Aplicação de materiais de tântalo em equipamentos de evaporação a vácuo

Aplicação de materiais de tântalo em equipamentos de evaporação a vácuo

Como o "coração" do processo de produção de painel OLED (orgânico emissor de luz), atualmente o equipamento de evaporação a vácuo depende totalmente de importações. Este artigo apresenta brevemente o princípio do processo de evaporação a vácuo e o status atual das fontes de evaporação do tântalo usadas nesses equipamentos na China. Ele analisa os principais fatores que restringem o desenvolvimento de fontes domésticas de evaporação de tântalo, como pureza do material do tântalo, técnicas de processamento e desafios de soldagem. Salenta-se que a produção de materiais de tântalo de alta pureza, a formação de fontes de evaporação em forma de complexo e a implementação de métodos eficazes de soldagem tornaram-se gargalos tecnológicos críticos para a China superar na fabricação de equipamentos de evaporação a vácuo. Fabricante de válvula de porta paralela de titânio da China E outros fabricantes de componentes sofisticados podem achar esse insight relevante à medida que os materiais e os desafios do processamento se sobrepõem nos campos de fabricação de precisão.

Princípio de evaporação a vácuo
A evaporação a vácuo, também conhecida como deposição física de vapor (PVD), refere -se a um processo no qual o material a ser depositado é aquecido por uma fonte de evaporação em condições de vácuo até que ele vaporize. As partículas vaporizadas viajam pelo vácuo e condensam a superfície do substrato para formar um filme fino. A evaporação a vácuo é uma das tecnologias de deposição de vapor mais antigas e amplamente usadas. Oferece vantagens como equipamentos de deposição simples, alta pureza e densidade do filme e estrutura e propriedades exclusivas do filme.

Em 2018, o equipamento de evaporação a vácuo ficou em quinto lugar entre as 35 tecnologias críticas de "gargalo" relatadas pela ciência e tecnologia diariamente. Existem vários tipos de processos de evaporação a vácuo, entre os quais a evaporação de aquecimento de resistência é amplamente aplicada devido à sua estrutura simples, facilidade de operação, baixo custo e boa controlabilidade. Os principais componentes do equipamento de evaporação por aquecimento por resistência incluem a câmara de vácuo, o suporte do substrato, a fonte de evaporação e a unidade de aquecimento.

1. Fatores que restringem o desenvolvimento de equipamentos de evaporação a vácuo na China
Entre os muitos fatores que limitam o desenvolvimento de equipamentos de evaporação a vácuo na China, a disponibilidade e o processamento de materiais de tântalo - usados para fabricar as fontes de evaporação - permanecem especialmente críticos. O tântalo e suas ligas, devido ao seu alto ponto de fusão, excelente estabilidade e baixa pressão de vapor em altas temperaturas, são ideais para tornar acessórios de suporte, aquecedores e escudos térmicos usados em sistemas de vácuo. Atualmente, existem muito poucas empresas na China envolvidas na produção de componentes de tântalo para máquinas de evaporação a vácuo, resultando em uma forte dependência de importações. Além disso, vários desafios permanecem na fabricação doméstica de tais componentes.

1.1 matérias -primas de tântalo
Para materiais que requerem evaporação a 1.000 a 2.000 ° C, o aquecimento de resistência é comumente usado como fonte de evaporação. O material da fonte de evaporação deve ter um ponto de fusão aproximadamente 1.000 ° C maior que a temperatura de trabalho, baixa pressão de vapor de equilíbrio, fragilidade mínima após resfriamento de alta temperatura e excelente estabilidade química em um ambiente de vácuo. Tantalum atende a todos esses requisitos e, portanto, é comumente usado para fabricar fontes de evaporação a vácuo.

O tântalo é um metal cinza-azulado com alta densidade (16,5 × 10³ kg/m³), alto ponto de fusão (2.996 ° C) e um baixo coeficiente de expansão térmica (6,5 × 10⁻⁶ k⁻? entre 0-100 ° C). É altamente dúctil e ainda mais maleável que o cobre. O tântalo pode ser trabalhado em fios finos e folhas finas. Possui uma condutividade térmica de 52,1 W/(M · K) a 300 K e um módulo de elástico de 192 × 10³ MPa à temperatura ambiente. A composição química de tântalo puro comumente usado na China é mostrado na tabela a seguir (omitida aqui).

1.2 Desafios de processamento dos componentes do tântalo

As fontes de evaporação vêm em várias formas, incluindo formas simples, como bobinas em espiral, cestas cônicas, designs cilíndricos, em forma de barco e em forma de caixa. Essas formas comumente usadas são mostradas na figura abaixo.

As fontes de evaporação em forma de cesta espiral e cônica são tipicamente cilíndricas, com diâmetros de arame variando de 0,5 a 2 mm. As fontes em forma de caixa, em forma de barco e cilíndricas são planas e geralmente feitas de folha de tântalo com uma espessura de 0,05 a 0,15 mm. Com a pesquisa em andamento sobre a otimização estrutural de fontes de evaporação, formas mais complexas foram desenvolvidas nos últimos anos.

A formação de fontes de evaporação em forma de complexo é um dos principais desafios técnicos em sua fabricação. Durante a formação, vários defeitos podem ocorrer devido ao projeto inadequado de moldes, como desbaste, rugas ou rasgos. Também é difícil manter a precisão dimensional e geométrica em todas as seções da peça. Para formas especializadas como as fontes de evaporação do tipo Tolansky e Jacques, o processo de deformação é extremamente complexo, dificultando a previsão de defeitos com base na experiência ou fórmulas tradicionais. Os projetos de moldes convencionais geralmente não atendem aos padrões de qualidade, especialmente para peças que exigem alta precisão de formação.

Embora a tecnologia de impressão 3D ofereça soluções em potencial para produzir componentes complexos de tântalo, as técnicas atuais de impressão 3D doméstica usando tantalum ainda ficam aquém em termos de pureza do material e desempenho mecânico, tornando -os inadequados para aplicações de fonte de evaporação.

A rugosidade da superfície dos aquecedores de tântalo deve ser extremamente alta - normalmente melhor que 0,1 µm. Uma superfície áspera afetaria negativamente a evaporação dos materiais no aquecedor. Com uma dureza Brinell de 890 MPa à temperatura ambiente, o tântalo é relativamente macio. Durante a produção, o material deve passar por várias etapas de processamento, tornando -o suscetível a defeitos de superfície, como arranhões, amolgadelas e impressões.

Após a fabricação, as fontes de evaporação do tântalo requerem tratamento de superfície. Os métodos comuns incluem polimento mecânico, polimento ultrassônico, polimento químico e polimento eletroquímico. Entre eles, o polimento ultrassônico é especialmente útil para cantos e áreas estreitas que são difíceis de alcançar com as ferramentas convencionais. Também ajuda a obter um acabamento sem textura.

Os componentes de tântalo são difíceis de usinar por meio de giro, perfuração e moagem. Por um lado, o calor intenso gerado durante o corte faz com que o tântalo reaja facilmente com oxigênio, hidrogênio e carbono no ar. Por outro lado, os chips de tântalo tendem a aderir à ferramenta, reduzindo a precisão da usinagem. Portanto, as ferramentas de aço de alta velocidade são frequentemente usadas em baixas velocidades e com pequenas taxas de alimentação. Os fluidos de resfriamento de alta eficiência são essenciais e os lubrificantes à base de fluorocarbono são comumente usados para usinagem de precisão.