Verdampferschiffchen, die in thermischen Verdampfungsprozessen weit verbreitet sind, werden hauptsächlich aus Materialien wie Wolfram, Molybdän und deren Legierungen (z. B. Molybdän-Lanthan und Molybdän-Yttriumoxid) hergestellt. Diese Materialien werden aufgrund ihrer Langlebigkeit, Robustheit und ihrer Fähigkeit, eine gleichmäßige Verteilung der Metallschmelze zu gewährleisten, ausgewählt. Darüber hinaus werden einige Verdampferschiffchen aus Mischkeramik hergestellt, z. B. aus Titandiborid und Bornitrid für Zweikomponentenschiffchen und aus Aluminiumnitrid für Dreikomponentenschiffchen. Diese keramischen Werkstoffe zeichnen sich durch hohe Temperaturbeständigkeit, gute elektrische Leitfähigkeit und verbesserte Wärmeleitfähigkeit aus und eignen sich daher für bestimmte Anwendungen in Aufdampfverfahren.
Die wichtigsten Punkte werden erklärt:
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Primäre Materialien: Wolfram und Molybdän
- Warum sie verwendet werden: Wolfram und Molybdän sind aufgrund ihrer außergewöhnlichen Haltbarkeit und Robustheit die am häufigsten verwendeten Materialien für Verdampferboote. Diese Metalle können hohen Temperaturen standhalten und behalten ihre strukturelle Integrität während des thermischen Verdampfungsprozesses bei.
- Eigenschaften: Beide Materialien haben einen hohen Schmelzpunkt (Wolfram: 3.422°C, Molybdän: 2.623°C) und sind daher ideal für die Handhabung geschmolzener Metalle. Außerdem sorgen sie für eine gleichmäßige und glatte Verteilung des geschmolzenen Materials, was für die Erzielung gleichmäßiger Aufdampfschichten entscheidend ist.
- Anwendungen: Diese Materialien werden in vielen Industriezweigen eingesetzt, die präzise und gleichmäßige Dünnfilmbeschichtungen erfordern, z. B. in der Elektronik, Optik und bei Solarpanels.
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Legierungen: Molybdän-Lanthan (ML) und Molybdän-Yttrium-Oxid (MY)
- Verbesserte Eigenschaften: Legierungen wie Molybdän-Lanthan und Molybdän-Yttriumoxid bieten im Vergleich zu reinem Molybdän bessere mechanische und thermische Eigenschaften. Diese Legierungen sind widerstandsfähiger gegen Verformung und Rissbildung bei hoher thermischer Belastung.
- Anwendungen: Diese Legierungen werden häufig für anspruchsvollere Anwendungen verwendet, bei denen eine höhere Leistung und eine längere Lebensdauer der Boote erforderlich sind.
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Keramische Werkstoffe: Titandiborid und Bornitrid
- Zwei-Komponenten-Boote: Diese Boote werden aus einer Mischung aus Titandiborid und Bornitrid hergestellt. Titandiborid sorgt für hohe Temperaturbeständigkeit und gute elektrische Leitfähigkeit, während Bornitrid den elektrischen Widerstand reguliert und so einen effizienten Betrieb gewährleistet.
- Drei-Komponenten-Boote: Zusätzlich zu Titandiborid und Bornitrid wird Aluminiumnitrid hinzugefügt, um die Wärmeleitfähigkeit und die Homogenität der aufgedampften Schichten zu verbessern. Dadurch eignen sich Dreikomponentenboote für Anwendungen, die sehr präzise und gleichmäßige Beschichtungen erfordern.
- Anwendungen: Auf Keramik basierende Aufdampfboote werden für spezielle Anwendungen eingesetzt, z. B. für die Herstellung dünner Schichten für Halbleiter und moderne optische Beschichtungen.
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Tantal
- Warum es verwendet wird: Tantal ist ein weiteres Material, das für Verdampferboote verwendet wird. Es ist bekannt für seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und seine Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten.
- Anwendungen: Tantalboote werden in Prozessen eingesetzt, bei denen das zu verdampfende Material sehr reaktiv oder korrosiv ist, um die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit des Bootes zu gewährleisten.
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Auswahlkriterien für Verdunstungsboote
- Thermische Stabilität: Das Material muss seine strukturelle Integrität bei hohen Temperaturen beibehalten.
- Elektrische Leitfähigkeit: Eine gute elektrische Leitfähigkeit ist für eine effiziente Erwärmung und Verdampfung unerlässlich.
- Mechanische Festigkeit: Das Material sollte robust genug sein, um den mechanischen Belastungen im Betrieb standzuhalten.
- Chemische Verträglichkeit: Das Material sollte chemisch inert oder beständig gegen die zu verdampfenden Stoffe sein, um Verunreinigungen und Zersetzungen zu vermeiden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl des Materials für Verdampferschiffchen von den spezifischen Anforderungen des thermischen Verdampfungsprozesses abhängt, einschließlich der Art des zu verdampfenden Materials, der gewünschten Gleichmäßigkeit der Beschichtung und der Betriebsbedingungen. Wolfram und Molybdän werden aufgrund ihrer hervorragenden Gesamteigenschaften am häufigsten verwendet, während für anspruchsvollere Anwendungen spezielle Keramiken und Legierungen eingesetzt werden.
Zusammenfassende Tabelle:
| Material Typ | Wichtige Eigenschaften | Anwendungen |
|---|---|---|
| Wolfram | Hoher Schmelzpunkt, Haltbarkeit | Elektronik, Optik, Solarzellen |
| Molybdän | Robustheit, thermische Stabilität | Elektronik, Optik, Solarzellen |
| Molybdän-Legierungen | Verbesserte mechanische/thermische Eigenschaften | Anspruchsvolle Anwendungen |
| Keramik (TiB2, BN) | Hochtemperaturbeständigkeit, Leitfähigkeit | Halbleiter, optische Beschichtungen |
| Tantal | Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturstabilität | Prozesse mit reaktiven/korrosiven Materialien |
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