JPH10506677A - 多層フラッシュエバポレーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 グラファイト体と、熱分解性窒化ホウ素の外側層と、熱分解性グラファイトと炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）、炭化タンタル、炭化ケイ素からなる群から選択される素材であり、約０．００２インチ以下の厚さである中間層とを有する、繰り返し熱サイクルをおこなう条件下での金属フラッシュ気化のためのフラッシュエバポレーター容器。

Description

【発明の詳細な説明】 多層フラッシュエバポレーター 発明の分野 本発明は、金属を気化させるための抵抗熱フラッシュエバポレーター、特にグ ラファイト体及び熱分解性窒化ホウ素外面コートからなるフラッシュエバポレー ターの気化容器に関する。 発明の背景 真空蒸着は、アルミニウム、銅、亜鉛、錫などの金属を金属、ガラス、プラス チックの各種基板にコートする一般的な方法である。金属は、電気抵抗による加 熱によって一般に「気化ボート」といわれる容器内で気化される。この容器は、 電力源と接続し、ボートに接している金属の装填材料が気化する温度にまで容器 を加熱する。典型的には、その容器は、金属を気化する排気されたチャンバーに 設置される。その容器は、個々にあるいは連続的にチャンバーの中に送られても よいし、あるいは、チャンバー自体の一部を形成してもよい。例えばテレビ受像 管、自動車のヘッドライト、おもちゃなどを含む様々な製品が真空めっき法を用 いて金属でコートされる。 金属装填材料は、容器の上面に機械加工された凹所に設置される。金属が気化 温度に達すると、金属装填材料は溶け、急速に気化する。この装填材料は、力強 く突然にフラッシュし、その過程は金属を新たに装填することにより繰り返され る。与えられた時間に実行可能なフラッシュの数は、製品製造を制御する。した がって、容器が故障することなく維持できるフラッシュの数は、この方法の重要 な作動性能である。逆に、もし、故障が起きれば、コートされた部品は廃棄され るか、さらに時間とコストをかけてつくり直されねばならない。このよけいなコ ストをなくすために、予期される故障が起こる前に気化容器を捨ててもよい。短 い耐用期間をもつ気化容器は、部品あたりの製造コストを増大させ、効率を下げ る。 発明の要旨 グラファイト体でコートされた熱分解性窒化ホウ素からなるフラッシュエバポ レーターを用いた金属の抵抗加熱方法は米国特許番号５，２３９、６１２号に開 示され、その文献は引用することによって本明細書にそのまま組み込むものとす る。上記の特許に記載のように、熱分解性窒化ホウ素（以下、「ＰＢＮ」という ）でのコートは、アンモニアと三塩化ホウ素のようなハロゲン化ホウ素との気相 反応により形成されてもよい。 本発明によれば、グラファイトとＰＢＮを分け、繰り返される熱サイクルにお けるグラファイト体とＰＢＮコートの間の熱膨張係数「ＣＴＥ」における不整合 を相対的に広く許容できるように、中間層をＰＢＮコートとグラファイト体との 間に組み入れることによって、気化ボートの有益な耐用期間が延長されうること がわかっている。最小の厚さである熱分解性グラファイトの中間層は、０．００ ０２〜０．００２インチの厚さが好ましい。熱分解性グラファイトの代用となり うる他の素材は、炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）、炭化タンタル、炭化ケイ素からなる群 から選択される金属カーバイドを含む。 本発明のフラッシュエバポレーター気化容器は、気化される金属が導入される 凹所を有するグラファイト体と、前記グラファイト体をコートするための外面の 熱分解性窒化ホウ素と、前記凹所内の前記熱分解性窒化ホウ素コートを前記グラ ファイト体から分け、かつ、熱分解性グラファイト、炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）、炭 化タンタル、炭化ケイ素からなる群から選択される素材からなり、０．００２イ ンチ以下の厚さを有する少なくとも一の中間層とを含む。 図面の簡単な説明 本願発明の他の有利な点は、添付の図面とともに読むと、以下の発明の詳細な 記述で明らかになる。 図１は、本願発明の気化容器の等尺図である。 図２は、図１の線Ａ−Ａにそった横断面図である。 発明の詳細な説明 抵抗タイプの気化ボート１０は、抵抗回路に合うように正確な形である必要が ある。気化ボートは、図１に示すように、通常、長く、かつ、狭く作られ、本体 １１の少なくとも片側表面１４に機械的に加工された凹所又はくぼみ１２をもつ 。本体１１は、グラファイトのブロック、好ましくは高密度で高い強度のグラフ ァイトのブロックから形成され、熱分解性窒化ホウ素の薄層でコートされている 。窒化ホウ素をコートする方法は、従来法であり、要約すれば、アンモニア蒸気 とガス化したハロゲン化ホウ素を適当な割合でグラファイト体を含む加熱された 反応炉に導入する工程を含むものである。反応炉は、１８００〜２２００℃の制 御温度に維持されている。熱分解性窒化ホウ素「ＰＢＮ」のコート１８は、通常 ０．０３０インチ以下であり、端１５と端１６以外はグラファイト体１１を十分 包んでいる。端１５と端１６は、コートされておらず、電源と外部接続するため のクランプ組立部品と電気的な接続をするために、グラファイトがむき出しにな っている。 本発明によれば、中間層２０は、グラファイト体１１と熱分解性窒化ホウ素１ ８の間に形成され、繰り返される熱サイクルを行ったとき、耐用期間及びボート １０の熱均一性を改良する。中間層２０は、グラファイト体１１をＰＢＮでコー トする前に形成され、好ましくは化学蒸着法により形成される。中間層２０の厚 さは、本発明の重要な特性であり、その厚さは約０．００２インチ以下である必 要があり、０．０００２〜０．００２インチが好ましい。中間層２０は、ＰＢＮ 層１８の熱膨張係数とグラファイト体の熱膨張係数の間の不整合が相対的に大き くなるのを許容するように機能している。これはＰＢＮ層をその下のグラファイ ト体にあまり強く結合させないようにすることによっても達成されている。中間 層２０は異方性で、熱均一性を促進するべきである。中間層としてより好ましい 素材は、熱分解性グラファイトである。熱分解性グラファイトの代用となりうる 他の素材は、炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）、炭化タンタル、炭化ケイ素からなる群から 選択される金属カーバイドを含む。「熱分解性グラファイト」という語は、本明 細書では、結晶配列の割合が高い結晶炭素構造を意味すると定義される。結晶配 列は、一般のグラファイト素材には見つかっていない。さらに、熱分解性グラフ ァイトは、普通のグラファイトが等方性の物性を持つことに反して、配向された すべり面で特徴付けられる異方性の物性を示す。熱分解性グラファイトは、化学 的蒸気分解、例えば、反応チャンバーにおいて適当な不活性希釈剤とともに高温 でメタンガスを化学蒸気分解することによって形成してもよい。 ＰＢＮとグラファイトの熱膨張係数「ＣＴＥ」は必ずしも温度と一次関数的な 関係にならず、１５００℃の典型的な操作条件での膨張率は、商業的によく使用 される密度のために０．４％〜０．５％であるが、グラファイトは０．６％の最 小膨張率をもっていて、多くの等級（grade）ではもっと大きいこともある。中 間層２０の使用により、繰り返し熱サイクルを行うことによる早い時期の故障を 防ぐ。 異方性が高いので、熱分解性グラファイトがグラファイト体１１とＰＢＮ外面 コート１８の間の基材を分ける中間層としてより好ましい選択となる。しかしな がら、中間層２０は、その熱膨張係数が繰り返し熱サイクルを行う間に重要な役 割を果たさないように、十分薄くあるべきである。ＰＢＮでコートする前にグラ ファイト体の表面に付着させた熱分解性グラファイト２０の薄層は、局所的な高 温部位をならす働きがある。薄層の表面に平行な方向の熱伝導性は、典型的には ７００ワット／メートル度Ｋであり、典型的に３．５ワット／メートル度Ｋの熱 伝導性を持つ薄層の厚みを方向の熱伝導性の約２００倍大きい。 ＰＧ層２０の厚みにより、グラファイト体１１とＰＢＮ層１８との間の分離量 は異なり、熱的なならしの度合も異なる。ＰＧまたはＰＧの薄層の組成物の代用 として、炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）、炭化タンタル、炭化ケイ素からなる群から選択 される金属カーバイドの様な素材として他の素材も使うことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．気化される金属が導入される凹所をもつグラファイト体と、前記グラファ イト体のための外面の熱分解性窒化ホウ素コートと、前記熱分解性窒化ホウ素コ ートを前記グラファイト体から分け、かつ、熱分解性グラファイト、炭化ホウ素 （Ｂ₄Ｃ）、炭化タンタル、炭化ケイ素からなる群から選択される素材からなり 、約０．００２インチ以下の厚さである少なくとも一の中間層とを含んでなる、 繰り返し熱サイクルをおこなう条件下での金属のフラッシュ気化のためのフラッ シュエバポレーター容器。 ２．前記中間層が熱分解性グラファイトからなる請求項１に記載のフラッシュ エバポレーター容器。 ３．前記中間層が０．０００２〜０．００２インチの厚さである請求項２に記 載のフラッシュエバポレーター容器。 ４．前記中間層が全体にわたって０．００２インチ以下の厚さをもつ複数の薄 層からなる請求項１に記載のフラッシュエバポレーター容器。