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).

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 %.

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.

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.

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

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:

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:

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:

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:

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

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,

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

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

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

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

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

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:

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

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

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

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.

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

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.

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

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:

26

Figura 1a

5

Figura 1b

27

Figura 1c

28

Figura 1d

5

Figura 1e

29

5

Figura 2

Figura 3