DE102023115004A1

DE102023115004A1 - Flansch, Flanschverbindung, Vakuum- und/oder Reaktionskammer sowie System für thermische Laser Epitaxie

Info

Publication number: DE102023115004A1
Application number: DE102023115004.9A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Braun; Hans Boschker
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 2023-06-07
Filing date: 2023-06-07
Publication date: 2024-12-12
Also published as: WO2024251893A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flansch (10) aus einer Aluminiumlegierung, wobei der Flansch (10) an einer Öffnung (104) in einer Kammerwandung (102) einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) abgedichtet angeordnet ist oder anordenbar ist, wobei ferner der Flansch (10) zur Abdichtung der Öffnung (104) der Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) gegenüber der Umgebung eine umlaufende und ebene Dichtfläche (20) aufweist, an die sich eine Schneidkante (30) für eine Schneiddichtung (40) anschließt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Flanschverbindung (50), aufweisend ein erstes Flanschelement (52), ein zweites Flanschelement (54), einen Dichtring (60) sowie eine Spannvorrichtung (70), wobei das erste Flanschelement (52) und das zweite Flanschelement (54) jeweils eine Schneidkante (30) für eine Schneiddichtung (40) aufweisen, wobei der Dichtring (60) aus einem weicheren Material als die Schneidkanten (30) besteht und zwischen dem ersten Flanschelement (52) und dem zweiten Flanschelement (54) anordenbar ist, und zur Abdichtung der Flanschverbindung (50) das erste Flanschelement (52) und das zweite Flanschelement (54) durch die Spannvorrichtung (70) gegeneinander drückbar sind, so dass sich die Schneidkante (30) des ersten Flanschelements (52) und die Schneidkante (30) des zweiten Flanschelements (54) von entgegengesetzten Seiten in den Dichtring (60) drücken. Ferner betrifft die Erfindung eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) mit einer Kammerwandung (102) und einer Öffnung (104) in der Kammerwandung (102), wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) ferner einen derartigen Flansch (10) für die Öffnung (104) aufweist, wobei der Flansch (10) an der Öffnung (104) abgedichtet angeordnet ist. Weiter betrifft die Erfindung ein System (200) für thermische Laser Epitaxie (TLE) mit zumindest einer derartigen Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100), wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) eine

Description

Die Erfindung betrifft einen Flansch aus einer Aluminiumlegierung, wobei der Flansch an einer Öffnung in einer Kammerwandung einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer abgedichtet angeordnet ist oder anordenbar ist, wobei ferner der Flansch zur Abdichtung der Öffnung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer gegenüber der Umgebung eine umlaufende und ebene Dichtfläche aufweist, an die sich eine Schneidkante für eine Schneiddichtung anschließt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Flanschverbindung, aufweisend ein erstes Flanschelement, ein zweites Flanschelement, einen Dichtring sowie eine Spannvorrichtung, wobei das erste Flanschelement und das zweite Flanschelement jeweils eine Schneidkante für eine Schneiddichtung aufweisen, wobei der Dichtring aus einem weicheren Material als die Schneidkanten besteht und zwischen dem ersten Flanschelement und dem zweiten Flanschelement anordenbar ist, und zur Abdichtung der Flanschverbindung das erste Flanschelement und das zweite Flanschelement durch die Spannvorrichtung gegeneinander drückbar sind, so dass sich die Schneidkante des ersten Flanschelements und die Schneidkante des zweiten Flanschelements von entgegengesetzten Seiten in den Dichtring drücken. Ferner betrifft die Erfindung eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer mit einer Kammerwandung und einer Öffnung in der Kammerwandung, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer ferner einen derartigen Flansch für die Öffnung aufweist, wobei der Flansch an der Öffnung abgedichtet angeordnet ist. Weiter betrifft die Erfindung ein System für thermische Laser Epitaxie (TLE) mit zumindest einer derartigen Vakuum- und/oder Reaktionskammer, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer eine Kammerwandung mit einer oder mehreren Öffnungen aufweist an denen jeweils ein Flansch angeordnet ist.
Vakuum- und/oder Reaktionskammern werden in der modernen Technik weitläufig eingesetzt, zum Beispiel um einen Raum beziehungsweise ein Volumen bereitzustellen, das gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Eine kontrollierbare Reaktionsatmosphäre kann dann insbesondere in diesen Vakuum- und/oder Reaktionskammern bereitgestellt werden, wobei Eigenschaften der Reaktionsatmosphäre wie beispielsweise Zusammensetzung und Druck über weite Bereiche beliebig eingestellt werden können.
Ein oftmals für derartige Vakuum- und/oder Reaktionskammern eingesetztes Material ist Stahl. Für manche Einsatzgebiete hat sich jedoch herausgestellt, dass Stahl nicht die beste Wahl darstellt, beispielsweise wenn eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Materials der Vakuum- und/oder Reaktionskammer von Vorteil ist. Ein Beispiel für eine derartige Anwendung ist die thermische Laser Epitaxie (TLE), in der im Volumen der Vakuum- und/oder Reaktionskammer bereitgestelltes Quellenmaterial durch hochintensive Laserstrahlung unterhalb der Plasmaschwelle thermisch verdampft und/oder sublimiert wird. Das verdampfte und/oder sublimierte Material wird zumeist verwendet, um auf einem Substrat eine hochreine Schicht abzuscheiden, mit anderen Worten um das Substrat zu bedampfen.
Trifft hierbei der Laserstrahl auf die Kammerwandung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer, versehentlich oder zum Beispiel nach Reflektion am Quellenmaterial, kann ein hoher Energieeintrag in das Material der Vakuum- und/oder Reaktionskammer die Folge sein. Durch einen Einsatz eines Materials mit einer im Vergleich zu Stahl hoher Wärmeleitfähigkeit kann ein lokales Aufheizen der Kammerwandung bis hin zu physischen Schäden vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden. Geeignete Materialien stellen zum Beispiel Aluminiumlegierungen dar.
Gleichzeitig ist es erforderlich, Zugänge zum Inneren der Vakuum- und/oder Reaktionskammer zu ermöglichen, im obigen Beispiel insbesondere für eine Einkopplung des Laserstrahls sowie zur Bereitstellung des Quellenmaterials und des zu bedampfenden Substrats. Flansche beziehungsweise Flanschverbindungen stellen geeignete Mittel dar, um an Öffnungen in der Kammerwandung zum einen den erforderlichen Zugang ins Innere der Vakuum- und/oder Reaktionskammer zu erlauben, aber gleichzeitig ein Abdichten dieser Öffnung gegenüber der Umwelt zu ermöglichen. Da auch diese Flansche beziehungsweise Flanschverbindungen als Teil der Vakuum- und/oder Reaktionskammer versehentlich von Laserstrahlung getroffen werden könnten, können diese bevorzugt auch aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein.
Wie voranstehend bereits ausgeführt, können in einem TLE System hochreine Schichten auf ein Substrat aufgedampft werden. Um dies zu erreichen, muss auch die im Inneren der Vakuum- und/oder Reaktionskammer vorhandene Reaktionsatmosphäre höchsten Ansprüchen genügen. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, dass die Vakuum- und/oder Reaktionskammer im Vorfeld der Bedampfung in einem sogenannten Bake-Out-Prozess aufgeheizt wird. Hierbei ist es erforderlich, dass ein verschlossener Flansch vor, während und insbesondere auch nach diesem Aufheizen eine hohe Dichtigkeit aufweist, da ansonsten wieder Umgebungsluft in die Vakuum- und/oder Reaktionskammer eindringen kann.
Zusammenfassend ergibt sich somit ausgehend von bekannten Vakuum- und/oder Reaktionskammern und Flanschen beziehungsweise Flanschverbindungen die Aufgabe, einen verbesserten Flansch, eine verbesserte Flanschverbindung, eine verbesserte Vakuum- und/oder Reaktionskammer und ein verbessertes TLE System zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelt sind. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Flansch, eine verbesserte Flanschverbindung, eine verbesserte Vakuum- und/oder Reaktionskammer und ein verbessertes TLE System zu schaffen, bei denen eine hohe, bevorzugt höchste, Dichtigkeit des Flansches vor, während und nach einem Aufheizen im Zuge eines Bake-Out-Prozesses gewährleistet ist beziehungsweise bleibt.
Voranstehende Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe durch einen Flansch gemäß Anspruch 1, durch eine Flanschverbindung gemäß Anspruch 13, durch eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer gemäß Anspruch 16 sowie durch ein TLE System gemäß Anspruch 19 gelöst. Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Vorteile, die bezüglich des erfindungsgemäßen Flansches beschrieben sind, auch in Bezug auf eine erfindungsgemäße Flanschverbindung, in Bezug auf eine erfindungsgemäße Vakuum- und/oder Reaktionskammer beziehungsweise in Bezug auf ein erfindungsgemäßes TLE System und jeweils umgekehrt, soweit technisch sinnvoll und möglich.
Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Flansch aus einer Aluminiumlegierung, wobei der Flansch an einer Öffnung in einer Kammerwandung einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer abgedichtet angeordnet ist oder anordenbar ist, wobei ferner der Flansch zur Abdichtung der Öffnung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer gegenüber der Umgebung eine umlaufende und ebene Dichtfläche aufweist, an die sich eine Schneidkante für eine Schneiddichtung anschließt, wobei eine an die Dichtfläche angrenzende innere Seitenfläche der Schneidkante mit der Dichtfläche einen Winkel von 110° einschließen.
Das Material für den erfindungsgemäßen Flansch umfasst eine Aluminiumlegierung. Gegenüber Stahl weist die überwiegende Mehrheit der möglichen Aluminiumlegierungen eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf. Aluminiumlegierungen können mit vielen unterschiedlichen Eigenschaften gewählt werden, wobei für den Einsatz als Flansche von Vakuum- und/oder Reaktionskammern besonders harte, wärmestabile und ausgasungsarme Varianten von Aluminiumlegierungen bevorzugt sind.
Der erfindungsgemäße Flansch ist für einen Einsatz an beziehungsweise mit einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer, insbesondere einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer eines TLE Systems, vorgesehen. Dafür kann der erfindungsgemäße Flansch an einer Öffnung in einer Kammerwandung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer angeordnet werden. Bei diesem Anordnen ist insbesondere auf einen dichten Übergang zwischen dem Material der Kammerwandung und dem Material des Flansches zu achten. Als besonders geeignet hat sich hierbei ein stoffschlüssiges Verbinden des Flansches mit der Vakuum- und/oder Reaktionskammer durch Verschweißen herausgestellt. Alternativ kann der Flansch auch von vornherein einstückig mit der Vakuum- und/oder Reaktionskammer ausgebildet und mit dieser monolithisch hergestellt sein, beispielsweise durch ein spanendes Verfahren.
Der an der Öffnung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer angeordnete Flansch verlängert somit im Wesentlichen diese Öffnung, oftmals senkrecht zur Kammerwandung. Zum Aufrechterhalten der Abdichtbarkeit des Inneren der Vakuum- und/oder Reaktionskammer gegenüber der Umwelt ist es somit notwendig, auch den Flansch mit einer Möglichkeit zum abgedichteten Verschließen auszustatten. Erfindungsgemäß erfolgt dies über das Bereitstellen einer Dichtfläche, die umlaufend um die durch den Flansch quasi verlängerte Öffnung in der Kammerwandung am Flansch vorgesehen ist. Die Dichtfläche ist in sich insgesamt eben ausgebildet, wobei eine Normale dieser Ebene der Dichtfläche bevorzugt quer, insbesondere rechtwinklig, zur Öffnung ausgerichtet ist. Insgesamt ist der erfindungsgemäße Flansch für eine Schneiddichtung vorbereitet. Dies schlägt sich insbesondere dadurch nieder, dass nach außen anschließend an die Dichtfläche eine Schneidkante für diese Schneiddichtung angeordnet ist.
Bei Schneiddichtungen weisen zumeist der Flansch und das entsprechende Gegenstück, oftmals ebenfalls ein Flansch oder auch ein Deckel, derartige Dichtflächen und Schneidkanten auf, zwischen die ein Dichtring, meist aus einem weicheren Metall, eingelegt ist. Die Schneidkanten drücken sich in den Dichtring, wodurch sich im Wesentlichen die Dichtwirkung der Schneiddichtung ergibt. Schneiddichtungen können beispielsweise besonders niedrige Drücke bis zu 10^-12 hPa im Inneren der Vakuum- und/oder Reaktionskammer ermöglichen.
Erfindungswesentlich ist nun vorgesehen, dass eine an die Dichtfläche angrenzende innere Seitenfläche der Schneidkante mit der Dichtfläche einen Winkel von 110° einschließt. Winkelangaben in dieser Anmeldung beziehen sich hierbei immer auf den angegebenen Winkel und einen Bereich um diesen Winkel, der mit angemessener Genauigkeit bei der Herstellung des Flansches erreicht werden kann. Bei Schneiddichtungen entsprechend der Norm ISO 3669:2020(E) sind für diesen Winkel Werte bis 92° möglich. Durch den flacheren Übergang von der ebenen Dichtfläche zur inneren Seitenfläche der Schneidkante ist beim erfindungsgemäßen Flansch eine im Vergleich zum genormten Flansch höhere Kraft nötig, um dieselbe Dichtwirkung zu erreichen. Dies kann dadurch erklärt werden, dass sich die Schneidkante bei einem kleinen eingeschlossenen Winkel und damit einem steileren Übergang zwischen Dichtfläche und innerer Seitenfläche der Schneidkante bereits bei kleineren Kräften leichter in den Dichtring einpresst. Durch eine Erhöhung der Dichtkraft kann dies jedoch problemlos ausgeglichen werden.
Gleichzeitig hat sich jedoch herausgestellt, dass die erfindungsgemäße flachere Ausführung des Übergangs zwischen Dichtfläche und innerer Seitenfläche ihre hohe Dichtigkeit auch bei einem Aufheizen der Vakuum- und/oder Reaktionskammer, insbesondere während eines Bake-Out-Prozesses, bestehen bleibt. Dies liegt vermutlich an einem höheren Anteil elastischer Energie, der hier durch die Pressung der Dichtung gespeichert wird und steht im Gegensatz zum Verhalten der Schneiddichtungen mit steileren Übergängen zwischen Dichtfläche und Schneidkante, wie es gemäß der oben genannten Norm vorgesehen ist.
Zusammenfassend wird somit durch den erfindungsgemäße Flansch eine Möglichkeit bereitgestellt, eine Öffnung in einer Wandung einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer, insbesondere einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer eines TLE Systems, derart zu verschließen, dass eine hohe Dichtigkeit des Flansches vor, während und nach einem Aufheizen im Zuge eines Bake-Out-Prozesses erreicht wird.
Weiter kann bei dem erfindungsgemäßen Flansch vorgesehen sein, dass der Flansch aus der Aluminiumlegierung besteht. In dieser Ausführung ist somit der Flansch vollständig aus der Aluminiumlegierung gefertigt und weist keine anderen Materialien auf. Die oben beschriebenen Vorteile beim Einsatz einer Aluminiumlegierung als Material für den erfindungsgemäßen Flansch können dadurch noch besser und insbesondere den gesamten Flansch umfassend ermöglicht werden.
Weiter kann der erfindungsgemäße Flansch dadurch gekennzeichnet sein, dass an die innere Seitenfläche eine äußere Seitenfläche der Schneidkante angrenzt, wobei die innere Seitenfläche und die äußere Seitenfläche einen Winkel von 90° einschließen. Mit anderen Worten, die äußere Seitenfläche ist um 20° gegenüber der Dichtfläche geneigt. Ein Winkel an der Spitze der Schneidkante von 90° hat sich als besonders geeignet herausgestellt, um trotz des flacheren Übergangs von Dichtfläche zur inneren Seitenfläche eine Schneidkante zu erzeugen, die sich ausreichend in einen entsprechend vorhandenen Dichtring eindrückt. Die erfindungsgemäß bereitstellbare Dichtigkeit vor, während und nach einem Aufheizvorgang kann somit noch besser ermöglicht werden.
Auch kann der erfindungsgemäß Flansch derart weiterentwickelt sein, dass die innere Seitenfläche und die äußere Seitenfläche mit einer abgerundeten Verbindungskante aneinander angrenzen, wobei ein Radius einer Rundung der Verbindungskante zwischen 0,1 mm und 0,2 mm beträgt, bevorzugt 0,2 mm beträgt. Bei einer zu scharfen Verbindungskante der beiden Seitenflächen der Schneidkante kann es vorkommen, dass die Schneidkante das Material des entsprechend vorhandenen Dichtrings zu stark plastisch verformt, wodurch zu wenig elastische Verformung in der Verbindung verbleibt, um während und nach dem Ausheizvorgang mögliche durch unterschiedliche thermische Ausdehnung auftretende Verformungen elastisch, d.h. reversibel, aufzufangen, und dadurch die Dichtwirkung zu erhalten.. Durch eine abgerundete Verbindungskante mit einem Radius der Rundung zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, bevorzugt von 0,2 mm, kann dieser zu geringe Anteil der elastischen Verformung vermieden oder zumindest deutlich eingeschränkt werden.
Weiter kann der erfindungsgemäße Flansch derart ausgebildet sein, dass die innere Seitenfläche und/oder die äußere Seitenfläche der Schneidkante die Öffnung konusartig umgeben. Insbesondere für kreisförmige Öffnungen ist es vorteilhaft, auch den Flansch und insbesondere die für die Schneiddichtung am Flansch vorgesehenen Elemente mit einer Drehsymmetrie bereitzustellen. Durch konusartig geformte Seitenflächen der Schneidkante kann dies besonders einfach ermöglicht werden. Konusartig im Sinne der Erfindung bedeutet dabei für die Seitenflächen, dass diese als Mantelfläche eines jeweiligen Kegelstumpfes ausgebildet sind, wobei der für die innere Seitenfläche angenommene Kegelstumpf mit dem Ende des kleineren Durchmessers nach innen, also in Richtung des restlichen Flansches, zeigt. Umgekehrt zeigt der für die äußere Seitenfläche angenommene Kegelstumpf nach außen, also vom Flansch weg.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flansches kann dieser dadurch gekennzeichnet sein, dass auf die Schneidkante zumindest teilweise Industrieruß aufgebracht ist. Industrieruß, im Englischen als „carbon black“ bezeichnet, ist im wesentlichen reiner Kohlenstoff und weist schmierende Eigenschaften auf, ohne eine Gefahr von Ausgasungen darzustellen, die beispielsweise übliche Fette und Öle mit sich bringen. Durch ein Aufbringen von Industrieruß auf die Schneidkante kann somit unerwünschte Spannungen zwischen dem Flansch und dem entsprechend vorhandenen Dichtring, welche auf oftmals nicht vermeidbare Verkantungen dieser Bauelemente gegeneinander verursacht werden, entgegengewirkt werden. Für das Aufbringen kann der Industrieruß bevorzugt in hochreinem Propanol suspendiert werden, das nach dem Auftragen dann verdunstet. Ein besonders gleichmäßiges Auftragen des Industrierußes kann dadurch gewährleistet werden.
Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Flansch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Industrieruß auf die äußere Seitenfläche aufgebracht ist und die innere Seitenfläche von Industrieruß frei ist. Gemäß der Geometrie des erfindungsgemäßen Flansches ist die innere Seitenfläche der Schneidkante näher an der Öffnung in der Kammerwand der Vakuum- und/oder Reaktionskammer, und entsprechend die äußere Seitenfläche weiter entfernt von dieser. Durch ein Aufbringen des Industrierußes nur auf die äußere Seitenfläche der Schneidkante können somit zum einen die voranstehend beschriebenen Vorteile hinsichtlich einer verbesserten Schmierung zwischen Flansch und Dichtring insbesondere bei deren Verformung während des Dichtvorgangs ermöglicht werden, und gleichzeitig aber eine Gefahr einer Kontamination des Innenraums der Vakuum- und/oder Reaktionskammer mit Industrieruß deutlich vermindert werden.
Auch kann bei dem erfindungsgemäßen Flansch ferner vorgesehen sein, dass die für den Flansch verwendete Aluminiumlegierung einen Anteil an Zink von 0,15% oder weniger, bevorzugt von 0,10% oder weniger, aufweist. Manche Bestandteile von Aluminiumlegierungen, und hierbei ist Zink besonders hervorzuheben, sind für einen Einsatz insbesondere für Hoch- und Höchstvakuumanwendungen nicht geeignet, da sie hoch reaktiv sind und insbesondere einen hohen Dampfdruck aufweisen. Beim Auspumpen der Vakuum- und/oder Reaktionskammer würden diese Anteile aus der Legierung ausgasen und so das Erreichen des gewünschten Vakuums verhindern oder zumindest deutlich verzögern. Durch eine Limitierung des Zinkgehalts der verwendeten Aluminiumlegierung auf 0,15% oder weniger, insbesondere 0,10% oder weniger, kann zumindest in Bezug auf Zink dieser Nachteil derart weit vermindert werden, dass er nicht mehr ausschlaggebend ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flansches kann dieser dadurch gekennzeichnet sein, dass die für den Flansch verwendete Aluminiumlegierung eine Brinell Härte von 100 HBW oder größer aufweist. Die Härte des erfindungsgemäße Flansches ist insbesondere ausschlaggebend für die Haltbarkeit, mit anderen Worten für den zeitlichen Abstand, mit dem Wartungsintervalle geplant werden können. Weiter hat die Härte insbesondere auf die Stabilität der Schneidkante der Schneiddichtung einen entscheidenden Einfluss, die wie oben ausgeführt beim bevorzugt vollständigen Bestehen des Flansches aus der Aluminiumlegierung ebenfalls aus dieser besteht. Eine Brinell Härte von 100 HBW oder größer hat sich als bevorzugt herausgestellt, um eine besonders gute Haltbarkeit des gesamten Flansches und insbesondere um eine hohe Stabilität der Schneidkante sicherzustellen.
Darüber hinaus hat die Brinell Härte von 100 HBW oder größer den Vorteil, dass beim Umgang mit solchen Flanschen und dem Zusammenbau der daraus bestehenden Vakuumkammern oder Reaktionskammern die Wahrscheinlichkeit oder Schwere einer versehentlichen Beschädigung der Schneidkante vermindert ist.
Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Flansch vorgesehen sein, dass die für den Flansch verwendete Aluminiumlegierung für einen Einsatz bei Temperaturen von 140° C oder höher, bevorzugt 200° C oder höher, geeignet ist. Wie oben bereits mehrfach ausgeführt, wird, insbesondere bei einem Einsatz in einem TLE System, die Vakuum- und/oder Reaktionskammer mit dem erfindungsgemäßen Flansch zumeist einer Aufheizung im Zuge eines Bake-Out-Prozesses unterzogen. Derartige Ausheizprozesse können über einen längeren Zeitraum, in der Regel mehrere Tage, erfolgen, je nach Anwendung. Eine Eignung der für den Flansch eingesetzten Aluminiumlegierung bei Temperaturen von 140° C oder höher, bevorzugt 200° C oder höher, hat sich als ausreichend herausgestellt, um die notwendigen Aufheizvorgänge unbeschadet zu überstehen.
Gemäß einer ersten alternativen Ausgestaltung kann bei dem erfindungsgemäßen Flansch ferner vorgesehen sein, dass die für den Flansch verwendete Aluminiumlegierung eine Al5xxx Legierung ist. Al5xxx Legierung zeichnen sich durch mittlere bis hohe Festigkeiten und insbesondere durch hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Sie sind darüber hinaus gut schweißbar und lassen sich gut kalt umformen, also durch Walzen und Schmieden bearbeiten. Insgesamt stellen diese Al5xxx Legierungen, beispielsweise die genormte Legierung EN AW-5083, gute Werkstoffe dar, um einen erfindungsgemäß Flansch daraus zu fertigen. Insbesondere Flansche, die durch Verschweißen mit einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer stoffschlüssig verbunden werden sollen, können bevorzugt eine derartige AL5xxx Legierung umfassen oder aus dieser bestehen.
In einer zweiten alternativen Ausgestaltung kann der erfindungsgemäße Flansch dadurch gekennzeichnet sein, dass die für den Flansch verwendete Aluminiumlegierung zusätzlich zu Aluminium folgende Bestandteile aufweist:

- Si: maximal 0,30%
- Fe: maximal 0,40%
- Cu: 5,8% - 6,8%
- Mn: 0,20% - 0,40%
- Mg: maximal 0,10%
- Cr: maximal 0,05%
- Zn: maximal 0,10%
- Ti: 0,02% - 0,10%
- Weitere Bestandteile: maximal 0,15%, davon Einzelbestandteile maximal 0,05%.

Eine derartige Aluminiumlegierung wird beispielsweise von der Firma Bikar Metalle unter dem Markennamen Formodal^® BM-400 vertrieben. Diese Aluminiumlegierung zeichnet sich durch ihre besondere Zusammensetzung insbesondere dadurch aus, dass sie die oben bereits als vorteilhaft herausgestellten Eigenschaften in sich vereinigt. So weist sie einen Zinkgehalt von maximal 0,10% auf, besitzt eine Brinell Härte von 130 HBW, und ist für einen Langzeiteinsatz bei Temperaturen bis 200° C geeignet. Sämtliche voranstehend mit diesen Eigenschaften verknüpften Vorteile können somit bei einem Einsatz dieser Aluminiumlegierung als Bestandteil des erfindungsgemäßen Flansches ermöglicht werden. Eine wie voranstehend aufgelistete Aluminiumlegierung stellt somit eine besonders geeignete Aluminiumlegierung dar, um damit beziehungsweise bevorzugt sogar komplett daraus einen erfindungsgemäßen Flansch, beziehungsweise bevorzugt sogar vollständige Vakuum- und/oder Reaktionskammern, zu fertigen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Flanschverbindung, aufweisend ein erstes Flanschelement, ein zweites Flanschelement, einen Dichtring sowie eine Spannvorrichtung, wobei das erste Flanschelement und das zweite Flanschelement jeweils eine Schneidkante für eine Schneiddichtung aufweisen, wobei der Dichtring aus einem weicheren Material als die Schneidkanten besteht und zwischen dem ersten Flanschelement und dem zweiten Flanschelement anordenbar ist, und zur Abdichtung der Flanschverbindung das erste Flanschelement und das zweite Flanschelement durch die Spannvorrichtung gegeneinander drückbar sind, so dass sich die Schneidkante des ersten Flanschelements und die Schneidkante des zweiten Flanschelements von entgegengesetzten Seiten in den Dichtring drücken. Die erfindungsgemäße Flanschverbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Flanschelement und/oder das zweite Flanschelement als Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Flanschverbindung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist als Flanschelemente zumindest einen, bevorzugt zwei, Flansche gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf. Sämtliche Merkmale und Vorteile, die voranstehend mit Bezug auf einen Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, können somit auch durch eine Flanschverbindung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ermöglicht werden.
Für die Montage der erfindungsgemäßen Flanschverbindung wird der weichere Dichtring zwischen die Flanschelemente eingelegt, und dann diese durch die Spannvorrichtung gegeneinander gedrückt. Als Spannvorrichtung können beispielsweise Schrauben verwendet werden, die entsprechend vorhandene Bohrungen in den Flanschelementen durchgreifen. Alternativ oder zusätzlich sind auch andere Spannvorrichtungen denkbar, beispielsweise umlaufende Kettenelemente oder Spanngurte.
Durch die Spannvorrichtung werden derart große Kräfte erzeugt, dass sich die Schneidkanten von gegenüberliegenden Seiten in den Dichtring drücken. Um dies zu ermöglichen, ist das Material des Dichtrings derart gewählt, dass es weicher ist als das Material der Schneidkanten, bevorzugt als das Material der gesamten Flanschelemente. Eine besonders gute Abdichtung, die insbesondere auch ein Erzeugen eines Hochvakuums in der Vakuum- und/oder Reaktionskammer ermöglichen, kann dadurch ermöglicht werden.
Insbesondere wenn beide Flanschelemente als Flansche gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet sind, kann durch die Anordnung beziehungsweise Anordenbarkeit der Flansche an Öffnungen der jeweiligen Vakuum- und/oder Reaktionskammer eine abgedichtete Verbindung zwischen diesen Vakuum- und/oder Reaktionskammern hergestellt werden. Durch die Verwendung von Aluminiumlegierungen für die Flanschelemente ist insbesondere ein Einsatz in einem TLE System begünstigt.
Weiter kann durch die Ausgestaltung der Flanschelemente als erfindungsgemäße Flansche, und damit insbesondere derjenigen Abschnitte, die für das Bilden der Schneiddichtung eingesetzt werden wie zum Beispiel die Dichtflächen und die Schneidkante, eine besonders gute Temperaturbeständigkeit der Abdichtung der Flanschverbindung, insbesondere beispielsweise hinsichtlich des Verhaltens während eines Bake-Out-Prozesses, ermöglicht werden.
Weiter kann bei der erfindungsgemäßen Flanschverbindung vorgesehen sein, dass der Dichtring aus einer Aluminiumlegierung, bevorzugt aus EN AW-1050A, besteht. Wie voranstehend beschrieben, ist zumindest ein, bevorzugt beide Flanschelemente aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Durch Einsatz einer Aluminiumlegierung auch als Material für den Dichtring kann ermöglicht werden, dass ein Ausdehnungsverhalten der an der Schneiddichtung beteiligten Komponenten, also insbesondere der beiden Flanschelemente und des Dichtrings, gleich oder zumindest sehr ähnlich ist. Eine gleichbleibend hohe Abdichtung auch bei großen Temperaturänderungen kann dadurch ermöglicht werden. Die mit der Norm-Nummer EN AW-1050A bezeichnete Aluminiumlegierung hat sich als besonders geeignet als Material für Dichtringe herausgestellt, da sie im Gegensatz zu vielen anderen Aluminiumlegierungen weicher ist.
Ferner kann die erfindungsgemäße Flanschverbindung dadurch gekennzeichnet sein, dass das erste Flanschelement als Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist, und wobei das zweite Flanschelement als ein Deckel ausgebildet ist, das analog einem Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Ein Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist an einer Öffnung in einer Kammerwandung einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer abgedichtet angeordnet oder zumindest an einer derartigen Öffnung anordenbar. Ein Deckel hingegen ist eine Komponente, die zum abgedichteten Abdecken und Verschließen desjenigen Endes eines Flansches vorgesehen ist, welches die Schneiddichtung trägt. Dafür weist der Deckel ebenfalls die notwendigen Komponenten für die Schneiddichtung, also insbesondere eine umlaufende Dichtfläche und eine Schneidkante, auf, dazwischen befindet sich jedoch eine durchgehende Materialplatte. Bei einer Verwendung in einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung wird somit der erfindungsgemäße Flansch, der das erste Flanschelement bildet, durch den Deckel, der das zweite Flanschelement bildet, verschlossen und durch die entsprechend gebildete Schneiddichtung abgedichtet.
Eine „durchgehende Materialplatte“ im Sinne der Erfindung schließt insbesondere Materialplatten ein, in denen abgedichtete Elemente, wie zum Beispiel Fenster oder Durchführungen, insbesondere für elektrische Verbindungen oder für Fluide, angeordnet sind.
Ein analog zu einem Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildeter Deckel ist im Sinne der Erfindung derart zu verstehen, dass sämtliche Merkmale, die nicht mit der Öffnung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer verknüpft sind, also insbesondere das verwendete Material und die Ausgestaltung und Behandlung der Schneidkante, auch bei dem Deckel realisiert sein können. Hinsichtlich der Abdichtung, insbesondere bei hohen Temperaturen wie beispielsweise während eines Bake-Out-Prozesses, kann somit durch einen Flanschverbindung mit einem Deckel dieselben Merkmale und Vorteile ermöglicht werden, die auch durch eine Flanschverbindung mit zwei erfindungsgemäßen Flanschen ermöglicht werden kann.
Gemäß eines dritten Aspekts der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer mit einer Kammerwandung und einer Öffnung in der Kammerwandung, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer ferner einen Flansch für die Öffnung aufweist, wobei der Flansch an der Öffnung abgedichtet angeordnet ist, wobei der Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Sämtliche Merkmale und Vorteile, die voranstehend mit Bezug auf einen Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, können somit auch durch eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ermöglicht werden.
Hierbei kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass der Flansch der Vakuum- und/oder Reaktionskammer Teil einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vakuum- und/oder Reaktionskammer dadurch gekennzeichnet sein, dass die Vakuum- und/oder Reaktionskammer und der Flansch einstückig und monolithisch hergestellt sind. Mit anderen Worten, Vakuum- und/oder Reaktionskammer und Flansch sind bereits bei der Herstellung aneinander angeordnet und müssen nicht aneinander fixiert werden. Eine Möglichkeit stellt beispielsweise eine Herstellung in einem spanenden Verfahren, insbesondere Fräsen, aus einem gemeinsamen Metallblock dar. Eine besonders stabile und insbesondere besonders dichte Anordnung des Flansches an der Vakuum- und/oder Reaktionskammer kann dadurch ermöglicht werden.
Weiter kann bei der erfindungsgemäßen Vakuum- und/oder Reaktionskammer auch vorgesehen sein, dass die Vakuum- und/oder Reaktionskammer zwei oder mehr Öffnungen in der Kammerwandung aufweist, an denen jeweils ein Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung angeordnet ist. Auf diese Weise können die mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Merkmale und Vorteile an mehreren Öffnungen in der Kammerwandung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer ermöglicht werden. Bevorzugt weist die Vakuum- und/oder Reaktionskammer an jeder ihrer Öffnungen in der Kammerwandung einen derartigen erfindungsgemäßen Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf. Weiter bevorzugt kann auch in dieser Ausgestaltung die Vakuum- und/oder Reaktionskammer mit den vorhandenen erfindungsgemäßen Flanschen einstückig und monolithisch hergestellt sein.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein System für thermische Laser Epitaxie (TLE) mit zumindest einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer eine Kammerwandung mit einer oder mehreren Öffnungen aufweist an denen jeweils ein Flansch angeordnet ist, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Die Vakuum- und/oder Reaktionskammer gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist einen oder mehrere Flansche gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf, die wiederum Teile von erfindungsgemäßen Flanschverbindungen gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sein können. Sämtliche Merkmale und Vorteile, die voranstehend mit Bezug auf eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, mit Bezug auf einen Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beziehungsweise mit Bezug auf eine Flanschverbindung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, können somit auch durch ein TLE System gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung ermöglicht werden.
Die Erfindung wir nachfolgend beschrieben anhand von Figuren. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 Eine Schnittansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Flansches,
2 Ein erfindungsgemäßes TLE System mit einer erfindungsgemäßen Vakuum- und/oder Reaktionskammer, und
3 Zwei erfindungsgemäße Flanschverbindungen.

1 zeigt in einer Teilansicht einen Schnitt durch eine mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Flansches 10. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Flansch an einer Öffnung 104 in einer Kammerwandung 102 einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 (vgl. 2) anordenbar ist oder bereits angeordnet ist.
Für eine Abdichtung der Öffnung 104 weist der erfindungsgemäße Flansch 10 Vorkehrungen zum Bereitstellen einer Schneiddichtung 40 auf. Insbesondere ist eine Dichtfläche 20 vorhanden, welche die Öffnung 104 umlaufend umgibt. Für die eigentliche Schneiddichtung 40 ist eine Schneidkante 30 vorgesehen, die sich radial außen an die Dichtfläche 20 anschließt. Wie dargestellt schließen die Dichtfläche 20 und eine innere Seitenfläche 32, zur besseren Übersicht an einer verlängerten Linie gekennzeichnet, einen Winkel von 90°+20°, also von 110°, ein. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine gleichbleibende Dichtigkeit auch bei einer beispielsweise im Zuge eines Bake-Out-Prozesses vorgenommenen Aufheizung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 und damit des Flansches 10.
Als weiterer Bestandteil der Schneidkante 30 ist noch die äußere Seitenfläche 34 abgebildet, die, wie abgebildet, bezüglich der Ebene der Dichtfläche 20 bevorzugt in einen Winkel von 20° ausgerichtet sein kann. Der Winkel zwischen innerer Seitenfläche 32 und äußerer Seitenfläche 34 ergibt sich dadurch zu 90°. Insbesondere bei einer kreisförmigen Öffnung 104 sind die beiden Seitenflächen 32, 34 bevorzugt konusartig ausgeformt. An ihrer Verbindungskante 36 ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass diese abgerundet ist, insbesondere mit einem Radius der entsprechenden Rundung 38 zwischen 0,1 mm und 0,2 mm.
Auch kann auf die Schneidkante 30, bevorzugt ausschließlich auf die äußere Seitenfläche 34 der Schneidkante 30, Industrieruß aufgebracht sein, um unnötige und unerwünschte mechanische Spannungen zwischen dem Flansch 10 und einem entsprechend als Dichtmaterial eingesetzten Dichtring zu vermeiden oder zumindest deutlich zu reduzieren.
Der erfindungsgemäße Flansch 10 umfasst als Material eine Aluminiumlegierung und besteht bevorzugt aus dieser. Ein Beispiel für eine mögliche Aluminiumlegierung ist eine Al 5xxx Legierung, die beispielsweise besonders gute Schweißeigenschaften aufweist.
Weitere bevorzugte Eigenschaften der eingesetzten Aluminiumlegierung sind ein Zinkgehalt von weniger als 0,15%, eine Brinell Härte von 100 HBW oder größer, und eine Eignung für einen Langzeiteinsatz bei Temperaturen bis 140° C oder höher. Eine Aluminiumlegierung, die alle diese Eigenschaften mit sich bringt ist beispielsweise Formodal^® BM-400 der Firma Bikar Metalle.
In 2 ist eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 gezeigt, wie sie in einem TLE System 200 eingesetzt ist. Deutlich sichtbar sind mehrere Flansche 10, die jeweils einstückig und monolithisch mit der Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 ausgebildet sind. Die Flansche 10 wiederum sind teilweise Bestandteile von erfindungsgemäßen Flanschverbindungen 50. An einem der Flansche 10 ist ein Lasersystem 202 angeflanscht, an einem weiteren Flansch 10 ein Gassystem 204. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Flansche 10 kann insbesondere durch die im Vergleich zu Stahl höhere Wärmeleitfähigkeit eine erhöhte Sicherheit gegenüber einer versehentlichen Beschädigung durch ungewollt auftreffende Strahlung des Laser des Lasersystems 202 bereitgestellt werden. Gleichzeitig ermöglicht die Ausformung der Schneiddichtung 40 der erfindungsgemäßen Flansche 10, dass eine verbesserte Dichtigkeit auch vor, während und nach Aufheizprozessen, beispielsweise für Bake-Out-Prozesse, ermöglicht werden kann. Eine Reinheit der in der Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 vorhandenen Atmosphäre, die für die Qualität der im TLE System 200 erzeugten Bedampfungen mit ausschlaggebend ist, kann dadurch verbessert ermöglicht werden.
In 3 sind zwei mögliche Ausgestaltungen von erfindungsgemäßen Flanschverbindungen 50 gezeigt, die jeweils zwei Flanschelemente 52, 54 umfassen. In der linken Spalte, in 3 mit „A“ bezeichnet, sind beide Flanschelemente 52, 54 als erfindungsgemäße Flansche 10 ausgebildet (vgl. 1). In der rechten Spalte, in 3 mit „B“ bezeichnet, ist das erste Flanschelement 52 ebenfalls als erfindungsgemäßer Flansch 10 ausgebildet, das zweite Flanschelement 54 hingegen als Deckel 56. Für beide Arten von Flanschverbindungen 50 ist in der oberen Reihe eine schematische Explosionsdarstellung dargestellt, in der unteren Reihe ist die jeweilige Flanschverbindung 50 geschlossen abgebildet.
Im Folgenden werden die in „A“ und „B“ gezeigten Flanschverbindungen 50 gemeinsam beschrieben, wobei auf die Unterschiede der beiden Ausgestaltungen eingegangen wird.
Eine erfindungsgemäße Flanschverbindung 50 weist, wie oben bereits ausgeführt, zwei Flanschelemente 52, 54 auf, die jeweils eine Schneidkante 30 für eine Schneiddichtung 40 aufweisen. Insbesondere ist zumindest eines der beiden Flanschelemente 52, 54, bevorzugt beide, als ein erfindungsgemäßer Flansch 10 ausgebildet.
Jedoch auch wenn nur eines der beiden Flanschelemente 52, 54 als ein erfindungsgemäßer Flansch 10 ausgebildet ist, sind dennoch in allen Ausführungen der erfindungsgemäßen Flanschverbindung 50 die entsprechenden Flanschelemente 52, 54 derart ausgebildet, dass sie zusammen eine wirksame Schneiddichtung 40 bilden.
Wenn, wie in „B“ dargestellt, ein Deckel 56 als zweites Flanschelement 54 eingesetzt ist, kann dieser bevorzugt analog zu einem erfindungsgemäßen Flansch 10 ausgebildet sein. „Analog ausgebildet“ im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere, dass sämtliche Merkmale, die nicht mit der Öffnung 104 der Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 (vgl. 2) verknüpft sind, also insbesondere das verwendete Material des Deckels 56 und die Ausgestaltung und Behandlung dessen Schneidkante 30, auch bei dem Deckel 56 realisiert sein können.
Besonders bevorzugt weisen in diesem Fall der als erstes Flanschelement 52 verwendete Flansch 10 und der als zweites Flanschelement 54 eingesetzte Deckel 56 dieselbe Aluminiumlegierung als Material auf, insbesondere bestehen beide Komponenten aus dieser Aluminiumlegierung. Ferner sind die für die Schneiddichtung 40 notwendigen Komponenten dieser beiden Flanschelemente 52, 54, insbesondere die Schneidkanten 30, identisch ausgebildet hinsichtlich ihrer Form und Vorbehandlung.
Eine erfindungsgemäße Flanschverbindung 50 stellt eine durch eine Schneiddichtung 40 abgedichtete Verbindung zweier Flanschelemente 52, 54 dar. Dafür sind, wie bereits beschrieben, an den Flanschelementen 52, 54 die dafür notwendigen Komponenten, insbesondere Schneidkanten 30 aber auch entsprechend vorhandene Dichtflächen 20 (vgl. 1) vorgesehen. Zwischen die Flanschelemente 52, 54 ist ein Dichtring 60 eingesetzt, der aus einem weicheren Material zumindest als die beiden Schneidkanten 30 der Flanschelemente 52, 56 besteht, siehe insbesondere die obere Reihe der 3. Bevorzugt ist der Dichtring 60 wie die beiden Flanschelemente 52, 54 aus einer Aluminiumlegierung gefertigt, insbesondere beispielsweise aus EN AW-1050A. Die beiden Flanschelemente 52, 54 werden zum Schließen der Flanschverbindung 50 durch eine Spannvorrichtung 70 zusammengedrückt, wobei sich die Schneidkanten 30 in den Dichtring 60 eindrücken. Dies ist in der unteren Reihe der 3 dargestellt.
Durch die in „A“ dargestellte Flanschverbindung 50 kann eine abgedichtete Verbindung zwischen zwei Vakuum- und/oder Reaktionskammern 100 bereitgestellt werden, da die beiden als Flanschelement 52, 54 verwendeten erfindungsgemäßen Flansche 10 bereits an Öffnungen 104 dieser Vakuum- und/oder Reaktionskammern 100 angeordnet oder zumindest an diesen anordenbar sind.
Alternativ kann durch die in „B“ dargestellte Flanschverbindung 50 eine abgedichteter Verschluss einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 bereitgestellt werden. Auf den als erstes Flanschelement 52 verwendeten erfindungsgemäßen Flansch 10, der wiederum an einer Öffnung 104 einer Vakuum- und/oder Reaktionskammern 100 angeordnet oder zumindest an dieser anordenbar ist, wird ein Deckel 56 als zweites Flanschelement 54 durch die Schneiddichtung 40 abgedichtet aufgesetzt.
Bezugszeichen

10: Flansch
12: Bohrung
20: Dichtfläche
30: Schneidkante
32: Innere Seitenfläche
34: Äußere Seitenfläche
36: Verbindungskante
38: Rundung
40: Schneiddichtung
50: Flanschverbindung
52: erstes Flanschelement
54: zweites Flanschelement
56: Deckel
60: Dichtring
70: Spannvorrichtung
100: Vakuum- und/oder Reaktionskammer
102: Kammerwandung
104: Öffnung
200: TLE System
202: Lasersystem
204: Gassystem

Claims

Flansch (10) aus einer Aluminiumlegierung, wobei der Flansch (10) an einer Öffnung (104) in einer Kammerwandung (102) einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) abgedichtet angeordnet ist oder anordenbar ist, wobei ferner der Flansch (10) zur Abdichtung der Öffnung (104) der Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) gegenüber der Umgebung eine umlaufende und ebene Dichtfläche (20) aufweist, an die sich eine Schneidkante (30) für eine Schneiddichtung (40) anschließt, wobei eine an die Dichtfläche (20) angrenzende innere Seitenfläche (32) der Schneidkante (30) mit der Dichtfläche (20) einen Winkel von 110° einschließt.
Flansch (10) nach Anspruch 1, wobei der Flansch (10) aus der Aluminiumlegierung besteht.
Flansch (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei an die innere Seitenfläche (32) eine äußere Seitenfläche (34) der Schneidkante (30) angrenzt, wobei die innere Seitenfläche (32) und die äußere Seitenfläche (34) einen Winkel von 90° einschließen.
Flansch (10) nach Anspruch 3, wobei die innere Seitenfläche (32) und die äußere Seitenfläche (34) mit einer abgerundeten Verbindungskante (36) aneinander angrenzen, wobei ein Radius einer Rundung (38) der Verbindungskante (36) zwischen 0,1 mm und 0,2 mm beträgt, bevorzugt 0,2 mm beträgt.
Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die innere Seitenfläche (32) und/oder die äußere Seitenfläche (34) der Schneidkante (30) die Öffnung (104) konusartig umgeben.
Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf die Schneidkante (30) zumindest teilweise Industrieruß aufgebracht ist.
Flansch (10) nach Anspruch 6, wobei der Industrieruß auf die äußere Seitenfläche (34) aufgebracht ist und die innere Seitenfläche (32) von Industrieruß frei ist.
Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die für den Flansch (10) verwendete Aluminiumlegierung einen Anteil an Zink von 0,15% oder weniger, bevorzugt von 0,10% oder weniger, aufweist.
Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die für den Flansch (10) verwendete Aluminiumlegierung eine Brinell Härte von 100 HBW oder größer aufweist.
Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die für den Flansch (10) verwendete Aluminiumlegierung für einen Einsatz bei Temperaturen von 140° C oder höher, bevorzugt 200° C oder höher, geeignet ist.
Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die für den Flansch (10) verwendete Aluminiumlegierung eine Al5xxx Legierung ist.
Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei die für den Flansch (10) verwendete Aluminiumlegierung zusätzlich zu Aluminium folgende Bestandteile aufweist: - Si: maximal 0,30% - Fe: maximal 0,40% - Cu: 5,8% - 6,8% - Mn: 0,20% - 0,40% - Mg: maximal 0,10% - Cr: maximal 0,05% - Zn: maximal 0,10% - Ti: 0,02% - 0,10% - Weitere Bestandteile: maximal 0,15%, davon Einzelbestandteile maximal 0,05%
Flanschverbindung (50), aufweisend ein erstes Flanschelement (52), ein zweites Flanschelement (54), einen Dichtring (60) sowie eine Spannvorrichtung (70), wobei das erste Flanschelement (52) und das zweite Flanschelement (54) jeweils eine Schneidkante (30) für eine Schneiddichtung (40) aufweisen, wobei der Dichtring (60) aus einem weicheren Material als die Schneidkanten (30) besteht und zwischen dem ersten Flanschelement (52) und dem zweiten Flanschelement (54) anordenbar ist, und zur Abdichtung der Flanschverbindung (50) das erste Flanschelement (52) und das zweite Flanschelement (54) durch die Spannvorrichtung (70) gegeneinander drückbar sind, so dass sich die Schneidkante (30) des ersten Flanschelements (52) und die Schneidkante (30) des zweiten Flanschelements (54) von entgegengesetzten Seiten in den Dichtring (60) drücken, wobei das erste Flanschelement (52) und/oder das zweite Flanschelement (54) als Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
Flanschverbindung (50) nach Anspruch 13, wobei der Dichtring (60) aus einer Aluminiumlegierung, bevorzugt aus EN AW-1050A, besteht.
Flanschverbindung (50) nach Anspruch 13 oder 14, wobei das erste Flanschelement (52) als Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist, und wobei das zweite Flanschelement (54) als ein Deckel (56) ausgebildet ist, das analog einem Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) mit einer Kammerwandung (102) und einer Öffnung (104) in der Kammerwandung (102), wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) ferner einen Flansch (10) für die Öffnung (104) aufweist, wobei der Flansch (10) an der Öffnung (104) abgedichtet angeordnet ist, wobei der Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) nach Anspruch 16, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) und der Flansch (10) einstückig und monolithisch hergestellt sind.
Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) zwei oder mehr Öffnungen (104) in der Kammerwandung (102) aufweist, an denen jeweils ein Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 angeordnet ist.
System (200) für thermische Laser Epitaxie (TLE) mit zumindest einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100), wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) eine Kammerwandung (102) mit einer oder mehreren Öffnungen (104) aufweist an denen jeweils ein Flansch (10) angeordnet ist, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) nach einem der Ansprüche 16 bis 18 ausgebildet ist.