AT411165B - Laminiereinrichtung und verfahren zur herstellung von glaskeramikbeschichtungen im durchlaufbetrieb - Google Patents

Laminiereinrichtung und verfahren zur herstellung von glaskeramikbeschichtungen im durchlaufbetrieb Download PDF

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AT411165B
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Description


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   Die Erfindung bezieht sich auf eine Laminiereinrichtung zur Beschichtung eines Trägerkörpers mit einer Glaskeramikfolie und auf ein Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramikbeschichtung mit einer Glaskeramikfolie auf einem Trägerkörper Aufgrund ihres hohen elektrischen Isolationswderstands werden Glaskeramikbeschichtungen im Bereich der Elektrotechnik und Elektronik zur elektrischen Isolation von metallischen Trägerkörpern, auf denen Schaltungen oder Heizelemente aufgebracht werdender zur Herstellung von Isolationslagen zwischen Verdrahtungsebenen von Mehrlagenschaltungen auf metallischen oder keramischen Trägerkörpern eingesetzt. 



   Derzeit werden für die Herstellung solcher Beschichtungen häufig Verfahren der Dickschichttechnik eingesetzt. Entsprechend dem Standardprozess der Dickschichttechnik werden entweder glaskeramische Pasten im Siebdruckverfahren   oder grüne"G) askeramikfo) ien   in einem Laminierprozess auf den Trägerkörper aufgebracht, getrocknet und anschliessend gesintert. 



   Im Hinblick auf einen hohen Isolationswiderstand und hohe Durchschlagfestigkeit wird für die meisten Applikationen eine Glaskeramikbeschichtung mit einer Schichtdicke von mindestens 75 um gefordert. Beim Siebdruckverfahren kann diese Schichtdicke nur nach mehreren iterativen Prozessschlitten erzielt werden. Staubpartikel oder verklebte Sieböfihungen können zu Fehlstellen in der Keramikbeschichtung und somit zu Ausfallen führen. Darüber hinaus ist es aus drucktechnischen Gründen zumeist nicht möglich über eine grössere Fläche bis zu den Randbereichen eine einheitliche Schichtdicke zu erzielen. 



   Eine Alternative zu den im Siebdruckverfehren hergestellten Keramikbeschichtungen stellt die Keramikfolientechnik dar, die es ermöglicht, auch grossflächig reproduzierbar Beschichtungen in gewünschter Schichtdicke herzustellen. Es bietet sich hiebei auch die Möglichkeit an, auf 93krümmten Oberflächen wie zum Beispiel auf Rohren eine Keramikbeschichtung aufzubringen. 



  Aufgrund der Homogenität der Keramikfolien ist die Wahrscheinlichkeit des Einbaues von Fehlstellen, wie etwa Poren oder Verunreinigungen in die Beschichtung, die zu Ausfällen führen können, gering. Das aufwendige Laminierverfahren, das derzeit nur in einem Batch-Prozess möglich ist, hat den verbreiteten Einsatz der Keramikfolientechnik in   cer   Massenfertigung bisher behindert. Die Keramikfolien müssen mit dem Trägerkörper, sofern dessen Oberfläche plan ist, in einer   uniaxialen   Presse oder bei einer gekrümmten Oberfläche in einer isostatischen Presse bei einer vorgegebenen Temperatur und für eine bestimmte Dauer unter einem vorgegebenen Druck verpresst werden (siehe Preliminary Data Sheet über Lowtemperature Transfer Heratape TT150 vom 27. 10. 99 der W. C. Heraeus GmbH, Hanau, DE). 



   Beim Einsatz der isostatischen Presse ist darüber hinaus darauf zu achten, dass die Glaskeramikfolie nicht mit dem Druckmedium, üblicherweise Wasser, in Berührung kommt. Zu diesem Zweck muss vor der Einbringung in die isostatische Presse der Tragerkörper im Verbund mit der Glaskeramikfolie in einen Plastiksack gelegt werden, der sodann evakuiert und verschweisst wird. 



   Aus der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer JP 10258415 A, die den nächstkommenden Stand der Technik bildet, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist eine Laminiereinrichtung zur Beschichtung eines Trägerkörpers mit einer Glaskeramikfolie bzw. ein hierfür einsetzbares Verfahren entnehmbar, bei der bzw. bei dem zwei Glaskeramikfolien von jeweils einem Glaskeramikroller abgezogen und an ihren zueinanderweisenden Seiten mittels einer nicht näher erwähnten Walze aufeinander laminiert werden. Vor dem Laminiervorgang werden die jeweiligen Trägerfilme von den Glaskeramikfolien abgezogen und mit entsprechenden   Wickelein-   richtungen aufgewickelt. Ein Anpressen der Laminierwalze gegen den Trägerkörper über eine Andruckvorrichtung ist nicht vorgesehen.

   Darüber hinaus verfügt die Laminierwalze nicht über ein lineares Antriebssystem, mittels dem sie parallel zur Trägerkörperoberfläche führbar ist. Darüber hinaus ist weder eine Benetzungswalze noch ein Lösungsmittelbehälter mit einer Verteilungsrille vorgesehen. 



   Aufgabe der Erfindung ist es, eine Laminiereirichtung und ein Verfehlen anzugeben, die bzw. das zur Beschichtung von Trägerkörpern mit einer Glaskeramikfolie im Durchlaufbetrieb eingesetzt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 8 gelöst. 



   Fig. 1 zeigt einen Trägerkörper mit einer Glaskeramikbeschichtung
Fig. 2 zeigt die Querschnittansicht einer   Diirchlauf-Laminiereinrichtung   in einer Prinzipdarstellung gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 



   Fig. 3 a und 3 b zeigen den Grundriss und die Querschnittansicht einer Durchlauf- 

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 Laminiereinrichtung in einer Prinzipdarstellung zur Herstellung einer spiralförmigen Keramikbeschichtung auf einem rohrförmigen Trägerkörper gemäss einem weiteren bevorzugten   Ausfüh-   rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 



   Die Laminiereinrichtung 200 (Fig. 2) umfasst eine Abwickelrolle 201 für eine mit Glaskeramikfolie 202 beschichtete Trägerfolie 203, eine Aufwickelrolle 204 für die Trägerfolie 203, eine Benetzungswalze 205, einen Lösungsmittelbehälter mit einer Verteilungsrille 206 für ein Lösungsmittel 207 sowie eine Laminierwalze 208, die über eine Andruckvorrichtung 210 gegen den Trägerkörper 101 gepresst wird und die über ein Antriebsystem 211 parallel zur Trägerkörperoberfläche geführt wird. 



   Der Trägerkörper 101 ist in einer Ausführungsform eine Aluminiumoxidkeramik mit einer Reinheit von 96 -99 %, wobei der Rest aus anderen Oxiden besteht. Auf den Trägerkörper 101 wird eine Glaskeramikbeschichtung mit einer handelsüblichen Glaskeramikfolie 202 beispielsweise unter der Bezeichnung TT 150 in einer Schichtdicke von 150 pm oder 200 um bei der W.

   C Heraeus GmbH, Hanau DE oder unter   D-41030   bei ESL Agmet Ltd., Reading GB   erhältlich (Glaske-   ramikfolie TT 150 eignet sich insbesondere für die Beschichtung eines Trägerkörpers aus einer Aluminiumoxid-Keramik, während die   G) askeramikfo) ie D41030   zur Reading GB erhältlich (Glas-   keramikfolie   TT 150 eignet sich insbesondere für die Beschichtimg eines Trägerkörpers aus einer Aluminiumoxid-Keramik, während die Glaskeramikfolie D-41030 zur Beschichtung von ferritischen Stählen ausgelegt ist), in einem Laminierprozess mit der Laminiereinrichtung 200 (Fig. 2) aufgebracht.

   Während des Laminierprozesses wird von der Abwickelrolle 201 die mit der Glaskeramikfolie 202 beschichtete Trägerfolie 203 kontinuierlich abgewickelt, wobei die Trägerfolie 203 von der Glaskeramikfolie 202 mechanisch getrennt gefuhrt auf die Aufwickelrolle 204 gespult und gleichzeitig die Glaskeramikfolie 202 von der Laminierwalze 208 gegen die von der Benetzungswalze 205 mit Lösungsmittel 207 gleichmässig befeucheteten Trägerkörper 101 gepresst wird. 



   Anstelle von Trägerkörpern 101 mit planen Oberflächen können mit einer geringfügig modifizierten Laminiereinheit 300 (Fig. 3a und 3b) auch Trägerkörper 301 mit gekrümmten Oberflächen erfindungsgemäss mit einer Glaskeramikfolie beschichtet werden. Diese Laminiervorrichtung gestattet beispielsweise Stahlrohre mit einer spiralförmigen Glaskeramikbeschichtung zu versehen, wie dies für die Herstellung von Durchlauferhitzern in Dickschichttechnik erforderlich ist. 



   Die Laminiereinheit 300 umfasst eine Wickeleinheit bestehend aus einer Abwickelrolle 201 für eine mit der Glaskeramikfolie 202 beschichtete Trägerfolie 203, eine Aufwickelrolle 204 für die Trägerfolie 203, eine Benetzungswalze 205, eine Lösungsmittelbehälter mit einer Verteilungsrille 206 für ein   Lösungsmittel   207 sowie eine Laminierwalze 208, die über ein Kraftsystem 210 gegen einen rotierenden Trägerkörper 301 gepresst wird und die über ein Antriebsystem 211 parallel zur Trägerkörperoberfläche geführt wird, sowie ein weiteres Antriebsystem 311, das den zu beschichtenden Trägerkörper 301 in Rotation versetzt. Über die Geschwindigkeit des linearen Vorschubs für die Wickeleinheit und die Rotationsgeschwindigkeit des Trägerkörpers wird der Anstieg der spiralförmigen Glaskeramikfolienbeschichtung bestimmt. 



   Die Erfindung schafft weiters ein Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramikbeschichtung (Fig. 1) auf einem Trägerkörper. Es liegt ihr hiebei die Erkenntnis zugrunde, dass der zum Aufsintern der Glaskeramikfolie auf den Trägerkörper erforderliche innige Kontakt zwischen den beiden Fügepartnern bereits dadurch erreicht wird, dass durch Anfeuchten des Trägerkörpers mit einem Lösungsmittel, dem bei Bedarf auch ein Bindemittel beigemengt werden kann, zwischen dem Trägerkörper und der darauf aufgelegten Glaskeramikfolie durch Kapillarkräfte ein inniger Verbund hergestellt wird, der durch eine unter geringem Druck abrollende Walze noch verstärkt wird. Dar- über hinaus werden durch das Abrollen der Walze die zwischen Glaskeramikfolie und Trägerkörper allfällig auftretenden Lufteinschlüsse entfernt.

   Nach der Beschichtung des Trägerkörpers mit der Glaskeramikfolie wird diese bei einer Temperatur zwischen 100 und 280 OC über eine Zeitdauer von 10 bis 30 Minuten getrocknet und anschliessend bei einer Temperatur im Bereich zwischen 850 und   950  C   für eine Zeitdauer von 10 Minuten und einer Brennzykusgesamtbrenndauer von 1 bis 3 Stunden gebrannt, wobei zunächst die organischen Bindemittel verdampfen bzw. verbrennen und in der Folge die Glaskeramikfolie mit dem Trägerkörper versintert. Die Glaskeramikfolien bestehen zumeist aus   Si02,   BaO,   Ai203   und einer anorganischen Farbstoffverbindung. Sie werden im Verbund auf   Kunststoffträgerfolien   angeliefert, die vor dem Laminierprozess abgezogen werden müssen.

   Als Lösungsmittel, die sich als Haftvermittler für die Keramikfolien zur Beschichtung von 

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 Trägerkörper eignen, haben sich vorzugsweise organische Präparate wie zum Beispiel Butylacetat, a-Terpineol oder die Pastenverdünnungsmittel DP 9936 bzw. DP 8850 der Firma DuPont Inc., Wilmington, USA, die häufig auch Bestandteil von Dickschichtpasten sind, bewährt, denen bei Bedarf geringe Mengen von organischen Bindemitteln wie Polypropylencarbonat oder ein wasserlösliches Acryl-Harz, häufig auch Bestandteil von Glaskeramikfolien, beigemengt werden kann. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Laminiereinrichtung zur Beschichtung eines Trägerkörpers mit einer Glaskeramikfolie, ent- haltend eine Abwickelrolle (201) für eine mit der Glaskeramikfolie (202) beschichteten Trä- gerfolie (203), eine Aufwickelrolle (204) für die Trägerfolie (203) sowie eine Laminierwalze (208), dadurch gekennzeichnet, dass die Laminierwalze (208) über eine Andruckvorrichtung (210) gegen den Trägerkörper (101) pressbar ist und über ein lineares Antriebssystem (211) parallel zur Trägerkörperoberfläche führbar ist und dass weiterhin eine Benetzungs- walze (205) sowie ein Lösungsmittelbehälter mit einer Verteilungsrille (206) vorgesehen sind.

Claims (1)

  1. 2. Laminiereinrichtung nach Anspruch 1 zur spiralförmigen Beschichtung eines Trägerkörpers mit gekrümmter Oberfläche dadurch gekennzeichnet, dass die Benetzungswalze (205) und die Verteilungsrille (206) parallel zur Laminierwalze (208) angeordnet sind und dass zusätz- lich ein rotierendes Antriebsystem (311) den Trägerkörper (301) in Rotation versetzt.
    3. Laminiereinrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das ! nears Antrieb- system (211) entfällt und stattdessen das Antriebsystem (311) auf den Trägerkörper (301) der Rotationsbewegung eine Linearbewegung überlagert.
    4. Laminiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminierwalze (208) aus Teflon oder aus mit Teflon beschichteten Stahl besteht.
    5. Laminiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Benetzungswalze (205) aus Gummi oder Silikon besteht.
    6. Laminiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsystem (211) entweder von einem Motorantrieb oder von einem pneumatischen An- trieb gebildet wird.
    7. Laminiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckvorrichtung (210) von Federn oder von einer Pneumatik gebildet wird.
    8. Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramikbeschichtung auf einem Trägerkörper mit e- ner auf einer Trägerfolie aufgebrachten Glaskeramikfolie, wobei das Verfahren die folgen- den Schritte enthält : - Mechanisches Trennen der Trägerfolie von der Glaskeramikfolie ; - Aufwalzen der Glaskeramikfolie ; und - Trocknen der aufgewalzten Glaskeramikfolie ; gekennzeichnet, durch die weiteren Verfahrensschritte :
    - Aufbringen einer dünnen Schicht eines Lösungsmittels auf den Trägerkörper vor dem Aufwalzen der Glaskeramikfolie ; und - Sintern der Keramikfolienbeschichtung bei einer Temperatur zwischen 850 C und 950 C nach dem Trocknen der Glaskeramikfolie, - wobei das Aufwalzen der Glaskeramikfolie unter geringem Druck auf den Trägerkörper erfolgt und das Trocknen der Glaskeramikfolie bei einer Temperatur zwischen 100 C und 2000C durchgeführt wird.
    9. Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramikbeschichtung nach Anspruch 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine dünne Schicht eines Lösungsmittels auf die Glaskeramikfolie auf- gebracht wird.
    10. Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramikbeschichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel a- Terpineol verwendet wird.
    11. Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramikbeschichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Butylcelluloseacetat verwen- <Desc/Clms Page number 4> det wird.
    12. Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramikbeschichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Pastenverdünnungsmittel (e- ventuell von handelüblichen Dickschichtpasten) verwendet werden.
    13. Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramikbeschichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lösungsmittel ein organisches Bindemittel wie z. B.
    Polypropylencarbonat oder ein wasserlösliches Acryl-Harz oder ähnliches beigemengt wird.
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