專利名稱：多層閃蒸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于金屬閃蒸的電阻加熱閃蒸器，更具體地涉及閃蒸器的蒸發(fā)容器，該容器由石墨體與熱解氮化硼外涂層組成。
背景技術(shù)：
真空沉積是在金屬、玻璃和塑料的各種基體上涂覆金屬的一種普通方法，這些涂覆的金屬例如鋁、銅、鋅和錫。利用電阻加熱，金屬在一通稱為“蒸發(fā)舟”的容器中蒸發(fā)。該容器與電源連接，加熱容器至某一溫度，以使與蒸發(fā)舟接觸的金屬加料蒸發(fā)。產(chǎn)品置于金屬在其內(nèi)蒸發(fā)的真空室內(nèi)。產(chǎn)品可單獨(dú)或連續(xù)地送入室內(nèi)，或者產(chǎn)品就是真空室本身的部分。使用金屬蒸汽沉積可以涂覆各類產(chǎn)品諸如電視顯象管、汽車前燈以及玩具等。
將金屬加料置于在容器頂面上機(jī)加工而成的中空凹槽中。當(dāng)達(dá)到金屬蒸發(fā)溫度時(shí)，金屬加料就熔化和迅速蒸發(fā)。金屬料以強(qiáng)烈和突然的方式閃蒸，然后再用新的金屬加料重復(fù)這一過(guò)程，在給定時(shí)間周期內(nèi)得以完成的閃蒸次數(shù)控制產(chǎn)品的生產(chǎn)。據(jù)此，在一個(gè)容器中無(wú)失敗地持續(xù)閃蒸的次數(shù)將是此方法的一個(gè)關(guān)鍵的性能特征。反之，如出現(xiàn)閃蒸失敗則被涂覆的工件要刮擦或不得不重做，這都會(huì)增加時(shí)間和費(fèi)用。為避免額外費(fèi)用，在預(yù)測(cè)將出現(xiàn)失敗之前就要丟棄蒸發(fā)容器。一個(gè)使用期過(guò)短的蒸發(fā)容器勢(shì)必增加每個(gè)工件的生產(chǎn)費(fèi)用，也使生產(chǎn)效率降低。
發(fā)明概述電阻加熱金屬的方法是采用美國(guó)專利5,239,612所教導(dǎo)的由熱解氮化硼涂覆的石墨體組成的閃蒸器，此專利公開(kāi)并入本文作為參考。正如上述專利所說(shuō)，通過(guò)氨與如三氯化硼的鹵化硼的蒸汽相反應(yīng)可以形成熱解氮化硼(此后稱之為“PBN”)涂層。
根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，可以延長(zhǎng)蒸發(fā)舟的使用壽命，只要在PBN涂層和石墨體之間加入一中間層，此中間層使石墨和PBN之間分開(kāi)，而且可以允許在重復(fù)進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)石墨體和PBN涂層之間熱膨脹系數(shù)“CTE”在數(shù)值上有相當(dāng)大的不一致。優(yōu)選的中間層為熱解石墨的中間層，它的厚度最小，優(yōu)選在約0.0002和0.002英寸之間?？梢蕴娲鸁峤馐钠渌牧习ㄟx自碳化硼(B4C)、碳化鉭和碳化硅的一組金屬碳化物。
本發(fā)明的閃蒸蒸發(fā)容器包括具有其中加入待蒸發(fā)金屬的凹槽的石墨體。所述石墨體的熱解氮化硼外涂層和至少一層將凹槽內(nèi)所述熱解氮化硼涂層與所述石墨體分開(kāi)的中間層，所述中間層由選自熱解石墨、碳化硼(B4C)、碳化鉭和碳化硅的一組材料中的一種所組成和其厚度不超過(guò)約0.002英寸。
附圖簡(jiǎn)述在參照附圖閱讀本發(fā)明下面的詳細(xì)說(shuō)明之后本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。


圖1是本發(fā)明蒸發(fā)容器的投影視圖；和圖2是圖1沿2-2線的截面圖。
發(fā)明詳述對(duì)于電阻型蒸發(fā)舟10的形狀有一個(gè)嚴(yán)格要求，即要與電阻回路相匹配。通常如圖1所示做成窄長(zhǎng)形，同時(shí)在石墨體11的至少一個(gè)表面14機(jī)加工成一個(gè)凹槽或凹陷12。石墨體11最好是由高密度、高強(qiáng)度的石墨塊形成，并有一薄層熱解氮化硼的涂層。涂覆氮化硼的方法是常規(guī)的，主要包括在裝有石墨體的加熱爐反應(yīng)器中以合適比例導(dǎo)入氨蒸汽和氣相的鹵化硼，加熱爐維持在可控溫度1800°-2200℃之間。熱解氮化硼“PBN”涂層18的厚度通常不超過(guò)0.030英寸，而且除兩端15和16外完全包封石墨體11，在兩端15和16涂層被車去以暴露出石墨，從而與電力夾緊裝置相連接。
根據(jù)本發(fā)明，在石墨體11和熱解氮化硼18之間形成中間層20，這樣當(dāng)進(jìn)行重復(fù)熱循環(huán)時(shí)可提高舟10的使用時(shí)間和改善舟10的熱均勻性。在用PBN涂覆石墨體11之前，就形成中間層20，最好以化學(xué)蒸汽沉積的方式形成中間層。中間層20的厚度是本發(fā)明的一個(gè)重要特征，它應(yīng)不超過(guò)約0.002英寸，最好厚度范圍在0.0002-0.002英寸之間。中間層20的作用是允許PBN層18和石墨體11的熱膨脹系數(shù)之間在數(shù)值上可以有一個(gè)相當(dāng)寬的不一致。使PBN層較少地與其下面的石墨體相結(jié)合就能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。中間層也是各向異性的和可以促進(jìn)熱的均勻性。中間層的優(yōu)選材料是熱解石墨?？梢源鏌峤馐钠渌牧习ㄟx自由碳化硼(B4C)、碳化鉭和碳化硅所組成的一組金屬碳化物材料。本文所稱術(shù)語(yǔ)“熱解石墨”是指結(jié)晶的碳質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中有高度結(jié)晶取向。在普通的石墨材料中未發(fā)現(xiàn)有這種結(jié)晶取向。另外，熱解石墨由于以取向的滑動(dòng)面為特征而呈現(xiàn)各向異性的物理性能，但普通石墨正相反為各向同性。化學(xué)蒸汽分解，例如在高溫下在帶有適宜惰性稀釋劑的反應(yīng)室中的甲烷氣，可形成熱解石墨。
PBN和石墨的熱膨脹系數(shù)“CTE”并非一定與溫度呈線性關(guān)系，在1500℃的典型操作條件下的膨脹百分率對(duì)于大多數(shù)商葉使用密度的PBN為0.4％-0.5％，而對(duì)于石墨最低為0.6％，很多級(jí)別的石墨這膨脹百分率還要高得多。使用中間層20則可以防止由于重復(fù)熱循環(huán)造成的過(guò)早閃蒸失敗。
熱解石墨的高度各向異性使它成為隔開(kāi)石墨體11和PBN外涂層18的中間層的最佳選擇。但是中間層20必須足夠薄，以便在熱重復(fù)循環(huán)期間它的熱膨脹系數(shù)并不起實(shí)質(zhì)性的作用。在用PBN涂覆之前在石墨體表面上沉積的薄層熱解石墨20也將使任何局部過(guò)熱點(diǎn)均勻化。平行于薄層表面的熱傳導(dǎo)典型地為700瓦/米·°K，比通過(guò)薄層厚度的熱傳導(dǎo)(典型為3.5瓦/米·°K)要高約200倍。
熱解石墨(PG)層20的厚度將提供石墨體11和PBN層18之間不同的分隔量，因而也就提供不同的加熱水平。其它材料也可以用作PG的替代物，或PG和/或其它材料的幾個(gè)薄層的復(fù)合體也可使用，其它材料比如選自由碳化硼(B4C)、碳化鉭和碳化硅一類金屬碳化物材料。
權(quán)利要求
1.閃蒸器蒸發(fā)容器，此容器用于在重復(fù)熱循環(huán)條件下閃蒸金屬，此容器包括帶有凹槽的石墨體，其中加入待蒸發(fā)金屬；所述石墨體的一個(gè)熱解氮化硼外涂層；和至少一層將所述熱解氮化硼涂層與所述石墨體分隔開(kāi)的中間層；所述中間層由選自熱解石墨、碳化硼(B4C)、碳化鉭和碳化硅的一組材料組成，以及中間層的厚度不超過(guò)約0.002英寸。
2.權(quán)利要求1的閃蒸器，其中所述中間層由熱解石墨組成。
3.權(quán)利要求2的閃蒸器，其中所述中間層的厚度范圍介于0.0002英寸-0.002英寸之間。
4.權(quán)利要求1的閃蒸器，其中所述中間層由多層薄層組成，其總厚度不超過(guò)約0.002英寸。
全文摘要
供在重復(fù)熱循環(huán)條件下閃蒸金屬用的閃蒸器蒸發(fā)容器，包括一石墨體，熱解氮化硼外層和一中間層，中間層由選自熱解石墨、碳化硼(B
文檔編號(hào)C04B41/89GK1167509SQ95196451
公開(kāi)日1997年12月10日 申請(qǐng)日期1995年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月28日
發(fā)明者J·T·馬連納, D·A·朗沃思 申請(qǐng)人:先進(jìn)陶瓷公司