-
Verfahren zum Herstellen von gasfreien Metallegierungen Auf verschiedenen
Gebieten der Technik ist es wünschenswert, Schichten oder Beläge aus Legierungen
herzustellen, :welche eine ganz bestimmte Zusammensetzung haben. Dies ist besonders
in der Röhrentechnik der Fall, also bei der Herstellung leitender Schichten, beispielsweise
bei Elektroden usw., ganz besonders aber beim Bau von Photozellen. Bei diesen genannten
Anwendungszwecken tritt zu der Forderung der genauen Zusammensetzung der Legierung
roch die der Gasfreiheit hinzu. Zur Herstellung photoelektrischer Schichten verwendet
man beispielsweise vielfach zwei Metalle, die für sich allein in reinem Zustand
zwei voneinander verschiedene Grenzwellenlängen bzw. Austrittsarbeiten besitzen
und welche miteinander legiert werden. je, nachdem wie die prozentusle Zusammensetzung
der Legierung gewählt wird, kann die Zelle für Licht jeder beliebigen Wellenlänge
zwischen den Grenzwellenlängen der beiden Legierungsteile empfindlich gemacht werden.
Man erkennt also, daß in einem solchen Falle die Zusatrimensetzung eine große Rolle
spielt. Will man aber beispielsweise die beschriebene Photozellenschicht entgasen,
muß die Legierung längere Zeit bei hohen Temperaturen behandelt werden, also beispielsweise
im Vakuum längere Zeit im Schmelzzustand gehalten werden. Dabei tritt nun die Schwierigkeit
auf, daß der Legierungsbestandteil, welcher den höheren Dampfdruck besitzt, allmählich
aus der Legierung herausdampft und die Legierung schließlich nicht mehr die beabsichtigte
Zusammensetzung besitzt. Man mußte sich bisher damit behelfen, claß man nur Legierungsbestandteile
verwendete, die annähernd den gleichen Siedepunkt bzw. bei irgendeiner vorgegebenen
Entgasungsternperatur
den gleichen Dampfdruck besitzen. Wenn dies
nicht der Fall ist, verdampft der Legierungsbestandteil mit dem höheren Dampfdruck
allmählich aus der Legierung heraus, und diese besitzt dann nicht mehr die beabsichtigte
Zusammensetzung.
-
Bei der Herstellung von lichtempfindlichen Zellen ist weiterhin bereits
vorgeschlagen worden, Halbleiterschichten aus Gemischen von Selen und Tellur dadurch
zu erzeugen, daß die beiden Stoffe entsprechend der gewünschten Zusammensetzung
des Gemisches bei verschiedenen Temperaturen an verschiedenen Stellen der Zelle
verdampft und die Dämpfe gemeinsam auf dem Gehäuse der Zelle kondensiert wurden.
Gasfreie Legierungen hat man jedoch auf diese Weise nicht erhalten.
-
Die vorliegende Erfindung weist einen Weg, diese Schwierigkeiten zu
umgehen und für die genannten Zwecke Legierungen jeder beliebigen Zusammensetzung,
also in bezug auf das verwendete Metall und auf das Mengenverhältnis der Legierungskomponenten,
durch Verdampfen herzustellen. Erfindungsgemäß werden die Legierungen jede für sich
in je einem besonderen Siedebehälter entgast, wobei die Temperaturen der beiden
Siedebebälter verschieden hoch gehalten wer-> den, derart, daß der Dampfdruck und
damit die Verdampfungsgeschwindigkeit der einzelnen Legierungskomponenten der gewünschten
Zusammensetzung der Legierung angepaßt ist. Zur Herstellung einer Legierung aus
50% Silbet und 5o°/0 Nickel wird z. B. für den Nickelbehälter eine Temperatur von
etwa 165o° C, für den Silberbehälter eine Temperatur von 1170° C gewählt. Bei diesen
Temperaturen besitzt der Dampfdruck für beide Metalle den gleichen Betrag von ro-i
nim Hg, und die pro Sekunde verdampfende Metallmenge ist für beide Metalle gleich.
Man erhält also bei dieser Wahl der Temperaturen bzw. Dampfdrucke eine Legierung,
welche zu gleichen Teilen aus Silber und Nickel zusamtrengesetzt ist. Die Metalldämpfe
der beiden Komponenten werden aus den einzelnen Verdampfungsbehältern einem dritten,
zunächst gekühlten Behälter zugeführt, in dem sie sich iiii Verhältnis der durch
die Temperatur der Verdampfungsräume regelbaren Verdampfungsgeschwindigkeit niederschlagen.
Man kann also die pro Sekunde verdampfende :Menge bzw. das Mengenverhältnis der
einzelnen Komponenten durch einfache Veränderung des Verhältnisses der Temperaturen
der Verdampfungsbehälter beherrschen. Auf diese Weise kommt eine im Hochvakuum sublimierte
und daher absolut gasfreie Lekierung jeder gewünschten Zusammensetzung zustande.
Das Verfahren, welches in dem geschilderten Beispiel für eine Legierung mit zwei
Komponenten Anwendung findet, ist natürlich auch bei einer-aus mehreren Komponenten
bestehenden Legierung vorteilhaft anwendbar.
-
Man darf den Dampfdruck der einzelnen Legierungskomponenten nicht
zu hoch treiben, da bei Anwendung zu hoher absoluter Dampfdrucke der Übergang des
Metalldampfes von dem Erhitzungsbehälter zum Kondensationsbehälter nicht ungestört
vor sich gehen kann. Ist der absolute Dampfdruck zu hoch, dann werden die verdampfenden
Moleküle an den zeitlich vor ihnen verdampften und noch im Verdampfungsraum befindlichen
Molekülen reflektiert. Es zeigt sich dann eine Erscheinung, welche in gewissem Sinne
Ähnlichkeit mit der der Elektronenraumladung in Hochvakuumröhren besitzt, d. h.
eine Stauung des Dampfes. Wenn aber die Temperatur so gering gewählt wird, daß bei
ihr nur ein Dampfdruck auftritt, bei dem die freie Weglänge der Dampfmoleküle in
der Größenordnung des Weges zwischen der Verdampfungsstelle und der Stelle liegt,
an welcher der Dampf kondensiert, ist eine solche Stauung des Dampfes unbeachtlich,
und die an der Kondensatstelle entstehende Legierung entspricht genau der durch
die Höhe der Verdampfungstemperatur fest eingestellten Zu sanimensetzung.
-
Es ist häufig wünschenswert, die Legierung, welche durch Verdampfung
gebildet wurde, noch in sich zu homogenisieren, da unter Umständen durch das Verdampfen
eine Legierung entsteht, deren Homogenität nicht für alle Zwecke ausreichend ist.
Eine solche Homogenisierung muß natürlich durch eine erneute Erhitzung der Legierung
erfolgen, wobei aber keine Verdampfung stattfinden darf, da die Legierung dann ja
wieder ihre Zusammensetzung ändern würde. Nach der weiteren Erfindung wird daher
nach Abtrennung der Verdampfungsbehälter in der das Kondensat enthaltenden Apparatur
das Hochvakuum durch Argon von einer bis mehreren Atmosphären ersetzt und die Legierung
zum Zwecke der Homogenisierung erhitzt. Die Füllung aus Argon oder einem anderen
neutralen Gäs setzt den Siedepunkt der Legierung so weit herab, daß die Legierung
ausreichend hoch, gegebenenfalls sogar über den Schmelzpunkt der Komponenten hinaus,
erhitzt werden kann; ohne daß eine Verdampfung irgendeines Legierungsbestandteiles
stattfindet. Auf diese Weise erhält man eine absolut gasfreie Legierung von gewünschter
Zusammensetzung.
-
Außer für die erwähnten Zwecke, nämlich für photoelektrische Zellen,
läßt sich die Erfindung auch noch für andere ZNVecke ver.
werten,
z. B. für Glaseinschmelzwerkstoffe und für elektrische Kontakte. Ordnet man in dem
Kondensationsraum Platten oder sonstige Formstücke an, so kann man mit Hilfe dieses
Verfahrens Oberflächenbedeckungen dieser Formstücke mit gasfreien Legierungen erzielen.
Die Förmkörper brauchen dabei nicht aus metallischen Werkstoffen zu bestehen, sondern
können isolierende Werkstoffe, wie Quarz, Glas, Keramik o. dgl., sein. Auch zur
Herstellung von Legierungen mit geringem Diffusionsvermögen für Gase eignet sich
das vorliegende Verfahren sehr gut.
-
In manchen Fällen kann sich noch empfehlen, zwischen den einzelnen
Verdampfungsstellen Schirme anzuordnen, damit sich die Dampfströme gegenseitig nicht
stören. Auch kann man eine gegenseitige Beeinflussung der Dampfströme durch geeignete
Anordnung der Einströmöffnungen für die Metalldämpfe in das Kondensationsgefäß verhindern.