Introduzione
La lega Invar®, nota anche come Invar® o genericamente come FeNi36, è una lega ferro-nichel con un contenuto di nichel del 35,4% e un coefficiente di espansione termica a temperatura ambiente molto basso (tra -20°C e 20°C, con un valore medio di circa 1,6-10-6/K). È un materiale strutturale indispensabile per strumenti e dispositivi di precisione.
Grazie alle eccellenti proprietà, le leghe Invar® sono utilizzate in diversi campi, come calibri, telescopi large, parti di cannoni a raggi, fili conduttori di cavi a lunga distanza, materiali di tenuta in vetro, piastre ultrasottili in lega Invar®, termostati, sistemi di misura ottici e guide d'onda, serbatoi di navi LNG, componenti di navi LNG, torri di pompaggio, elettronica di potenza, parti aerospaziali, componenti navali e così via.
La caratteristica più importante dell'Invar® è il suo basso coefficiente di espansione. Per adattarsi ai vari ambienti di applicazione, l'Invar® viene fabbricato in forme diverse. Mentre il collaudo di campioni cilindrici regolari è semplice, il collaudo di campioni di film presenta sfide uniche.
Come possiamo testare efficacemente questi campioni di pellicola?
In questa nota applicativa, presentiamo uno dei nostri dilatometri che consente di determinare coefficienti di espansione termica molto small e spieghiamo anche come vengono effettuate le misure sui film Invar®.
Lega Invar® a film sottile Background
Nel processo di produzione e fabbricazione degli schermi, il processo di evaporazione sotto vuoto è l'anello centrale che distingue gli schermi OLED da quelli LCD. La piastra della maschera metallica è un materiale di consumo cruciale nel processo di evaporazione OLED. A causa della natura del processo di produzione degli OLED, le maschere metalliche sono soggette a un'usura significativa e richiedono una sostituzione regolare. Questa sostituzione è un fattore chiave per i costi complessivi di produzione degli OLED.
Attualmente, la maschera metallica utilizzata nei prodotti AMOLED è composta principalmente da due parti: una piastra di maschera aperta (Coarse Metal Mask, CMM) e una piastra di maschera metallica fine (Fine Metal Mask, FMM). La CMM è utilizzata principalmente per l'evaporazione di materiali metallici, mentre la FMM, una maschera metallica ad alta precisione, è utilizzata principalmente per l'evaporazione di materiali organici ad emissione di luce. Gli addetti ai lavori stimano che la domanda annuale di CMM e FMM nella sola Cina superi il miliardo di euro.
Le CMM sono realizzate in materiale Invar®36 con uno spessore compreso tra 40 e 200 μm e sono utilizzate principalmente per la deposizione di vapore di materiali permeabili e conduttivi in camere per la deposizione di vapore.
Le FMM sono realizzate in materiale Invar®36 con uno spessore compreso tra 20 e 30 μm e sono utilizzate principalmente per la deposizione di materiali OLED in camere per la deposizione di vapore.
Apparecchiatura di misura dell'espansione termica
La misurazione è stata effettuata con il DIL 402 ExpedisSupreme . Il dilatometro era dotato di un forno d'acciaio e di un hoder per campioni di SiO2; la figura 1 lo illustra.
Principio di misurazione
Il campione viene sottoposto a una procedura di temperatura specifica, durante la quale viene applicato un carico statico. La dimensione del campione nella direzione di prova viene quindi misurata in relazione alla temperatura o al tempo.
Condizioni di misura e preparazione dei campioni
Il campione è stato riscaldato da RT a 300°C a una velocità di riscaldamento di 5 K/min in atmosfera di argon. Per la misurazione, il campione è stato inserito in un'asta scanalata di Al2O3.
Il campione era una sottile lastra di Invar® 36 con uno spessore di 25 μm. Il campione utilizzato per la misurazione aveva una lunghezza di 24,6 mm e una larghezza di 6 mm. La figura 2 illustra gli strumenti per la preparazione del campione.
Risultati della misurazione
L'espansione termica del campione di Invar® è mostrata nella figura 3. Inoltre, sono stati calcolati i valori del coefficiente medio di espansione termica (mCTE) per gli intervalli di temperatura da 25°C a 100°C, da 25°C a 200°C e da 25°C a 300°C. Nell'intervallo di temperatura fino a 200°C, il campione presenta i bassi valori di mCTE attesi per l'Invar®. A temperature più elevate, l'mCTE aumenta, poiché il comportamento anomalo dell'Invar diminuisce.
Sintesi
L'espansione termica di un campione di film Invar® è stata misurata con il DIL 402 ExpedisSupreme . Come supporto per il campione sottile, è stata utilizzata un'asta scanalata in Al2O3. I risultati dimostrano il basso coefficiente di espansione termica che rende l'Invar® unico. Inoltre, evidenziano l'elevata sensibilità del DIL 402 ExpedisSupreme , che consente di misurare con precisione tali materiali a bassa espansione.