專利名稱：延長加熱元件在低溫下的使用壽命的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及延長加熱元件(heating elements)在低溫下的使用壽命的方法，更具體地，延長含有硅化鉬和硅化鉬鎢，包括這些基材的各種合金的元件的使用壽命。這種元件是由申請人在大量的申請中制備的。
背景技術(shù)：
當(dāng)這種元件在相對低的溫度下，如在約400-500℃的溫度下操作時，將不會生成保護(hù)性的二氧化硅殼(scale)(所謂的玻璃層)，這與在高溫下對元件進(jìn)行操作時相反。相反，元件會遭遇到所謂的有害物質(zhì)(pest)，意思是在元件的表面上會形成非保護(hù)性的MoO3和SiO2層。這種混合物是多孔的并易于分解，從而使元件的使用壽命明顯縮短。
但是，盡管如此，有些應(yīng)用場合還把這種元件作為最好的選擇。在這方面的一個例子是在制造電子電路中LPCVD室(低壓化學(xué)蒸汽沉積)的加熱時。
這種加熱元件的低溫性質(zhì)可以通過在約1500℃或更高的溫度下將元件預(yù)氧化以形成SiO2表層(skin)而得以提高。這種表層將會減緩有害物質(zhì)的形成。
所提出的方法會大大延長這種加熱元件的使用壽命。
技術(shù)方案因此，本發(fā)明涉及一種延長主要含有硅化鉬和硅化鉬鎢及這些基材的各種合金的加熱元件在低溫下，如400-800℃的溫度下操作時的使用壽命的方法，其中所述方法的特征在于當(dāng)對所述元件進(jìn)行操作時，使元件周圍氣氛的水含量低于約1體積％。
本發(fā)明基于一個令人驚奇的發(fā)現(xiàn)，即，即使氣體中氧含量非常高，但當(dāng)元件周圍氣體中水含量保持在低水平的時候，形成的MoO3和SiO2氧化物產(chǎn)物的量會極少。
附圖簡述現(xiàn)在將參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的闡述，其中

圖1表明對于不同氣體來說，氧化物厚度與時間的關(guān)系圖，和圖2表明由氧化引起的增重與周圍氣體水含量的關(guān)系圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及一種延長主要含有硅化鉬和硅化鉬鎢及這些基材的各種合金的加熱元件在相對低的溫度下，如400-800℃的溫度下操作時的使用壽命的方法。在這一溫度范圍內(nèi)，這種元件遭遇到所謂的有害物質(zhì)。一方面，元件的操作溫度隨著元件的使用方法進(jìn)行變化，另一方面，它也隨著元件的物質(zhì)組成而發(fā)生變化。
有害物質(zhì)是由MoSi2和O2形成MoO3和SiO2。這種氧化物混合物相對多孔，因此不會提供任何的保護(hù)來避免繼續(xù)氧化。
根據(jù)本發(fā)明，要使元件操作時周圍氣氛的水蒸汽含量低于約1體積％，這會使有害物質(zhì)的生長顯著降低。
圖1示出450℃時不同氣氛下MoO3和SiO2的氧化物厚度。在圖1中，干燥空氣意指空氣的水含量為0.0005體積％。氧氣(O2)是指相當(dāng)干燥的氧氣，O2+10％ H2O意指帶有10體積％水的氧氣。
從圖1可明顯地看出，氧化物生長已經(jīng)得到了極大的限制，并且對干燥空氣和干燥氧氣來說基本相同，而當(dāng)周圍氣氛含有10體積％水時，氧化物生長速率要快10倍以上。
圖2示出元件溫度為450℃時，由于形成所述氧化物而發(fā)生的物質(zhì)增重與加熱元件周圍氣氛中水含量的體積％之間的關(guān)系。
從圖2可以很明顯地看出，氧化，有害物質(zhì)的形成隨著水含量的增加呈直線上升。
業(yè)已證實(shí)，在周圍氣氛的水含量不同時，會形成不同的氧化物結(jié)構(gòu)。
在450℃下，72小時和210小時后，會分別形成由嵌入到無定形SiO2中的MoO3-晶體組成的氧化物，這兩種氧化物的比例看起來保持固定不變。
在含有10體積％水的氧氣氣氛中，72小時和210小時后，分別會形成更多的MoO3-晶體。相對于MoO3的比例來說，看起來SiO2的比例會隨著時間而不斷降低。
因此，周圍氣氛的水含量會影響所形成氧化物的結(jié)構(gòu)和數(shù)量。所形成氧化物的結(jié)構(gòu)和數(shù)量比例可以用來解釋以上所討論的，相對于周圍氣體的水含量來說，氧化物的生長所發(fā)生的很大的差異。
也可表明，周圍氣氛中氧氣的量對于氧化物的生長沒有明顯的影響。
正如在介紹中提到的，在某些工業(yè)過程中，前述元件在所述溫度下使用。
如前所述，本發(fā)明的特征在于使周圍氣氛中水含量低于約1體積％。圖2表明，在這種情況下，氧化物生長僅比使用完全干燥的氣氛時稍微大一些。
但是，優(yōu)選將水含量控制在低于約0.5體積％。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，元件周圍的氣氛由具有前述水含量的空氣組成，這種干燥度的空氣可以通過商購裝置或設(shè)備來生產(chǎn)，也可以通過空氣氣缸來獲得干燥空氣。
根據(jù)另一個優(yōu)選實(shí)施方案，氣氛由具有前述水含量的氧氣組成，瓶裝干燥氧氣可以用于此目的。
氣氛的選擇將依賴于加熱元件的使用方法。
在形成氧化物方面，不同于空氣和氧氣的氣氛也可能產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)果，條件是所述氣氛具有本發(fā)明的水含量。例如可以使用氮?dú)饣蚨栊詺怏w。
因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，本發(fā)明將不局限于前述的元件周圍氣氛。
權(quán)利要求
1.一種延長主要含有硅化鉬和硅化鉬鎢及這些基材的各種合金的加熱元件在相對低的溫度下，如400-800℃的溫度下操作時的使用壽命的方法，其特征在于當(dāng)對所述元件進(jìn)行操作時，使元件周圍氣氛的水含量低于約1體積％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于氣氛由水含量低于約1體積％的空氣組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于氣氛由水含量低于約1體積％的氧氣組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于使水含量低于約0.5體積％。
全文摘要
一種延長主要含有硅化鉬和硅化鉬鎢及這些基材的各種合金的加熱元件在相對低的溫度下，如400－800℃的溫度下操作時的使用壽命的方法，本發(fā)明的特征在于當(dāng)對所述元件進(jìn)行操作時，使元件周圍氣氛的水含量低于約1體積％。
文檔編號H05B3/14GK1429468SQ0180957
公開日2003年7月9日 申請日期2001年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月18日
發(fā)明者M·桑德伯格 申請人:桑德維克公司