Page 1
RZECZPOSPOLITA POLSKA
Urząd Patentowy Rzeczypospolitej
Polskiej
(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 2417280
(96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 12.04.2010 10723660.6 (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 06.11.2013 Europejski Biuletyn Patentowy 2013/45 EP 2417280 B1
(13) (51)
T3 Int.Cl. B22F 3/115 (2006.01) B22F 7/08 (2006.01) C23C 4/10 (2006.01) H01J 37/34 (2006.01) C23C 4/08 (2006.01) C23C 4/12 (2006.01) C23C 14/34 (2006.01) H01L 31/0224 (2006.01)
(54) Tytuł wynalazku:
Sposób wytwarzania tarczy przez natryskiwanie termiczne
PL/E
P 24
1728
0 T3
(30) Pierwszeństwo:
10.04.2009 FR 0952394
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
15.02.2012 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2012/07
(45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono:
30.04.2014 Wiadomości Urzędu Patentowego 2014/04
(73) Uprawniony z patentu:
Saint-Gobain Coating Solutions, Avignon, FR
(72) Twórca(y) wynalazku:
DOMINIQUE BILLIERES, Saint-Saturnin Les Avignon, FR
(74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Sławomir Kotara
POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska 73 00-712 Warszawa
Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
Page 2
2
Opis
[0001] Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania tarczy przeznaczonej do
stosowania w procesach osadzania próżniowego w atmosferze obojętnej lub reaktywnej, w
szczególności przez napylanie katodowe wspomagane przez pole magnetyczne, przez
napylanie lub przez źródło jonów.
5
10
15
20
25
30
[0002] Znane są różne techniki prowadzące do produkcji tarcz. Niektóre z nich wychodzą
z formowania proszków. Tak więc, omawiane tarcze mogą powstawać w wyniku procesów
odlewniczych (w przypadku tarcz metalicznych), spiekania proszków, a następnie
stosowania technik formowania (w przypadku tarcz metalicznych) najczęściej na gorąco,
po czym łączenia na podłożu lub bezpośredniego łączenia spiekanych segmentów, lub
mniej konwencjonalnie techniki natryskiwania termicznego, a bardziej szczegółowo
techniki natryskiwania z użyciem palnika plazmowego (lub powszechnie zwanej po
angielsku plazma spray).
[0003] Te tarcze są przeznaczone do użycia w procesach często stosowanych w skali
przemysłowej do osadzania cienkich warstw, w szczególności na substracie szklanym, jak
na przykład proces napylania katodowego wspomagany polem magnetycznym, nazywany
procesem « magnetronowym ». W tym procesie, plazma jest wytwarzana pod wysoką
próżnią w pobliżu tarczy zawierającej pierwiastki chemiczne do osadzania. Cząski
aktywne plazmy bombardując tarczę wyrywają wspomniane pierwiastki, które osadzają się
na substracie i tworzą pożądaną cienką warstwę.
[0004] W szczególnym przypadku tarczy przeznaczonej do osadzania molibdenu, stosuje
się proces osadzania nazywany «nie-reaktywnym», gdzie plazma składa się jedynie z gazu
zapewniającego napylanie, korzystnie gazu szlachetnego typu Ar, Kr, Xe lub Ne. Ten
proces przeprowadza się dla substratów o dużych rozmiarach i może on pozwalać na
osadzanie cienkich warstw na substratach, na przykład płaskich arkuszach szklanych, o
długości powyżej 6 m.
[0005] Te tarcze mają geometrię płaską lub cylindryczną.
[0006] Tarcze płaskie oferują tę korzyść, że mogą być zintegrowane w katodach o
stosunkowo prostej budowie w odniesieniu do katod przeznaczonych do tarcz obrotowych,
które są dużo bardziej złożone, jednak tarcze płaskie mają współczynnik wykorzystania,
który jest zwykle mniejszy lub równy 50 %, co nie dotyczy tarcz obrotowych, które mają
współczynnik wykorzystania znacznie powyżej 50 %.
Page 3
3
[0007] W szczególnym przypadku cienkich warstw z metalu ogniotrwałego, jak na
przykład wolfram lub molibden, przy czym ten ostatni jest metalem szczególnie drogim,
korzystnie stosuje się tarcze obrotowe o geometrii cylindrycznej, jak opisane w patencie
US4356073, ponieważ te tarcze wykazują wydajność materiału (stanowiącą stosunek
materiału napylonego w odniesieniu do ilości materiału dostępnego na tarczy do
wytwarzania cienkiej warstwy) powyżej 70%, korzystnie powyżej 75%. Niemniej jednak,
znane są także różne inne kształty tarcz magnetronowych: płaskie (dyskowate,
kwadratowe, prostokątne), a wynalazek jest możliwy do stosowania również w innych
geometriach niż cylinder.
5
10
15
25
[0008] Poza tym, istnieją również inne procesy osadzania próżniowego, alternatywne do
napylania magnetronowego i wykorzystujące tarcze: to jest, na przykład, napylanie
laserowe (ablacja laserowa impulsowa lub nie impulsowa), napylanie wiązką jonów. Te
procesy również mogą czerpać korzyść wynikającą z zastosowania tarczy według
wynalazku.
[0009] W odniesieniu bardziej szczegółowo do tarcz magnetronowych z molibdenu lub
innych metali ogniotrwałych, dokonano wiele zgłoszeń wynalazków, dotyczących
następujących procesów i tworzących przedmiot wymienionych poniżej zgłoszeń
patentowych:
- Zgłoszenia patentowe EP1784518 - US20080193798 -WO2006/041730 : 20
Prasowanie, po czym spiekanie sztabki lub przedkuwki (pod ciśnieniem od 200 do
250 MPa w temperaturze od 1780 do 2175 °C), a następnie formowanie tej
przedkuwki na gorąco (około 900 °C) przez walcowanie lub wyciskanie lub kucie.
Zazwyczaj, proces ten obejmuje również obróbkę termiczną w atmosferze wodoru
lub redukującej, w celu zmniejszenia zawartości tlenku w tarczy, a także
ewentualne wyżarzanie w celu relaksacji naprężeń.
- Ponadto, ze zgłoszenia W020061171451 znane jest całkowite lub częściowe
konstruowanie lub odnawianie tarcz przez natryskiwanie typu «cold spray», polegające 30
na natryskiwaniu mieszaniny gaz + proszek z prędkością naddźwiękową, przy czym
proszek nie jest nanoszony w stanie stopionym, co odróżnia ten proces od procesów
napylania termicznego.
Page 4
4
[0010] Ponadto, EP1712962 opisuje stosowanie podczas osadzania przez natryskiwanie
termiczne wtrysków krogenicznych skierowanych na substrat.
[0011] W szczególnych przypadkach cienkich warstwy na bazie tlenku rezystywnego, te
ostatnie są zwykle otrzymywane przez reaktywne napylanie magnetronowe tarcz
metalicznych oraz przeprowadzanie utleniania materiału in-situ przez ciśnienie cząstkowe
tlenu wprowadzanego do komory osadzania lub przez napylanie tarczy metalicznej lub
ceramicznej metodą RF (zmiennoprądową).
5
10
15
25
[0012] W rzeczywistości, proces napylania magnetronowego DC (prąd stały) zakłada, że
materiał tarczy umożliwia usuwanie ładunków elektrycznych na jej powierzchni. To
zwykle wyklucza tarcze ceramiczne z kompozycji rezystywnych.
[0013] Wynalazek umożliwia wykonanie tarcz magnetronowych na bazie tlenków
zwanych rezystywnymi, z korzyścią znacznego obniżenia ich rezystywności przez
wprowadzenie luk tlenowych, w sposób umożliwiający stosowanie tarczy w sposobie
napylania DC (prąd stały) i nie reaktywnego.
[0014] Niereaktywne napylanie sposobem DC (prąd stały) staje się zatem możliwe oraz
pozwala osiągnąć następujące korzyści:
- bardziej stabilny proces (bez histerezy ciśnienia tlenu, bez niestabilności związanej z
tworzeniem rezystywnej powłoki na powierzchni pierwotnie przewodzącej tarczy,
źródło zakłócających łuków) 20
- większe szybkości napylania (typowo zwiększone o współczynnik od 1,3 do 3 w
zależności od przypadku) stają się możliwe przez niereaktywy sposób magnetronowy
DC.
[0015] Takie tarcze mogą być wykonalne, dla niektórych kompozycji przez spiekanie w
atmosferze redukującej. Wynalazek umożliwia wykonanie takich tarcz z dodatkowymi
korzyściami związanymi z wytwarzaniem przez natryskiwanie plazmowe, mianowicie:
- możliwością wytwarzania monolitycznych tarcz cylindrycznych o dużych rozmiarach
- możliwością wykonania na tarczach miejscowych zgrubień na końcach («Dog-Bones») 30
- doskonałym łączeniem z rurą podłoża bez topliwej fazy pośredniej, co umożliwia
stosowanie tarcz przy znacznie większych mocach, a w konsekwencji znacznie większe
szybkości osazania cienkich wrstw.
Page 5
5
[0016] W szczególnych przypadkach cienkich warstw na bazie tlenku rezystywnego, te
ostatnie są zwykle otrzymywane przez napylanie tarcz wytworzonych w procesie
spiekania. Spiekana część monolityczna jest następnie przeznaczona do lutowania na
podłożu tarczy, w przypadku tarcz o małych rozmiarach, lub spiekania segmentów lub
płytek, które następnie będą zestawiane podczas operacji wiązania na podłożu tarczy, w
przypadku tarcz o dużych rozmiarach (prowadząc wówczas do tarcz z łączeniami).
5
10
20
25
[0017] Metoda natryskiwania termicznego (w szczególności natryskiwania plazmowego),
stosowana dla AZO (można się odnieść do JP701433 i/lub JP7026373) i/lub do
US20070137999 dla wyrobów na bazie ITO, w przypadku takich materiałów zawiera
niedogodność niskich wydajności materiałowych, ze względu na fakt, że waporyzacja
nanoszonego materiału przekłada się bezpośrednio na straty materiałowe.
[0018] Proces stanowiący przedmiot wynalazku umożliwia:
- minimalizację tych strat oraz uczynienie procesu opłacalnym dla tych kompozycji
- zmniejszenie naprężeń wewnętrznych w tarczach wytworzonych w omawianym 15
procesie, bez konieczności zwiększania porowatości, co umożliwia konstruowanie tarcz
mających większe grubości niż w stanie techniki (na przykład 6 mm dla AZO) przez
natryskiwanie plazmowe.
[0019] Niniejszy wynalazek dotyczy procesu wytwarzania tarczy na bazie związku
wybranego w szczególności spośród metali ogniotrwałych lub tlenków rezystywnych lub
tlenków lotnych, przez natryskiwanie plazmowe z zapewnieniem właściwości użytkowych
co najmniej równych, a nawet lepszych od otrzymywanych w tradycjonalnych procesach
produkcji.
[0020] Zgodnie z wynalazkiem, przez « tlenki rezystywne » rozumie się rodzinę tlenków,
których rezystywność objętościowa jest wyższa niż 105Ω.cm w temperaturze 25°C, tlenki
spośród których można wymienić następujące rodziny:
a) Tlenki o strukturze typu Pérovskite o wzorze typu ABO3, gdzie A i B stanowią takie
pierwiastki lub połączenia pierwiastków, że suma wartościowości perwiastka lub
pierwiastków stanowiących A oraz wartościowości perwiastka lub pierwiastków
stanowiących B jest równa 6. Na liście można umieścić następujące rodziny
pierwiastków które mogły by stanowić A i B :
30
Page 6
6
Wartościowość 1 (K, Rb, ...) połączony z pierwiastkiem o wartościowości 5 (Nb,
Ta, V, ..)
Wartościowość 2 (Sr, Ba, Pb, ...) połączony z pierwiastkiem o wartościowości 4
(Ti, Zr, Hf, Sn, Ge, Ce, )
Wartościowość 3 (La, Y, Sc, Bi, ...) 5
10
Przykładowo, w tej rodzinie znajdują się następujące tlenki:
- Tytaniany takie jak BaTiO3, SrTiO3, Pb(Zr53Ti47)O3. BaTiO3 wykazuje rezystywność
objętościową rzędu109 Ω.cm w temperaturze otoczenia.
- Niobiany takie jak PMN (Pb(Mg1/3Nb2/3)O3),
b) Tlenki typu Kolumbit/Trirutyl typu AB2O6 : gdzie B stanowi Nb lub Ta i A stanowi
pierwiastek o wartościowości 2 (Sr, Ba, Pb, ...) lub połączenie tych pierwiastków.
Tytułem przykładu, można wymienić Niobian SBN (Sr,Ba)NbO6 15
c) Tlenki ogniotrwałe i rezystywne:
Inne tlenki takie jak Ta2O5, Nb2O5, V2O5, ZrO2, HfO2, CeO2, Y2O3, Al2O3, La2O3,
MgO, BeO, ...które również wykazują silną rezystywność objętościową w
temperaturze otoczenia, wyższą niż 10-5Ω.cm w tempetarturze 25°C.
20
25
30
Dotyczy to również związków mieszanych tych tlenków, takich jak:
- roztwory stałe (Ta2O5-Nb2O5),
- związki (Al2O3-Y2O3), YAG na przykład, LaAlO3 (glinian lantanu), ..
- związki typu DxTyOz gdzie D = Zr, Hf, Ce, Ti oraz gdzie T= Al, Y, La, na
przykład tytanian lantanu (LaTiOx)
- związki DxTyVvOz gdzie D = Zr, Hf, Ce, gdzie T= Al, Y, oraz gdzie V = Ta, Nb,
lub V, na przykład (ZrAlNb)Ox
[0021] Zgodnie z wynalazkiem, przez « tlenki lotne » rozumie się rodzinę tlenków,
których temperatury początku parowania Tvap oraz topnienia Ttopn. odpowiadają
następującemu kryterium:
Page 7
7
Spośród tych tlenków, można wymienić następujące czyste tlenki z wartościami
temperatur topnienia (pochodzącymi z literatury) oraz początku parowania (pochodzącymi
z literatury lub określonymi przez analizę termograwimetryczną ATG) :
5
Tlenki Ttopn. (°C) Tvap (°C) ZnO 1975 ≈ 1430 SnO2 1630 ≈ 1800-1900 BaO 1918 ≈ 2000 CdO 1500 ≈ 1000 In2O3 1910 ≈ 850 MoO3 795 ≈ 1155 Związki ITO 1900 ≈ 2000 ... ... ...
Można również wymienić następujące związki pochodne czystych tlenków takie jak:
10
20
25
- AZO (Tlenek cynku domieszkowany glinem)
- MZO (Tlenek cynku- Tlenek molibdenu)
- GZO (Tlenek cynku domieszkowany galem)
- ATO (Tlenek cyny - Tlenek antymonu)
- FTO (Tlenek cyny - Fluor) 15
A także mieszaniny tych tlenków, jak na przykład mieszany tlenek cyny i cynku
[0022] Zgodnie z wynalazkiem, przez metale ogniotrwałe rozumie się metale wybrane
spośród listy metali ogniotrwałych: wolfram, tantal, niob, tytan, wanad, hafn, cyrkon, ren,
rod, a także stopy ogniotrwałe określone tym, że składają się ze stopu AB gdzie:
A i B należą do następującej listy pierwiastków: Mo, W, Ta, Nb, Ti, V, Hf, Zr, Re, Rh
oraz stopów typu AM gdzie:
Page 8
8
A należy do listy: Mo, W, Ta, Nb, Ti, V, Hf, Zr, Re
M należy do listy: Co, Ni, Rh, Pd, Pt, Cu, Ag, Au
[0023] W tym celu, stanowiący przedmiot wynalazku proces wytwarzania tarczy przez
natryskiwanie termiczne, przez natryskiwanie plazmowe przy pomocy palnika
plazmowego, przy czym wspomniana tarcza zawiera co najmniej jeden związek wybrany
spośród metali ogniotrwałych lub tlenków rezystywnych lub tlenków lotnych,
charakteryzuje się tym, że natryskuje się przez natryskiwanie termiczne co najmniej
frakcję wspomnianego związku w formie kompozycji proszku wspomnianego związku, na
co najmniej część powierzchni tarczy w kontrolowanej atmosferze, oraz tym, że stosuje się
silne chłodzące wtryski kriogeniczne, które są skierowane ku tarczy podczas jej
wytwarzania oraz są rozmieszczone wokół palnika.
5
10
15
30
35
[0024] Przypomina się, że z definicj za kriogeniczne uważa się płyny, których temperatura
jest niższa lub równa -150°C.
[0025] Stosowanie podczas natryskiwania plazmowego chłodzących wtrysków
kriogenicznych (wtryski płynu kriogenicznego lub wtryski mieszane gaz/płyn kriogeniczny
lub wtryski gazu kriogenicznego) umożliwia poprawę jakości tarczy zapewniając potrójne
działanie:
- natychmiastowe chłodzenie natryskiwnej strefy, wykluczając tym samym możliwość 20
modyfikacji chemicznej natryskiwanego materiału dla związków ogniotrwałych oraz
dla tlenków rezystywnych,
- silne oczyszczanie natryskiwanej powierzchni w celu zapewnienia doskonałej kochezji
właściwej pomiędzy cząstkami a kolejnymi fazami
- redukcja wszystkich naprężeń wewnętrznych ze zwiększeniem wydajności materiału 25
[0026] Ponadto, stosowanie palnika plazmowego oraz mieszaniny gazu plazmowego
umożliwiają uzyskanie znacznego obniżenia lotu cząstek natryskiwanego proszku,
obniżając w ten sposób poziom tlenu obecnego w tarczy, w porównaniu do tego, który
występuje w proszku (Tot < Top gdzie Tot stanowi poziom tlenu obecnego w tarczy, a
Top stanowi poziom tlenu obecnego w proszku) dla związków ogniotrwałych lub związków
rezystywnych.
[0027] Z drugiej strony, proces stanowiący przedmiot wynalazku obejmuje następujące,
bardziej klasyczne aspekty:
Page 9
9
- realizuje się wzajemny ruch pomiędzy palnikiem plazmowym a tarczą,
- realizuje się przygotowanie powierzchni tarczy przed osadzaniem wspomnianego
związku,
- przygotowanie tarczy obejmuje etap wtrysku cząstek abrazyjnych (powszechnie zwany
piaskowaniem) na część powierzchni przedmiotowej tarczy lub alternatywnie etap 5
obróbki rowków przystosowanych do zaczepiania podwarstwy,
- przygotowanie powierzchni obejmuje następnie natryskiwanie warstwy materiału
wiążącego (podwarstwy) na część powierzchni omawianej tarczy,
[0028] W innych sposobach wykonania wynalazku, można ponadto ewentualnie
zastosować jeden i/lub więcej innych następujących układów :
10
- natryskiwanie związku ogniotrwałego oraz rezystywnego jest przeprowadzane w
komorze, którą wcześniej oczyszczono lub przemyto, a następnie wypełniano gazem
obojętnym aż do ciśnienia mogącego sięgać od 50 mbar do 1100 mbar, w taki sposób, 15
aby wytworzyć w jej wnętrzu atmoserę zubożoną w tlen
- wszystkie lub część wtrysków chłodzących ma charakter utleniający.
- stosuje się podwarstwę wiążącą, przy czym ta ostatnia jest odsadzana przed
natryskiwaniem termicznym wspomnianego związku na część powierzchni
przedmiotowej tarczy. 20
- podczas natryskiwania plazmowego prowadzi się regulację termiczną tarczy.
- stosuje się kompozycję proszku wspomnianego natryskiwanego związku, zawierającą
proszki o rozkładzie granulometrycznym 5 < D10 <50 µm ; 25 µm < D50 < 100 µm i 40
µm < D90 < 200 µm
- po zakończeniu etapu natryskiwania termicznego, włącza się następny etap obróbki 25
termicznej w atmosferze redukującej, mający na celu obniżenie poziomu tlenu
obecnego w tarczy
- stosuje się kilka iniektorów wspomnianego związku, do iniekcji różnych materiałów w
różnych punktach wtrysku termicznego, dla których w każdym z iniektorów niezależnie
dostosowuje się parametry iniekcji w zależności od wtryskiwanych materiałów. 30
[0029] W przypadku, gdy tarcza obejmuje dodatkowy pierwiastek lub połączenie kilku
materiałów, różne pierwiastki mogą być dostarczane poprzez jeden z następujących
środków:
Page 10
10
- stosowanie wcześniej stopionego proszku, w którym każde ziarno proszku ma
kompozycję żądaną dla tarczy, ewentualnie różniącą się w niewielkim stopinu, biorąc
pod uwagę ewentualne nierówne straty spowodowane ulatnianiem się proszku podczas
natryskiwania termicznego 5
- stosowanie 2 lub kilku proszków, przy czym każdy jest wtryskiwany przez inny kanał
we wtrysku termicznym podczas etapu natryskiwania termicznego
- tarcza ma geometrię płaską
- tarcza ma geometrię cylindryczną.
- tarcza zawiera zgrubienia materiału na każdym z jej końców 10
- tarcza zawiera jedną lub kilka części na których osadzany jest związek, przy czym
wspomniana część lub wspomniane części jest lub są albo płaskim podłożem możliwym
do adaptacji w urządzeniu do napylania albo elementami pośrednimi, następnie
wiązanymi na tym podłożu.
- zgrubienia są rzędu 25 do 50 % grubości nominalnej warstwy związku. 15
- tarcza wykazuje gęstość wyższą niż 85 %, korzystnie wyższą niż 90 %,
- grubość nominalna (e) jest zawarta pomiędzy 1 a 25 mm, korzystnie pomiędzy 6 a14
mm.
- tarcza wykazuje czystość co najmniej 99,5 %.
- tarcza jest konstruowana na materiale podłoża zapewniającym cechy kompatybilne z 20
oczekiwanymi właściwościami użytkowymi tarczy magnetronowej (wystarczająca
odporność mechaniczna, wystarczające przewodnictwo cieplne, odporność na korozję
pod wpływem wody do chłodzenia tarczy, podczas stosowania tarczy, ...), jak na
przykład z miedzi lub ze stopu miedźanyego, lub austenitycznej stali nierdzewnej, jak
na przykład X2CrNi18-9 lub X2CrNiMo17-12-2 25
[0030] Tytułem nie ograniczających przykładów, wynalazek może być zilustrowany przez
następujące figury:
- figury 1a 1b i 1c stanowią widoki przedstawiające mikrostrukturę w przekroju tarczy 30
Mo otrzymanej w procesie wytwarzania według wynalazku,
- figury 1d i 1e stanowią widok ilustrujący mikrostrukturę w przekroju tarczy
wolframowej otrzymanej w procesie wytwarzania według wynalazku
Page 11
11
- figura 2 stanowi widok ilustrujący mikrostrukturę w przekroju tarczy z tytanianu baru
(tlenek rezystywny) otrzymanej w procesie wytwarzania według wynalazku
- figura 3 stanowi widok ilustrujący mikrostrukturę w przekroju tarczy z mieszaniny
tlenku glinu i cynku (tlenek lotny) otrzymanej w procesie wytwarzania według
wynalazku 5
[0031] Inne cechy oraz korzyści wynalazku zostaną ujawnione w trakcie następującego
opisu.
SZCZEGÓŁOWY OPIS WYNALAZKU : 10
15
[0032] Podłoże, na którym będzie tworzona tarcza, może składać się z miedzi, stopu
miedzianego, stali nierdzewnej lub innego stopu, zwykle kompatybilnego z wytwarzaniem
tarcz magnetronowych. W niniejszym wynalazku, żaden szczególny wymóg związany z
procesem opisanym w wynalazku nie jest konieczny w kwestii podłoża, o ile będzie ono
spełniać typowe wymogi dotyczące tarcz magnetronowych w kwestii geometrii,
odporności mechanicznej, obojętności chemicznej w stosunku do wody stosowanej do
schładzania.
Przygotowanie powierzchni podłoża 20
25
30
[0033] Po odtłuszczeniu, powierzchnia podłoża jest przygotowywana przez wtrysk ziaren
abrazyjnych. Te ziarna mogą być różnej natury: ziarna korundu (biała topiona
krzemionka), korundu brązowego, materiału abrazyjnego glin-cyrkon, materiałów
abrazyjnych wytworzonych ze stopionych żużli (typu Vasilgrit), granatu almandynowego,
a także opiłków stalowych lub stopu węglowego (nie wyczerpująca lista).
[0034] Korzystnie, stosuje się następujące materiały abrazyjne: korund (biała topiona
krzemionka), glin-cyrkon (na przykład AZ 24 z Saint-Gobain Coating Solutions) (ten
materiał jest korzystny ze względu na jego wysoką wytrzymałość, która ogranicza pękanie
ziaren i w konsekwencji zawartość frakcji ziaren w powierzchni, która to zawartość
szkodzi przyczepności warstwy wierzchniej). Średnie średnice ziarna materiałów
abrazyjnych są korzystnie zawarte pomiędzy 180 a 800 µm, w zależności od rodzaju
materiału abrazyjnego. Celem tej operacji jest zapewnienie powierzchni chropowatości,
Page 12
12
odpowiedniej do nadania właściwej przyczepności podwarstwy wiążącej lub materiału
składowego tarczy.
[0035] Alternatywny sposób polega na obróbce rowków, które również będą umożliwiały
dobrą przyczepność podwarstwy a następnie warstwy funkcyjnej lub materiału
składowego tarczy. 5
Wytwarzanie podwarstwy wiążącej przez natryskiwanie termiczne
[0036] W celu optymalizacji mechanicznego przylegania warstwy funkcyjnej tarczy,
podwarstwa wiążąca jest wytwarzana przez natryskiwanie termiczne. Do tej operacji
można sosować konwencjonalne procesy natryskiwania termicznego, wybrane spośród
następujących: natryskiwanie plazmowe (proszku), natryskiwanie z łukiem elektrycznym
(drutami), natryskiwanie gazowe (płomieniowe) (drutem lub proszkiem w zależności od
urządzeń), natryskiwanie z zastosowaniem procesu HVOF (High Velocity Oxy Fuel -
naddźwiękowe natryskiwanie płomieniowe), proces natryskiwania detonacyjnego, proces
natryskiwania gazowego z ewentualnym wczęśniejszym ogrzewaniem wsadu proszku
(cold spray). Ta operacja może być przeprowadzana w warunkach powietrza otoczenia,
którego brak nie szkodzi wynalazkowi.
10
15
20
30
[0037] Materiał podwarstwy wiążącej może być wybrany spośród klasycznych
materiałów, często stosowanych jako podwarstwa :
- Ni lub stopy na bazie niklu : NiAl, NiCr, NiCrAl, Fe lub stopy żelaza: FeCrAl, stale
FeCrC, FeMnC, austenityczne stale nierdzewne X2CrNi18-9 lub X2CrNiMo17-12-2,
itd..
- Cu lub stopy miedzi takie jak CuAl, CuAlFe, CuZn, .... 25
- Mo lub stopy molibdenu : MoCu, itd..
Powższa lista nie jest wyczerpująca, dobór materiału podwarstwy może zależeć od
materiału rury podłoża i od aparatury do natryskiwania (oraz dostępności materiału
wsadowego w odpowiedniej do użycia formie).
Wytwarzanie warstwy funkcyjnej tarczy będącej przedmiotem wynalazku, korzystnie
przez natryskiwanie plazmowe
Page 13
13
[0038] Warstwa funkcyjna tarczy jest wytwarzana przez natryskiwanie termiczne,
korzystnie przez natryskiwanie plazmowe (plazma spraying), w następujących
szczególnych warunkach: dla 1 i 2
- Natrykiwwanie plazmowe przeprowadza się w komorze, w której kontroluje się 5
atmosferę, to jest na przykład, w której zawartość tlenu i azotu jest niska, a atmosfera
składa się głównie z gazu obojętnego i w której ciśnienie wynosi pomiędzy 50 mbar a
1100 mbar
- Natrykiwanie plazmowe wykorzystujące mieszaninę gazu plazmowego obojętnego lub
mniej lub bardziej redukcyjnego, co pozwala obniżyć zawartość tlenu początkowo 10
obecnego na powierzchni cząstek proszku podczas ich topnienia i w trakcie lotu do
substratu, tak jest na przykład w przypadku, gdy związek jest materiałem ogniotrwałym
lub gdy związek jest tlenkiem rezystywnym.
- Stosowanie dysz umożliwia wdmuchiwanie silnych płynnych lub gazowych wtrysków
kriogenicznych płynu obojętnego (w przypadku metali ogniotrwałych lub tlenków 15
rezystywnych) lub płynu obojętnego lub utleniającego (w przypadku tlenków lotnych),
przy czym wtryski są rozmieszczone wokół palnika
- Wzajemny ruch palnik – tarcza umożliwia ewentualną modulację grubości
wytwarzanych na tarczy, a w szczególności na jej końcach, przez wytworzenie zgrubień
powszechnie zwanych po angielsku « dog-bone» 20
- Stosowanie jednego, do nawet kilku iniektorów proszku umożliwia lepsze
rozprowadzenie proszku we wtrysku plazmowym.
- Palnik plazmowy może być:
o dostępnym na rynku palnikiem plazmowym stałoprądowym 25
30
o palnikiem plazmowym RF z plazmą indukcyjnie sprzężoną
[0039] Proszek stosowany do wytwarzania tarczy wykazuje następujące typowe cechy
charakterystyczne
Określony rozkład granulometryczny, taki że:
o D10% (średnica taka, że 10% cząstek ma rozmiar mniejszy od tej średnicy) pomiędzy
5 a 50 µm
o D50% (mediana średnicy) pomiędzy 25 a 100 µm
Page 14
14
o D90% (średnica taka, że 90% cząstek ma rozmiar mniejszy od tej średnicy) pomiędzy
40 a 200 µm
- Czystość zgodna z docelową czystością tarczy, korzystnie wyższa niż 99,5%
- Zawartość tlenu : < 1500 ppm, korzystnie < 1000 ppm, a nawet < 500 ppm, dla 5
metali ogniotrwałych
[0040] Proces stanowiący przedmiot wynalazku umożliwia uzyskanie tarczy o wyższej
jakości niż otrzymywana konwencjonalnie przez natryskiwanie oraz która posiada
mikrostrukturę lamelarną : można się odnieść do figur 1a, 1b, 1c dla molibdenu; figur 1d,
1e dla wolframu, figury 2 dla tlenku rezystywnego, oraz figury 3 dla tlenku lotnego.
10
15
20
25
- otrzymywanie tarczy z metalu ogniotrwałego o zawartości tlenu mniejszej niż 500 ppm
bezpośrednio, bez kolejnego etapu jak obróbka termiczna w atmosferze redukująca i w
wysokiej temperaturze.
[0041] Fakt nie stosowania następnego etapu obróbki termicznej daje korzyść stosowania
każdego typu materiału podłoża (rury dla tarczy cylindrycznej lub podłoża płaskiego dla
tarcz płaskich) obejmując podłoża mające współczynnik rozszerzalności znacznie różny od
materiału składowego tarczy (metal ogniotrwały lub tlenek rezystywny), takie jak
austenityczne stale nierdzewne, które byłyby wykluczone w przypadku dalszej obróbki
termicznej w celu zmniejszenia zawartości tlenu.
[0042] Oczywiście, można również opcjonalnie przeprowadzić obróbkę termiczną, w celu
dalszego zmniejszenia zawartości tlenu w wytworzonej w ten sposób tarczy.
Przypadek tarcz płaskich :
[0043] Niniejszy wynalazek umożliwia wykonanie tarcz płaskich zgodnie z następującą
procedurą :
30
- Podłoże tarczy płaskiej zaadaptowane do montażu do użycia w magnetronie
- W przypadku, gdy podłoże tarczy ma postać złożoną i musi się nadawać do recyklingu
po użyciu tarczy, wytwarzanie materiału tarczy nie będzie realizowane bezpośrednio na
Page 15
15
podłożu tarczy tylko na jednej lub kilku płytkach pośrednich (zwanych « dachówkami
») które będą lutowane na podłożu.
- Wytwarzanie materiału tarczy (na przykład na bazie molibdenu) na podłożu lub na
płytce bądź płytkach będzie realizowane takim samym sposobem jak powyżej.
- Łączenie płytki lub płytek może być wykonane przed wytwarzniem materiału tarczy 5
(gdy podłoże ma dużą wytrzymałość mechaniczną) lub po wytwarzaniu materiału
tarczy na płytkach w przypadku gdy podłoże nie ma wystarczającej wytrzymałości. W
tym drugim przypadku, rozmiary płytek będą określane w sposób minimalizujący
ryzyko deformacji podczas operacji wytwarzania materiału tarczy przez natryskiwanie
plazmowe. 10
PRZYKŁADY WYKONANIA:
[0044] Ten przykład wykonania 1 (figury 1a, 1b, 1c) dotyczy tarczy cylindrycznej na
bazie metalu ogniotrwałego, w szczególności na bazie molibdenu, przeznaczonej do
stosowania w napylaniu magnetronowym z obrotową katodą. Przeprowadzono następujący
proces:
- rura podłoża z austenitycznej stali nierdzewnej jak na przykład X2CrNi18-9 lub
X2CrNiMo17-12-2
- Przygotowanie powierzchni rury podłoża przez natryskiwanie materiałem ściernym glin-
cyrkon AZ grit 24
15
20
25
30
- Wytwarzanie podwarstwy wiążącej przez proces z łukiem elektrycznym (Twin Arc wire
spraying), prowadzony w atmosferze powietrza, podwarstwa wiążąca ma skład NiAl (95%
nikiel - 5% glin). W opisanym przykładzie, grubość nominalna podwarstwy wiążącej
wynosi 200 µm.
- Wytwarzanie na tarczy aktywnej warstwy molibdenu przez natryskiwanie plazmowe w
następujących warunkach:
o Palnik plazmowy wykazujący szczególne charakterystyki prędkości natrysku
plazmowego, a w konsekwencji natryskiwanych cząstek
Tarcza jest osadzana w komorze.
Tworzenie atmosfery obojętnej w komorze na przykład przez pompowanie, a następnie
wypełnianie
o Stosowanie chłodzących wtrysków kriogenicznych skierowanych ku tarczy i
rozmieszczonych wokół palnika
Page 16
16
o Proszkiem stosowanym do wytwarzania tarczy jest proszek molibdenu wykazujący
następujące charakterystyki :
Proszek typu aglomerowanego-spiekanego molibdenu
Rozkład granulometryczny d50 = 80 µm 5
10
Czystość 99,95% w szczególności: 20 ppm Fe oraz 600 ppm tlenu
o natryskiwanie plazmowe stosowane przy następujących parametrach :
Do wytwarzania tarczy według przykładu stosowano palnik plazmowy o następujących
parametrach:
Parametry Przepływ
Ar
(slpm)
Przepływ
H2 (slpm)
Natężenie
prądu łuku (A)
Odległość
natryskiwani
a (mm)
Przepływ
proszku
(gr/min)
Stosowan
e wartości
50 15 600 160 160
o Wykańczanie powierzchni przez polerowanie lub obróbkę w celu uzyskania
chropowatości takiej, że Rmax< 15 µm
[0045] Jak wskazano powyżej, dzięki specyficznemu procesowi stanowiącemu przedmiot
wynalazku, zawartość tlenu w otrzymanej tarczy wynosi 450 ppm, poniżej zawartości 600
ppm początkowo obecnej w proszku.
15
20
[0046] Dodatkowe wyniki według protokołu wykonania tarczy z molibdenu, z różnymi
kompozycjami proszku oraz porównanie z wynikiem bez wtrysków krogenicznych według
wynalazku zostały przedstawione w tabeli poniżej
Oznaczeni
e prób
Proces Zawartość
O w
proszku
Zawartość
N w
proszku
Zawartość
O w tarczy
Zawartość
N w tarczy
A Według
wynalzku
657 18 340 20
B Według
wynalzku
657 18 240 20
Page 17
17
Oznaczeni
e prób
Proces Zawartość
O w
proszku
Zawartość
N w
proszku
Zawartość
O w tarczy
Zawartość
N w tarczy
C Według
wynalzku
922 26 340 23
D Według
wynalzku
526 29 360 18
E Według
wynalzku
526 29 360 19
F Według
wynalzku
706 31 580 30
G Bez wtrysków
chłodzących
560 29 960 83
[0047] Jak pokazują wyniki, proces napylania plazmowego z chłodzącymi wtryskami
krogenicznymi rozmieszczonymi wokół palnika plazmowego umożliwia zmniejszenie
zawartości tlenu w tarczy, w odniesieniu do wyjściowej zawartości tlenu w proszku. W ten
sposób, wybór wyjściowego proszku o bardzo wysokiej czystości jest zbędny, tym
bardziej, że w praktyce nie jest możliwe uniknięcie pewnej ilości tlenu w proszku. Proces
według wynalazku jest zatem szczególnie korzystny.
5
10
15
20
[0048] Poniżej podano przykład 2 wykonania tarczy na bazie związku ogniotrwałego.
Dotyczy on wolframu (z odwołaniem do figur 1d, 1e)
[0049] Przykład wykonania dotyczy tarczy płaskiej z wolframu przeznaczonej do
stosowania w napylaniu magnetronowym w trybie DC (prąd stały).
[0050] Realizuje się następujący proces:
- Wytwarzanie tarczy na miedzianej pośredniej płytce podłoża, przeznaczonej następnie do
lutowania na podłożu tarczy
- Przygotowanie powierzchni płytki podłoża przez natryskiwanie materiału abrazyjnego
glin-cyrkon AZ grit 36
- Wytwarzanie podwarstwy wiążącej przez natryskiwanie plazmowe stopu CuAl (90/10),
podwarstwa o grubości 150 µm.
- Wytwarzanie na tarczy aktywnej warstwy wolframu przez natryskiwanie plazmowe w
następujących warunkach:
Page 18
18
Palnik plazmowy nadający szczególne charakterystyki prędkości natrysku plazmowego,
a w konsekwencji natryskiwanych cząstek
Tarcza jest osadzana w komorze
Cykl pompowania (aż do uzyskania próżni 5.10-2 kPa), a następnie wypełnianie komory
argonem (do 1 atm), aby uzyskać w komorze atmosferę obojętną (składającą się z argonu z
ciśnieniem cząstkowym tlenu < 1.10-2 kPa)
5
10
15
Stosowanie chłodzących wtrysków kriogenicznych skierowanych ku tarczy i
rozmieszczonych wokół palnika
Proszkiem stosowanym do wytwarzania tarczy jest proszek wolframu wykazujący
następujące charakterystyki :
Rozkład granulometryczny d50 = 25 µm
Czystość 99,95%
Natryskiwanie plazmowe przeprowadzane przy następujących parametrach:
Do wytwarzania tarczy według przykładu stosowano palnik plazmowy o następujących
parametrach
Parametry Przepływ
Ar (slpm)
Przepływ
H2 (slpm)
Natężenie
prądu łuku
(A)
Odleglość
natryskiwania
(mm)
Przepływ
proszku
(gr/min)
Stosowane
wartości
60 14 550 130 120
Wykańczanie powierzchni przez polerowanie lub obróbkę w celu uzyskania
chropowatości takiej, że Rmax< 15 µm 20
[0051] Otrzymana tarcza wykazuje inne godne uwagi następujące charakterystyki:
Gęstość= 88%
Rezystywność elektryczna:
Teoretyczna rezystywność objętościowa W w temperaturze 20°C 5,5
µΩ.cm
Rezystywność objętościowa mierzona dla tarczy metodą ASTM F76
(Van der Pauw) w temperaturze 20°C
9,55
µΩ.cm
Page 19
19
Przykład 3 wykonania tarczy magnetronowej z tlenku rezystywnego (z odwołaniem do
figury 2)
[0052] Przykład wykonania dotyczy tarczy płaskiej z tytanianu baru BaTiO3-
x przeznaczonej do stosowania w napylaniu magnetronowym w trybie DC (prąd stały). 5
10
15
20
25
30
[0053] Przeprowadza się następujący proces:
- Wytwarzanie tarczy na miedzianej pośredniej płytce podłoża, przeznaczonej następnie do
lutowania na podłożu tarczy
- Przygotowanie powierzchni płytki podłoża przez natryskiwanie materiału abrazyjnego
glin-cyrkon AZ grit 36
- Wytwarzanie podwarstwy wiążącej przez natryskiwanie plazmowe stopu CuAl (90/10),
podwarstwa o grubości 150 µm.
- Wytwarzanie na tarczy warstwy aktywnej z BaTiO3-x przez natryskiwanie plazmowe w
następujących warunkach:
o Palnik plazmowy nadający szczególne charakterystyki prędkości natrysku plazmowego,
a w konsekwencji natryskiwanych cząstek
Tarcza jest osadzana w komorze.
Cykl pompowania (aż do uzyskania próżni 5.10-2 kPa), a następnie wypełnianie komory
argonem (do 1 atm), aby uzyskać w komorze atmosferę obojętną (składającą się z argonu z
ciśnieniem cząstkowym tlenu < 1.10-2 kPa)
o Stosowanie chłodzących wtrysków kriogenicznych skierowanych ku tarczy i
rozmieszczonych wokół palnika
o Proszkiem stosowanym do wytwarzania tarczy jest proszek tytanianu baru wykazujący
następujące charakterystyki :
Proszek typu aglomerowanego
Rozkład granulometryczny d50 = 70 µm
Czystość 99,5 % (wykluczone zanieczyszczenie SrO )
o natryskiwanie plazmowe przeprowadzane przy następujących parametrach:
Do wytwarzania tarczy według przykładu stosowano palnik plazmowy o następujących
parametrach
Page 20
20
Parametr
y
Przepływ
Ar (slpm)
Przepływ
H2 (slpm)
Natężenie
prądu łuku (A)
Odległość
natryskiwani
a (mm)
Przepływ
proszku
(gr/min)
Stosowan
e
wartości
35 15 500 120 35
o Wykańczanie powierzchni przez polerowanie lub obróbkę w celu uzyskania
chropowatości takiej, że Rmax < 15 µm
Charakterystyka i zalety wytworzonej w ten sposób tarczy 5
[0054]
Teoretyczna rezystywność objętościowa BaTiO3 109 Ω.cm
Rezystywność objętościowa mierzona dla tarczy w temperaturze
20°C 4,5 kΩ.cm
[0055] Proces stanowiący przedmiot wynalazku umożliwia bardzo silne zmniejszenie
rezystywności materiału tarczy przez tworzenie luk tlenowych.
10
15
[0056] Ze względu na to, tarcza będąca przedmiotem przykładu będzie mogła być
stosowana w sposobie magnetronowym DC oraz umożliwiać wykonanie warstw
stechiometrycznego BaTiO3 przez stosowanie umiarkowanego (średniego) ciśnienia
cząstkowego w sposobie magnetronowym (nie powodując takich niekorzyści jak procesy
magnetronowe z dużą wartością ciśnienia cząstkowego, na przykład zjawiska histerezy
pO2)
Przykład 4 : Przykład wykonania tarczy magnetronowej z tlenku lotnego (z odwołaniem do
figury 3) 20
[0057] Przykład wykonania dotyczy tarczy cylindrycznej przeznaczonej do stosowania w
napylaniu magnetronowym z katodą obrotową. Przeprowadza się następujący proces:
- Rura podłoża z austenitycznej stali nierdzewnej jak na przykład X2CrNi18-9 lub
Page 21
21
X2CrNiMo17-12-2
- Przygotowanie powierzchni rury podłoża przez natryskiwanie materiału abrazyjnego
glin-cyrkon AZ grit 24
- Wytwarzanie podwarstwy wiążącej przez proces natryskiwania plazmowego (projection
plazma), prowadzony w warunkach powietrza, podwarstwa wiążąca o składzie NiAl (80%
nikiel - 20% glin). W opisanym przykładzie, nominalnie grubość podwarstwy wiążącej
wynosi 150 µm.
5
10
15
20
- Wytwarzanie na tarczy warstwy aktywnej AZO (ZnO-2% Al2O3) przez natryskiwanie
plazmowe w następujących warunkach:
o Palnik plazmowy dający szczególne charakterystyki prędkości natrysku plazmowego, a
w konsekwencji natryskiwanych cząstek
o Tarcza jest osadzana w komorze
Stosowanie wtrysków chłodzących
o Proszkiem stosowanym do wytwarzania tarczy jest proszek AZO wykazujący
następujące charakterystyki :
Rozkład granulometryczny d50 = 50 µm
Czystość 99,9%
o natryskiwanie plazmowe przeprowadzane przy następujących parametrach:
Do wytwarzania tarczy według przykładu stosowano palnik plazmowy o następujących
parametrach
Parametry Przepływ
Ar (slpm)
Przepływ
H2 (slpm)
Natężenie
prądu łuku
(A)
Odległość
natryskiwania
(mm)
Przepływ
proszku
(gr/min)
Stosowane
wartości
45 15 700 70-110 45
o Wykańczanie powierzchni przez polerowanie lub obróbkę w celu uzyskania
chropowatości takiej, że Rmax < 15 µm
25
[0058] Proces stanowiący przedmiot wynalazku umożliwia wykonanie monolitycznej
tarczy z AZO o grubości 6 mm, bez pęknięć i bez łączeń pomiędzy segmentami.
Page 22
22
[0059] Otrzymana tarcza ma gęstość 92% (5,15 gr/cm3 dla teoretycznej gęstości AZO
5.57)
WŁAŚCIWOŚCI I KORZYŚCI WYNALAZKU
5
10
15
20
25
30
[0060]
- Tarcze stanowiące przedmiot obecnego wynalazku wykazują następujące właściwości i
korzyści:
lepszy współczynnik wykorzystania materiału tarcz cylindrycznych
otrzymywanych przy zastosowaniu palnika plazmowego w stosunku do
otrzymywanych w procesach spiekania (i/lub formowania na gorąco), ze względu
na fakt, że proces będący przedmiotem obecnego wynalazku zapewnia możliwość
osadzania zgrubień na zakończeniu tarczy, w celu kompensacji nadmiernej erozji
zlokalizowanej w strefach odpowiadających zagięciom o małym promieniu
krzywizny pola magnetycznego, wytwarzanego przez katodę i jej magnesy.
Umożliwia to osiągnięcie wydajności materiału tarcz wyższych niż 75%, nawet
80%, podczas gdy wydajności w tarczach o profilu płaskim pozostają niższe niż
75%. W wyniku zastosowania tego typu tarczy, zwłaszcza w szczególnym
przypadku czystego molibdenu, otrzymuje się warstwy, których profil
homogeniczności Rcarré według charakterystycznego rozmiaru substratu na
powierzchni którego odsadzana jest warstwa, nie odchyla się bardziej niż o +/- 2 %
(na przykład na substracie o szerokości 3,20 m). Ten pomiar jest realizowany przy
pomocy urządzenia typu « nagy » do pomiaru bezkontakowego.
Szeroki zakres grubości materiału tarczy pomiędzy 1 a 25mm: można dobierać
grubość tarczy w zależności od jej żądanej trwałości (przy czym ta grubość jest
faktycznie określana przez oczekiwany czas trwania produkcji (bez zatrzymywania
linii)
o w przypadku tarcz cylindrycznych, możliwe jest polaryzowanie tarczy w trybie
AC (prąd zmienny) lub DC (prąd stały) przy mocach większych niż 30 kW/m
(zyskując na szybkości osadzania), bez ryzyka pękania w wyniku gradientu
termicznego pomiędzy rurą podłoża a tarczą) lub topnienia lutu.
ze względu na redukcję grubości materiału do wartości ściśle niezbędnej do
użycia, możliwe jest ograniczenie napięcia niezbędnego do utrzymania wyładowań
Page 23
23
o wysokiej mocy oraz nadania w ten sposób tarczy kompatybilności z zasilaniami
elektrycznymi prądami magnertonowymi.
[0061] W przypadku tarcz na bazie tlenku rezystywnego według wynalazku, korzyści są
następujące 5
30
- możliwość wytwarzania tarcz ceramicznych z umożliwieniem otrzymywania cienkich
warstw rezystywnych przez napylanie nie-reaktywne magnetronowe, wymagające
zastosowania umiarkowanego ciśnienia cząstkowego tlenu (bez efektu histerezy
podczas stosowania). Tarcze ceramiczne otrzymywane w procesie stanowiącym 10
przedmiot wynalazku wykazują znacznie zredukowaną rezystywność w stosunku do
rezystywności teoretycznej związku
- możliwość wytwarzania monolitycznych tarcz cylindrycznych o dużych rozmiarach
- możliwość wytwarzania miejscowych zgrubień na końcach tarczy (« Dog-Bones »)
- doskonałe wiązanie na rurze podłoża bez topliwej fazy pośredniej 15
[0062] W przypadku tarcz na bazie tlenku lotnego według wynalazku, oferują one
następujące korzyści :
- minimalizacja strat związanych z wydajnością materiałową oraz czynienie procesu 20
opłacalnym dla tego typu kompozycji
- zmniejszenie naprężeń wewnętrznych w tarczach wytworzonych w omawianym
procesie, bez konieczności zwiększania porowatości, co umożliwia konstruowanie tarcz
o większych grubościach niż te ze stanu techniki, przez natryskiwanie plazmowe (na
przykład 6 mm dla AZO). 25
[0063] W przypadku cylindrycznych lub płaskich tarcz monolitycznych wytwarzanych
dzięki obecnemu wynalazkowi oraz w przeciwieństwie do tarcz zawierających łączone
segmenty, w znacznym stopniu zmniejszono następujące ryzyka:
o ryzyko wystąpienia zjawiska iskrzenia, które generuje cząstki zakłócające, a także
ryzyko oddzielania fragmentów materiału tarczy od jej podłoża, co jest znanym źródłem
zanieczyszczenia warstwy molibdenowej.
Page 24
24
ryzyko napylania materiału lutowniczego lub materiału podłoża tarczy przez luki
pomiędzy segmentami.
ryzyko uszkodzenia termicznego lub mechanicznego wiązania (lutu lub kleju
przewodząca) na podłożu.
Zastrzeżenia patentowe
5
10
15
20
25
30
1. Sposób wytwarzania tarczy przez natryskiwanie termiczne, przez natryskiwanie
plazmowe przy pomocy palnika plazmowego, przy czym wspomniana tarcza
zawiera co najmniej jeden związek wybrany spośród metali ogniotrwałych, tlenków
rezystywnych, tlenków lotnych znamienny tym, że co najmniej jedną frakcję
wspomnianego związku w postaci kompozycji proszku wspomnianego związku
natryskuje się przez natryskiwanie termiczne na co najmniej jedną część
powierzchni tarczy, w kontrolowanej atmosferze, oraz tym, że stosuje się silne
chłodzące wtryski kriogeniczne, skierowane na tarczę podczas jej wytwarzania i
rozmieszczone wokół palnika plazmowego.
2. Sposób wytwarzania według zastrz. 1, znamienny tym, że związek jest
natryskiwany w komorze, którą najpierw oczyszczono lub przemyto, a następnie
wypełniono gazem obojętnym, aż do ciśnienia mogącego sięgać od 50 mbar do
1100 mbar, tak aby wytworzyć w jej wnętrzu atmosferę zubożoną w tlen.
3. Sposób wytwarzania według jednego z zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że
natryskiwanie termiczne przeprowadza się przy użyciu palnika plazmowego oraz
tym, że stosowana mieszanina gazu plazmowego jest redukująca (odpowiednia do
zmniejszenia poziomu związku tlenkowego początkowo obecnego w proszku),
przy czym korzystnie kompozycja mieszaniny plazmowej zawiera powyżej 10%
wodoru lub innego redukującego gazu plazmowego.
4. Sposób wytwarzania według zastrz. 1, znamienny tym, że wszystkie lub część
wtrysków chłodzących ma charakter utleniający.
5. Sposób wytwarzania według któregokolwiek z poprzednich
zastrzeżeń, znamienny tym, że stosuje się podwarstwę wiążącą, przy czym jest ona
Page 25
25
odsadzana przed natryskiwaniem termicznym wspomnianego związku na część
powierzchni przedmiotowej tarczy.
6. Sposób wytwarzania według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, znamienny
tym, że prowadzi się regulację termiczną tarczy podczas natryskiwania
plazmowego.
5
10
15
20
25
7. Sposób wytwarzania według któregokolwiek z poprzednich
zastrzeżeń, znamienny tym, że stosuje się kompozycję proszku wspomnianego
natryskiwanego związku zawierającą proszki o rozkładzie granulometrycznym 5 <
D10 <50 µm; 25 µm < D50 < 100 µm; i 40 µm < D90 < 200 µm.
8. Sposób wytwarzania według któregokolwiek z zastrz. 1 do 3 i 5 do 7, znamienny
tym, że obejmuje on kolejny etap obróbki termicznej w atmosferze redukującej w
celu zmniejszenia zawartości tlenu występującego w tarczy po zakończeniu etapu
natryskiwania termicznego.
9. Sposób wytwarzania według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, znamienny
tym, że stosuje się kilka iniektorów wspomnianego związku do iniekcji w różnych
punktach wtrysku termicznego różnych materiałów, dla których w każdym z
iniektorów niezależnie dostosowuje się parametry iniekcji w zależności od
wtryskiwanych materiałów.
Saint-Gobain Coating Solutions
Pełnomocnik:
Page 26
26
Figura 1a
5
Figura 1b
Page 28
28
Figura 1d
5
Figura 1e
Page 29
29
5
Figura 2
Figura 3