蒸发舟的制作方法

1.本发明涉及一种包括蒸发器主体的蒸发舟，其中所述蒸发器主体包括蒸发器表面。本发明还涉及一种用于产生此类蒸发舟的方法以及所述蒸发舟在金属化系统中蒸发金属的用途。

背景技术：

2.使用pvd(物理气相沉积)技术进行所谓的真空带式金属化是用金属涂布柔性衬底的常见方法。例如，柔性衬底可以是塑料膜、金属箔、膜或纸张。用于涂布衬底的最常用的金属是铝。通过pvd技术涂布的衬底广泛用于包装或装饰目的。除装饰目的之外，涂层可尤其用作表面保护或隔热。
3.金属蒸发到柔性衬底上发生在金属化系统中。待涂布的衬底以长带的形式在冷却辊上传递，在此过程中，衬底暴露于金属蒸气，所述金属蒸气在衬底上沉积为薄金属层。为了产生金属蒸气，通常使用蒸发舟。使用电流的直接通过将这些蒸发舟加热到大约1700℃的温度。将例如铝等金属丝引导到预热的蒸发舟上，并且首先在蒸发舟的表面液化为熔融体(约650℃)。然后将所述熔融体转换成气相以形成金属蒸气并涂布柔性衬底。整个金属化过程发生在真空中，通常在负压力为大约10-4
mbar的真空室中，这确保了金属的控制蒸发。
4.实践中常见的问题是利用液化金属对蒸发舟的表面的润湿。在蒸发过程开始时，只有一小部分表面被润湿，这会导致金属的低蒸发率(每单位时间的金属公斤数)。表面的不均匀润湿还导致蒸发舟的不均匀磨损。热金属在液体状态下具有高腐蚀性，并且与蒸发舟的表面反应，从而导致所述舟损坏。因此，化学腐蚀缩短了在操作中的蒸发舟的使用期限或使用寿命。为了能够可靠地确保恒定的蒸气流，通常需要在约几个工作小时后更换蒸发舟。
5.可在现有技术中到改进金属在表面上的润湿性的各种不同方式。实现这一点的一个可能方式是修改蒸发舟的表面。
6.ep 1 688 514 a1描述了一种陶瓷蒸发舟，其包括用于蒸发金属的蒸发器表面。蒸发器表面具有多个凹槽。凹槽安置成与施加的电流方向不平行，并且具有0.1到1.5mm的宽度、0.03到1mm的深度和至少1mm的长度。凹槽的横截面是矩形的。凹槽也可交叉，使得它们形成至少一个交点。这使得有可能在蒸发器表面上实现复杂图案，例如圆形、椭圆形、菱形、矩形、径向或格状。图案优选地占据蒸发侧的表面的至少10％。凹槽可通过机械加工、喷砂或水射流切割来产生。尤其预期具有凹槽的蒸发舟表现出改善的润湿行为和更高的耐腐蚀性。这由所谓的毛细管效应来解释，所述毛细管效应在朝向凹槽的纵向端蒸发期间“拉动”凹槽中的液体铝并且因此预期改善表面的润湿。同时，在凹槽的侧壁上存在热辐射的额外反射。这继而预期会引起蒸发器表面的温度增加，并且因此实现更高的蒸发速率。
7.us 2 962 538公开了一种蒸发元件，其包括用于改善表面的润湿性的结构化表面。结构化利用多个凹槽来实现。凹槽可彼此平行延伸并且可相交。根据一个实施例，所述凹槽可构造为具有凹槽的棋盘状交叉的“菱形图案”，其中凹槽具有矩形横截面。根据另一
实施例，描述了凹槽的梯形布置。在横截面中，此实施例中的凹槽具有针状构造。表面的结构化旨在使液体金属具有更好的润湿性，这同样由沿着凹槽的纵向作用于熔融金属上的毛细管力来解释。
8.现有技术的一个缺点在于凹槽的优选方向。如果包括纵向构造的凹槽的蒸发器表面上的接触点，例如进行接触的金属丝的接触点，不在所述表面的中心，则液体金属会在蒸发器表面上被毛细管力不均匀地拉开，因为液体金属会沿着凹槽两侧以相同的速度扩张。这可能会导致不均匀的润湿。这导致蒸发舟内的不平均热分布，因为液体金属在蒸发器表面上的一个位置处累积，这在局部上增加了电阻并且增加了温度。液体金属的较高温度会强化其腐蚀性特性，并因此导致蒸发舟的使用寿命短暂。因此，在实践中，必须相应地调整通过蒸发舟的电流的流动，这会导致昂贵的额外工作。
9.在de 10 2008 016 619 b3中描述了改善润湿性的另一方式。此专利公开了一种蒸发舟，其包含包括多个凹陷部的蒸发器表面。所述凹陷部优选地构造有圆形或圆环形开口。所述凹陷部应主要通过改变凹陷部的侧壁与相邻蒸发器表面之间的边缘处的润湿角度而具有润湿促进作用。因此，金属丝的接触点有可能不在蒸发器表面的中心，并且不会导致不均匀的润湿。

技术实现要素：

10.本发明的基本目标是提供一种具有较高蒸发速率并且因此具有较长使用寿命的蒸发舟。
11.根据本发明，通过根据权利要求1所述的蒸发舟来达到所述目标。
12.根据本发明的蒸发舟的有利实施例在可任选地彼此组合的子权利要求中指定。
13.为了实现所述目标，提供一种包括蒸发器主体的蒸发舟，其中所述蒸发器主体包括沿着蒸发器主体的纵向方向延伸的蒸发器表面。所述蒸发器表面具有金字塔结构化表面，其可通过在两个相互垂直的加工方向上机械加工蒸发器表面来产生。所述金字塔结构化表面包括多个结构元件，所述多个结构元件彼此直接相邻，并且具有基本矩形底表面和按锥形渐缩到顶表面或点的侧向表面。
14.可通过电流的直接通过来加热根据本发明的蒸发舟，以使得进行接触的金属丝，例如铝丝，在蒸发器表面的金字塔结构化表面上液化并在低环境压力下、具体地在金属化系统中蒸发。金字塔形蒸发器表面保持液化金属的熔融体，直到其蒸发成气相。
15.相较于通过并入现有技术中所描述的凹槽来结构化蒸发舟的表面，可用于蒸发金属的表面积可通过蒸发器表面的金字塔构造简单且经济有效地增加。因此，所述蒸发舟是具有用于蒸发的具有放大表面积的结构化加热元件。
16.更大的表面积使得蒸发舟在蒸发速率不变的情况下操作的使用寿命更长。或者，有可能设置不变的操作使用寿命和更高的蒸发速率。两种操作模式之间的选择有利地实现根据情况设置蒸发过程。一方面，可选择更长的使用寿命以及因此经济有效的过程控制，而另一方面，可通过更高的蒸发速率确保加速的过程控制。
17.金字塔结构化表面还允许改善液化金属对结构化蒸发器表面的润湿性。归因于两个加工方向，结构化包括一个或多个凹陷部，液化金属可沿着所述凹陷部分布在蒸发器表面上。这种分布由所谓的毛细管效应支持，毛细管效应沿着凹陷部将金属“拉”到凹陷部的
末端。因为加工方向彼此垂直，所以表面上不会形成优选方向。因此可确保表面的均匀润湿。
18.因蒸发器表面的结构化改善的表面润湿性在蒸发舟内提供了均匀的温度分布。这还可确保蒸发舟的更好冷却。另一方面，较差的润湿性会导致铝的局部累积，并且因此导致局部电阻更高和局部温度增加，以及伴随的腐蚀增加。
19.例如，可通过铣削来产生所述表面的金字塔结构化。因此，提到的两个加工方向可以是铣削方向。一个加工方向优选地包含多个平行铣削方向。因此，可简单并且经济有效地重新处理或修改现有蒸发器主体以产生根据本发明的蒸发器主体。如果蒸发器主体是通过烧结和热压生坯而产生，则也可在烧结和热压生坯之前尤其通过将结构化压印入生坯而产生金字塔结构化表面。
20.在一个实施例中，两个相邻结构元件的相对侧向表面跨越85
–
95
°
、优选约90
°
的外角，因为这会提供侧向表面的特别有效的张开角，其中所述张开角被定义为在侧向表面与垂直于蒸发器表面的表面之间的夹角。此类张开角为约45
°
，并且促进在结构元件的侧向表面上均匀地形成金属蒸气。金属蒸气的均匀形成是衬底的均匀涂布的基本要求。
21.根据另一实施例，结构元件的顶表面或点可具有相对于其矩形底表面0.5
–
4mm的高度，优选0.6
–
1.5mm,特别是优选0.8
–
1.2mm。以此方式构造的结构元件促进熔融金属在结构元件周围的高效流动，并且因此允许表面的均匀润湿。
22.在另一实施例中，结构元件的底表面基本为正方形。因此，有可能实现金属从蒸发器表面的特别均匀的蒸发。
23.基本正方形的底表面的一边的长度对应于两个相邻结构元件的两个点或中心之间的距离，其中所述距离具有1-8mm，优选3-6mm，特别是优选4-5mm的长度。这种对称关系根据相互垂直的加工方向产生。这在蒸发器表面上产生高度对称和周期性的结构元件布置。对称性可描述为立方体，因此沿着表面上的特定方向不具有优选方向，这在最坏的情况下可能会导致所述表面的不均匀润湿。
24.根据本发明，两个相互垂直的加工方向不中断地以直线延伸，因为这使得有可能确保液化金属在蒸发器表面上的良好润湿性。因此可用特别小的工作量来产生蒸发舟的蒸发器表面。
25.金字塔结构化表面具有比机械加工之前的蒸发器表面至少大5％、优选10％、特别是优选15％的表面积是有利的。因此，有可能设置较高蒸发速率伴随不变的操作使用寿命或不变的蒸发速率伴随较长的操作使用寿命。
26.在另一实施例中，蒸发舟可作为电阻通过电流的直接通过来加热。归因于结构化表面和液体金属进行的相关联均匀润湿，蒸发舟形成均匀的电阻，因为由于蒸发器表面上的液体金属局部累积而产生的平行电阻减少。
27.根据另一实施例，蒸发舟可由选自tib
2-bn、tib2-bn-aln和tib2-bn-aln-w组成的组中选择的烧结陶瓷材料制成。通常，使用由例如二硼化钛的导电组分和例如氮化硼和/或氮化铝的电绝缘组分或钨组成的混合物，其形成为生坯，然后进行热压和烧结。取决于导电和非导电组分的混合比50wt％，各自(+/-10wt％)，有可能设置600
–
6000μohm
·
cm的特定电加热电阻。
28.本发明还涉及一种用于产生包括金字塔结构化表面的蒸发舟的方法。所述方法包
括以下步骤：
29.a)提供具有蒸发器主体的蒸发舟，其中所述蒸发器主体包括蒸发器表面；
30.b)使用带v形切割刀片的槽铣刀在两个相互垂直的加工方向上机械加工蒸发器表面，从而形成金字塔结构化表面。
31.因此，有可能以特别小的工作量来产生此类结构化表面。因此，可简单并且经济有效地重新处理或修改现有蒸发器表面以产生根据本发明的蒸发器表面。根据本发明的金字塔结构化可通过使用v形切割刀片以特别简单的方式在所述表面上产生。使用两个相互垂直的加工方向同样确保了以很小的工作量进行机械铣削，因为蒸发舟不必耗费时间使用特定加工角度进行对准。
32.具体地说，所述v形切割刀片具有90
°
的切割刃角。这使得特别容易产生金字塔结构化表面，其中两个相邻结构元件的相对侧向表面具有85
–
95
°
的外角。
33.如果蒸发器主体是通过烧结和压制生坯而产生，则也可在烧结和压制生坯之前尤其通过将金字塔图案压印入生坯体而产生金字塔结构化表面。
34.具有金字塔结构化表面的蒸发舟也可用于在pvd金属化系统中蒸发金属。例如，de 10 2004 047 938 a1中描述了此类设备。
附图说明
35.根据以下描述和附图将了解其它优点和特征。附图示出：
36.图1为透视图，是根据本发明的蒸发舟，其包括一个金字塔结构化表面，
37.图2为平面图，是图1的蒸发舟，
38.图3为平面图，是图1的蒸发舟的金字塔结构化区域，
39.图4为平面图，是图1的蒸发舟的交点和四个结构元件，
40.图5为沿着剖面线v的截面图，是图1的蒸发舟。
具体实施方式
41.图1和2示出蒸发舟10，所述蒸发舟沿着纵向轴线d延伸并且包括蒸发器主体12以及在纵向轴线l的方向上将蒸发器主体12的端面连接成一片的第一夹持端14和第二夹持端16。
42.蒸发舟10的基本形状为圆柱体，所述圆柱体具有等腰梯形作为基部表面5。
43.此类主体还可描述为正棱柱，例如以正多边形为底表面的正棱柱。
44.在所示实施例中，蒸发器主体12可具有正棱柱的基本形状，而第一夹持端14和第二夹持端16可具有任何形状。蒸发舟10包括蒸发器表面18，所述蒸发器表面沿着蒸发器主体12延伸并且与夹持端14、16齐平。
45.还有可能向蒸发舟提供多个蒸发器表面。这可由于蒸发器主体12具有旋转对称性而得以实现，其中蒸发器主体可包括对应于旋转对称性的阶的数个蒸发器表面。从例如de 10 2020 102 483.5(未公开)了解此类蒸发舟。
46.在所示实施例中，蒸发器表面18仅由夹持端14、16的边缘22界定。然而，还可设想蒸发器表面18由另外的元件界定，特别是由凸起的边缘或边沿界定。还可设想蒸发器表面18由凹陷部界定。所述界定可在纵向轴线l的方向上或与其垂直、在蒸发器表面的横向方向
上。然而，如果蒸发器表面18未被界定并且平坦地并入夹持端14、16中，这也符合本发明。
47.第一夹持端14和第二夹持端16优选地以相同方式构造。下面使用第一夹持端部14作为实例来解释两个夹持端部14、16的构造。
48.在替代实施例中，第一夹持端14和第二夹持端16当然可彼此不同地进行构造。
49.在所示实施例中，夹持端14具有与邻近蒸发器主体12相同的基本形状，即，基部表面5为等腰梯形的圆柱体。
50.表示圆柱体的侧向表面的各边分别形成夹持端14的两个相对的外表面8、9、下侧7和上侧6，所述夹持端平坦地并入到邻近的蒸发器主体12的蒸发器表面18中。
51.蒸发器表面18具有金字塔结构化表面20。在所示实施例中，金字塔结构化表面20在整个蒸发器表面18上方延伸。金字塔结构化表面20原则上可占据蒸发器表面18的任何尺寸部分。在另一实施例中，金字塔结构化表面20可占据蒸发器表面18的至少50％，优选至少70％，特别是优选至少90％。这里，可设想，金字塔结构化表面20可占据蒸发器表面18上的任何区域。这些可形成连续的区域，即，连接的区域，或通过非结构化区域彼此分离。例如，由此形成的蒸发器表面18的图案可具有圆形、椭圆形、菱形、矩形、径向或格状形状。
52.图3示出金字塔结构化表面20的子区段的平面图。金字塔结构化表面20包括彼此直接相邻的多个结构元件24的周期性布置。结构元件24的位置和形状由两个相互垂直的加工方向预定，所述加工方向形成第一组平行凹陷部26和第二组平行凹陷部28，其中第一组26和第二组28彼此垂直。根据本发明，任何数目的凹陷部可形成第一或第二组。
53.特定设置的第一和第二组内的凹陷部26、28彼此总是具有相同距离。第一组内的凹陷部26之间的距离优选地大致等于第二组内的凹陷部28之间的距离。
54.第一组平行凹陷部26和第二组平行凹陷部28形成金字塔结构化表面20的结构元件24。由于加工方向的对称相关预定，结构元件24具有基本上矩形、优选正方形的底表面30。基本正方形底表面30由具有相同尺寸的四个边31形成，每一边与另一边成直角，其中每两个边31在基本直角拐角21处相接。因此，结构元件24的每个底表面30具有尺寸相同的四个边31和四个基本上直角的拐角21。四个侧向表面36中的一者分别在四个边31中的每个边上延伸，其中侧向表面36全都彼此全等。侧向表面36可以是圆锥形的并且与其它侧向表面36会聚到点32。在此实施例中，结构元件24形成具有毛边27的金字塔的形状，所述毛边由于加工而圆化。根据另一实施例，点32可以是圆的，或者是平坦的，并且构造为顶表面34，使得结构元件24接着具有带有圆化毛边27的截短金字塔的形状。对于本发明，结构元件24是具有顶表面34还是点32无关紧要。
55.还可设想底表面的构造是完全正方的。侧向表面可同样线性地会聚到顶表面34或点32。
56.结构元件24彼此直接相邻，其中基本方形底表面30的边31，即，两个相对底表面30的两个相对边31，各自通过凹陷部26、28中的一者相互连接，使得边31通过其各自的端部彼此齐平。因此，两个相互垂直的加工方向不中断地以直线延伸。
57.结构元件24与第一组凹陷部26和第二组凹陷部28形成高度对称的立方体布置。此布置在图4中示出，并将在下文描述。
58.第一组凹陷部26和第二组凹陷部28在多个交点38处成直角相交。结构元件24的每个拐角21邻接相应的交点38。因此，四个结构元件24的四个相应拐角21在一个交点38处会
聚。这产生结构元件24和交点38的立方体周期性，即，每个交点38具有垂直于蒸发器表面18的四重旋转轴线。因此，四个结构元件24经由四重旋转轴线d4在交点38处对称地连接，其中围绕所述轴线的90
°
旋转(角度ε)将结构元件24变换成彼此。
59.归因于立方对称性，基本正方形底表面30的一边31的长度sk对应于两个相邻结构元件24的两个点或中心之间的距离s
p
。
60.根据优选实施例，两个相邻结构元件24的相对侧向表面36跨越85
–
95
°
的外角α，特别是约90
°
(参见图5)。由于金字塔对称性，与结构元件24内的两个相对的侧向表面36之间的点32或顶表面34相关联的内角β同样具有85
–
95
°
的范围。对应于角α或β的一半的张开角γ相应地约为45
°
。
61.在另一实施例中，结构元件24的顶表面34或点32相对于其正方形底表面30具有高度。高度优选地具有0.5
–
4mm的长度，优选0.6
–
1.5mm，特别是优选0.8
–
1.2mm。
62.蒸发舟10可充当电加热电阻器，并且可由对应材料构成，并且可接着通过施加电压使电流直接通过来进行加热。
63.下文将描述根据本发明的用于产生金字塔结构化表面的方法。蒸发舟可由生坯体形成，然后进行热压和烧结。因此获得的蒸发舟具有包括蒸发器表面的蒸发器主体。根据本发明，通过在两个相互垂直的加工方向上机械加工蒸发器表面，蒸发器表面可部分或全部转换为金字塔结构化表面。机械加工可使用v形切割刀片进行。也可设想使用研磨机。蒸发器表面的机械加工因此可包含铣削或研磨。因此，有可能追溯性地产生此类结构化表面并修改现有蒸发舟。
64.在另一实施例中，例如通过使用印模压印形状，可在生坯体中直接产生金字塔结构化表面。因此，表面的结构化可在蒸发舟的烧结之前进行。
65.以这种方式产生的蒸发舟具有比未加工的蒸发舟大的表面积。
66.下文将示出在机械加工之前的包括相应“平滑”的蒸发器表面的蒸发舟与在机械加工之后的包括金字塔结构化表面的根据本发明的蒸发舟之间的表面积比较。
67.两个蒸发舟的蒸发器表面包含具有尺寸35x100mm的矩形区域。因此，现有技术的蒸发舟的“平滑蒸发器表面”具有约3500mm2的表面积。具有金字塔结构化表面的相同35x100mm区域的结构化产生4143mm2的表面积。这对应于643mm2或18.4％的表面积增加。在此实施例中，结构元件的边长为约2mm，并且高度约为1mm，其中张开角γ约为45
°
。在替代实施例中，可使用任何尺寸，由此可根据需要调整表面积的增加。
68.此类增加的表面积实现较高蒸发速率伴随不变的使用寿命或不变的蒸发速率伴随较长的使用寿命。通过使用压电传感器以重量法确定沉积的金属量，可轻松测量蒸发速率。蒸发舟使用寿命的变化可通过蒸发器主体中的腐蚀穿透深度来确定。为此，可将包括金字塔结构化表面和“平滑”表面的蒸发舟的使用寿命彼此进行比较。
69.本发明不限于所示实施例。具体地说，一个实施例的个别特征可按需要与其它实施例的特征组合，具体地说与相应实施例的其它特征无关。
70.参考标记列表
71.基部表面5
72.上侧6
73.下侧7
74.外表面8、9
75.蒸发舟10
76.蒸发器主体12
77.第一夹持端14
78.第二夹持端16
79.蒸发器表面18
80.金字塔结构化表面20
81.拐角21
82.边缘22
83.结构元件24
84.第一组平行凹陷部26
85.毛边27
86.第二组平行凹陷部28
87.底表面30
88.边31
89.点32
90.顶表面34
91.侧向表面36
92.交点38
93.旋转轴线d494.纵向轴线l
95.外角α
96.内角β
97.张开角γ
98.直角ε
99.长度sk100.距离s
p

技术特征：

1.一种包括蒸发器主体(12)的蒸发舟(10)，其中所述蒸发器主体(12)包括沿着所述蒸发器主体(12)的纵向方向延伸的蒸发器表面(18)，其特征在于，所述蒸发器表面(18)具有金字塔结构化表面(20)，所述金字塔结构化表面能通过在两个相互垂直的加工方向上机械加工所述蒸发器表面(18)来产生，其中所述金字塔结构化表面(20)包括多个结构元件(24)，所述多个结构元件彼此直接相邻并且具有基本矩形底表面(30)和按锥形渐缩到顶表面(34)或点(32)的侧向表面(36)。2.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发舟(10)，其特征在于，两个相邻结构元件(24)的相对的侧向表面(36)跨越85
–
95
°
、优选约90
°
的外角α。3.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发舟(10)，其特征在于，所述结构元件(24)的所述顶表面(34)或点(32)相对于其基本矩形底表面(30)具有0.5
–
4mm、优选0.6
–
1.5mm、特别是优选0.8
–
1.2mm的高度。4.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发舟(10)，其特征在于，所述结构元件(24)具有基本正方形的底表面(30)。5.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发舟(10)，其特征在于，所述基本矩形的底表面(30)的一边的长度s
k
对应于两个相邻结构元件(24)的两个点(32)之间的距离s
p
，其中所述距离s
p
的长度为1-8mm，优选3-6mm,特别是优选4-5mm。6.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发舟(10)，其特征在于，所述两个相互垂直的加工方向不中断地以直线延伸。7.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发舟，其特征在于，所述金字塔结构化表面(20)具有比机械加工之前的所述蒸发器表面(18)大至少5％、优选10％、特别是优选15％的表面积。8.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发舟(10)，其特征在于，所述蒸发舟(10)能作为电阻通过电流的直接通过而加热。9.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发舟(10)，其特征在于，所述蒸发舟(10)由选自tib
2-bn、tib2-bn-aln和tib2-bn-aln-w组成的组的烧结陶瓷材料制成。10.一种用于产生根据权利要求1至9中任一项所述的包括金字塔结构化表面(20)的蒸发舟(10)的方法，其中所述方法包括以下步骤：a)提供具有蒸发器主体(12)的蒸发舟(10)，其中所述蒸发器主体(12)包括蒸发器表面(18)；b)使用带v形切割刀片的槽铣刀在两个相互垂直的加工方向上机械加工所述蒸发器表面(18)，从而形成所述金字塔结构化表面(20)。11.一种根据权利要求1至9中任一项所述的具有金字塔结构化表面(20)的蒸发舟(10)的用途，所述蒸发舟用于在pvd金属化系统中蒸发金属。

技术总结

本发明涉及一种包括蒸发器主体(12)的蒸发舟(10)，其中所述蒸发器主体(12)包括沿着所述蒸发器主体(12)的纵向方向延伸的蒸发器表面(18)。所述蒸发器表面(18)具有金字塔结构化表面(20)，所述金字塔结构化表面可通过在两个相互垂直的加工方向上机械加工所述蒸发器表面(18)来产生。所述金字塔结构化表面(20)包括多个结构元件，所述多个结构元件彼此直接相邻并且具有基本矩形底表面和按锥形渐缩到顶表面或点的侧向表面。面或点的侧向表面。面或点的侧向表面。