用于將液態(tài)金屬供給到蒸發(fā)器裝置的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于將液態(tài)金屬供應(yīng)到真空室中的蒸發(fā)器裝置的方法和設(shè)備，其中，在壓力條件下供應(yīng)所述液態(tài)金屬，以使得在沒有調(diào)節(jié)的情況下所供應(yīng)的液態(tài)金屬的流量大于所述蒸發(fā)器裝置中的液態(tài)金屬的需求量，并且其中，通過根據(jù)所述蒸發(fā)器裝置中的液態(tài)金屬的需求量借助于電磁泵在所述供給管中的液態(tài)金屬中產(chǎn)生反壓來調(diào)節(jié)所述流量。
【專利說明】用于將液態(tài)金屬供給到蒸發(fā)器裝置的方法和設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于一種將液態(tài)金屬供給到真空室中的蒸發(fā)器裝置的方法和設(shè)備。這種蒸發(fā)器例如應(yīng)用在物理氣相沉淀(PVD)處理中，其中，金屬蒸氣沉淀在諸如鋼條的基底上。

【背景技術(shù)】
[0002]在PVD處理中，更加特別地在連續(xù)或半連續(xù)的PVD處理中，需要將液態(tài)金屬穩(wěn)定地供給到蒸發(fā)器裝置中，其中，供應(yīng)量與在蒸發(fā)器裝置中蒸發(fā)的液態(tài)金屬處于接近平衡狀態(tài)。這是對諸如將已蒸發(fā)的金屬沉淀在鋼條上的高速PVD處理的特別要求。
[0003]在專利申請KR20110034420中公開了一種用于將液態(tài)金屬供給到用于這種PVD處理的蒸發(fā)器裝置的設(shè)備。這種已知設(shè)備設(shè)置有用于測量供應(yīng)容器中的液態(tài)金屬的液面高度的器件，該測量值被供給到控制單元。對液態(tài)金屬液面高度的測量變化的處理給出了流至蒸發(fā)器裝置的液態(tài)金屬的流量。所述流量與蒸發(fā)器裝置中的液態(tài)金屬的需求量的任何不匹配會產(chǎn)生針對用于調(diào)節(jié)液態(tài)金屬的流量的裝置的控制信號。用于調(diào)節(jié)液態(tài)金屬的流量的裝置包括位于棒端部的圓錐形元件，電動機(jī)可使得棒端部相對于供給管的沒入供應(yīng)容器內(nèi)中的液態(tài)金屬中的開口端部運動，由此調(diào)節(jié)流量。
[0004]根據(jù)容器中的液態(tài)金屬的液面高度的測量變化來調(diào)節(jié)液態(tài)金屬的流量不允許立即并且精確地調(diào)節(jié)流量。
[0005]在W02005/116290中，公開了一種用于將液態(tài)金屬供給到蒸發(fā)器裝置的設(shè)備，其中，電磁泵用于將液態(tài)金屬供給到蒸發(fā)器裝置，并且其中，包括具有液面高度傳感器的單獨的液態(tài)金屬儲器的回路用于調(diào)節(jié)液態(tài)金屬流至蒸發(fā)器裝置的流量。
[0006]發(fā)明目的
[0007]本發(fā)明的一個目的是提供一種方法和設(shè)備，所述方法和設(shè)備允許立即調(diào)節(jié)供應(yīng)到蒸發(fā)器裝置的液態(tài)金屬的流量。
[0008]本發(fā)明的另一個目的是提供一種方法和設(shè)備，所述方法和設(shè)備允許根據(jù)蒸發(fā)器裝置中的液態(tài)金屬需求量來立即調(diào)節(jié)供應(yīng)到蒸發(fā)器裝置的液態(tài)金屬的流量。
[0009]本發(fā)明的再一個目的是提供了一種方法和設(shè)備，其中，在供應(yīng)過程中作用在液態(tài)金屬上的壓力的波動得以控制。
[0010]本發(fā)明的再一個目的是提供一種方法和設(shè)備，所述方法和設(shè)備允許立即調(diào)節(jié)流至蒸發(fā)器裝置的液態(tài)Zn和包括Zn-Mg的Zn合金的流量。
[0011]本發(fā)明的再一個目的是提供一種方法和設(shè)備，所述方法和所述設(shè)備要求裝置與流至蒸發(fā)器裝置的液態(tài)金屬流的直接接觸最小化。
[0012]本發(fā)明的又一個目的是提供一種設(shè)備，所述設(shè)備相對簡單并且制造成本可以有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過提供一種將液態(tài)金屬從用于容納液態(tài)金屬的容器經(jīng)由供給管供給到真空室中的蒸發(fā)器裝置的方法來實現(xiàn)本發(fā)明的目的中的一個或多個目的，其中，在壓力條件下供應(yīng)液態(tài)金屬，以使得在沒有調(diào)節(jié)的情況下所供應(yīng)的液態(tài)金屬的流量大于蒸發(fā)器裝置中的液態(tài)金屬的需求量，并且其中，根據(jù)蒸發(fā)器裝置中的液態(tài)金屬的需求量借助于電磁泵在供給管中的液態(tài)金屬中產(chǎn)生反壓來調(diào)節(jié)流量。
[0014]根據(jù)這種方法，作用在液態(tài)金屬上的壓力總是使得因所施加的壓力液態(tài)金屬的流量大于蒸發(fā)器裝置對液態(tài)金屬的需求量，并且為了滿足這種需求，通過在液態(tài)金屬的供應(yīng)過程中產(chǎn)生反壓來調(diào)節(jié)流量。當(dāng)將液態(tài)金屬的流量調(diào)節(jié)至蒸發(fā)器裝置所需的量時，只需調(diào)節(jié)流量以便控制施加在供給管中的液態(tài)金屬上的壓力的任何偏差。
[0015]在整個說明中所使用的術(shù)語“金屬”除非明確說明否則將表示金屬和金屬合金二者。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了借助于惰性氣體(諸如氬氣)為用于容納液態(tài)金屬的容器中的液態(tài)金屬加壓。在監(jiān)測氣體壓力并且將所述氣體壓力保持在滿足要求而不需要反壓的范圍的情況中，總是存在朝向真空室的充足的液態(tài)金屬流。在供給管的起點處的液態(tài)金屬的凈壓力等于液態(tài)金屬供應(yīng)容器中的氣體壓力、真空室中的真空壓力與熔體的液體靜壓力和由電磁泵產(chǎn)生的反壓之和的壓力差。
[0017]液態(tài)金屬供應(yīng)容器中的液面高度逐漸減小使得壓力平衡移動，從而減小流量。這通過調(diào)節(jié)電磁泵的反壓來修正，較之惰性氣體壓力可更為快速且更為精確地進(jìn)行。
[0018]工業(yè)領(lǐng)域中已知這種電磁泵并且所述電磁泵具有下述優(yōu)勢:泵流量非常易于控制，并且允許流量的瞬時改變。
[0019]如果用于容納液態(tài)金屬的容器還用作熔爐，則液態(tài)金屬液體靜壓力將在將新的金屬供給到容器時發(fā)生變化。利用電磁泵易于調(diào)節(jié)液體靜壓力的這些變化。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，設(shè)置了一種液態(tài)金屬循環(huán)回路，該液態(tài)金屬循環(huán)回路包括:用于容納液態(tài)金屬的容器；電磁循環(huán)泵，所述電磁循環(huán)泵連接到用于容納液態(tài)金屬的容器和供給管；溢流管，所述溢流管連接到在電磁循環(huán)泵和電磁泵之間的供給管，并且沿著向上方向延伸，其中，溢流管的溢流口位于用于容納液態(tài)金屬的容器中，其中，溢流管中的液態(tài)金屬柱提供了作用在供給管中的液態(tài)金屬上的恒定壓力。溢流管中的液態(tài)金屬柱形成了作用在供給管的液態(tài)金屬上的恒定壓力，所述恒定壓力足夠大以產(chǎn)生供應(yīng)至蒸發(fā)器裝置的液態(tài)金屬供應(yīng)，所述供應(yīng)的供應(yīng)量大于蒸發(fā)器裝置中的液態(tài)金屬的需求量。利用電磁泵調(diào)節(jié)供應(yīng)的流量。具有這種壓位差的循環(huán)回路提供了一種壓力回路，所述壓力回路就施加到供應(yīng)的液態(tài)金屬上的壓力沒有變化或僅僅具有很小的變化。
[0021]要求電磁循環(huán)泵總是具有位于溢流管中的液態(tài)金屬全柱(full column)并且從緩沖容器將充足的液態(tài)金屬供應(yīng)至供給管。
[0022]當(dāng)達(dá)到某一最小液面高度時，必須再填充緩沖容器。因此，提供了從液態(tài)金屬供應(yīng)容器將液態(tài)金屬供應(yīng)至用于容納液態(tài)金屬的容器，并且其中借助于惰性氣體為液態(tài)金屬供應(yīng)容器中的液態(tài)金屬加壓。作用在供應(yīng)容器中的液態(tài)金屬上的壓力應(yīng)當(dāng)使得可足夠快速地將緩沖容器再次填充至所需的液面高度，以便防止至蒸發(fā)器裝置的供應(yīng)出現(xiàn)任何中斷。用于容納液態(tài)金屬的容器將被填充直至低于溢流管的溢流口的液面高度。在這種設(shè)置中，供應(yīng)容器中的液態(tài)金屬的壓力不會影響液態(tài)金屬的供應(yīng)，這是因為由溢流管中的液態(tài)金屬柱實現(xiàn)的壓位差提供了恒定壓力或幾乎恒定壓力。
[0023]經(jīng)由供應(yīng)管將液態(tài)金屬從供應(yīng)容器供應(yīng)至用于容納液態(tài)金屬的容器，所述供應(yīng)管將供應(yīng)容器與用于容納液態(tài)金屬的容器直接相連或者將供應(yīng)容器連接到供給管。
[0024]替代使用加壓供應(yīng)容器的是，還可能通過僅僅使用重力再次填充用于容納液態(tài)金屬的容器，并且使得液態(tài)金屬從位于較高位置處的供應(yīng)容器流至位于較低位置處的用于容納液態(tài)金屬的容器。
[0025]與液態(tài)金屬直接接觸的所有管都由能夠承受液態(tài)金屬溫度和液態(tài)金屬對管或管路上的可能行為的材料制成或具有由這樣材料制成的襯里。這些材料包括石墨、陶瓷、鎢和一些不銹鋼。
[0026]為了調(diào)節(jié)液態(tài)金屬的流量，必須知曉實際流量。為此，根據(jù)本發(fā)明，借助于流量計來測量供給管中液態(tài)金屬的流量。在第一種構(gòu)造中，這通過在循環(huán)泵的任一側(cè)來實現(xiàn)；在具有循環(huán)回路的第二種構(gòu)造中，這通過在電磁泵和蒸發(fā)器裝置之間來實現(xiàn)。將流量的相繼測量值供給到控制單元，與所需的流量比較，并且基于所述比較結(jié)果控制電磁泵?？梢砸远喾N方式形成所需的流量。例如，基于PVD處理的處理參數(shù)，包括沉淀層的所需厚度、基底的傳輸速度、蒸發(fā)器裝置中所使用的加熱能量。更加特別地，在對熔體感應(yīng)加熱的情況中，可由感應(yīng)線圈和/或熔體的電力參數(shù)(諸如，在坩堝中的熔體中感應(yīng)產(chǎn)生的電流頻率，或者在使用懸浮蒸發(fā)處理的情況中在懸浮熔體中感應(yīng)產(chǎn)生的電流頻率)來形成所需的流量。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，確定供給管中的液態(tài)金屬的流量通過下述方式來確定:利用感應(yīng)式流量計借助于嵌入在供給管壁中的電極來測量液態(tài)金屬中的感應(yīng)電壓而確定液態(tài)金屬的流速，其中，供給管在這個位置處的壁是導(dǎo)電的。
[0028]在通常使用的感應(yīng)式流量計的情況中，感應(yīng)式流量計的電極突出至非導(dǎo)電管的壁并且與導(dǎo)電液體直接接觸。利用電極來測量感應(yīng)電壓的變化，所述感應(yīng)電壓變化不受由永磁體提供或由感應(yīng)流量計中的電磁線圈產(chǎn)生的磁場的磁通密度、電極之間的距離、和液態(tài)金屬的流速的影響。
[0029]在將一些液態(tài)金屬供給到蒸發(fā)器裝置中的情況下，溫度可能相當(dāng)高，諸如在液態(tài)Zn或液態(tài)Zn-Mg合金的情況中。在液態(tài)Zn或液態(tài)Zn-Mg合金的高溫情況中，電極可能在短時間之后便表現(xiàn)出過度磨損并且可能需要替換。為了克服這個問題，將電極嵌入壁中，由此避免與液態(tài)金屬直接接觸。通過至少在嵌入電極的位置處提供導(dǎo)電管壁部分來實現(xiàn)與液態(tài)金屬必要的電接觸。
[0030]導(dǎo)電管壁部分應(yīng)當(dāng)由能夠長期承受液態(tài)Zn或液態(tài)Zn-Mg合金的溫度的材料構(gòu)成。已經(jīng)由作為導(dǎo)電管壁部分的石墨實現(xiàn)了良好結(jié)果，所述石墨能夠承受高溫并且還具有足夠低的電阻，以允許利用嵌入電極可靠地測量流速。
[0031]因為供給管在其整個長度上與液態(tài)金屬直接接觸，所以供給管優(yōu)選地是石墨或具有石墨襯里。而且在這種構(gòu)造的情況中，其中，供給管的石墨電連接流量計的電極，證明了測量值可靠并且與液態(tài)金屬的流速良好對應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種用于將液態(tài)金屬供給到真空室中的蒸發(fā)器裝置的設(shè)備，所述設(shè)備包括:用于容納液態(tài)金屬的容器；供給管，所述供給管從用于容納液態(tài)金屬的容器通到蒸發(fā)器裝置，其中，在壓力條件下供給液態(tài)金屬，以使得液態(tài)金屬的流量大于蒸發(fā)器裝置的需求量；電磁泵；控制器件，所述控制器件控制電磁泵，并且其中，液態(tài)金屬的流量通過控制電磁泵以在供給管中的液態(tài)金屬中產(chǎn)生反壓來調(diào)節(jié)。
[0032]為了在壓力條件下將液態(tài)金屬供給到蒸發(fā)器裝置中，供應(yīng)器件設(shè)置成在壓力條件下將惰性氣體供應(yīng)至用于容納液態(tài)金屬的容器，以便為用于容納液態(tài)金屬的容器中的液態(tài)金屬加壓。
[0033]利用感應(yīng)式流量計完成上述設(shè)置，以確定供給管中的液態(tài)金屬的流量。這種設(shè)置具有下述優(yōu)勢:具有非常有限數(shù)量的部件，并且同時在液態(tài)金屬的供應(yīng)過程中易于對流量控制提供所需的精確。
[0034]另外，可以設(shè)置用于借助于惰性氣體盡可能恒定地保持作用在供給容器中的液態(tài)金屬上的壓力的器件。這種器件將包括惰性氣體壓力計器件和控制器件，以調(diào)節(jié)惰性氣體供應(yīng)。
[0035]在根據(jù)本發(fā)明提供的另一實施例中，在供給管中設(shè)置液態(tài)金屬循環(huán)回路，所述液態(tài)金屬循環(huán)回路包括:用于容納液態(tài)金屬的容器；位于供給管中的電磁循環(huán)泵；溢流管，所述溢流管連接到在電磁循環(huán)泵和電磁泵之間的供給管，所述溢流管沿著向上方向延伸，其中，溢流管的溢流口處于用于容納液態(tài)金屬的容器中，其中，溢流管中的液態(tài)金屬柱提供了作用在供給管中的液態(tài)金屬上的恒定壓力，所述恒定壓力足以提供大于蒸發(fā)器裝置中的需求量的液態(tài)金屬流量。
[0036]根據(jù)又一方面，截斷閥設(shè)置在供給管的電磁泵和真空室之間。這種另外的截斷閥例如在第一次填充緩沖容器時或者在蒸發(fā)處理周期即將結(jié)束時用于完全截斷供應(yīng)至蒸發(fā)器裝置的供應(yīng)。
[0037]為了能夠便捷地控制用于容納液態(tài)金屬的容器中的液態(tài)金屬的容積，設(shè)置一種液面高度傳感器，以測量用于容納液態(tài)金屬的容器中的液態(tài)金屬的液面高度。這種液面高度傳感器可以是與容器中的液態(tài)金屬直接接觸的傳感器，或者可以是設(shè)計成在不需要與液態(tài)金屬物理接觸的情況下實施測量的電子傳感器。液態(tài)金屬的測量的液面高度被提供給控制單元。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]將通過附圖中示出的示例進(jìn)一步解釋本發(fā)明，其中:
[0039]圖1示出了用于將液態(tài)金屬供給到真空室中的蒸發(fā)器裝置的設(shè)備的示意性布局，所述設(shè)備包括用于容納液態(tài)金屬的容器、供給管、電磁泵、感應(yīng)式流量計和控制單元；
[0040]圖2示出了用于將液態(tài)金屬供給到真空室中的蒸發(fā)器裝置的設(shè)備的示意性布局，其中，用于容納液態(tài)金屬的容器是具有電磁循環(huán)泵和溢流管的循環(huán)回路的一部分；和
[0041]圖3示意性示出了感應(yīng)式流量計和供給管的橫截面。

【具體實施方式】
[0042]在圖1中示意性示出的設(shè)備具有用于容納液態(tài)金屬的容器1，從所述容器I經(jīng)過供給管2將液態(tài)金屬供給到真空室4中的蒸發(fā)器裝置3。在這個示例中，蒸發(fā)器裝置是坩堝5，所述坩堝5具有水冷式感應(yīng)線圈6，用于進(jìn)一步加熱和蒸發(fā)坩堝中的液態(tài)金屬。
[0043]代替具有坩堝的蒸發(fā)器的是，還可能使用一種蒸發(fā)器，在該蒸發(fā)器中，所供應(yīng)的液態(tài)金屬在蒸發(fā)的同時被保持成處于懸停(EML-PVD)狀態(tài)，或者可能使用噴射氣相沉積設(shè)置(JET-PVD)。
[0044]用于容納液態(tài)金屬的容器I設(shè)置有加熱裝置7，以將容器中的金屬加熱至所需溫度并且將其保持處于所述溫度下。用于容納液態(tài)金屬的容器I還可用作熔爐和用于容納液態(tài)金屬的容器的組合體。浮子傳感器8設(shè)置用于監(jiān)測用于容納液態(tài)金屬的容器I中的液態(tài)金屬的液面高度。浮子傳感器8具有發(fā)信號器件9，所述發(fā)信號器件9向控制單元10提供對應(yīng)于用于容納液態(tài)金屬的容器I中的液態(tài)金屬的液面高度的信號。
[0045]具有截斷閥12的用于諸如氬氣的惰性氣體的供應(yīng)管路11設(shè)置成在壓力條件下將氣體供給至用于容納液態(tài)金屬的容器I，以便為容器中的液態(tài)金屬加壓。氣體壓力傳感器(未示出)設(shè)置用于監(jiān)測用于容納液態(tài)金屬的容器I中的氣體壓力。由惰性氣體施加在液態(tài)金屬上的壓力高于流到蒸發(fā)器裝置3液態(tài)金屬的所要求流量所需的壓力。
[0046]在供給管2中，設(shè)置有電磁泵13、感應(yīng)式流量計14和截斷閥15，所述電磁泵13、感應(yīng)式流量計14和截斷閥15均連接到控制單元10。
[0047]在操作中，加壓液態(tài)金屬從用于容納液態(tài)金屬的容器I經(jīng)由供給管2流至蒸發(fā)器裝置3。頻繁或連續(xù)地測量流量，并且將測量值提供給控制單元10，在所述控制單元10處，比較測量值與所需的流量。如果需要的話，通過控制電磁泵13來調(diào)節(jié)流量。在操作中，由點“O”處的所有壓力達(dá)到平衡來確定供給系統(tǒng)的驅(qū)動壓力Λ P:
[0048]Δ P = PAr — (P 13+ P *g*H0+Pvacuum),
[0049]其中，PAr是液態(tài)金屬容器中的氬氣壓力，P13是由電磁泵13產(chǎn)生的壓力，P*g*H0 (液態(tài)金屬的比重(P)*重力加速度(g)*高度差(HO))是從坩堝向下到液態(tài)金屬容器中的液面高度的液態(tài)金屬產(chǎn)生的液體靜壓力，PvAcum是真空室中的鋅熔體上方的壓力。
[0050]因為用于容納液態(tài)金屬的容器中的Ar壓力使得因所述壓力產(chǎn)生的流量將總是高于所需的流量，所以電磁泵13操作以便在供給管2中產(chǎn)生反壓，以達(dá)到所需的流量。
[0051]通過使用電磁泵13，在反壓中能夠非?？焖俨⑶覝?zhǔn)確地調(diào)節(jié)流量，這比通過控制供應(yīng)容器I中的惰性氣體的壓力來調(diào)節(jié)流量快得多并且準(zhǔn)確得多。
[0052]在圖2中，示出了一個實施例，其中，用于容納液態(tài)金屬的容器I是循環(huán)回路的一部分，所述循環(huán)回路提供了供給管2的點“O”處的恒定壓位差。這種循環(huán)回路包括用于容納液態(tài)金屬的容器1、電磁循環(huán)泵17、在電磁循環(huán)泵17和電磁泵13之間連接到供給管2的溢流管18，所述溢流管18具有位于用于容納液態(tài)金屬的容器I內(nèi)的溢流口 19，并且其中，電磁循環(huán)泵17的與連接到溢流管18的一側(cè)相對的一側(cè)借助于管20連接到用于容納液態(tài)金屬的容器I。
[0053]溢流管18的位于用于容納液態(tài)金屬的容器I內(nèi)的一部分還可以是位于容器內(nèi)的單獨的隔間，管在容器I的外側(cè)連接到所述單獨的隔間。
[0054]溢流管18在溢流口 19處設(shè)置有溢流傳感器21?？梢允墙佑|式傳感器的溢流傳感器21連接到控制單元10。用于容納液態(tài)金屬的容器I設(shè)置有浮子傳感器22，以便監(jiān)測容器I中的液態(tài)金屬的液面高度。浮子傳感器22具有發(fā)信號器件23，所述發(fā)信號器件23向控制單元10提供對應(yīng)于用于容納液態(tài)金屬的容器I中的液態(tài)金屬的液面高度的信號。
[0055]用于容納液態(tài)金屬的容器I還設(shè)置有加熱裝置7，以便將緩沖容器中的液態(tài)金屬保持在所需的溫度下。
[0056]在這個示例中，液態(tài)金屬供應(yīng)容器16借助于連接管24連接到用于容納液態(tài)金屬的容器I，所述連接管24在給出的示例中連接到管20，利用所述管20將電磁循環(huán)泵17連接到用于容納液態(tài)金屬的容器I。在這個連接管24中設(shè)置有截斷閥25，通過所述截斷閥25，可使得液態(tài)金屬供應(yīng)容器16與供應(yīng)回路的其它部分分離開。這具有下述優(yōu)勢:允許新的供應(yīng)容器與液態(tài)金屬相連通，而同時又不需停止蒸發(fā)處理。
[0057]代替位于電磁循環(huán)泵17下游處的連接管24的是，連接管還可連接到在電磁循環(huán)泵17和電磁泵13之間的供給管。另一種選擇是將液態(tài)金屬供應(yīng)容器16經(jīng)由直接連接管連接到用于容納液態(tài)金屬的容器I，使得不需要連接到管20或供給管2。
[0058]設(shè)置其它加熱器件(未示出)，以加熱供給管2、溢流管18、管20和連接管24。供給管2、溢流管18、管20和連接管24或這些管的襯里應(yīng)當(dāng)能夠承受液態(tài)金屬對管材料所實施的可能行為以及承受液態(tài)金屬的溫度。在Zn或Zn/10 % Mg作為液態(tài)金屬的情況中，溫度分別高于420°C和高于600°C。而且,液態(tài)Zn或Zn/10% Mg積極地作用于大部分金屬或金屬合金上，從而導(dǎo)致僅僅有限數(shù)量的材料能夠用于這些管或這些管的襯里，這包括石墨、陶瓷、鎢和一些不銹鋼。
[0059]系統(tǒng)以以下方式操作。在加熱液態(tài)金屬供應(yīng)容器16中的液態(tài)金屬之后或如果容器16還用作熔爐，則在熔化并且加熱液態(tài)金屬供應(yīng)容器16中的金屬之后，通過打開截斷閥
12將惰性氣體的壓力升高至所需的壓力。通過打開截斷閥25，迫使液態(tài)金屬離開液態(tài)金屬供應(yīng)容器16，并且經(jīng)由管24被供給通過管20到達(dá)用于容納液態(tài)金屬的容器1，直到由液面高度傳感器22監(jiān)測到的設(shè)定液面高度為止。此后，關(guān)閉與管24相連的截斷閥25并且啟動電磁循環(huán)泵17，從而導(dǎo)致填充溢流管18并且液態(tài)金屬流經(jīng)溢流口 19返回到用于容納液態(tài)金屬的容器I中。這由溢流傳感器21來監(jiān)測，這是因為為了在點“O”處具有恒定的壓位差，溢流管18應(yīng)當(dāng)保持被完全填充滿。在液態(tài)金屬在這個回路中循環(huán)的情況中，由液態(tài)金屬柱Hl產(chǎn)生的壓位差將在用于容納液態(tài)金屬的容器I清空的整個過程中在高度上保持恒定不變。
[0060]在使得用于液態(tài)金屬的循環(huán)回路開始運轉(zhuǎn)之后，可以打開截斷閥15，此后，液態(tài)金屬流經(jīng)供給管2進(jìn)入到蒸發(fā)器3的坩堝5中。然后借助于感應(yīng)式流量計14測量流量并且借助于電磁泵13調(diào)節(jié)流量而且使得流量穩(wěn)定到所需的流量。因為由液態(tài)金屬柱Hl形成的壓位差產(chǎn)生的流量大于所需流量，所以電磁泵13將以反壓連續(xù)操作。
[0061]通過點“O”處的所有壓力達(dá)到平衡來確定供給系統(tǒng)的初始狀態(tài)。
[0062]P17+P13+P *g*Hl = O
[0063]其中P17和P13是由電磁循環(huán)泵17和電磁泵13產(chǎn)生的相應(yīng)壓力，P *g*Hl (液態(tài)金屬的比重(P )*重力加速度(g)*高度(Hl))是由溢流管18中的點“O”處的液態(tài)金屬柱提供的壓位差。
[0064]液態(tài)金屬容器16與用于容納液態(tài)金屬的容器I和恒定壓力供給系統(tǒng)分離允許用液態(tài)金屬再次填充液態(tài)金屬供應(yīng)容器或者在液態(tài)金屬供應(yīng)容器也用作熔爐的情況中用固態(tài)金屬再次填充液態(tài)金屬供應(yīng)容器，而同時又不需要中斷或干擾將液態(tài)金屬供應(yīng)至蒸發(fā)器裝置3的供應(yīng)。
[0065]還可能將單個恒壓回路連接到若干個液態(tài)金屬供應(yīng)容器或者組合的供應(yīng)和熔融容器，這必須周期性停止操作，以清潔爐渣和累積的雜質(zhì)，如果不實施清潔處理則必須中斷生產(chǎn)處理。
[0066]電磁循環(huán)泵17和電磁泵13可被切換，以使得兩個泵產(chǎn)生相同方向的流動。這允許在必須停止PVD處理的緊急情況中在短時間內(nèi)將所有液態(tài)金屬從蒸發(fā)器裝置3和用于容納液態(tài)金屬的容器I全部排回到液態(tài)金屬供應(yīng)容器16中。
[0067]在根據(jù)圖1和圖2的實施例中，提升裝置可以設(shè)置成使得用于容納液態(tài)金屬的容器或者液態(tài)金屬供應(yīng)容器根據(jù)可能出現(xiàn)的情況而相對于供給管或連接管沿著上下方向移動。這允許在系統(tǒng)停止操作時完全排空供給管或連接管，以使得管不會被固化金屬堵塞。
[0068]圖3示出了感應(yīng)式流量計14的橫截面，所述感應(yīng)式流量計14用于確定供給管2中的流量。在這個示例中，流量計14包括由永磁材料制成的矩形磁性框架26和處于磁性框架26的相對支腿內(nèi)側(cè)處的兩個永磁體29、30。磁性框架由U狀部分27和可拆卸部分28構(gòu)成，所述可拆卸部分28連接U狀部分27的外端部。由于這種構(gòu)造，將更易于定位或移除流量計。
[0069]允許容易地替換流量計的其它構(gòu)造將具有固定到流量計的管部分，其在相對的側(cè)部處與供給管相連。然而，在液態(tài)金屬的供給系統(tǒng)的情況中，由于這些高溫供給系統(tǒng)的復(fù)雜性，具有兩個其它連接件的構(gòu)造不是優(yōu)選的。
[0070]永磁體29和30可以例如是基于Nd-Fe-B或Sm-Co的永磁體，所述永磁體29和30形成磁性回路中的相對磁極，從而在供給管2的內(nèi)部提供了具有大體直的磁場線的電場。代替永磁體的是，還可使用利用電磁線圈產(chǎn)生磁場的系統(tǒng)。
[0071]在附圖中，供給管2分別具有外部分31和內(nèi)部分32。內(nèi)部分32由石墨制成，更特別地由無定型石墨制成。在供給液態(tài)金屬的情況中，供給管2的整個內(nèi)部是否應(yīng)當(dāng)由石墨制成取決于液態(tài)金屬的溫度。在液態(tài)Zn或高達(dá)10% Mg的液態(tài)Zn-Mg的情況中，相應(yīng)的熔融溫度將是大約420°C和大約600°C，并且在這些情況中，供給管的內(nèi)部分32應(yīng)當(dāng)由石墨制成，以承受其溫度。
[0072]外部分31可以包括:管，內(nèi)部分的石墨作為襯里施加在所述管上；用于保持供給管處于某一最小溫度下的絕緣器件和如果必要的加熱器件。
[0073]已經(jīng)提供了兩個電極33、34，所述兩個電極的至少外端部處于與通過供給管的磁場線成大約直角的平面中。外端部嵌入在供給管的內(nèi)部分32的石墨中，以避免可能導(dǎo)致電極快速磨損的與液態(tài)金屬的直接接觸，尤其是在液態(tài)Zn和Zn-Mg高溫的條件下。優(yōu)選地，這些電極由鎢制成。
[0074]在已知的感應(yīng)式流量計中，電極與供給管中的導(dǎo)電液體直接接觸，其中，供給管是非導(dǎo)電材料。所測量的感應(yīng)電壓取決于磁通密度、電極的外端部之間的距離和導(dǎo)電液體的流速。
[0075]在根據(jù)本發(fā)明的流量計的情況中，電極的外端部因上述給定的原因而沒有與導(dǎo)電液體直接接觸。通過內(nèi)部分32的石墨實施與導(dǎo)電液體的必要接觸，這是可行的，因為無定型石墨具有作為導(dǎo)體的足夠低的電阻。然而，由于無定型的石墨的導(dǎo)電性，所以通過供給管的石墨部分電極之間仍然相互接觸。在電壓計附接到電極的情況下，所形成的測量電路將包括通過供給管并且位于通過液態(tài)金屬的電極外端部之間的并聯(lián)電流部件。最后的電流部件實際上通過液態(tài)金屬并且通過石墨的對應(yīng)于電極的外端部之間的距離的一小部分和供給管的具有液態(tài)金屬的內(nèi)部。盡管所測量的電壓相對較低，但是還是可能用適于測量nV范圍內(nèi)電壓的現(xiàn)有電壓計可靠地進(jìn)行測量。利用所測量的電壓和電壓變化，可以以足夠的精度來確定流速以及隨后確定流率，以便能夠控制電磁泵13并且利用電磁泵在足夠窄的范圍內(nèi)向蒸發(fā)器裝置提供供應(yīng)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于將液態(tài)金屬從用于容納液態(tài)金屬的容器經(jīng)由供給管供應(yīng)到真空室中的蒸發(fā)器裝置的方法，其中，在壓力條件下供應(yīng)所述液態(tài)金屬，其特征在于，在壓力條件下供應(yīng)所述液態(tài)金屬，以使得在沒有調(diào)節(jié)的情況下所供應(yīng)的液態(tài)金屬的流量大于所述蒸發(fā)器裝置中的液態(tài)金屬的需求量，并且其中，通過根據(jù)所述蒸發(fā)器裝置中的液態(tài)金屬的需求量借助于電磁泵在所述供給管中的液態(tài)金屬中產(chǎn)生反壓來調(diào)節(jié)所述流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，借助于惰性氣體為所述用于容納液態(tài)金屬的容器中的液態(tài)金屬加壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，設(shè)置液態(tài)金屬循環(huán)回路，所述液態(tài)金屬循環(huán)回路包括:所述用于容納液態(tài)金屬的容器；電磁循環(huán)泵，所述電磁循環(huán)泵連接到所述用于容納液態(tài)金屬的容器和所述供給管；溢流管，所述溢流管在所述電磁循環(huán)泵與所述電磁泵之間連接到所述供給管，并且沿著向上方向延伸，其中，所述溢流管的溢流口處于所述用于容納液態(tài)金屬的容器中，其中，所述溢流管中的液態(tài)金屬柱提供了作用在所述供給管中的液態(tài)金屬上的恒定壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項或多項所述的方法，其中，確定所述供給管中的液態(tài)金屬的流量，并且其中，根據(jù)已確定的流量和所述蒸發(fā)器裝置中的液態(tài)金屬的需求量來控制所述電磁泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述供給管中的液態(tài)金屬的流量通過下述方式來確定:利用感應(yīng)式流量計通過借助于嵌入所述供給管的壁中的電極來測量液態(tài)金屬中的感應(yīng)電壓而確定所述供給管中的液態(tài)金屬的流速，其中，所述供給管在這個位置處的壁是導(dǎo)電的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，從液態(tài)金屬供應(yīng)容器將所述液態(tài)金屬供應(yīng)到所述用于容納液態(tài)金屬的容器，并且其中，借助于惰性氣體為所述液態(tài)金屬供應(yīng)容器中的液態(tài)金屬加壓。
7.一種用于將液態(tài)金屬供應(yīng)到真空室中的蒸發(fā)器裝置的設(shè)備，所述設(shè)備包括:用于容納液態(tài)金屬的容器；供給管，所述供給管從所述用于容納液態(tài)金屬的容器通到所述蒸發(fā)器裝置；電磁泵和控制器件，所述控制器件控制所述電磁泵，其特征在于，在壓力條件下供給所述液態(tài)金屬，以使得液態(tài)金屬的流量大于所述蒸發(fā)器裝置中的需求量，并且其中，通過控制所述電磁泵以在所述供給管中的液態(tài)金屬中產(chǎn)生反壓來調(diào)節(jié)液態(tài)金屬的流量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，供應(yīng)器件設(shè)置用于在壓力條件下將惰性氣體供應(yīng)至所述用于容納液態(tài)金屬的容器，從而為所述用于容納液態(tài)金屬的容器中的液態(tài)金屬加壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，液態(tài)金屬循環(huán)回路設(shè)置在所述供給管中，所述液態(tài)金屬循環(huán)回路包括:所述用于容納液態(tài)金屬的容器；位于所述供給管中的電磁循環(huán)泵；在所述電磁循環(huán)泵與所述電磁泵之間連接到所述供給管的溢流管，所述溢流管沿著向上方向延伸，其中，所述溢流管的溢流口處于所述用于容納液態(tài)金屬的容器中，其中，所述溢流管中的液態(tài)金屬柱提供了作用在所述供給管中的液態(tài)金屬上的恒定壓力，所述恒定壓力足以提供大于所述蒸發(fā)器裝置中的需求量的液態(tài)金屬流量。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中的一項或多項所述的設(shè)備，其中，感應(yīng)式流量計設(shè)置用于測量所述供給管中的液態(tài)金屬的流速。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述感應(yīng)式流量計的電極嵌入所述供給管的導(dǎo)電壁中。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中的一項或多項所述的設(shè)備，其中，截斷閥設(shè)置在所述供給管中、在所述電磁泵與所述真空室之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12中的一項或多項所述的設(shè)備，其中，液面高度傳感器設(shè)置成測量所述用于容納液態(tài)金屬的容器中的液態(tài)金屬的液面高度。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至13中的一項或多項所述的設(shè)備，其中，液態(tài)金屬供應(yīng)容器連接到所述用于容納液態(tài)金屬的容器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，來自所述液態(tài)金屬供應(yīng)容器的連接管在所述電磁泵上游處連接到所述供給管，并且其中截斷閥設(shè)置在所述連接管中。
【文檔編號】C23C14/24GK104395495SQ201380022724
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】G·皮普凱維奇, R·澤利阿, J·杰爾加措, A·博亞爾維奇, M·R·古迪納夫, L·C·B·巴普蒂斯特, T·F·J·馬爾曼 申請人:塔塔鋼鐵荷蘭科技有限責(zé)任公司, 西德拉別股份有限公司, 浦項株式會社