Испарительное устройство для сублимированных материалов
Изобретение касается испарительного устройства, предназначенного прежде всего для установок вакуумного напыления. Испарительное устройство имеет ванну (3) для испаряемого материала и нагревательное устройство с токопроводящими нагревательными стержнями (5), расположенными над ванной (3). Ванна (3) имеет крышку (8) с выходной щелью (16) для испаряемого материала. Нагревательные стержни (5) размещены в пространстве между крышкой (8) и ванной (3). У конька крышки (8) под щелью (16) установлена перфорированная перегородка (18), пропускающая образующиеся пары, но препятствующая выносу частиц материала в камеру термического напыления (1). Конструкция устройства относительно проста, оно может быть легко разобрано для чистки и также просто собрано, а при последовательном монтаже нескольких таких устройств их можно использовать для равномерного покрытия самых разнообразных пленок. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение касается испарительного устройства для сублимируемых материалов в соответствии с независимым пунктом 1 формулы изобретения.
Подобное испарительное устройство описано в патенте Великобритании GB 2339800 А. Испарительное устройство используется, например, в установках вакуумного напыления покрытий для нанесения тонких слоев определенного материала, например сульфида цинка, на пленки. Такая установка вакуумного напыления состоит из откачиваемого контейнера с расположенной в нем продольной шахтой, над которой с помощью направляющих валиков проводят покрываемую пленку или полотно пленки. В этой шахте испарительное устройство размещено таким образом, что выделяемые им пары могут тонкими слоями оседать на пленку.
Испарительное устройство, в принципе, состоит из продольной ванны для приема испаряемого материала и нагревательного устройства. Уже упоминавшимся патентом GB 2339800 А предусматривалось, что нагревательное устройство представляет собой расположенный в ванне излучающий нагреватель, нагревающий дно ванны и, следовательно, непосредственно испаряемый материал, способствуя его испарению. Другие известные устройства являются резистивными нагревателями, находящимися в непосредственном контакте с ванной и обеспечивающими конвективный перенос тепла.
Главная проблема заключается в том, чтобы в испарительном устройстве можно было бы разместить относительно большое количество испаряемого вещества, обеспечивая таким образом максимально возможную продолжительность непрерывной работы установки вакуумного напыления. С другой стороны, необходимо также проведение регулярных профилактических работ, поскольку испаряемый материал попадает не только на пленку, но и на другие элементы испарительного устройства и детали установки вакуумного напыления. Поэтому испарительное устройство должно быть легко разборным и также легко сборным после его чистки. Кроме того, для обеспечения равной толщины наносимого на пленку слоя по всей ширине пленки, т.е. по всей длине испарительного устройства, должна быть обеспечена максимально возможная равномерность поступления паров сублимируемого материала.
С целью выполнения этих требований для испарительного устройства в соответствии с основным независимым пунктом 1 изобретения предлагается конструкция излучающего нагревателя, выполненного в виде нагревательных стержней, размещенных над ванной таким образом, что излучаемое тепло направляется непосредственно на находящийся в ванне сублимируемый материал.
Таким образом, прежде всего достигается высокая равномерность теплового излучения, поскольку на распределение тепла не могут влиять флуктуационные процессы внутри ванны. И далее, нагревается лишь верхняя часть находящегося в ванне сублимируемого материала, что исключает потери тепла на нагрев дна ванны и нижних слоев находящегося в ванне сублимируемого материала.
Обычно ванна закрывается крышкой с выходной щелью для паров сублимируемого материала.
Поскольку нагревательные устройства находятся над ванной, но под крышкой, то они расположены в пространстве, образуемом между ванной и крышкой. Поскольку тепловое излучение нагревателя в одинаковой степени воздействует на внутреннюю сторону крышки, то это исключает возможность осаждения на ее стенках сублимируемого материала.
Обычно ванны имеют длину, значительно превышающую их ширину, причем в этом случае несколько нагревательных стержней размещаются перпендикулярно продольной оси ванны.
Далее, нагревательные стержни с обеих сторон удерживаются несущими кольцами из высоконагревостойкой керамики. Это позволяет изготавливать ванну и крышку из электропроводящего и, следовательно, как правило, хорошо проводящего тепло материала, например из молибдена, причем несущие кольца обеспечивают необходимую электрическую изоляцию нагревательного стержня от корпуса.
Для простоты монтажа несущие кольца нагревательных стержней устанавливаются на край ванны. Крышка и ванна на своих наружных кромках имеют выемки, в которые входят несущие кольца так, что весь корпус, за исключением щели для выхода паров, является полностью закрытым, чем обеспечивается выход паров через щель исключительно в направлении обрабатываемой пленки. Таким образом достигается высокое качество нанесения покрытия.
Нагревательные стержни несколько длиннее ширины ванны, выступая с обеих сторон за ее стенки, чем обеспечивается возможность их электроподключения. Для этого испарительное пространство установки напыления имеет боковые стойки с электрическими контактами, подвижные, по меньшей мере, с одной стороны в поперечном направлении настолько, чтобы можно было перекрывать промежуток между стенкой испарительного пространства и установкой напыления.
Изобретение поясняется подробнее приводимыми ниже примерами исполнения. На чертежах изображены
на фиг.1 - открытая установка напыления с введенным испарительным устройством в соответствии с изобретением;
на фиг.2 - испарительное устройство с установленной крышкой;
на фиг.3 - установка напыления, изображенная на фиг.1, поперечное сечение.
Сначала следует обратить внимание на фиг.1. На ней изображено испарительное пространство - камера термического напыления 1 установки напыления, представляющая собой шахту по всей ширине установки. С помощью не показанных на чертеже роликов покрываемое полотно пленки вводится через отверстие в камеру термического напыления. В камере термического напыления 1 находится испарительное устройство 2, состоящее из двух продольных ванн 3, стыкующихся между собой своими короткими сторонами. В ваннах 3 находится испаряемый материал 4, в данном случае это гранулированный сульфид цинка, который в виде сыпучего материала вводится в ванны. Над каждой из ванн 3 расположены три нагревательных стержня 5, расположенные на одинаковых расстояниях друг от друга. Нагревательные стержни удерживаются несущими кольцами 6, причем концы нагревательных стержней 5 выступают за стенки ванн 3 и могут контактировать с выступающими из стенок испарительного пространства контактными стойками 7. Ванны 3 могут закрываться крышками, которые на этом чертеже не изображены, но подробнее изображены на фиг.2. На фиг.2 изображена ванна 3, причем для большей наглядности крышка 8 откинута в сторону.
Ванна 3 представляет собой полое тело прямоугольного сечения, верхняя сторона которого полностью открыта, с боковыми прямоугольными кромками 9, образованными боковыми стенками 10 ванны 3.
Как уже пояснялось, нагревательные стержни 5, выполненные предпочтительно из графита, удерживаются в несущих кольцах 6. Эти кольца выполнены прямоугольными, каждое из них имеет внутреннее отверстие 11, соответствующее сечению нагревательных стержней 5, через которое продевается соответствующий конец нагревательного стержня 5. По всей наружной поверхности несущего кольца 6 выполнен окружной паз 12, ширина которого почти равняется толщине металла, из которого изготовлены ванна 3 и крышка 8. Нагревательные стержни 5 устанавливаются на ванну 3, причем кромка 9 ванны вводится в паз 12 несущего кольца 6.
Показанная рядом с ванной 3 крышка 8 выполнена в форме двускатной крыши дома и имеет две прямоугольные боковые стенки 13, два скоса крышки 14 и две торцовых стенки 15. Скосы крышки 14 сходятся у конька двускатной крыши к щели, являющейся выходной щелью 16 для образующихся в испарительном пространстве паров.
Боковые стенки 13 крышки 8 имеют примерно такую же высоту, что и несущие кольца 6, и имеют прямоугольные выемки 17, соответствующие по форме несущим кольцам 6 так, что при опущенной крышке кромки выемки 17 входят в пазы 12 несущих колец 6. Таким образом, при опущенной крышке 8 образуется замкнутое пространство, которое в поперечном направлении пересекается тремя нагревательными стержнями 5, а в верхней своей части имеет выходную щель 16 для выхода образующихся там паров.
Для большей ясности на фиг.3 показано поперечное сечение испарительного устройства 2. Контур образуемого ванной 3 и крышкой 8 пространства соответствует в сечении прямоугольнику, к короткой стороне которого приложен треугольник. В верхней трети прямоугольного пространства оно пересекается нагревательными стержнями 5, прямоугольными в сечении и направленными своими плоскими сторонами (плоскостями) вниз. На фиг.3 слева видна зафиксированная контактная стойка 7а для соединения с выходящим из корпуса концом нагревательного стержня 5. На другой стороне находится подвижная контактная стойка 7в, которая соединена со вторым концом выходящего из корпуса нагревательного стержня 5. Через контактные стойки нагревательный стержень 5 подключается к сети электропитания: стержень нагревается пропускаемым через него электрическим током, причем его тепловая энергия в виде излучения передается находящемуся в ванне 3 материалу 4, под действием которой материал испаряется.
У конька крышки 8 находится перфорированная перегородка 18 из металлического листа, пропускающая образующиеся пары, но предотвращающая вынос из камеры термического напыления 1 частиц материала.
1. Испарительное устройство установки для вакуумного напыления пленок, включающее, по меньшей мере, одну ванну (3) для испаряемого материала (4) и нагревательное устройство с излучающими нагревателями, причем излучающие нагреватели выполнены в виде токопроводящих нагревательных стержней (5), расположенных над ванной (3), отличающееся тем, что ванна (3) снабжена крышкой (8), имеющей выходную щель (16) для испаряемого материала, причем нагревательные стержни (5) размещены в образованном крышкой (8) и ванной (3) пространстве, при этом у конька крышки (8) под выходной щелью (16) установлена перфорированная перегородка (18), пропускающая образующиеся пары, но препятствующая выносу частиц материала в камеру термического напыления (1).
2. Испарительное устройство по п.1, отличающееся тем, что длина камеры больше ее ширины, при этом в продольном направлении соответственно расположены перпендикулярные продольной оси ванны (3) нагревательные стержни (5).
3. Испарительное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждый из нагревательных стержней (5) на обоих концах установлен с помощью несущих колец (6) из высокотемпературной жаропрочной керамики.
4. Испарительное устройство по п.3, отличающееся тем, что несущие кольца (6) установлены с опиранием на кромку (9) ванны и заглублены внутрь в соответствующие выемки (17) в крышке (8) или ванне (3).
5. Испарительное устройство по п.1, отличающееся тем, что торцы нагревательных стержней (5) по бокам выполнены выступающими из пространства, образованного крышкой и ванной.
6. Испарительное устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревательные стержни (5) выполнены плоскими, преимущественно прямоугольного сечения и обращены плоской стороной к ванне (3).
7. Испарительное устройство по п.4, отличающееся тем, что несущие кольца (6) имеют окружной паз (12), в который введены края ванны (3) или крышки (8).
