汽化单元以及借助所述类型汽化单元来真空涂布物件的方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的汽化单元以及借助这种汽化单元来真空涂布物件的方法。
[0002]例如，此类型的汽化单元可见于US 2011/013891 A1或W0 2008/092423 A1。
[0003]这种汽化单元被设计为具有限定的比电导率的陶瓷主体。就用金属(特别是铝)涂布柔性基板而言，此类型的汽化单元通常用于借助PVD(物理气相沉积)技术的称为真空汽提金属化设备的设备。例如，柔性基板可为纸张、塑料薄膜以及纺织物。
[0004]汽化单元经由电阻式加热器而加热至规定温度，例如，在1500°C与1900 °C范围内的温度。将要汽化的金属以金属线材的形式供料至汽化单元顶侧，最初，先会熔融金属线材，然后在约1 4kPa(10 4毫巴)的真空下汽化熔融金属。汽化单元通常在它们的顶侧具有槽状腔体，用于容纳熔融金属。
[0005]为了进行电阻加热，电极(特别是铜电极)分别邻接汽化单元的相对面，这些电极通常被冷却至250 °C。
[0006]原则上，目标在于尽可能地均匀且充分地润湿汽化单元，同时实现较高汽化速率以有利于以较高涂覆速率涂布的物件实现均匀的金属化。然而，通常实现这个目标极其困难。除了别的以外，这是由于以下事实:金属线材通常并非是在精确中心位置被供料至汽化单元，由此导致熔融金属不对称地润湿汽化表面。在某种程度上，这另外会致使液态金属在一侧上已经到达汽化单元的边缘并与相对冷的电极接触。这导致了金属喷派，这对高质量涂布是不可取的。为了防止发生这种情况，原则上可使温度(以及由此汽化速率)增加。然而，随着温度增加，也会产生称之为化学腐蚀的问题，这个问题由此减少汽化单元的整体使用寿命。例如，蒸发器单元通常具有在5与25工作小时之间范围内的使用寿命。
[0007]—般来说很难实现所希望的限定汽化器表面区域(例如，其由腔体形成)的均匀、完全润湿。当此类型的汽化单元工作时，通常仅会润湿由腔体形成的汽化器表面区域的部分区域。
[0008]实际还可看出与汽化器表面的不完全润湿有关的另一问题，这是因为在未润湿的部分区域中缺乏经由液化金属而进行的冷却，这些部分区域具有显著较高温度。这些区域还被称为“热点”。这些区域部分地达到超过2000°C的温度，这会导致汽化单元的损坏和损毁。
[0009]本发明的目的
[0010]从这一点出发，本发明是基于以下目的:实现汽化器表面的完全润湿，尤其是在不带来使汽化单元边缘上的熔融金属与电极接触的风险的情况下，并且由此还防止喷溅。
[0011]实现本发明的方法
[0012]所述目的是根据本发明通过具有根据权利要求1所述的特征的汽化单元以及通过具有根据权利要求11所述的特征的方法实现。所提出的关于汽化单元的优点和优选的实施例也将合理地应用于本方法。
[0013]汽化单元具有顶侧，所述顶侧包括用于汽化金属的汽化器表面。内腔结合到顶侧中，该内腔由环绕幅材限定，外腔继而又邻接环绕幅材。以此方式，内腔形成汽化器内表面，并且外腔形成汽化器外表面。这意味着外腔还在操作期间被加热器充分加热，使得到达该外腔中的熔融材料被汽化。
[0014]因此，环绕幅材为由环绕幅材所侧向限定的一种类型的收集盘。该收集盘接收要汽化的熔融材料。该材料通常以线材的形式按上文所述方式供料。线材因高温汽化单元而熔融。
[0015]因此，内腔形成内部主要汽化表面，同时外腔具体起到溢流保护作用。这个内腔通常被设计为(具体来说，中心)盆状凹陷，该盆状凹陷被设计用于容纳将在操作期间被汽化的熔融材料，并且因此这个内腔具有底板以及限定侧壁。
[0016]就所了解的内容看，在常规情况下，仅顶侧的有限区域会被润湿，因此本文所述的汽化单元从一开始就有意经由内腔的设计而将顶侧的有限区域提供为主要汽化表面。该区域在操作期间完全润湿，其中环绕幅材用于确保即使金属线材是偏离中心供料的，内部汽化表面也会均一、完全润湿。金属流动受限于环绕幅材，并且由此金属会分散到其余的自由分散方向，即使是从边缘偏离中心供料也是如此。由于熔融金属完全润湿并均匀分布在该内腔内，因此，还会出现均匀且均一的温度分布，由此实现均匀汽化。这种均匀的温度分布还允许设定合适但不会过高的操作温度，由此相较于常规汽化单元会减少汽化单元上的应变。具体来说，这减少了化学腐蚀问题。
[0017]此内腔的另一特殊优点还可见于以下事实，通过用熔融金属完全填满内腔，相较于其中熔融金属并未受环绕幅材限制的常规汽化单元而言，熔融金属流速总体有所降低。以此方式，汽化单元上的由通常在中心出现的所谓冲蚀造成的应变显著减少。
[0018]另一重要方面则可见于外腔。也就是说，如果熔融金属在幅材上溢流(例如，由于较高供料速率)，那么会将该熔融材料的这个溢流部分可靠地捕获于该外腔中。因此，这提供了另外的外部或次要汽化表面。这可靠地防止液态金属与已冷却的电极接触的风险，如果发生这种风险，则将造成金属喷溅。
[0019]因此，有目的地将外腔设计为环绕通道，使得外腔完全环绕内腔。因此，两个腔体借助幅材彼此连续分离。
[0020]外腔沿边缘有利地连续整合到顶侧中。因此，至少几乎整个顶侧表面都被外腔包围。在外腔外并不存在另外的腔体。另外，该内腔优选地完全覆盖由外腔所环绕的顶侧区域，但不覆盖外腔的如由幅材限定的间隙。因此，仅存在单个中心内部槽状腔体。这个腔体具有连续、不中断的底板，该底板特别是还不具有分离的幅材或凹陷。
[0021]所需汽化温度的设定非常易受各种影响因素(例如，在一方面是电阻式加热器的热量输出，而另一方面则是熔融材料的供料速率和冷却性能)影响，并且还具体取决于润湿区域与总表面之比。在这种情况下，内部汽化表面优选地占汽化单元顶侧的总表面区域的25 %到85 %之间并且特别是占40 %到65 %之间。
[0022]此类型的汽化单元通常具有顶侧，顶侧宽度为25mm至50mm、例如特别是为35mm，并且顶侧长度在100mm至150mm的范围内，特别是为130mm。这种汽化单元的典型材料厚度为8_至15_，特别是为10_。
[0023]该内腔的宽度大体等于例如汽化单元的总宽度的30%至60%。同时，该内腔的长度优选地在腔体总长度的60%至80%的范围内。在这些比例内，就能够可靠地实现该内部汽化表面的所需均匀润湿。
[0024]原则上，幅材主要用于限定内腔并且界定外腔。幅材宽度优选地经测定为在0.5mm与5mm之间，特别是在1mm与4mm之间。
[0025]出于相同目的，即可靠地确保完全且均匀地润湿整个内部汽化表面，内腔具有具体由幅材确定的深度，该深度经测定为在0.1mm与5mm之间，特别是在0.3mm与3mm之间。
[0026]根据有利的改进，外腔深于内腔。这提供了以下特殊优点:外部汽化表面由于在一定程度上较低的材料厚度而具有更高温度，由此确保任何溢流熔融材料发生既定汽化。作为另外一种选择，腔体具有相同深度，或外腔比内腔更浅。该实施例还取决于在外腔中将设定的所需温度，这个温度还受汽化单元的剖面形状的影响。
[0027]如已说明，外腔用作次要汽化表面并对应地具有相较于内腔而言显著更小的汽化表面。具体来说，外腔具有在内部汽化表面的10%至35%的范围内的外部汽化表面。
[0028]另外，内腔优选地成形为对应于汽化单元的周边轮廓。由于这个周边轮廓通常是呈矩形形式，因此内腔同样优选地为矩形形式。原则上，汽化单元是呈细长形式，使得内腔大体同样是细长的。也可采用卵形形式替代矩形形式。该幅材优选地具有始终分别相同的壁厚度，使得外腔具有与内腔相同的外部轮廓。
[0029]当操作汽化单元来对柔性物件(具体来说例如箔)进行蒸气涂布时，汽化单元借助前述电极整合到电路中，并且通过电阻加热。因此，例如，汽化单元通常被加热至1500°C至1700°C的温度。待汽化的金属(通常为铝)常作为线材来连续供料至内腔中，接着在内腔中熔化。因此，一方面用于加热该汽化单元的热量输出(其由电流确定)与另一方面被汽化金属的供料速率彼此匹配，使得内腔完全被熔化金属所覆盖。因此，这构成了几乎静止的状况。因此，通过环绕幅材以及由此形成的收集盘，所述收集盘填充有熔融金属，使得整个内部汽化表面被熔融金属所覆盖。
【附图说明】
[0030]本发明的示例性实施例基于附图更详细地阐述。这些实施例经由简化示意图示出:
[0031 ]图1汽化单元顶侧的顶视图，
[0032]图2沿剖面线A-A穿过如图1