Entwicklung langzeitstabiler direkt elektrisch beheizter Verdampferschiffchen

Nach dem abschließenden Literaturstudium konnten geeignete Kandidaten für die Verdampfung von Chrom/Nickel evaluiert werden und deren Eignung für erste Benetzungstests mittels thermodynamischer Berechnungen bestimmt werden. Die mittels FAST hergestellten Benetzungsproben wurden auf ihre chemische Beständigkeit und ihr Benetzungsverhalten hin untersucht, aussichtsreiche Kandidaten wurden anschließend als Komposit (Mischung aus elektrisch leitfähiger und elektrisch nicht leitfähiger Phase) erneut beprobt. Dadurch konnten die benötigten elektrischen Eigenschaften ähnlich des benötigten Verdampfermaterials eingestellt werden. Das Thermoschockverhalten war aber in allen Fällen ohne die Verwendung von hexagonalem Bornitrid mangelhaft, so dass Versuche zum Modifizieren des bereits gut untersuchten Systems hBN/TiB2 unternommen wurden. Hexagonales Bornitrid verfügt als einziger bekannter, elektrisch nicht leitfähiger Werkstoff über ein gutes Thermoschockverhalten im Bereich der angestrebten Einsatztemperatur und der angestrebten hohen Heizraten im Vakuum. Durch die Zugabe einer Kombination aus Wolfram/Zirkonoxid oder durch die Zugabe von TiN konnte das sich unter Einsatzbedingungen zersetzende Material hBN ausreichend stabilisiert werden. Die Benetzungseigenschaften wurden mittels einer Benetzungshilfe auf Basis von Titan/Eisen/Silizium entscheidend verbessert, so dass ein vollständiges Benetzen des Verdampfers während der ersten Versuche zu spritzerfreien, blickdichten Schichten führte. Die Verdampfer sind somit für den Einsatz in diskontinuierlich arbeitenden Anlagen verwendbar. Zusätzlich konnten die auftretenden Korrosionsmechanismen mittels verschiedener Methoden analysiert und beschrieben werden und dadurch Lösungen zur ausreichenden Stabilisierung des hexagonalen Bornitrids erarbeitet werden. Die Arbeiten zum Optimieren der Verdampfergeometrie bei den Einsatztemperaturen stützten die hohen Standzeiten. Mit der Konstruktion und erfolgreichen Testung konnten im Mehrfachpresswerkzeug mittels FAST/SPS energieeffizient endkonturnahe Verdampfer hergestellt werden, welche anschließend nur noch durch minimalen Bearbeitungsaufwand in die gewünschte Form zu bringen waren, bevor diese in den Verdampferanlagen einsatzbereit waren. Die Standzeiten gegenüber konventionell genutzten Wolframglühwendelver dampfern konnten um den Faktor zehn bis zwanzig gesteigert werden. Die Rüstzeiten der diskontinuierlich arbeitenden Anlagen verkürzen sich dadurch enorm. Alle im Projekt zu erarbeitenden Punkte konnten erfolgreich umgesetzt werden, so dass einem erfolgreichen Einsatz dieser Verdampfer im Fertigungsprozess nichts im Wege steht.