专利名称：抗老化陶瓷汽化器的材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抗老化陶瓷汽化器的材料。
以金属，特别是用铝涂布柔性底材的最广泛使用的方法是高真空带涂层。在敷金属设备内，待涂布的底材通过冷却的辊，此时它曝露于铝蒸气之中，该铝蒸气即沉积在该底材表面成为一薄金属层。
为产生所需恒定的蒸气流，直接通以电流将陶瓷汽化器加热至约1450℃。持续不断送入铝线，铝线在陶瓷表面上液化并在约10-4毫巴的真空下汽化。
在敷金属设备内，将一系列的汽化器排列，其排列方式是使该带的整个宽度上沉积一厚度均匀的铝层。该汽化器由冷却的铜夹钳固定，其中端边夹持或侧面夹持均可。
该汽化器的宽度及长度根据所需的汽化速率(克铝/分钟)选择。通常汽化器的横截面是矩形。与横截面是矩形的汽化器一样，呈其它形状横截面的汽化器也是已知的。其细节可以在例如，US-A-4,089,643或DE19823908(对应于美国专利申请系列号09/315320)中找到。
在电路中汽化器的电阻R可由该汽化器的几何形状及陶瓷材料的电学性质(以电阻系数Rspce为特征)，根据公式(1)计算出。
R=Rspec×L/A(1)L汽化器的长度A导电横截面在电路中，该汽化器起金属电阻器的作用，即其电阻随温度升高而增加。所以，另外需要知道操作温度下的电阻(RHT)与室温下的电阻(RRT)间的比值，以便精确地描述电学性质。对陶瓷汽化器而言，阻RHT/RRT的比值为2.3至6.0。
根据汽化器的组成中主要成分的数目，汽化器区分为二成分汽化器(主要包括二硼化钛作为导电相及氮化硼作为绝缘体)及三成分汽化器(主要包括二硼化钛作为导电相及氮化硼与氮化铝的混合物作为绝缘体)。因氮化铝非常价廉，在该三成分汽化器中，用氮化铝取代一些氮化硼以降低成本。所以，通常三成分汽化器含有15-20％的氮化铝。在一些专利(例如US-A-3,915,900，第一栏，第10及11行及US-A-4,089,643，第2栏，第5行)中述及这种组成。
因二成分汽化器材料的高温弯曲强度比三成分汽化器材料低，所以它们通常还含有0.1-5％(重量)的氧化钙。
为防止汽化器在使用前运输或储存期间吸收水分，在制成后，二成分汽化器通常用敷金属的薄膜袋包装。其原因是已发现，由于吸收水汽，二成分汽化器材料以特有方式被损坏。将电流直接通入敷金属设备内进行加热汽化器期间，由于电阻大幅升高，该项损害愈加显著。实际上，这意味由损坏材料制成的汽化器不能在敷金属设备内被加热，因为其电阻对常规电源(次级电压为10-15伏特)而言太高。
虽然有此缺点，二成分汽化器仍常被使用，因为它们可在更高温度下操作，所以其汽化速率约高出三成分汽化器50％。此外，其使用寿命比三成分汽化器长。
本发明的目的是提供一种陶瓷材料，该材料适于制造二成分汽化器且更可耐受大气湿度，所以比已知用于制造二成分汽化器的材料更能抗拒老化。
该目的由一种陶瓷材料实现，该材料含有45-55％(重量)的二硼化钛(TiB2)、40.5-54.7％(重量)的氮化硼(BN)及0.1-1.5％(重量)的钙，所述钙是化合物的形式，该化合物选自由氧化钙、硼酸钙及其混合物组成的组，该材料含有0.2-3％(重量)的选自铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物的化合物。
该陶瓷材料优选含有0.2-1.5％(重量)的选自铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物的化合物。
该陶瓷材料特别优选含有0.2-0.5(重量)的选自铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物的化合物。
该选自铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物的化合物，优选为选自铝、硅、锆、钛元素的氮化物以及其混合物的化合物。
该选自铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物的化合物，特别优选是氮化铝。
特别优选地，本发明的材料由上述成分组成。
就其与用途相关的性质(用液态铝湿润、操作温度下的汽化速率、使用寿命)而言，本发明的汽化器材料与常规二成分汽化器材料并无差别，但它在材料性质方面不存在任何时间依赖性的变化。特别是，本发明材料的电阻系数不会以二成分汽化器的已知方式而变化。
本发明的材料可用制造常规二成分汽化器材料的已知方法制造。举例言之，制造可以使用风筒压力，在石墨模内热压均匀粉末而进行，为了形成具有足够密度的固体，所需温度至少为1800℃(US4,528,120，第1栏，第36-47行)。
以细密分布形式，将选自铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物的化合物导入常规二硼化钛/氮化硼/氧化钙混合物内。此项导入工作优选在混合最初提到的成分期间进行。
如现有技术中已知的(例如，US 4,528,120，第5栏，实施例上方的表)，二硼化钛及氮化硼优选以细密粉末的形式使用。
选自由铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物组成的组的化合物优选以平均粒径5-15微米，特别优选以平均粒径8-12微米的粉末形式使用。
这种粉末是商品化的，例如，商名为UF-10级碳化硅、高真空250碳化钛、A级碳化锆、A级及B级氮化铝、B7级四氮化三硅，H.C.Starck(戈斯拉尔)出品。它们也可以已知方式从商品化粉末制得。例如，特别优选使用的氮化铝也可由氮化铝粉，并随后在例如球磨机内粉碎而制得。
本发明的材料特别适于制造用于用金属涂布柔性底材的汽化器。由一块本发明的材料制造汽化器可根据现有技术进行。举例言之，可以通过锯割出预期形状而进行。
因此本发明还涉及由本发明的陶瓷材料组成的汽化器。
下列实施例用以进一步说明本发明
制备具有下列组成的均匀粉末混合物2K-VV:48％二硼化钛，51％氮化硼，1％氧化钙EV:48％二硼化钛，49.5％氮化硼，1％氧化钙，1.5％氮化铝在温度超过1800℃及压力超过25兆帕下，在石墨模内，通过轴向、双侧热压，使这些均匀粉末混合物形成密度大于95％理论密度的烧结体。在每个情况中，通过带锯从所述热压烧结体机械加工，得到两个汽化器。
该汽化器呈矩形，几何尺寸为10×20×120毫米，该尺寸常用于实验目的。
在每个情况中，一个本发明的汽化器及一个常规汽化器通过线性增加至4千瓦的功率被加热。为达到具有所选汽化器几何形状及材料组成的汽化器通常所用的工作温度，该功率是必需的。
另外两个汽化器，在如上述加热之前，首先在具有100％大气湿度的干燥器内储存12小时。
所得结果如
图1及图2所示，它们显示出在线性增加至4千瓦的功率(图1和图2中的曲线3)下，电阻对时间的函数曲线。
图1所示是常规汽化器(VV)的结果。曲线1所示是立即加热的汽化器的电阻测定曲线。可以看出未损坏材料的曲型的电阻增加。在所选4千瓦功率(曲线3)的情况下，形成的高温电阻约为2800微欧姆厘米(moc,μOhm cm)。曲线2所示是在大气湿度100％及温度20℃的干燥器内预先储存12小时之后的材料的电阻测定曲线。显然，随功率增加，电阻快速上升而达到超过10000微欧姆厘米的水平。在常规带涂布设备中此类汽化器将报废且必须加以更换。
图2所示是本发明汽化器(EV)的结果。曲线1所示是立即加热的汽化器的电阻测定曲线。可以看出未损坏材料的典型的电阻增加。在所选4千瓦功率(曲线3)的情况下，形成的高温电阻约为4200微欧姆厘米(μOhm cm)。曲线2所示是在大气湿度100％及温度20℃的干燥器内预先储存12小时之后的材料的电阻的测定曲线。显然在储存之后并无相应于在图1中看到的损坏。
另外的试验(所得结果未列出)证明，即使将储存时间延长至数日也不会导致任何损坏。甚至将添加剂的水平降至0.3-0.5％仍可达到该效果。
氮化铝含量≤0.5％的汽化器材料的实施例。汽化器EV2至EV6用与实施例1所述的类似方式制造。
实施例2本发明的汽化器的汽化速率及使用寿命与已知汽化器的比较。
利用表1内所列的功率，在标准条件下(P＜10-3毫巴；端边夹持)，在实验敷金属设备内操作本发明的汽化器(EV1)及同样尺寸的商品化三成分汽化器(3K-VV)(商品名ESK-Trimet，开普顿市SEK公司出品)及实施例1的二成分汽化器(2K-VV)。测得的汽化速率及使用寿命如表1所示。
表权利要求
1．一种陶瓷材料，含有45-55％(重量)的二硼化钛(TiB2)、40.5-54.7％(重量)的氮化硼(BN)及0.1-1.5％(重量)的钙，所述钙是化合物的形式，该化合物选自氧化钙、硼酸钙及其混合物，所述材料含有0.2-3％(重量)的选自铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物的化合物。
2．如权利要求1的陶瓷材料，所述材料含有0.2-1.5％(重量)的选自铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物的化合物。
3．如权利要求1的材料，所述材料含有0.2-0.5％(重量)的选自铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物的化合物。
4．如权利要求1至3中的任一项权利要求的材料，其中选自铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物的化合物，选自铝、硅、锆、钛元素的氮化物以及其混合物。
5．如权利要求4的材料，其中选自铝、硅、锆、钛元素的氮化物以及其混合物的化合物是氮化铝。
6．如权利要求1至5中的任一项权利要求的材料，所述材料由上述成分组成。
7．一种用以制造权利要求1至6中的任一项权利要求的材料的方法，其中选自铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物的化合物以细密分布的形式被导入二成分汽化器常规使用的二硼化钛/氮化硼/氧化钙混合物内，并利用风筒压力，在至少1800℃温度下，在石墨模内，热压该均匀粉末混合物。
8．如权利要求7的方法，其中选自铝、硅、锆、钛元素的氧化物、碳化物及氮化物以及其混合物的化合物，以平均粒径为5-15微米的粉末形式被使用。
9．由如权利要求1至6中的任一项权利要求的材料组成的汽化器。
全文摘要
一种陶瓷材料,含有45－55%(重量)的二硼化钛(TiB
文档编号C04B35/58GK1320578SQ0110951
公开日2001年11月7日 申请日期2001年3月28日 优先权日2000年3月30日
发明者托马斯·容林 申请人:瓦克化学有限公司