JPH0578824A - 高融点金属の蒸発方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱の拡散を減らして高融点金属の蒸発量を大
幅に増加させる。 【構成】 高融点金属２の融液の一部にアルミニウム６
ａ，６ｂを浸漬して蒸発させ、アルミニウム６ａ，６ｂ
の気泡により高融点金属２の融液の対流４を分断して弱
小化し、対流域を狭くし、熱の拡散を減らして発熱部の
温度を上昇させ、高融点金属２の蒸発量を大幅に増加さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高融点金属を真空蒸着
装置で蒸発させる蒸発方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３には従来の蒸発方法を実施する真空
蒸着装置の概要を示してある。図において、１はるつぼ
であり、るつぼ１は内部に高融点金属を収容する。１０
ａ，１０ｂはるつぼ１を冷却する冷却管であり、るつぼ
１の溶損を防止している。２は溶融状態にある高融点金
属であり、高融点金属２は電子ビーム３によって加熱さ
れる。電子ビーム３によって高融点金属２は溶融すると
共に、電子ビーム３の入射する部分は高温になり高融点
金属２の一部が蒸発する。５は蒸発気流を示す。電子ビ
ーム３の入射部では加熱され、るつぼ１の側面に近い部
分では冷却を受けるため、金属２の融液内で温度差が生
じ、温度に依存して密度差、表面張力が生じ対流４が発
生する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図３に示した真空蒸着
装置では、高温の蒸発部よりるつぼ１の側面まで温度が
連続的に低下するため、表面張力の作用方向は常に融液
をるつぼ１の中央部から側面へと引張る方向に作用し、
対流４がるつぼ１の側面まで拡がりやすい。この対流４
により、蒸発部からるつぼ１の側面へと熱が運ばれて拡
散されるので、蒸発部の温度が低下して蒸発量が減少す
る、といった問題が生じていた。このため、真空蒸着装
置の熱効率が低下してしまっていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の高融点金属の蒸発方法は、高融点金属を加熱
して真空中で蒸発させる高融点金属の蒸発方法におい
て、高融点金属の融液の一部に低融点金属を浸漬して蒸
発させ、高融点金属の蒸発を促進することを特徴とす
る。

【０００５】

【作用】高融点金属の融液の中に添加浸漬された低融点
金属は、溶融すると共に直ちに蒸発する。低融点金属の
蒸気は高融点金属の融液中に気泡を形成して上昇し、低
融点金属の量が多い場合、気泡の上昇に伴い気泡と共に
上昇する流れが形成され、この流れは高融点金属の融液
の対流を分断して弱小化し、対流域を狭くする。また、
低融点金属の気泡が放出される際には低融点金属の蒸気
圧で融液の表面に凹みが形成され、曲率半径の変形によ
り表面張力の作用方向が変化する。溶融金属では表面張
力が高いため、流れにおよぼす影響が大きく熱対流の発
生、助長の主な原因となっているが、凹みにより作用方
向が不連続になり、熱対流を助長する作用が大幅に減少
しこれによっても対流が弱小化されると共にこの部分で
分断される。低融点金属の蒸発量が少ない場合、融液表
面上に低融点金属の蒸気を封入した泡が形成される。泡
は形成・消失を繰返すが、融液の粘度が高いため消失ま
での時間が長く、融液面に定常的に泡が存在することに
なる。泡の存在により表面張力の作用方向が乱され、熱
対流の助長作用は大幅に減少される。

【０００６】

【実施例】図１には本発明の一実施例に係る高融点金属
の蒸発方法を実施する真空蒸着装置の概略構成、図２に
は図１の要部拡大状態を示してある。尚、図３に示した
部材と同一部材には同一符号を付してある。

【０００７】図において、１はるつぼであり、上面に高
融点金属を収容する。るつぼ１には冷却のための冷水管
１０ａ，１０ｂが設けられている。２はるつぼ１で蒸発
させられる高融点金属（金属）である。３は金属２を加
熱して蒸発させるための電子ビームで、電子ビーム３は
るつぼ１の略中央部に入射するように調整されている。
電子ビーム３により金属２は融解するが、電子ビーム３
のエネルギー密度の高い部分は絞られているので、局所
的な加熱を受け、金属２は局所の温度に応じた飽和蒸気
圧にて蒸発する。５は飛散する蒸気流を示す。

【０００８】電子ビーム３の加熱は局所的であり、るつ
ぼ１は冷却されているため、金属２の内部に温度差が生
じる。この温度差により密度差及び表面張力差が生じ、
融液表層を高温度から低温度へ流れる対流４が生じる。
６ａ，６ｂは金属２の融点にて約１００パスカル（Ｐ
ａ）の蒸気圧を有する低融点金属としてのアルミニウム
で、アルミニウム６ａ，６ｂは線材状に加工されて金属
２の融液中に浸漬されている。７ａ，７ｂはアルミニウ
ム６ａ，６ｂの直上で金属２の融液面上に配置された半
円筒状の凹部を下に向けた捕集装置で、捕集装置７ａ，
７ｂの一端には水冷管１１ａ，１１ｂが設置され、捕集
装置７ａ，７ｂの凹部の表面温度はアルミニウム６ａ，
６ｂの凝固温度以下に保たれている。

【０００９】尚、低融点金属としてアルミニウム６ａ，
６ｂを用いたが、これに限定されず、亜鉛，スズ，ビス
マス，カドニウム等、低融点で金属２の融点温度近傍で
約１００Ｐａの飽和蒸気圧を有するものであれば良い。
また、線材のアルミニウム６ａ，６ｂを用いたが、金属
２の融点以上の融点温度を有する棒状多孔体へアルミニ
ウム６ａ，６ｂを含浸したり、複数個の噴出孔やスリッ
トを備えた棒状ケース内へアルミニウムを装填するよう
にしても良い。また、低融点金属として粉体を用い、対
流域表面にこの粉体を供給するようにしても良い。更
に、金属２とアルミニウム６ａ，６ｂの蒸気の混和が許
容される装置にあっては、捕集装置７ａ，７ｂは必ずし
も設ける必要はない。

【００１０】次に具体的な蒸発方法について図２に基づ
いて説明する。金属２の融液中に浸漬されたアルミニウ
ム６ａ，６ｂは加熱されて除々に気化し、融液中で気泡
となって上昇する。気泡の周囲の融液は気泡に引きずら
れて上昇し、一対の渦８ａ，９ａを生じる。渦８ａによ
る流れは、対流４の向きを相殺する方向であるため、対
流４は渦８ａより内側で下降するように流路変更し、渦
８ａと対流４の間に境界１１ａが形成される。境界１１
ａにより対流４は弱小化され、対流４の領域が狭まる。
渦８ａと対流４により境界１１ａで生じる流れは互いに
平行であるため、対流４の熱が流体混合による伝達モー
ドで渦８ａに伝わることはない。このため、対流４によ
る熱の拡散は減少し、蒸発部の温度が上昇して金属２の
蒸発量が大幅に増加する。

【００１１】また、アルミニウム６ａ，６ｂの蒸発量が
少ない場合、融液の表面上にアルミニウム６ａ，６ｂの
蒸気を封入した泡が形成される。泡は形成・消失を繰り
返すが、融液の粘度が高いため、消失までの時間が長く
液面に定常的に泡が存在することになる。泡の存在によ
り表面張力の作用方向が乱され、熱対流の助長作用は大
幅に減少される。つまり、金属２の融液中でアルミニウ
ム６ａ，６ｂを気化させることにより、上昇流の形成及
び熱対流についての表面張力の寄与分の減少が生じ、る
つぼ１内での熱対流の強度・領域が大幅に縮小する。こ
のため、るつぼ１内での熱の拡散が減少し、蒸発部温度
の上昇，蒸発量の増加がもたらされることとなる。

【００１２】また、アルミニウム６ａ，６ｂの上方に
は、アルミニウム６ａ，６ｂの凝固温度以下の表面をも
つ捕集装置７ａ，７ｂが設けられているため、放出され
たアルミニウム６ａ，６ｂの蒸気は直ちに捕捉，凝固さ
れるため、アルミニウム６ａ，６ｂの蒸気が金属２に干
渉しない。更に、気泡上昇による金属２の融液対流と境
界が生じることにより、金属２の熱拡散はほぼ減少して
蒸発部温度は上昇し、蒸発量が大幅に増加する。

【００１３】

【発明の効果】本発明の高融点金属の蒸発方法は、高融
点金属の融液の一部に低融点金属を浸漬して蒸発させる
ので、低融点金属の気泡により高融点金属の融液の対流
を分断して弱小化し、対流域を狭くする。このため、熱
の拡散が減少して発熱部の温度が上昇し、高融点金属の
蒸発量が大幅に増加する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る高融点金属の蒸発方法
を実施する真空蒸着装置の概略構成図。

【図２】図１の要部拡大図。

【図３】従来の蒸発方法を実施する真空蒸着装置の概略
構成図。

【符号の説明】

１ るつぼ ２ 高融点金属（金属） ３ 電子ビーム ４ 対流 ６ａ，６ｂ アルミニウム ７ａ，７ａ 捕集装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高融点金属を加熱して真空中で蒸発させ
   る高融点金属の蒸発方法において、高融点金属の融液の
   一部に低融点金属を浸漬して蒸発させ、高融点金属の蒸
   発を促進することを特徴とする高融点金属の蒸発方法。