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Keramische Beschichtungen
Thermic Edge Ltd. ist der einzige Hersteller von hochreinen kubischen Siliziumkarbid- (SiC3) und kubischen Titankarbid- (TiC3) Keramikbeschichtungen, die auf gereinigten Graphit, Keramik und Refraktärmetallkomponenten aufgebracht werden können.
Diese sehr hochreinen Sic- und Titancarbid-Beschichtungen sind hauptsächlich für den Einsatz in der Halbleiter- und Elektronikindustrie vorgesehen, um Waferträger, Suszeptoren und Heizelemente vor korrosiven und reaktiven Umgebungen zu schützen, wie z. B. bei MOCVD- und EPI-Prozessen, die für die Waferbearbeitung und die Geräteherstellung verwendet werden. Die Beschichtungen sind auch für Vakuumöfen und Probenheizungen in Hochvakuum, reaktiven und Sauerstoff-Umgebungen geeignet.
Die hochmoderne Maschinenwerkstatt von Thermic Edge ermöglicht es uns, eine Komplettlösung anzubieten, die die Herstellung der Basisgraphit-, Keramik- oder Refraktärmetallkomponente sowie die SiC3- oder TiC3-Keramikbeschichtung umfasst. Wir bieten auch einen reinen Beschichtungsservice für vom Kunden gelieferte Teile an.
SiC3 ist unser Handelsname für unsere hochreinen kubischen Siliziumkarbid Keramikbeschichtung. Sie wird auf Komponenten aufgebracht, um sie vor Oxidation oder Reaktion mit anderen Gasen bei hohen Temperaturen zu schützen. Die SiC3-Beschichtung wird mit einem Hochtemperatur-CVD-Reaktor (Chemical Vapour Deposition) mit sehr hoher Reinheit aufgebracht.
SiC3-Beschichtung ist ein elektrischer Isolator, unglaublich hart und hat eine gute Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit. Sie kann Temperaturen von bis zu 1600C bei Atmosphärendruck standhalten.
Die kubische Siliziumkarbid-Keramikbeschichtung SiC3 kann auf folgende Materialien aufgebracht werden:-
Die kubische Siliziumkarbid-Keramikbeschichtung SiC3 kann bei hohen Temperaturen in folgenden Umgebungen eingesetzt werden:-
Die SiC3-Beschichtung aus kubischem Siliziumkarbid hat folgende Vorteile gegenüber herkömmlichen SiC-Beschichtungen:
Diese sehr hochreine Beschichtung ist hauptsächlich für den Einsatz in der Halbleiter- und Elektronikindustrie vorgesehen, um Waferträger, Suszeptoren und Heizelemente vor korrosiven und reaktiven Umgebungen zu schützen, wie z. B. bei MOCVD- und EPI-Prozessen, die für die Waferbearbeitung und Geräteherstellung verwendet werden. Die Beschichtung ist auch für Vakuumöfen und Probenheizungen in Hochvakuum-, reaktiven und Sauerstoff-Umgebungen geeignet.
SiC3-Beschichtung ist ein elektrischer Isolator, unglaublich hart und hat eine gute Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit. Sie kann Temperaturen von bis zu 1600C bei Atmosphärendruck standhalten.
| Eigenschaft | Wert |
| Dichte | 3200 kg.m-3 |
| Kristallstruktur | 3C (kubisch;β) |
| Porosität | 0% (Helium-Leckdicht) |
| Kristall Größe | 1 - 5 µm |
| Optisches Erscheinungsbild | Grau, Satin bis stumpf |
| Thermische Ausdehnung (RT -400°C) | 4,2 x 10-6m.K-1 |
| Wärmeleitfähigkeit (@20°C) | 200 W.m-1.K-1 |
| Elastizitätsmodul | 450GPa |
| Elektrischer Widerstand (@20°C) | 1MΩ.m |
Diese Tabelle zeigt die Verunreinigungen der SiC3-Beschichtung
Die niedrigste Nachweisgrenze bei dieser Methode. Die Prüfung wurde von EAG Laboratories mittels Glimmentladungs-Massenspektroskopie durchgeführt.
Unsere Thermic Edge SiC3-Beschichtung (TEC) ist im Vergleich zu Siliziumkarbid-Beschichtungen anderer Firmen (C1 und C2) extrem hochrein
Ein typisches Oberflächen-Rauheitsprofil ist hier dargestellt.
Die typischen Oberflächenrauhigkeitsparameter sind Ra = 0,8µm, Rz = 5µm und Rt = 8µm.
Thermic Edge Coatings (TEC) scheidet eine hochreine Siliziumkarbidbeschichtung auf verschiedenen Materialien ab. Die kubische, SiC3, Beschichtung hat hervorragende Korrosionsschutzeigenschaften bei niedrigen, mittleren und hohen Temperaturen. Typischerweise findet die Beschichtung Anwendung in der Halbleiterindustrie, LED- und Solarproduktion sowie in der Luft- und Raumfahrt. Die beschichteten Materialien sind Graphit, Kohlenstoffverbundwerkstoffe, verschiedene Keramiken und Refraktärmetalle.
Die Beschichtung kann das darunter liegende Material nur dann wirksam schützen, wenn die Beschichtung alle für die Umwelt sichtbaren Bereiche abdeckt, wenn sie gut auf dem Material haftet und nach dem Beschichtungsprozess nicht reißt.
Eine gut haftende Beschichtung ist daher unerlässlich und das von TEC durchgeführte Verfahren erreicht dies auf verschiedenen Materialien. Der Prozess wird bei hohen Temperaturen unter Verwendung von hochreinen Gasen durchgeführt, darunter Wasserstoff, der die Oberfläche reinigt, indem er Oxide und andere Verunreinigungen entfernt, die eine gute Haftung behindern könnten. Während der Anfangsphase des Prozesses findet ein Wechsel zwischen Abscheidung und Ätzen statt, wodurch die Grenzfläche zwischen dem darunter liegenden Material und der Beschichtung weiter gereinigt wird.
Und natürlich wird in vielen Anwendungen Graphit als Trägermaterial verwendet, das eine hohe Porosität aufweist. Der TEC-Prozess dringt sehr gut in die Poren des Graphits ein und gibt ihm eine weitere Verbesserung für die Haftung. Dies ist in der Abbildung unten sehr gut dargestellt.
Die Verwendung von graphitbeschichteten Teilen in High-End-Anwendungen hängt von der Gesamtabdeckung des Graphits ab. Dies ist sowohl für die Außenflächen als auch für kleine und größere Löcher (Sackloch, Durchgang) wichtig. Das kleine Loch in der Satellitenscheibe ist ein gutes Beispiel und eine ausreichende Beschichtung auf der Innenseite ist wichtig.
Bei TEC haben wir eine kleine Graphitprobe hergestellt, in die mit einem Handbohrer kleine Löcher gebohrt wurden. Dies ist nur für eine erste Einschätzung und weitere Tests werden in den kommenden Wochen beginnen. Das Teststück ist unten abgebildet. Nach dem Bohren und Beschichten wurden kleinere Teile aus dem Stück herausgebrochen, um die Locheinbauten zu untersuchen.
Die REM-Analyse eines Lochs zeigt deutlich, dass die Beschichtung in das kleine Loch dia1,2mm x 5,5mm tief eindringt (siehe rechts).
Am Boden des Lochs (Durchmesser ca. 1,2 mm; Tiefe 5,5 mm) ist noch eine Schicht von 10 µm vorhanden. Die Beschichtung des kleinen Satellitenscheibenlochs ist daher kein Problem und es werden mindestens 60 % der oberen Schichtdicke am Bohrungsgrund erwartet.
Die Verwendung von graphitbeschichteten Teilen in High-End-Anwendungen hängt von der Gesamtabdeckung des Graphits ab. Dies ist sowohl für die Außenflächen als auch für kleine und größere Löcher (Sackloch, Durchgang) wichtig. Das kleine Loch in der Satellitenscheibe ist ein gutes Beispiel und eine ausreichende Beschichtung auf der Innenseite ist wichtig.
Bei TEC haben wir eine kleine Graphitprobe hergestellt, in die mit einem Handbohrer kleine Löcher gebohrt wurden. Dies ist nur für eine erste Einschätzung und weitere Tests werden in den kommenden Wochen beginnen. Das Teststück ist unten abgebildet. Nach dem Bohren und Beschichten wurden kleinere Teile aus dem Stück herausgebrochen, um die Locheinbauten zu untersuchen.
Die REM-Analyse eines Lochs zeigt deutlich, dass die Beschichtung in das kleine Loch dia1,2mm x 5,5mm tief eindringt (siehe rechts).
Am Boden des Lochs (Durchmesser ca. 1,2 mm; Tiefe 5,5 mm) ist noch eine Schicht von 10 µm vorhanden. Die Beschichtung des kleinen Satellitenscheibenlochs ist daher kein Problem und es werden mindestens 60 % der oberen Schichtdicke am Bohrungsgrund erwartet.
Eine große Gruppe von Werkstoffen auf Basis von Kohlenstofffasern wird als Carbon Composites bezeichnet. Sie umfasst eine breite Palette von Werkstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften je nach Herstellungsverfahren. Was die Materialien gemeinsam haben, ist die Kohlenstofffaser, die zu verschiedenen Strukturen geformt (kurze Fasern) oder gewebt (lange Fasern) und zur Verdichtung der Struktur imprägniert wird. Die Eigenschaften der Faser variieren sehr stark in der Länge der Faser und senkrecht zur Faser. Insbesondere die thermische Ausdehnung ist unterschiedlich und macht es sehr schwierig, eine Verbundstruktur ohne Rissbildung und/oder Delamination zu beschichten.
TE hat einige Erfahrungen mit der Beschichtung von Kohlefaserverbundteilen gesammelt, die für Hochtemperaturanwendungen entwickelt wurden. Aufgrund des großen Unterschieds in der Wärmeausdehnung und der Variationen in verschiedenen Richtungen treten Risse auf. Ein gutes Beispiel ist rechts dargestellt. Die Breite des Risses in horizontaler Richtung ist viel größer als in vertikaler Richtung, was auf eine unterschiedliche Ausrichtung der Fasern hinweist. Sobald das Material erhitzt ist und sich der SiC3-Abscheidungstemperatur nähert, werden die meisten Risse geschlossen und können das darunterliegende Material schützen.
Die vielversprechendsten Keramiken, die mit SiC3 beschichtet werden können, sind Keramiken auf Siliziumbasis wie SiC, SiSiC, Si3N4, etc. Der Grund dafür ist, dass die thermische Ausdehnung dieser Materialien sehr gut mit der SiC3-Beschichtung zusammenpasst. Der Zweck einer Deckschicht auf diesen Keramiken ist es, die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern und die Diffusion von Verunreinigungen aus dem Grundmaterial zu blockieren. In der Halbleiterindustrie werden SiSiC-Boote und andere Teile meist von den Keramiklieferanten selbst beschichtet. In diesem Fall verhindert die Beschichtung den bevorzugten Angriff und die Erosion von Silizium aus dem Basismaterial.
Bisher erwies sich Aluminiumoxid aufgrund seiner sehr geringen Wärmeausdehnung als ebenso schwierig zu beschichten wie Quarz.
Wolfram und Molybdän wurden erfolgreich mit SiC3-Beschichtung beschichtet. Je nach Abmessung und Form können bis zu 250 µm aufgebracht werden. Die Beschichtung haftet sehr gut und das System hat eine Langzeitstabilität bei hohen Temperaturen. Die SiC3-Beschichtung kann die Oxidation des darunter liegenden Grundmaterials in oxidierenden Umgebungen verhindern.
TiC3 ist unser Handelsname für unsere hochreine kubische Titankarbid-Keramikbeschichtung. Sie wird auf Graphitkomponenten aufgebracht, um diese vor dem Verdampfen im Hochvakuum (HV) und Ultrahochvakuum (UHV) bei hoher Temperatur und der Reaktion mit anderen Gasen bei hoher Temperatur zu schützen. Die TiC3-Beschichtung wird mit einem Hochtemperatur-CVD-Reaktor (Chemical Vapour Deposition) mit sehr hoher Reinheit aufgebracht.
Die TiC3-Beschichtung ist ein sehr guter elektrischer Leiter und kann sehr hohen Temperaturen bis zu 3000C standhalten. Es hat einen sehr niedrigen Dampfdruck, wodurch es bei hohen Temperaturen im Hochvakuum und Ultrahochvakuum (UHV) arbeiten kann. Es ist unglaublich hart und hat eine gute Korrosionsbeständigkeit. Es mag jedoch keinen Sauerstoff und wird leicht mit O2 reagieren.
Die keramische Beschichtung TiC3 Cubic Titanium Carbide kann nur auf Produkte aus Hochausdehnungsgraphit aufgebracht werden, da sie einen WAK von ca. 7x10e-6 mm/C hat.
TiC3 Cubic Titanium Carbide Keramikbeschichtung kann bei hoher Temperatur und auch sehr hohem Vakuum in folgenden Umgebungen eingesetzt werden:-
| Eigenschaft | Wert |
| Dichte | 4930 kg.m-3 |
| Kristallstruktur | 3C (kubisch; β) |
| Porosität | 0% (Helium-Leckdicht) |
| Kristall Größe | 2-10 µm |
| Optisches Erscheinungsbild | Hellgrau, Satin |
| Thermische Ausdehnung (RT - 400°c) | 7,7 X 10-6M.k-1 |
| Wärmeleitfähigkeit (@20°C) | 50 W.m-1K-1 |
| Elastizitätsmodul | 420GPa |
| Elektrischer Widerstand (@20°C) | 0,02Ω.m |
| Härte (Vickers) | 3500 HV |
Hier wird ein XRD-Diagramm gezeigt.
Die im Diagramm gezeigten Peaks stimmen perfekt mit der 3C-Kristallstruktur überein.
Oberfläche und Bruch, wie mit dem Rasterelektronenmikroskop beobachtet, sind unten dargestellt
Die Porosität des Graphits wird sehr gut abgedeckt, und die Beschichtung dringt in die offene Porosität ein und fördert eine sehr gute Haftung der Beschichtung auf der Graphitoberfläche. Die Haftung an scharfen Kanten ist gut, aber in allen Fällen wird ein Radius von mindestens 0,2 mm empfohlen.
Die Verwendung von graphitbeschichteten Teilen in High-End-Anwendungen hängt von der Gesamtabdeckung des Graphits ab. Dies ist sowohl für die Außenflächen als auch für kleine und größere Löcher (Sackloch, Durchgang) wichtig. Das kleine Loch in der Satellitenscheibe ist ein gutes Beispiel und eine ausreichende Beschichtung auf der Innenseite ist wichtig.
Bei TEC haben wir eine kleine Graphitprobe hergestellt, in die mit einem Handbohrer kleine Löcher gebohrt wurden. Dies ist nur für eine erste Einschätzung und weitere Tests werden in den kommenden Wochen beginnen. Das Teststück ist unten abgebildet. Nach dem Bohren und Beschichten wurden kleinere Teile aus dem Stück herausgebrochen, um die Locheinbauten zu untersuchen.
Die REM-Analyse eines Lochs zeigt deutlich, dass die Verkokung in das kleine Loch dia1,2mm x 10,0 mm tief eindringt (siehe rechts).
Am Boden des Lochs (Durchmesser ca. 1,2 mm; Tiefe 5,5 mm) ist noch eine Schicht von 10 µm vorhanden. Die Beschichtung des kleinen Satellitenscheibenlochs ist daher kein Problem und es werden mindestens 60 % der oberen Schichtdicke am Bohrungsgrund erwartet.
Derzeit können wir Bauteile bis zu einem Durchmesser von 360 x 500 mm beschichten.
Thermic Edge Coatings (TEC) scheidet eine hochreine Titankarbidbeschichtung auf Graphit ab. Die kubische, TiC3, Beschichtung hat hervorragende Korrosionsschutzeigenschaften bei niedrigen, mittleren und hohen Temperaturen. Typischerweise findet die Beschichtung Anwendung in der Halbleiterindustrie, in Vakuumöfen und in der Luft- und Raumfahrt. Die beschichteten Materialien sind Graphit, Kohlenstoffverbundwerkstoffe, verschiedene Keramiken und Refraktärmetalle.
Die Beschichtung kann das darunter liegende Material nur dann wirksam schützen, wenn die Beschichtung alle für die Umwelt sichtbaren Bereiche abdeckt, wenn sie gut auf dem Material haftet und nach dem Beschichtungsprozess nicht reißt.
Eine gut haftende Beschichtung ist daher unerlässlich und das von TEC durchgeführte Verfahren erreicht dies auf verschiedenen Materialien. Der Prozess wird bei hohen Temperaturen unter Verwendung von hochreinen Gasen durchgeführt, darunter Wasserstoff, der die Oberfläche reinigt, indem er Oxide und andere Verunreinigungen entfernt, die eine gute Haftung behindern könnten. Während der Anfangsphase des Prozesses findet ein Wechsel zwischen Abscheidung und Ätzen statt, wodurch die Grenzfläche zwischen dem darunter liegenden Material und der Beschichtung weiter gereinigt wird.
Als Grundmaterial wird Graphit verwendet, das eine hohe Porosität aufweist. Das TEC-Verfahren dringt sehr gut in die Poren des Graphits ein und gibt ihm eine weitere Verbesserung für die Haftung.
Diese Tabelle zeigt die Verunreinigungen der TiC3-Beschichtung
Niedrigste Nachweisgrenze mit dieser Methode. Die Prüfung wurde von EAG Laboratories unter Verwendung der Glimmentladungs-Massenspektroskopie durchgeführt.
Wir bei Thermic Edge sind stolz darauf, an der Spitze der Vakuum-Heiztechnologie-Industrie zu stehen. Wir bieten einen kompletten Service, unsere maßgeschneiderten und vielseitigen Produktreihen geben Ihnen die notwendigen Werkzeuge für jede Inert-, HV- oder UHV-Anwendung.
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