Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohlingen für Lagersteine, die eine zentrale Öffnung besitzen, als Führungslager in Messinstrumenten dienen und aus einer keramischen Verbindung mit einer Härte nach Vickers > 2000 kg/mm2 bestehen.
Die Herstellung der genannten Lagersteine, die bisher im allgemeinen aus nach dem bekannten Verneuil-Verfahren hergestellten Rohlingen gefertigt worden sind, ist zeitraubend und kostspielig, wobei vor allem das Bohren der zentralen Öffnung mit mechanischen Mitteln oder neuerdings durch Laser-Strahlen sehr aufwendig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung derartiger Lagersteine erheblich zu vereinfachen und wirtschaftlicher zu gestalten.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Anwendung des Verfahrens der chemischen Abscheidung aus der Gasphase, bei welchem Verfahren an einen auf eine bestimmte Reaktionstemperatur aufgeheizten, aus einem Metalldraht von einigen Mikrometern Durchmesser bestehenden Trägerkörper die Elemente für die keramische Verbindung enthaltende Verbindungen gas- oder dampfförmig herangeführt u. an ihm pyrolytisch zersetzt werden, wobei der Rohling auf dem Trägerkörper abgeschieden wird.
Durch dieses, für derartige Rohlinge neue Herstellungsverfahren reduziert sich die kostspielige Bohroperation auf das Herauslösen des Trägerkörpers aus dem keramischen Werkstoff. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht daher darin, dass in dem keramischen Material von Anfang an eine durchgehende mindestens nahezu im Zentrum liegende Öffnung vorhanden ist, die lediglich nachbearbeitet werden muss. Weiterhin ist das bei dem genannten Herstellungsverfahren auftretende Wachstum der Kristallite sehr gleichmässig; der keramische Werkstoff besitzt daher keine ausgesprochene Vorzugsrichtung, in der geforderte Eigenschaften besonders ausgeprägt vorhanden sind; beim Zerteilen der Rohlinge ist es daher nicht nötig, auf irgendwelche Vorzugsrichtungen des Kristallwachstums zu achten.
Das gleichmässige Wachstum der Kristalliten lässt sich weiter verbessern, wenn der Trägerkörper indirekt durch Aufheizung des ganzen Reaktionsgefässes auf die Reaktionstemperatur gebracht wird. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei der im allgemeinen üblichen direkten Aufheizung durch einen den Trägerkörper durchsetzenden elektrischen Strom geringfügige Unregelmässigkeiten im Kristallwachstum auftreten, die zu strahlenförmig in radialer Richtung vom Trägerkörper ausgehenden Korngrenzen führen und wahrscheinlich durch das von dem Strom erzeugte elektrische Feld bedingt sind.
Eine besonders feine und über die ganze Länge des Rohlings glatte Öffnung kann in dem keramischen Material erreicht werden, wenn als Trägerkörper ein Wolfram- oder Platin/Rhodium-Draht verwendet wird, der in einem Ofen einseitig aufgehängt und durch ein Gewicht unter Zugspannung gehalten ist, wobei zusätzlich der Trägerkörper im Ofen zentriert werden kann oder während der Abscheidung um das Zentrum des Ofens und um seine eigene Achse rotieren kann.
Drähte aus Platin/Rhodium sind in der Wärme streckbar, so dass der Trägerkörper nach der Abscheidung durch Strekken leicht von dem keramischen Material gelöst und entfernt werden kann. Die einseitige Aufhängung und das Spannen des Drahtes durch ein Gewicht bewirken, dass die dem Draht bei Raumtemperatur vorgegebene Spannung auch beim Aufheizen elastisch erhalten bleibt, so dass der Draht beim Abkühlen nicht infolge vorheriger plastischer Verformung zusammenschrumpft und sich kräuselt er verläuft daher auch nach dem Aufheizen und Abkühlen parallel zu den Wänden der inneren öffnung des abgeschiedenen, keramischen Körpers, was sein Herauslösen erleichtert.
Vorteilhafterweise werden die Steine aus Karbiden, Oxiden, Nitriden oder Boriden der Metalle Silizium, Aluminium, Bor oder Titan hergestellt. Um die Trockenlaufeigenschaft der Steine zu erhöhen, kann man bei der Herstellung abscheiden, so dass der Stein neben dem Karbid Einlagerungen von freiem Kohlenstoff aufweist.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung nachstehend näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Fig. 2 und 3 geben in sehr stark vergrössertem Massstab einen Rohling wieder, der zu Lagersteinen verarbeitet wird, wobei Fig. 3 den Schnitt III - III von Fig. 2 darstellt.
Fig. 4 zeigt einen fertigen Lagerstein im Schnitt und in sehr starker Vergrösserung.
Das Reaktionsgefäss für die Abscheidereaktionen besteht aus einem Ofen 1, der durch eine mit 6 bezeichnete und z.B.
aus einer Gleichstromquelle und einem Vorwiderstand bestehende Energiequelle beheizt wird, und in dessen Hohlraum 4 ein oder mehrere Trägerkörper 5 hängen; durch je ein Gewicht 11 werden die Drähte 5 straff gespannt. Die Aufheizung erfolgt indirekt durch die innere Begrenzung des Ofenhohlraumes 4. Einzelne Drähte 5 werden dabei entweder in der Achse des zylindrischen Hohlraumes zentriert oder durch einen Motor 12 dauernd in Rotation um diese Achse und um ihre eigene Achse gehalten, um eine möglichst gleichmässige.
allseitige Abscheidung zu erreichen. Werden mehrere Drähte 5 gleichzeitig beschichtet, so werden sie aus den gleichen Gründen in ihrer Gesamtheit ebenfalls um die Hohlraumachse und zusätzlich um sich selbst gedreht.
Der nach oben und unten offene Ofenhohlraum 4 ist begrenzt durch ein Graphitrohr 13, das von dem elektrischen Heizstrom durchflossen ist. Dieser wird aus der Stromquelle 6 eingespeist und dem Rohr 13 über metallische Ringelektroden 14 zugeführt, in deren konischen Innenfläche die Enden des Rohres 13 eng umschliessende, geschlitzte Graphitkonen 15 eingepresst sind.
Das Graphitrohr 13 ist aussen von einem, beispielsweise aus Graphitfilz bestehenden, wänmeisolierenden, zweiten Rohr 16 umgeben. Die ganze Anordnung wird umhüllt von der doppelwandigen Aussenwand 17 die gegen die Elektroden 14 isoliert ist und ebenso wie diese Elektroden von einem- durch die Leitungen 2 und 3 strömenden Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, gekühlt wird, wobei die Kühlleitungen 2 und 3 für die einzelnen zu kühlenden Elemente entweder parallel oder nacheinander von dem Kühlmittel durchströmt werden, was nicht ausdrücklich dargestellt ist.
In einer Seitenwand der Aussenwand 17 befindet sich ein Beobachtungsfenster 7, vor dem ein Strahlungspyrometer 8 angeordnet ist, das zur Messung und Überwachung der Reaktionstempeiatur dient.
Oben und unten schliessen den Ofenraum 4 zwei nach aussen abgeschlossene haubenartige Hohlkörper 18 ab, von denen der obere die Halterung für den oder die Drähte 5 und den Antriebsmotor 12 für die Rotation trägt.
Die als Ausgangsmaterialien für die Herstellung der Rohlinge dienenden Verbindungen können bei Umgebungstemperatur gasförmig, flüssig oder fest sein. Darüber hinaus werden für den Ablauf der Zersetzungsreaktionen und die Bildung der keramischen Stoffe unter Umständen zusätzliche, meist gasförmige Reaktoinspartner, wie z.B. Wasserstoff, als Reduktionsmittel benötigt. Sehr häufig ist es darüber hinaus notwendig, das Verfahren unter Schutzgasatmosphäre oder bei reduzierten Drücken durchzuführen. Für die Zuführung der verschiedenen Verbindungen und Elemente zu dem Trägerkörper oder Substrat 5 sowie für das Wegführen von gasförmigen Reaktionsprodukten bzw. für das Arbeiten unter reduziertem Druck oder Vakuum besitzen die haubenartigen Hohlkörper 18 daher mehrere Leitungsanschlüsse.
In den Hohlraum des oberen Hohlkörpers 18 mündet eine Leitung 9, an die ein Messgerät 10 für die Messung des Drukkes im Reaktionsraum angeschlossen ist. Durch die Leitung 9 können gasförmige Verbindungen und Elemente dem Reaktionsraum direkt zugeführt werden. Bei Umgebungstemperatur feste und flüssige Verbindungen werden dem Reaktionsraum dampfförmig mit Hilfe eines Transportgasstromes ebenfalls über die Leitung 9 zugeführt, in der ein Dreiweg Umschalt-Ventil 19 vorgesehen ist, dessen zweiter Ausgang über eine Leitung 20 mit der Atmosphäre verbunden ist. Dieser zweite Ausgang hat die Aufgabe, vor der Durchführung des eigentlichen Herstellungsverfahrens, ein Durchspülen der Anlage zu ermöglichen.
In die Leitung 9 mündet eine Leitung 22, durch die ein weiterer gasförmiger Stoff zugeführt werden kann; weiterhin enden in der Leitung 9 zwei Leitungen 21, die von zwei Verdampfungseinrichtungen 23 und 24 für flüssige und/oder bei Raumtemperatur feste Substanzen herkommen und, ebenso wie die Leitung 9, gegebenenfalls selbst aufheizbar sind.
Jede der beiden, gleich ausgebildeten Verdampfungseinrichtungen 23 und 24 - bei den im folgenden beschriebenen Einzelheiten der Verdampfungseinrichtungen 23 und 24 sind die Bezugsziffern unter Umständen für die Einrichtung 23 mit dem Zusatz a und für die Einrichtung 24 mit dem Zusatz b versehen, sofern zwischen beiden Einrichtungen 23 und 24 unterschieden werden muss; ohne Zusatz verwendete Bezugsziffern gelten für beide Einrichtungen - besitzt eine in eine elektrische Heizhaube 25 eingebettete Verdampferblase 28, an die sich ein von einem Thermostaten 26 umgebenes Steigrohr 27 anschliesst. Temperaturfühler 29 überwachen die Verdampfungstemperatur T1 und steuern gegebenenfalls den Stromdurchgang durch die Heizhauben 25. Weitere Tem peraturfühler 30 messen und steuern die Temperatur T2 in dem Thermostaten 26 und damit im Innern der Steigrohre 27.
Die Temperatur T2 wird beispielsweise durch Verändern des Stromes eines Mediums, z.B. Wasser, durch die Thermostaten 26 auf einem konstanten Wert gehalten.
Die doppelte Temperaturmessung und -steuerung durch die Fühler 29 und 30 hat den Zweck, den Mengenanteil an verdampfter Substanz in dem dem Hohlraum 4 zufliessenden Dampf oder Dampfgas-Gemisch definiert festzulegen und zu verändern, wie später noch beschrieben wird.
In jede Verdampferblase 28 mündet eine Leitung 31 durch die ein Transportgas für den in der Blase 28 erzeugten Flüssigkeitsdampf eingespeist werden kann.
Die Leitungen 9, 22 und 31 sind je mit einem, beispielsweise als Nadelventil ausgebildeten, einstellbaren Drosselorgan 33 und einem Strömungsmesser 34 versehen; sie besitzen ausserdem je einen Druckmesser 35, mit dem der Eingangsdruck in die Anlage für die jeweils in diesen Leitungen geführten Gase gemessen wird. Alle diese Leitungen sind an nicht dargestellten Quellen, z.B. Gasfiachen, für die entsprechenden Gase angeschlossen, wobei unter Umständen dar über hinaus ebenfalls nicht gezeigte Gasreinigungsvorrichtungen vorhanden sein können.
Schliesslich gehen von dem unteren Hohlkörper 18, der gleichzeitig als mechanische Abstützung für den Ofen 1 dient, zwei weitere Leitungen 36 und 37 aus, die über je ein einstellbares Drosselorgan 38 und 39 in die Atmosphäre führen, wobei in der Leitung 37 darüber hinaus eine mehrstufige Vakuumpumpe 41 vorgesehen ist, mit der Vakua bis zu 10-6 mm Hg erzeugt und aufrecht erhalten werden können.
Die Dosierung gasförmiger Stoffe erfolgt direkt durch die Drosselorgane 33 mit Hilfe der Strömungsmesser 34, wobei die abgelesenen Durchsatzmengen mit Korrekturen versehen werden, die jeweils vom Eingangsdruck der Gase (Messgerät 35), dem Gesamtdruck der Anlage (Messgerät 10) und der Reaktionstemperatur (Temperaturfühler 8), sowie der Dichte der Gase abhängig sind. Die Korrekturen sind notwendig, weil die käuflichen Strömungsmesser im allgemeinen auf Luft bei bestimmter Temperatur und bestimmten Druck geeicht sind. Änderungen der Durchflussmengen werden durch ein Verstellen der Drosselorgane 33 von Hand oder automatisch vorgenommen.
Der Volumen- oder Molanteil des aus bei Raumtemperaturen flüssigen oder festen Verbindungen gewonnenen Dampfes wird über die Temperatur in der Verdampferblase 28 und über diejenige im Steigrohr 27 auf folgende Weise festgelegt und verändert, wobei die bei Raumtemperatur festen Verbindungen durch Aufheizen auf ein höheres Temperaturniveau in der Blase 28 ebenfalls flüssig vorliegen. Ein durch die Elemente 33 und 34 bekannter Mengenstrom pro Zeiteinheit an Transportgas strömt durch die Leitungen 31 in die Verdampferblasen 28 und wird dort entsprechend der in ihnen herrschenden Temperatur T1 partiell mit Dampf gesättigt.
Beim Durchströmen des Steigrohrs 27 und damit des Thermostaten 26, der auf eine gegenüber der Temperatur T1 um etwa 10 - 20"C niedrigere Temperatur eingestellt ist, wird ein Teil des mit dem Gas transportierten Dampfes wieder kondensiert. Daher ist das Dampf-Gasgemisch bei Eintritt in die Leitung 21 entsprechend der Temperatur T2 mit Dampf gesättigt. Aus dem bekannten Dampfdruck der Flüssigkeit bei T2 kann dann der Molanteil des Dampfes bei bekanntem Ge samtdruck der Anlage (Messfühler 10 in Leitung 9) berechnet werden. Da der Volumenstrom des Transportgases bekannt ist, ist damit auch der Volumen- oder Molstrom des Dampfes, d.h. die dem Reaktionshohlraum 4 pro Zeiteinheit zugeführte Dampfmenge an in der Einrichtung 23 oder 24 verdampfter Substanz bekannt.
Eine Änderung des Dampfstromes erfolgt über Änderungen der Temperaturen T1 und T2 mit Hilfe des Heizstromes für die Hauben 25 und/oder des Stromes durch den Thermostaten 26 sowie durch Änderung des Transportgasstromes mit Hilfe der Elemente 33 und 34 und/ oder des Druckes im System mit Hilfe der Elemente 38 oder 39.
Die Reaktionsparameter - Reaktionstemperatur (Strahlungspyrometer 8) und -Druck (Messfühler 10) - müssen ebenfalls dauernd überwacht werden. Die mit dem Pyrometer 8 gemessene Gesamtstrahlungstemperatur dient dabei zur Steuerung des Heizstromes in der Heizeinrichtung 6. Mit dem Druckfühler 10 gemessene Druckänderungen werden durch Verstellen der Drosselorgane 38 bzw. 39 in den Leitungen 36 bzw. 37 ausgeglichen.
Als Substrat oder Trägerkörper 5 können Drähte aus geeigneten hochschmelzenden Metallen - wie zum Beispiel Wolfram (W), Molybdän (Mo) oder Tantal (Ta) - oder geeignete Metallegierungen, z.B. aus Platin/Rhodium, (Pt/Rh) dienen, wobei, wie geschildert, Drähte aus Pt/Rh besondere Vorteile besitzen.
Die Drähte besitzen Durchmesser von einigen Mikrometern (um). Als günstig haben sich Drähte von 4 m Durchmesser erwiesen, aus denen dann Steine mit Bohrungen von 5 ,,m gefertigt werden.
Ein erfindungsgemäss hergestellter Rohling 40 ist in Fig. 2 und 3 gezeigt. Durch Zerschneiden oder Zersägen längs der Linien a - a (Fig. 2) sowie weitere Arbeitsgänge können aus diesem Rohling 40 zunächst einzelne, scheibenförmige Plättchen hergestellt werden, die zu Lagersteinen weiter verarbeitet werden. Dabei werden die Scheiben nacheinanderfolgenden Arbeitsgängen unterworfen:
Nach dem Zerschneiden werden die Scheibchen aussen rund gedreht und danach das Substrat 5 aus dem keramischen Material 40 mechanisch oder chemisch, z.B. durch Bohren, Erosion, Verbrennen, Elektrolyse oder Ätzen mit Laugen oder Säuren, herausgelöst. Die so entstandene Öffnung 42 (Fig. 4) wird dann auf das richtige Mass geschliffen und durch erneutes Abdrehen an der Aussenseite zentriert.
Nach dem Polieren der Oberflächen und Abrunden der Kanten wird schliesslich aus einer kreisförmigen Oberfläche des Lagersteins eine Ölvertiefung 43 herausgearbeitet (Fig. 4).
Das Herstellungsverfahren für die keramischen Rohlinge läuft im allgemeinen auf folgende Weise ab:
Nach dem Einhängen des Substrates 5 in die Halterung wird der Ofen 1 verschlossen und das gesamte System mehrfach evakuiert und mit einem Inertgas, z.B. mit Stickstoff oder Argon gespült, um den Sauerstoffgehalt auf ein Minimum zu reduzieren. Dann wird mit Hilfe von Schutzgas der Reaktionsdruck eingestellt und der Träger auf Reaktionstemperatur Ta erhitzt. Bei der Temperatur Btx wird der Ofen etwa 10 min. ausgeheizt. Nunmehr werden die gewünschten-Gas- ströme eingestellt und das Verfahren durch Zuführen der Gas- bzw. Dampf/Gasgemische zu demTrägerkörper 5 durchgeführt. Während der ganzen Reaktionszeit werden alle Reaktionsparameter kontrolliert und unter Umständen korrigiert.
Die Reaktionsdauer hängt in jedem Fall von den speziellen Bedingungen - wie z.B. Reaktionstemperatur und -druck, Verdampfungstemperatur für feste und flüssige Substanzen, Volumenströme der Gase, Dicke der gewünschten Rohlinge sowie ihr Material und die verwendeten Ausgangssubstanzen - ab; die Reaktionsdauer lässt sich daher nur experimentell bestimmen. Sie kann zwischen 30 min und 12 h variieren.
Sobald die gewünschte Schichtdicke für den Rohling 40 erreicht ist, wird durch Abstellen der Heizung das Verfahren abgebrochen, der Ofen 1 wiederum mehrmals evakuiert, gespült und dann belüftet. Die weitere Bearbeitung eines Rohlings 40 erfolgt in der bereits beschriebenen Weise.
Beispiel 1
Rohling aus Aluminiumoxid (A1203)
Die Ausgangssubstanzen für einen A12O3-Körper sind Aluminiumtrichlorid (Als3), Kohlendioxid (cd2) und Wasserstoff (H2). Als Gase werden dabei dem zuvor in der vorstehend beschriebenen Weise vorbereiteten Ofen 1 H2, das gleichzeitig als Transportgas für AlCl3-Dampf dient, durch die Leitungen 9 und 31a und CO2 durch die Leitung 22 zugeführt;
über die Leitung 31b, deren zugehörige Verdampfungseinrichtung 24 nicht benötigt wird und daher ausser Betrieb steht, strömt darüber hinaus Kohlenmonoxid (CO) in den Ofen 1 ein, um während der Herstellung des A1303 eine Nebelbildung als Al203 - H30 zu verhindern. AlCl3 wird in der Blase 28a durch erhöhte Temperaturen flüssig gehalten und verdampft und anschliessend mit Hilfe des über die Leitung 31a zugeführten H2 in den Reaktionsraum 4 des Ofens 1 eingebracht. Als Trägerkörper dient ein Wolframdraht von etwa 50 cm Länge und etwa 4 m Durchmesser, der durch ein Gewicht von etwa 10 - 15 Gramm gespannt wird.
Für die Herstellung eines Al2O3-Hohlkörpers ergeben sich folgende Werte für die einzelnen Reaktionsparameter: Reaktionstemperatur: 800-1255 C, insbesondere 1230-1255"C Reaktionsdruck: etwa Atmosphärendruck H2-Strom: 50-300 cm3/min, insbesondere 160 cm3/min CO2-Strom: 20-200 cm3/min, insbesondere 840 cm3/min AlCl3-Strom )gasförmig): 10-600 mg/min, abhängig von der gewählten Verdampfungstemperatur Verdampfungstemperatur (Temperatur T2 im Thermostaten
26a): 100-1 800C, insbesondere 130-160"C.
Die Dosierung der einzelnen Substanzen erfolgt in der beschriebenen Weise.
Über verschiedene Zwischenreaktionen wird bei dem Verfahren nach der Gleichung 2Als3 + 3H2 + 3 CO2 > Al203 + 6 HCI + 3 CO Al203 auf dem Trägerkörper 5 abgeschieden, während Chlorwasserstoff (HCI) und Kohlenmonoxid (CO) gasförmig durch die Leitung 36 entweichen.
Beispiel 2
Rohling aus Silizium-Karbid, das zur Verbesserung der Trockenlaufeigenschaften mit freiem Kohlenstoff durchsetzt ist.
Die Ausgangssubstanz für die Herstellung von Silizium Karbid (SiC) bildet Trichlormethylsilan (CH3SiCl3), das sowohl den Kohlenstoff als auch das Silizium enthält, und in dem zusätzlich beide Elemente in dem für die SiC-Bildung richtigen stöchiometrischen Verhältnis vorliegen.
Zur Durchführung des Verfabrens wird CH3SlC13 in Verdampfungseinrichtung 23 verdampft und mit H2, das der Einrichtung 23 durch die Leitung 31a zuströmt, als Transportgas dem Ofen 1 über die Leitungen 21a und 9 zugeführt. Der als Transportgas verwendete Wasserstoff dient gleichzeitig dazu, um das während Zwischenreaktionen entstehende stabile Zwischenprodukt Siliziumdichlorid (SiCl2) zu reduzieren. Der gleichzeitig und zusätzlich abgeschiedene Graphit wird aus flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen, z.B. Propan, gewonnen, die entweder über die Leitung 22 und 9 oder über die Verdampfungseinrichtung 24 und die Leitungen 21b und 9 dem Ofen 1 und damit dem Substrat 5, das wiederum ein durch ein Gewicht gespannter Wolfram- oder Pt/Rh-Draht sein kann, zugeführt werden.
Der Kohlenwasserstoff zersetzt sich am heissen Substrat 5, wobei sich Graphit zusammen mit SiC niederschlägt; der entstehende Wasserstoff wird mit den übrigen Träger- und/ oder Reaktionsgasen aus dem Ofen 1 durch die Leitung 36 weggeführt.
Für die Reaktionsparameter sind folgende Werte gewählt worden: Reaktionsdruck: Etwa Atmosphärendruck Reaktionstemperatur: 1300-1650 cm3 /min, insbesondere 1450"C H3-Strom: 300-3000 cm3/min, insbesondere 1500 cm3/min CH < SiCl3-Strom: 10-600 cm3/min, abhängig von der dafür gewählten Verdampfungstemperatur Verdampfungstemperatur (Temperatur T2 im Thermostat
26a): 10-50"C, insbesonderel5-18 C Volumenstrom des Propans: 4-160 cm3/min, je nach ge wünschtem Kohlenstoffüberschuss.
Die Bildung des SiC erfolgt, wiederum über mehrere Zwischenreaktionen, nach der Gleichung CHsSiCl3 > SiC + 3 HC1 wobei Chlorwasserstoff als gasförmiges Reaktionsprodukt entweicht. Die Konzentration des freien Graphits in dem SiC kann in weiten Grenzen variieren und beträgt etwa 2-60 Gew.-%; sie ist ungefähr dem Volumenstrom des Kohlenwasserstoffes proportional. Kleine Konzentrationen - beispielsweise unter 1,5 Mol.-%, bezogen auf das SiC - lassen sich dabei analytisch nicht nachweisen; mit steigendem Gehalt an Graphit nimmt die Sprödigkeit des Materials zu, so dass die obere Grenze im wesentlichen durch die zulässige Spröde des Materials bestimmt ist.
Beispiel 3
Rohling aus Bornitrid (BN)
Die Herstellung dieses Rohlings erfolgt durch Thermolyse von Borazolen, insbesondere Trichlorborazol (B3N3a3C13), an dem heissen Substrat 5. Trichlorborazol wird dabei ohne weitere zusätzliche Stoffe in der Einrichtung 23 verdampft und durch das zuvor evakuierte System dem Substrat 5 zuge führt, an dem es sich nach der Gleichung B2N3H3C13 + 3 BN + 3 HC1 zersetzt. Als Trägerkörper dienen Platin-Rhodium (PtRh) Drähte. Die Reaktionsparameter in diesem Fall sind: Reaktionsdruck: 0,01-100 Torr Reaktionstemperatur: 800-1 7000C Verdampfungstemperatur (Temperatur T2 im Thermostat
26a): 10-1000C Borazol-Strom: Je nach Druck und Temperatur Max. Abscheidungsgeschwindigkeit: 4 mm/h.
Bevorzugte Werte für die Reaktionstemperatur liegen zwischen 1300 und 1500"C bei einem Zusammenhang zwischen der Verdampfungstemperatur und dem Reaktionsdruck von 25"C und 0,1 Torr 45"C und 1 Torr 60"C und 5 Torr.
Bei diesem Beispiel ist der Borazol-Strom abhängig vom Reaktionsdruck, der mit Hilfe der Vakuumpumpe 41 und dem Drosselorgan 39 reguliert wird, und von der Verdampfungstemperatur.
Beispiel 4
Rohling aus Titanborid (TiB2)
Die Ausgangssubstanzen für die Herstellung von Titanborid bilden Titan-tetrachlorid (TiCl4) und Bortrichlorid Bei3), die beide mit Hilfe von H2 als Trägergas aus den Verdampfungseinrichtungen 23 und 24 heraus als Dämpfe dem Ofen 1 zugeführt werden, wobei bei der das BCl2 enthaltenden Blase 28b die Heizeinrichtung 25b durch ein Kältemittel ersetzt ist. Als Substrat dient wiederum ein Wolframdraht.
Die Werte für die Reaktionsparameter lauten in diesem Beispiel: Reaktionsdruck: Etwa Atmosphärendruck Reaktionstemperatur: 1100-1300 C H2-Strom: 500-5000 cm3/min TiCl4-Strom gasförmig: 20-300 cm3/min, je nach der gewähl ten Verdampfungstemperatur Verdampfungstemperatur (T2 im Thermostaten 26a): 40-60"C, insbesondere 500C BCl3-Strom: 100-1250 cm3/min Verdampfungstemperatur (T2 im Thermostaten 26b): -25 -200C, insbesondere -22"C.
Die beiden Chloriddämpfe zersetzen sich mit Hilfe des als Reduktionsmittel wirkenden Wasserstoffes, der mit den CI- Ionen HC1 bildet, und ergeben über verschiedene Zwischenreaktionen Titanborid nach der Gleichung 2 BC1, + TiCl4 + 5 H2 + TiB, + 10 HC1.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt; so können beispielsweise bei Beispiel 2 statt CH3SiCl < als Ausgangssubstanzen Chlorsilan (SiCl4) und Methan (CH4) dienen, während Bornitrid auch aus Borhalogeniden (z.B. Bs13) und Stickstoff oder Ammoniak aufgebaut werden kann.
Im Beispiel 1 lässt sich das Aluminiumtrichlorid durch andere Halogenide ZAlBr'.,) oder auch Aluminium-organische Verbindungen (z.B. Alkoholate, Carboxylate usw.,) ersetzen.
Selbstverständlich ändern sich bei anderen Ausgangssubstanzen unter Umständen die angegebenen Reaktionsparameter sowie die erwähnten Reaktionsgleichungen.