 同體積百分比為5%的W2Bs組成。通過使一拋光的磨片移動通過比較件的 橫截面，在一同時一起涂覆的比較件上測量涂層厚度。涂層厚度平均為 120,。
將這樣涂覆過的蒸發舟裝入一帶式蒸鍍設備中并分別用約5克銅絲段 (銅絲直徑2mm)覆蓋。在封閉好設備并達到必要的小于10"mbar的真 空度后，將加熱功率調整到4.68KW。
在達到最終功率的約60%時，鋪;故的銅開始熔化。溫度繼續升高時， 銅開始潤濕蒸發器的涂覆區。
當輸入的功率達到約85%時，便可以開始給帶式蒸鍍設備供給銅絲。 對于該實施例采用直徑為2.0mm的銅絲。
用硼化鈦涂覆的蒸發舟在小的功率(相當于低的溫度)時便已經顯示 出非常好而且均勻的對已涂覆的工作表面的潤濕。
用本發明的這種蒸發舟，可以在6小時長的時間內保持恒定的、每分 鐘15克銅的蒸發功率，而不減低蒸發器的功率。
例2:(用于銅蒸發的等離子噴涂的W-Cu-涂層)。
在相應的表面預處理后，用等離子噴涂法給由導電的TiBrBN-AlN混 合陶瓷制成的尺寸為10x20xl20mm3的蒸發舟涂覆由金屬鎢和體積百分比 為15%的銅的混合物組成的涂層。為此采用平均粒度為25nm的鎢金屬粉 末(制造商例如為Goslar的H.C.Starck)和平均粒度為75nm的電解銅粉 末。在在等離子噴涂設備中處理之前，在釆用硬質合金滾珠的情況下在滾 輪平臺上將這兩種粉末成分干燥和勻12小時。在粉末和勻后應注意，不要 使由于比重差別大而傾向于發生分離/離析(Entmischung)的粉末由于抖 動或振動變得不均勻。 通過使一拋光的磨片移動通過比較件的橫截面，在--起涂覆的比較
件上確定涂層厚度為132jim。
在該實施例中制造的涂層由于銅明顯的紅色調可以容易地與僅包含金 屬鴒或硼化鴒的其它涂覆區分開。
將這樣涂覆過的蒸發器裝入帶式蒸鍍設備中，并分別用約4克的銅絲 段(銅絲直徑2mm)覆蓋。在封閉好設備和達到必要的〈10"mbar的真空 度后，將加熱功率調整到4.68KW。
在達到最終功率的約60%時，鋪放的銅開始熔化。在溫度進一步提高 時，銅開始非常均勻地潤濕蒸發器的涂覆區，埋在涂層中的銅粉比鋪放的 銅先熔化，因為其熱傳遞比鋪放的僅通過熱輻射加熱的銅絲段好。在涂層 內很早就熔化的銅組分促使，鋪放的銅絲段也在較低的溫度或者說功率時 熔化。均勻分布在涂層內的銅使工作表面更均勻地初始潤濕，因為通過鋪 放的銅絲段局部形成的熔體不必通過表面張力均勻化。包含在涂層內的銅 的作用是暫時的，因為來自涂層的銅、來自鋪放的銅絲段的銅和來自持續 的銅絲供給的銅相結合。
當輸入的功率達到約85%時，可以開始向帶式蒸鍍設備供給銅絲。對 于所述實施例，采用直徑為2.0mm的銅絲。
本發明的蒸發舟在91%的電功率時具有每分鐘18克銅的恒定蒸發功 率。本發明的蒸發舟具有較高的蒸發功率的原因可能在于，由粉末混合物
均勻和恒定的潤濕起到在待蒸鍍的薄膜上形成非常均勻的涂層的作用。
例3:(用于鋁蒸發的等離子噴涂的硼化鵠涂層)
在相應的表面預處理后，用等離子噴涂法向由導電的TiBrBN混合陶 瓷制成的尺寸為10x20xl20mm3的蒸發舟涂覆由硼化鎢(WB+體積百分比 約為5%的W2B5)組成的涂層。為此采用平均粒度為25nm的硼化鴒粉末 (制造商例如為:AEE Atlantic Equipment Engineers, 13 Forster Street, P.O. Box 181， ， Bergenfield，N.J. 07621，美國)。通過4吏一拋光的磨片移
動通過比較件的橫截面，在一一起涂覆的比較件上確定涂層厚度為125nm。 將這樣涂覆過的蒸發器裝入帶式蒸鍍設備中，并分別用約2克的鋁絲 段(鋁絲直徑1.8mm)覆蓋。在封閉好設備并達到必要的〈10"mbar的真 空度后，將加熱功率調整到4.68KW。
在達到最終功率的約45%時，鋪放的鋁開始熔化。溫度繼續升高時， 鋁開始非常均勻地潤濕蒸發器的涂覆區。
與由BN +TiB2制成的未涂覆蒸發器相比，在本發明的蒸發舟中初始潤 濕過程進行更為快速和均勻。這種特性歸結于，普通的BN十TiBr蒸發舟 在TiB2顆粒上有一層氧化層，該氧化層會妨礙被鋁很好地潤濕。具有強烈 還原作用的鋁熔液在進行良好的潤濕之前必須首先還原TiB2的氧化皮。顯 然，本發明的蒸發舟沒有妨礙潤濕的特性。這大大均勻化和加速了初始潤 濕。
當輸入的功率達到約85%時，可以開始向帶式蒸鍍設備供給鋁絲。對 于該實施例，采用直徑為1.8mm的鋁絲。
效率。均勻和恒定的潤濕起到使在待蒸鍍薄膜上形成非常均勻的涂層的作 用。
眾所周知，通過很好地充分利用工作表面，即如杲盡可能均勻地用熔 體潤濕整個工作表面，會提高蒸發器的使用壽命。本發明的蒸發器具有比 普通蒸發舟均勻的潤濕性，由此提高了使用壽命。
例4:(用于鋁蒸發的等離子噴涂的WB涂層+在它上面的附加的等離 子噴涂的Al涂層)
在相應的預處理后，用等離子噴涂法向一組由TiB;j-BN-陶瓷制成的尺 寸為10x35xl40min3的蒸發舟涂覆由硼化鴒(-WB+體積百分比約為5% 的W2B5)組成的平均厚度為136pm的涂層。同樣通過熱噴涂，在這個涂 層上再附加地施加由鋁金屬組成的涂層。鋁層厚度確定為200jim。
將這樣涂覆過的蒸發器裝入帶式蒸鍍設備中，并分別用約2克的鋁絲 段(鋁絲直徑1.8mm)覆蓋。在封閉好設備并達到必要的〈10"mbar的真
空度后，將加熱功率調整到8.20KW。
在接下來用在帶式蒸鍍設備中時，所述蒸發器具有突出的對鋁的初始 潤濕性能。
通過最佳地充分利用蒸發器的工作表面，與同樣成分的未涂覆的蒸發 舟相比，蒸發舟使用壽命提高了 18% 。 對比例(4組分蒸發器)
如DE3935163C1所述，將蒸發舟裝入帶式蒸鍍設備中。在類似于實 施例1中的步驟后，開始供給銅絲。
但是蒸發舟對于銅具有差的、不均勻的和隨時間劇烈波動的潤濕。其 結果是，不能形成穩定的蒸發速率，這導致在待蒸鍍薄膜上不均勻的涂層 厚度。
權利要求
1.由導電的陶瓷基體材料制成的用于用金屬蒸鍍基質的蒸發舟，其特征為在蒸發舟的進行金屬蒸發的表面上設置下列涂層之一a)元素周期表第4至6副族的一種過渡金屬的至少一種硼化物的涂層，b)由待蒸發金屬和至少一種元素周期表第4至6副族的過渡金屬和/或其硼化物的混合物組成的涂層，c)由至少一種元素周期表第4至6副族的過渡金屬和/或其硼化物組成的第一涂層和施加在第一涂層上的由待蒸發金屬組成的涂層。
2. 按權利要求l所述的蒸發舟，其特征為所述陶瓷基體材料由熱壓 的二硼化鈦和氮化硼以及必要時還有氮化鋁組成。
3. 按權利要求1和/或2所述的蒸發舟，其特征為涂層具有l-750nm, 優選地15-500fim，更優選地50-150fim的平均厚度。
4. 按上述權利要求之至少一項所述的蒸發舟，其特征為所述元素周 期表第4至6副族的過渡金屬從鈦、鋯、釩、鉬和鴒中選擇。
5. 按上述權利要求之至少一項所述的蒸發舟，其特征為該蒸發舟設 有由硼化鵠組成的涂層。
6. 用于制造按權利要求l-5之至少一項所述的蒸發舟的方法，其特征 為在陶瓷基體材料上施加涂層材料的懸浮液，接著進行干燥。
7. 用于制造按權利要求l-5之至少一項所述的蒸發舟的方法，其特征 為通過等離子噴涂法形成涂層。
8. 按權利要求1-5之至少一項所述的蒸發舟用于用金屬對基質進行蒸 鍍的應用。
9. 按權利要求8所述的蒸發舟用于用金屬對柔性基質進行真空帶式蒸 鍍的應用。
全文摘要
本發明涉及一種由導電的陶瓷基體材料制成的用于用金屬蒸鍍基質的蒸發舟，其特征為在蒸發舟的進行金屬蒸發的表面上設置下列涂層之一a)元素周期表第4-6副族中的一種過渡金屬的至少一種硼化物的涂層，b)待蒸發金屬和由至少一種元素周期表第4-6副族中的過渡金屬和/或其硼化物的混合物組成的涂層，c)由至少一種元素周期表第4-6副族中的過渡金屬和/或其硼化物組成的第一涂層和施加第一涂層上面的由待蒸發金屬組成的涂層。本發明的蒸發舟表現出對于待蒸發金屬的良好的初始潤濕，使得可以進行低飛濺和均勻的蒸發。
文檔編號C23C14/24GK101171361SQ200680015097
公開日2008年4月30日 申請日期2006年4月26日 優先權日2005年5月4日
發明者C·萊斯尼亞克, D·朗格, M·塞弗特 申請人:Esk陶瓷有限及兩合公司