In the field of materials science, crucibles play a pivotal role in high-temperature processes, especially in deposition techniques such as evaporation coating. Appropriate crucible materials should be selected according to the specific type of deposition material being used. 
Nederland

In  Physical Vapor Deposition (PVD) processes, crucibles are employed to hold solid metals or compounds, which are then heated to the point of evaporation or sublimation. This allows the vaporized material to condense as a thin film on the substrate. Many molten materials require a crucible liner, and the actual charge capacity of the crucible depends on the volume of liner.

Veelvoorkomende problemen en oplossingen van smeltkroezen in materiaaldepositieprocessen

Problemen met chemische compatibiliteit

Kroezen en hun voeringen moeten zorgvuldig worden gekozen om ongewenste chemische reacties bij hoge temperaturen te voorkomen. Incompatibele kroesmaterialen kunnen de smelt corroderen of verontreinigen, wat de productkwaliteit in gevaar kan brengen.

Aanbevolen oplossingen:

• Gebruik van Crucible Liners:Door de smeltkroes te bekleden met een geschikt materiaal, kunnen chemische reacties tussen de smeltkroes en het gesmolten materiaal worden voorkomen, waardoor de zuiverheid van het verdampte materiaal behouden blijft. Maar niet alle smeltkroezen zijn uitgerust met voeringen. Voor de verdamping van gesmolten metalen zoals goud (Au) en de afzetting van boor (B), kobalt (Co), chroom (Cr), ijzer (Fe), germanium (Ge), palladium (Pd) en nikkel (Ni) zijn kroesvoeringen over het algemeen niet vereist.
• Het selecteren van geschikte voeringmaterialen:Afhankelijk van het gesmolten materiaal worden voeringen gemaakt vanTantaal (Ta),Nikkel (Ni),Molybdeen (Mo),Pyrolytisch boornitride (PBN)ofWolfraam (W)worden vaak gebruikt om reacties te verzachten en de smeltkroes te beschermen tegen schade.
  
  

Thermische uitzetting komt niet overeen

Een kritisch probleem bij hogetemperatuurprocessen is de thermische uitzettingsmismatch tussen de smeltkroes en het gesmolten materiaal. Tijdens het verwarmen zetten gesmolten materialen doorgaans sneller uit dan de smeltkroes, waardoor er druk op de wanden ontstaat en er mogelijk scheuren of vervormingen kunnen ontstaan. Op dezelfde manier kan er tijdens het afkoelen spanning ontstaan ​​doordat het materiaal krimpt, vooral als er een overmatige hoeveelheid restmateriaal in de smeltkroes zit.

Oplossingen:

• Passende thermische uitzettingscoëfficiënten:Zorg ervoor dat de thermische uitzettingscoëfficiënten van de kroes en het materiaal compatibel zijn om spanning te minimaliseren.
• Limiet materiaal volume:Houd het gesmolten materiaal tijdens het afkoelen op een klein laagje op de bodem van de kroes, om contact met de zijwanden te voorkomen. U kunt ook al het materiaal laten weglopen voordat u gaat afkoelen.
• Regelmatige inspecties:Controleer de kroes na elk proces op scheuren of structurele schade.
  

Aanbevelingen voor het vullen van de kroes

De mate waarin een kroes gevuld is, hangt af van het type afzettingsmateriaal. De vulling kan aanzienlijk verschillen tussen sublimerende materialen, gesmolten materialen en chemische verbindingen.

Sublimatiematerialen:Vul de kroes tot 90% capaciteit voor optimale prestaties. Bij constante-vermogen of temperatuurverdamping veranderen de dampverdeling en -snelheid naarmate het materiaal wordt verbruikt, maar sublimerende materialen (bijv. zouten) vertonen doorgaans minimale problemen.

Gesmolten materialen/niet-sublimerende materialen:Het aanbevolen vulniveau voor niet-sublimerende materialen is 75% van de capaciteit van de kroes. Te veel vullen kan leiden tot scheuren vanwege het verschil in thermische uitzetting tussen de kroes en materialen zoals aluminiumoxide bij het opnieuw verhitten.

Chemische bestanddelen:Voor chemische verbindingen worden de beste resultaten doorgaans bereikt wanneer de kroes tot ongeveer 50% is gevuld, waarbij het materiaal tijdens de verdamping tot ongeveer 17% wordt gereduceerd. Als de dampkwaliteit (bijv. dissociatie, damptemperatuur of -snelheid) kritisch is, zijn er mogelijk verdere aanpassingen nodig om het verdampingsproces te optimaliseren.

Beste praktijken voor het reinigen van smeltkroezen

Om kruisbesmetting te voorkomen, wordt aanbevolen dat elke smeltkroes is toegewijd aan het verwarmen van één type materiaal. Hoewel sommige organische verbindingen grondig kunnen worden verwijderd met de juiste reiniging, kunnen andere moeilijker te elimineren zijn. Het succes van de reiniging hangt af van de specifieke organische verbinding en de baktemperatuur.

Aanbevolen reinigingsprocedure:

• Dompel de kroes 0.1-15 minuten onder in een 20M kaliumhydroxide-oplossing.
• Spoelen met gedemineraliseerd water.
• Reinig gedurende 2 minuten in een ultrasoonbad met een fijn poedervormig reinigingsmiddel (200 eetlepels opgelost in 60 ml water).
• Spoel nogmaals grondig met gedemineraliseerd water.
• Dompel de kroes onder in aceton en reinig hem ultrasoon gedurende 20 minuten.
• Herhaal het proces met isopropanol gedurende nog eens 20 minuten.
• Laat de kroes minimaal 70 minuten drogen op 40°C, of ​​langer indien nodig.

Een andere mogelijkheid is om de kroes te verhitten tot temperaturen die ruim boven het normale verdampingspunt van de organische materialen liggen. Zo kan het proces zichzelf reinigen door resten weg te branden.

Aangepaste Crucible-materialen en -oplossingen

Voor aangepaste smeltkroezen, poriegroottes, materialen of andere speciale vereisten kunt u contact met ons opnemen voor oplossingen op maat.