V oblasti vědy o materiálech hrají kelímky klíčovou roli ve vysokoteplotních procesech, zejména v nanášecích technikách, jako je odpařování. Vhodné materiály kelímku by měly být vybrány podle konkrétního typu použitého nanášecího materiálu. 
Česká republika

Při procesech fyzikální depozice z plynné fáze (PVD) se kelímky používají k uchovávání pevných kovů nebo sloučenin, které se pak zahřívají až do bodu odpařování nebo sublimace. To umožňuje odpařovanému materiálu kondenzovat jako tenký film na substrátu. Mnoho roztavených materiálů vyžaduje vložku kelímku a skutečná kapacita vsázky kelímku závisí na objemu vložky.

Běžné problémy a řešení kelímků v procesech ukládání materiálu

Problémy s chemickou kompatibilitou

Kelímky a jejich vložky musí být vybrány pečlivě, aby se zabránilo nežádoucím chemickým reakcím při vysokých teplotách. Nekompatibilní materiály kelímku mohou korodovat nebo kontaminovat taveninu, což může zhoršit kvalitu produktu.

Doporučená řešení:

• Použití kelímkových vložek:Vyložení kelímku vhodným materiálem může zabránit chemickým reakcím mezi kelímkem a roztaveným materiálem a zachovat čistotu odpařovaného materiálu. Ale ne všechny kelímky jsou vybaveny vložkami. Pro odpařování roztavených kovů, jako je zlato (Au) a nanášení boru (B), kobaltu (Co), chrómu (Cr), železa (Fe), germania (Ge), palladia (Pd) a niklu (Ni). ), vložky kelímku obecně nejsou vyžadovány.
• Výběr vhodných materiálů vložky:V závislosti na roztaveném materiálu, vložky vyrobené zTantal (ta),Nikl (Ni),Molybden (Mo),Pyrolytický nitrid boru (PBN)neboWolfram (W)se běžně používají ke zmírnění reakcí a ochraně kelímku před poškozením.
  
  

Nesoulad tepelné roztažnosti

Kritickým problémem při vysokoteplotních procesech je nesoulad tepelné roztažnosti mezi kelímkem a roztaveným materiálem. Během zahřívání se roztavené materiály typicky roztahují rychleji než kelímek, vyvíjejí tlak na stěny a potenciálně to vede k prasklinám nebo deformaci. Podobně se může během ochlazování vyvinout napětí, protože se materiál smršťuje, zejména pokud je v kelímku nadměrné množství zbytkového materiálu.

Řešení:

• Odpovídající koeficienty tepelné roztažnosti:Zajistěte, aby koeficienty tepelné roztažnosti kelímku a materiálu byly kompatibilní, aby se minimalizovalo napětí.
• Limit objemu materiálu:Během chlazení udržujte roztavený materiál uzavřený v malé nádrži na dně kelímku, aby se zabránilo kontaktu s bočními stěnami, nebo veškerý materiál před ochlazením vyčerpejte.
• Pravidelné kontroly:Po každém procesu zkontrolujte kelímek, zda nemá praskliny nebo strukturální poškození.
  

Doporučení pro plnění kelímků

Stupeň naplnění kelímku závisí na typu nanášeného materiálu a může se významně lišit mezi sublimačními materiály, roztavenými materiály a chemickými sloučeninami.

Sublimační materiály:Pro optimální výkon naplňte kelímek na 90 % kapacity. Při odpařování při konstantním výkonu nebo teplotě se distribuce par a rychlost mění, jak se materiál spotřebovává, ale sublimační materiály (např. soli) obvykle vykazují minimální problémy.

Roztavené materiály/nesublimační materiály:Doporučená hladina plnění pro nesublimující materiály je 75 % kapacity kelímku. Přeplnění může vést k prasklinám v důsledku rozdílu v tepelné roztažnosti mezi kelímkem a materiály, jako je oxid hlinitý, když se znovu zahřeje.

Chemické sloučeniny:U chemických sloučenin se obvykle nejlepších výsledků dosáhne, když je kelímek naplněn na přibližně 50 %, přičemž materiál se během odpařování sníží na přibližně 17 %. Pokud je kvalita páry (např. disociace, teplota nebo rychlost páry) kritická, mohou být zapotřebí další úpravy k optimalizaci procesu odpařování.

Doporučené postupy čištění v kelímku

Aby se zabránilo křížové kontaminaci, doporučuje se, aby byl každý kelímek určen pro ohřev jednoho typu materiálu. Zatímco některé organické sloučeniny lze důkladně odstranit správným čištěním, jiné může být obtížnější odstranit. Úspěch čištění závisí na konkrétní organické sloučenině a teplotě vypalování.

Doporučený postup čištění:

• Namočte kelímek do 0.1M roztoku hydroxidu draselného na 15–20 minut.
• Opláchněte deionizovanou vodou.
• Čistěte v ultrazvukové lázni s jemným práškovým detergentem (2 polévkové lžíce rozpuštěné ve 200 ml vody) po dobu 60 minut.
• Znovu důkladně opláchněte deionizovanou vodou.
• Ponořte kelímek do acetonu a čistěte ultrazvukem po dobu 20 minut.
• Opakujte proces s isopropanolem dalších 20 minut.
• Vysušte kelímek při teplotě 70 °C po dobu alespoň 40 minut, v případě potřeby i déle.

Alternativně může ohřev kelímku na teploty značně nad normálním bodem odpařování organických materiálů umožnit samočištění spálením zbytků.

Materiály a řešení pro kelímky na zakázku

Pro vlastní tvary kelímků, velikosti pórů, materiály nebo jiné speciální požadavky nás prosím kontaktujte pro řešení na míru.