DE1300516C2 - Vorrichtung zur verhinderung des beschlagens von schauglaesern in vakuumanlagen - Google Patents

Description

Schälrohr (21) aufgesetzt ist köm,en sie durch das Spulgas selbst auf dem Schau-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- glas niedergeschlagen werden.

kennzeichnet, daß das Schaurohr (21) einen recht- ao Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und ist eckigen Querschnitt mit einem sehr kleinen Ver- besonders in jenen Fallen vorteilhaft anwendbar .η hältnis der Höhe des Rohrquerschnitts zur Rohr- welchen mit sehr genngem innerem Druck gearbeitet länge besitzt. werden muß, ζ. B. in der Größenordnung von 1 _HHg

oder weniger. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung

_a5 für Ablagerungsverfahren im Vakuum wobei größere Dampfmengen entwickelt werden, wie spater am Beispiel des Überziehens von Bandeisen mit ll B Alminium erläutert wird

am Beispiel des

Die Erfändung betrifft eine Vorrichtung zur Ver- einem Leichtmetall, ζ. B Aluminium, erläutert ^

hinderung des Beschlagens von Schaugläsern in Va- Trotz der normalen Vorkehrungen, um den Dampf

kuumanlagen mit einer Zuleitung geringer Spülgas- 30 auf das zu überziehende Substrat zu lenKen, ist es un-

mengen aus einem Vorratsbehälter mittels einer in vermeidüch, daß ein gewisser Teil des Dampfes vom

die Vakuumanlage hineingeführten Leitung, die eine gewünschten Weg abweicht und dann das Innere des

dem Schauglas zugewandte Ausströmöffnung in der Vakuumapparates bedeckt. Schon eine verhaHn.sma-

Nähe des Schauglases aufweist. ßig geringe Dampfablagerung auf den Schauoffnun-

Bei Hochtemperaturöfen treten oft Schwierigkei- 35 gen oder Fenstern genügt, um diese zu beschlagen

ten auf, da es nicht möglich ist, die Vorgänge im In- und eine brauchbare Beobachtung des Innern zu ver-

nern zu beobachten, wenn kondensierbare Dämpfe, hindern.

die darin entwickelt werden, sich an der Innenseite Die Lrfindung besteht dann, daß die Leitung in solcher öfen und ähnlicher Einrichtungen nieder- eine vor dem Schauglas angeordnete vergrößerte schlagen und dadurch Schauöffnungen, die gegebe- 40 Kammer einmündet, deren eine Wandung das Schaunenfalls vorhanden sein können, beschlagen und ver- glas bildet, wobei die dieser Wandung gegenuberliedunkeln. Es wurden bereits verschiedene Lösungen gende Seite eine zentrale Öffnung aufweist, auf die für dieses Problem vorgeschlagen, diese erlauben ein längliches, in die Vakuumantege hineinragendes aber nicht die Anwendung in der Hochvakuumtech- offenes Schaurohr aufgesetzt ist. Dabei wirkt die vor nik. Es hat sich gezeigt, daß z.B. beim Schmelzen 45 dem Schauglas angeordnete vergrößerte Kammer als oder Gießen von Metallen im Hochvakuum und Gasvorratsbehälter. In der Kammer entsteht keine ebenso bei der Dampfablagerung von Materialien im turbulente Strömung, so daß durch das Schaurohr Hochvakuum bei den gebräuchlichen Beobachtungs- zuströmende Dampfmoleküle gut abgehalten werden, einrichtungen die Aufrechterhaltung eines klaren Ge- Außerdem wird durch die Ausbildung dieser K.amsichtsfeldes für die Beobachtung der Vorgänge im So mer darin ein höherer Druck als in der zu beobach-Vakuumapparat von außen her nicht möglich ist. tenden Vakuumanlage erzielt, wodurch ebenfals das Während es bei vielen Gieß- und Dampfbehand- Vordringen von Dampfmolekülen zum Schauglas erlungsvorgängen möglich ist, eine starke Gas- oder schwert wird. Da in der vergrößerten Kammer keine Luftströmung über eine gewünschte Stelle zu führen, starken Strömungen auftreten, ist im Schaurohr eine an welcher sich Schauöffnungen befinden, ist einzu- 55 laminare Gasströmung erzielbar; daraus ergibt sich sehen, daß diese Methode unter Vakuumbedingun- eine größere Wahrscheinlichkeit fur den Zusammengen unbrauchbar ist. Die moderne Vakuumtechnik, stoß von Gasmolekülen mit entgegenkommenden besonders Schmelzen, Gießen und Überziehen von Dampfmolekülen an beliebigen Stellen des Schau-Gegenständen mittels Elektronenstrahlen, verlangt rohrquerschnitts, wodurch letztere am Erreichen des die Aufrechterhaltung eines guten Vakuums im 60 Schauglases gehindert werden.
Reaktionsraum. Unter diesen Bedingungen ist es Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erschwierig und mühsam, dem Bedienenden eine unbe- findungsgemäßen Vorrichtung besitzt das Schaurohr hinderte Beobachtung der tatsächlichen Vorgänge in einen rechteckigen Querschnitt mit einem sehr kleider Vakuumkammer zu ermöglichen, nen Verhältnis der Höhe des Rohrquerschnitts zur

Es ist eine Vorrichtung zum Sauberhalten von 65 Rohrlänge. Bei den geringen in Frage kommenden

Schaugläsern zum Einblick in Vakuumanlagen be- Drücken stellt das Schaurohr bereits einen wesentli-

kannt, in welchen z. B. Metalle verdampft werden, chen Strömungswiderstand dar, und ein Großteil von

wobei geringe Spülgasmengen gegen die der Vaku- in ungeordneter Bewegung in das offene Ende des

13 OO 516

Schaurohres eindringenden Dampfmolekülen wird eine Dampfablageruug stattfiadet Normalerweise ist auf die Rohrwände auftreffen und dort kondensieren. das nicht besonders unangenehm, uud diese Erschei-Äuf diese Weise wird der bereits durch die Spülgas- nung kann im angedeuteten Beispiel durch Überhit-Strömung erzielte Schutz noch weiter verbessert. Im zung des Dampfes und Aufrechterhalten des Hoch-Schaurohr wird dabei ein Verlauf des Spülgasdruckes 5 Vakuums in der Kammer ganz bedeutend eingeerhalten, welcher von einem Maximum an der Innen- schränkt werden. Trotz der Einschränkung der unseite der Schauöffnung zu einem Minimum am offe- geordneten Dampfbewegung breitet sich der Dampf nen Ende des Rohres abnimmt Ein derartiger derart aus, daß Schauöffnungen, die sonst in Außen-Druckgradient wird durch die Zufuhr ganz geringer wänden des Gehäuses 10 angeoidnet sein könnten, Gasmengen in unmittelbarer Nähe der inneren Ober- io sich beschlagen. Die direkte Beobachtung der Vorfläche des Beobachtungsfensters aufrechterhalten. gänge im Vakuumapparat der beschriebenfin Art ist

Die besonderes Wirkungen und Vorteile der Ver- aber sehr erwünscht und in vielen Fällen tatsächlich

hinderung einer Dampfablagerung auf dem Fenster notwendig. Die Erfindung ermöglicht die direkte

durch die Erfindung werden im folgenden im einzel- Beobachtung jedes gewünschten Teils des Innern der

nen dargelegt. Dabei wird die Anwendung der Erfin- 15 Vakuumkammer, in der kondensierbarer Dampf ent-

dung bei einem Vakuumofen und eine praktisch wickelt wird, und F i g. 1 zeigt eine Ausführungsfonn

mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20.

der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläu- F i g. 2 zeigt eine derartige Vorrichtung in größe-

tert. Es zeigt rem Maßstab. Die Vorrichtung besitzt ein längliches

F i g. 1 eine Vakuum-Plattierungseinrichtung im ao Schaurohr 21, das sich durch eine Wand des Gehäu-

Schnitt, wobei an der linken Seite eine erfindungsge- ses 10 in die evakuierte Kammer 9 erstreckt. Dieses

mäße Beobachtungsvorrichtung vorgesehen ist, Schaurohr, das an beiden Enden offen ist, kann an

Fig.2 Einzelheiten der Beobachtungsvorrichtung seinem äußeren Ende einen Flansch aufweisen, an

in vergrößertem Maßstab und welchen sich ein Zylinder 22 anschließt, der seiner-

F i g. 3 eine Frontalansicht der Vorrichtung, wie 25 seits, wie gezeigt, mit der Gehäusewand verbunden

sie der Bedienende an der Außenseite eines Vakuum- ist. Die Beobachtung erfolgt durch eine Pforte oder

ofens beispielsweise sieht. ein Schauglas 23, die bzw. das außerhalb des Schau-

Um die Erfindung zu erklären und eine besonders rohres im Abstand von dessen äußerem Ende anvorteilhafte Anwendung davon zu zeigen, wird auf geordnet ist. Dadurch wird eine vergrößerte Kammer F i g. 1 verwiesen. In dieser Figur ist eine Vakuum- 3° 24 zwischen dem Schauglas 23 und dem äußeren kammer 9 mit einem Gehäuse 10 dargestellt, welches Ende des Schaurohres 21 gebildet, welche durch mit starken Vakuumpumpen 11 in Verbindung steht. einen ringförmigen Teil 26, der z. B. am äußeren In dieser Kammer ist eine Dampfquelle z. B. in Form Ende des Zylinders 22 angebracht ist, abgeschlossen eines Schmelztiegels 12 mit einem Barren von Mate- ist. Das Schauglas 23 ist am Ring 26 mittels eines rial 13 vorgesehen. Die obere Seite des Barrens 13 35 Klemmringes 27 mit Schrauben od. dgl., die in den wird durch Elektronenbeschuß aus einer Elektronen- Ring 26 reichen, befestigt. Die Lage des Fensters ist kanone 15, die ebenfalls innerhalb der Kammer an- durch eine Vertiefung im Ring 26 festgelegt. Zur Abgeordnet ist, erhitzt. Diese Erhitzung kann dazu die- dichtung der Kammer 24 gegen das mögliche Einnen, um das Material des Barrens 13 diiekt zu ver- dringen von Luft beim Schauglas 23 können Dichdampfen, oder es kann der Oberseite des Barrens ein 4° tungen vorgesehen sein. Das Schaurohr 21 besitzt auf weiteres Material 16 zugeführt werden, beispiels- der dem Schauglas zugewandten Seite eine zentrale weise in Form eines Drahtes, so daß von der Dampf- öffnung 25.

quelle Dampf entwickelt wird und gemäß den Pfeilen Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 17 aufsteigt. Obwohl nicht Gegenstand der vorliegen- wird in unmittelbarer Nähe des Schauglases 23 Gas den Erfindung, sei noch bemerkt, daß unter be- 45 mit geringem Druck, der jedoch größer als jener in stimmten Umständen die Zuführung eines zweiten der zu beobachtenden Vakuumkammer 9 ist, in die Materials 16 an die Oberseite eines Blockes aus Kammer 24 eingeleitet. Das Gas kann durch eine äueinem Material mit höherem Schmelzpunkt, welches ßere Leitung 28 von einer nicht dargestellten Gassich in einem gekühlten Schmelztiegel befindet, vor- quelle zugeführt und die in die Kammer 24 ströteilhaft ist. Dies trifft z.B. insbesondere beim Auf- 5° mende Menge kann mit einem Ventil 29 geregelt dampfen von Aluminium zu. Auf einem über dem werden. Wenn das Hochvakuum in der Kammer9 Schmelztiegel angeordneten Substrat oder Band 18 trotz der Entwicklung von Dämpfen oder Gasen auflagert sich der Dampf ab, so daß ein Überzug auf rechterhalten wird, kann keine derartige Gasmenge dem Substrat entsteht. in die Kammer gelangen, daß der Druck darin we-

Die Kammer9 wird mittels der Vakuumpumpen 55 sentlich beeinflußt werden könnte Die Dampfabla-

11 kontinuierlich evakuiert, wie durch die Pfeile 19 gerung auf dem Schauglas 23 wird verhindert, indem

angedeutet ist, wobei in der Kammer ein Druck in die Dampfmoleküle gegen die Wände des Schauroh-

der Größenordnung von 0,1 μΗ§ aufrechterhalten res gelenkt werden, um darauf zu kondensieren, so

werden soll. In vielen Anwendungsgebieten, ein- daß sie das Schauglas nicht erreichen und daher schließlich des an Hand der F i g. 1 beschriebenen, ist 60 nicht darauf kondensieren und es nicht beschlagen

es erwünscht, in solch einem hohen Vakuum zu ar- können. Zu diesem Zweck wird wenigstens eine

beiten, und auf diese Anwendungsgebiete ist die Er- Querschnittsdimension des Schaurohres sehr gering

findung ausgerichtet. gehalten. Dadurch wird erreicht, daß Dampfmole-

Obwohl in F i g. 1 durch die Pfeile 17 angedeutet küle, die in ungeordneter Bewegung in das innere ist, daß der Dampf vom Schmelztiegel gerade auf- 65 Ende des Schaurohres gelangen, zum größten Teil steigt, ist es doch unvermeidlich, daß auch eine ge- auf die nahe beieinanderliegenden Wände des Rohwisse ungeordnete Dampfbewegung vorhanden ist, res auftreffen und in der Folge darauf kondensieren wodurch auf anderen Teilen des Apparates ebenfalls werden. Ein gewisser Teil der eintretenden Dampf-

■*M.

moleküle hat allerdings eine im wesentlichen axiale Rohrlänge exponentiell abnimmt, während die Wahr-Bewegungsrichtung und kann das Rohr durchfliegen scheinlichkeit für Zusammenstöße von Dampfmole- und auf die innere Oberfläche des Schauglases auf- külen mit den vorhandenen Gasmolekülen entlang treffen. Diese Dampfmoleküle werden gemäß der Er- der Rohrlänge annähernd linear zunimmt Dieser Zufindung durch Zusammenstöße mit in dem Rohr vor- 5 stand ist zum Aufhalten von Dampfmolekülen mithandenen Gasmolekülen abgelenkt. Es ist bereits be- tels einer Gasströmung in einem Rohr besonders kannt, einen Luft- oder Gasstrom quer über das günstig. Die Zufuhr von Gas am äußeren Rohrende Schauglas zu blasen. Da dies bei Apparaten der für die Umlenkung von Dampfmolekülen durch Zu-Hochvakuumtechnik von der vorstehend beschriebe- sammenstoß mit Gasmolekülen hat eine durch das nen Art unmöglich ist, wird gemäß der vorliegenden io Rohr einwärts gerichtete Gasströmung zur Folge. Erfindung für die Anwesenheit einer genügenden Obwohl diese Strömung verhältnismäßig schwach ist, Anzahl von Gasmolekülen im Weg der Dampfmole- bewegen sich die Gasmoleküle doch in das Rohr hinküle gesorgt, so daß ablenkende Zusammenstöße er- ein, so daß sich an Stelle einer ungeordneten Molefolgen, wodurch die Dampfmoleküle gegen die kularbewegung im Mittel eine in das Rohr hinein ge-Wände des Schaurohres gelenkt werden. 15 gen die Dampf moleküle gerichtete Geschwindigkeits-Obwohl es möglich ist, diese Gaskonzentration komponente der Gasmoleküle ergibt Die Zusam- und damit die Zusammenstöße mit Dampfmolekülen menstöße zwischen Dampf- und Gasmolekülen bedurch Einführen von Gas an irgendeiner Stelle des dingen insgesamt einen Wechsel der Triebkraft mit Schaurohres zu erzielen, ist es besonders vorteilhaft, einer vom Fenster weg gerichteten Bewegung, wodas Gas in unmittelbarer Nähe des Schauglases ein- »o durch die Wirksamkeit der Zusammenstöße gesteizuleiten. Durch die Wahl dieser Stelle für die Gaszu- gert und eine Sperre gegen Dampfablagerung auf fuhr ergeben sich folgende Vorteile: Erstens haben dem Fenster gebildet wird. Daraus ergibt sich der die beschränkten Dimensionen des Schaurohres weitere Vorteil, daß der für die gleiche Sperrwirkung einen merklichen Widerstand für die längsgerichtete erforderliche Gasdruck vermindert werden kann. Gasströmung zur Folge, so daß bei Zuführung des as Zur weiteren Erklärung der erfindungsgemäßen Gases am äußeren Ende des Rohres die gewünschte Vorrichtung sei besonders darauf hingewiesen, daß und ausreichende Gasdichte sowohl am inneren eine von einem Schauglas weg gerichtete Massenströ-Ende des Rohres als auch bei dem Schauglas erziel- mung von Gasmolekülen durch ein verengtes Rohr bar ist und das Eindringen von Dampf verhindert aufrechterhalten wird, um Zusammenstöße zwischen wird, wobei die tatsächlich in die Vakuumkammer 9 30 diesen Gasmolekülen und Dampfmolekülen, die die einströmende Gasmenge gering gehalten wird. Das Tendenz haben, in dieses Rohr einzudringen, herbeiist eine bedeutende Hilfe bei der Begrenzung der ein- zuführen. Dazu dient eine verhältnismäßig unbedeuströmenden Gasmenge, so daß das Vakuumsystem, tende Gasströmung; die Gaszufuhr muß gering sein, das mit der Vakuumkammer9 in Verbindung steht damit das Vakuum in der zu beobachtenden Kamdurch die Anwendung der Beobachtungsmethode 35 mer aufrechterhalten werden kann. Bei einem Ausnicht übermäßig belastet wird. Weiter wird bei Zu- führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung führung des Gases in der Nähe des Schauglases dort ist die Gaszufuhr derart bemessen, daß in der Kamauch der höchste Gasdruck und damit die größte mer 24 ein Druck in der Größenordnung von 5 μ^ Wahrscheinlichkeit für Zusammenstöße erreicht. Da und entlang der Rohrlänge ein Druckabfall im Verdie in das Rohr eintretenden Dampfmoleküle nicht 40 hältnis von 50:1 auftritt, um die Beobachtung einer nur beliebige Bewegungsrichtungen, sondern auch in- Vakuumkammer zu ermöglichen, welche nonnalernerhalb eines weiten Bereiches unterschiedliche Ge- weise auf einem Druck in der Größenordnung von schwindigkeiten aufweisen, kann man annehmen, 0,1 jiHg gehalten wird. Die Anwendung einer bedaß die langsameren Dampfmoleküle normalerweise schränkten Querschnittsdimension des Schaurohres im ersten Teil des Rohres durch Zusammenstöße ab- 45 zusammen mit einer hinreichenden Länge desselben gelenkt werden, während jene, die in axialer Rieh- läßt nur eine geringe Gasströmung in die Vakuumtung weiter gegen das Rohrende strömen, die hoch- kammer zu, und bei einer geeigneten Pumpgeschwinsten Geschwiadigfceiten haben. Es KSt steh zeigen, digkeit, z. B. in der Größenordnung von 200001/sec, daß die Anzahl der Dampfmolektae, die am äußeren ist es nahezu unmögticlL, in der Vakuumkammer bei Rohrende noch eine genügende Gdigkeit ha- so Anwendung des erfindaogsgemaBen Verfahrens irbea, tarn auf das Fenster an, entlang der genderae Druckerhöhung festzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

umkaminer zugewandte Innenseite des Schauglases η * * - u opleitet werden. Dabei kann sich bei der Innenseite Patentansprüche: ffSJSS « ***** eia Vonaum anschließen,

1. Vorrichtung zur Verhinderung des Beschla- welcher nut jder alJ«°^f ¹^
gens von Schaugläsern in Vaktmmanlagen mit 5 über Durchbhckoffnungen in VeA
ein« Zuleitung geringer Spülgasmengen aus der Vorraum kann von der Vaku,

einer Zuleitung geringer Spülgasmengen a ^^^SiS^Sm^eSSi

einem Vorratsbehälter mittels einer in die Va- mehrere ^^^em^"r*°._ff versehen sind. Bei

kuumanlage hineingeführten Leitung, die eine sein, die mit ^^¹^^⁸^^¹¹^ Γ!

d Schauglas zugewandte Ausströmöffnung in dieser ^

kuumanlage hineingeführten Leitung, die eine , ^

dem Schauglas zugewandte Ausströmöffnung in dieser ^t,

der Nähe des Schauglases aufweist, dadurch io Schauglas geleitete pg

gekennzeichnet, daß die Leitung (28) in verschiedenen Rötungen

line vor dem Schauglas (23) angeordnet vergrö- Vorhandensein ernes ^Vorr

Berte Kammer (24)eÜxmündet, deren eine Wan- turbulente Gasbewegung,