CN107406974B - 用于执行真空辅助的涂层方法的涂层腔，隔热板以及涂层方法 - Google Patents

用于执行真空辅助的涂层方法的涂层腔，隔热板以及涂层方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于执行真空辅助的涂层方法的涂层腔(1)，尤其PVD或CVD或电弧涂层腔或混合涂层腔。涂层腔(1)包括布置在涂层腔(1)的可调温的腔壁(2)处的隔热板(3,31,32,33)以用于调整在隔热板(3,31,32,33)与可调温的腔壁(2)之间能规定量的热辐射的交换。根据本发明，隔热板(3,31,32,33)包括至少一个直接相邻于腔壁(2)的内侧(21)的可交换的辐射板(31)，其中，辐射板(31)的在朝腔壁(2)的方向上指向的第一辐射面(311)具有可规定的第一热交换系数(ɛD1)，且辐射板(31)的背对腔壁(2)的第二辐射面(312)具有可规定的第二热交换系数(ɛD2)，其中，第一热交换系数(ɛD1)大于第二热交换系数(ɛD2)。此外，本发明涉及一种用于涂层腔的隔热板以及涂层方法。

Description

用于执行真空辅助的涂层方法的涂层腔，隔热板以及涂层 方法
技术领域
本发明涉及一种用于执行真空辅助的涂层方法的涂层腔、用于涂层腔的隔热板以及根据独立权利要求1,13,和14的前序部分的涂层方法。
背景技术
尤其借助于常常用于施加包括氮化物、碳化物、硼化物、氧化物及其混合物、DLC的硬层或用于施加其它层的等离子辅助的PVD和CVD方法而用于涂层或改良技术或非技术装置的所有类型的最不同的部件如工具、壳体的表面或另外的带有功能性层的部件的真空辅助的涂层设备须如此来设计，即，使得其在低成本的情况中在可实现的工序在工业涂层中的鉴于调整的部件温度方面尽可能大的灵活性的情况下能同时获得高生产率。此外，边界条件是在用于获得在涂层设备的涂层腔中足够低的启动压力所需的泵送时间方面的在真空技术上的要求、涂层腔内部中的寄生的不可避免的涂层的快速且可靠的清洁、以及在给出的无论如何不允许超过的最大部件温度的情况中足够高的涂层率的确保，以及须在涂层过程期间始终可靠地确保不应被超出的最小温度的调整。
为了最佳的冷却，涂层腔在现有技术中常常实施成双壁式的或者实施成单壁式地带有在临界的选择的区域中的冷却元件，例如以用于涂层源的凸缘的形式。在此，由专业人士已知的用于实现短暂的泵送时间的方法是光滑的腔壁，以便于在打开腔的情况中在与室内空气接触的情况中使不可避免的气体覆盖(Gasbelegung)的解吸率最小化。标准化地借助于被涂覆在腔壁上的更换薄膜和/或利用安装到腔壁处的可更换的板件来实现简易化的清洁。
然而，在该由现有技术已知的组件的情况中的缺点是，在足够高涂层率的情况中、尤其在保持最小或最大部件温度的情况中，在对于不同温度范围的灵活使用方面，涂层腔的设计由构型决定地非常受限。此外，所提及的更换薄膜须定期更换或更替，这引起附加的成本。
在此，涂层方法大多还包括如下过程步骤，其适宜地或也非期望地由过程决定地引起到部件中的热引入，这例如可导致基底温度的提高。
对于这样的过程步骤而言的突出的示例尤其是：
在泵送和加热基底的情况中通过例如借助于辐射加热器或电子加热装置加热产生适宜的热引入直至达到最小的启动温度并且产生足够低的剩余气体压力。
在部件表面的离子清除的情况中，相反地可例如通过用于基底和等离子体源处的离子清除的经加速的离子，例如还通过热辐射或电子过程而发生本身非所期望的热引入、也就是说作为等离子体过程的副效应。
在基底表面本来的涂层的情况中，通常也引起非期望的热引入作为在基底和等离子体源(例如通过热辐射、电子过程)处的等离子体过程(涂层材料)的副效应。
在所有提及的三个相关过程步骤中，因此期望或非期望的热被引入到基底中。在此，在实践中，基底大多布置在涂层腔内的旋转的基底支架上，其中，基底支架在运行状态中例如可实施一重、两重或三重的旋转，以便于获得足够均匀的涂层结果。以低的过程压力为前提，实际上仅可通过基底与更冷的面之间的热辐射实现散热，该面在过程步骤期间大多仅由腔壁代表。
在此，出于实践上的原因，在常见的涂层方法中，专业人士通常区分两个温度范围，其以下被提及以用于回忆且准确阐述以用于解释。
1. 低温涂层(NTB):Tsu≤250℃
低温涂层(简称NTB)的在工业上通常的范围在最大部件温度Tmax的情况中位于150℃至250℃的范围中。然而，在电镀塑料作为基底材料的情况中，需要显著更低的温度。因为这是一种例外情况，因此不就此详细讨论且参考相应的文献。
基底起始温度(简称Tsu)为了确保可靠的涂层或为了避免基底的损坏而不允许超过或最多短时间超过最大允许的部件温度Tmax，其通过待涂层的部件材料或通过待维持的涂层特征来限定。该过程出于生产率原因已如此单独进行(加热、离子清除、涂层)，即，使得过程时间尽可能短，也就是说位于基底或允许的层温度的允许的热负载附近。
在此，对于Tmax而言起决定性的可以是不同过程或材料特征或对涂层品质的规定。通常，例如足够久地超过最大部件温度Tmax导致基底原料的负面影响，例如在球轴承钢的情况中的残留奥氏体转换，由此可出现尺寸变化或甚至导致硬化(表面硬化的钢)。
然而，对于极限Tmax而言，例如待获得的涂层特性同样可能是决定性的。如此，已知的是，在确定的层，例如DLC层，尤其在类型ta-C的硬的不含氢的碳层的情况中，特性在超过最大温度的情况中负面改变。例如，相对于sp3C-C-键合状态可构造多个sp2C-C键合状态。
2. 高温涂层(HTB):Tmin≤400℃
高温涂层(简称HTB)的在工业上通常的范围在最小部件温度(简称Tmin)的情况中一般位于400℃至600℃的范围中。基底起始温度Tsu不允许向下超出或最多允许短时间向下超出由待维持的层基底系统特性所引起的最小所需部件温度Tmin。视基底材料而定，当然还维持上温度极限。
例如在钢的情况中(例如次级硬化的钢,HSS)大多力求400℃至500℃的最小部件温度Tmin。对于硬金属而言，通常还实现直至700℃的温度。
应理解，在NTB与HTB之间的温度范围中执行的涂层任务也落入实践中。这例如在硬焊接的部件的情况中是这样的。然而，在此不需要特意地探讨该中间范围，因为NTB与HTB之间的该温度范围仅理解成HTB的特定情况。
在此，由现有技术已知的涂层腔如此构型，即，其在实践中仅可在规定的温度范围内，例如在以上定义的NTB、HTB或其间中以满足的涂层结果来运行。或然而涂层腔的改造不相称地复杂且由此整体上不经济。通过到确定温度范围上的限制，这些已知的涂层设备根据以上给出的阐述于是然而还被限制到确定的基底材料或可产生的涂层的层类型、层成分或特性上，这所导致的是，在一个或相同的生产企业中常常必须准备好多个不同的涂层腔来用于不同的基底或涂层类型，或者当必须从一种基底类型或一种涂层类型变换到另一种时，必须忍受涂层腔的至少一次复杂的改造。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改善的涂层腔，利用其可在不同的温度条件下在一个且同一个涂层腔中制造最不同的基底和涂层或层系统，其中，应在尽可能少的过程时间的情况中得到涂层设备在部件温度方面尽可能高的灵活性。在此，特别地不仅应可利用非常简单的措施来灵活地使涂层腔匹配于所要求的温度范围。此外，应提供涂层腔的特定的实施变型方案，其相较于现有技术具有明显更大的可利用的温度范围，从而在一个且相同的涂层腔中可处理大量不同的基底或可制造大量不同的涂层类型，而无须在变换到另一涂层任务的情况中进行复杂的改造。本发明的另一目的是提供一种用于涂层腔的技术装配，利用其可实现对涂层腔要求的特性，其中，技术装配尤其可如此来设计，即，可由此加装现存的设备。此外，本发明的目的是提供一种用于在根据本发明的涂层腔中执行的新的涂层方法。
本发明另外所基于的目的是提供一种解决方案，其实现了如此调节涂层腔中的热排出，即，涂层温度不会由于热输入的增高而不受控地提高，而是可保持在期望的工作点中。
本发明的实现该目的的对象的特征在于独立权利要求1,13和14的特征。
相应的从属权利要求涉及本发明的尤其有利的实施形式。
本发明由此涉及一种用于执行真空辅助的涂层方法的涂层腔，尤其PVD或CVD或电弧涂层腔或混合涂层腔。涂层腔包括布置在涂层腔的可调温的腔壁处的隔热板以用于调整在隔热板与可调温的腔壁之间规定量的热辐射的交换。根据本发明，隔热板包括至少一个直接邻近于腔壁的内侧的可交换辐射板，其中，辐射板的朝向腔壁的方向指向的第一辐射面具有可规定的第一热交换系数，而辐射板的背对腔壁的第二辐射面具有可规定的第二热交换系数，其中，第一热交换系数大于第二热交换系数。
就此而言应指出，对于专业人士而言，在该申请的范畴内被称为“热交换系数”的物理参量例如还引申至术语“辐射度”或“辐射比例”并且可相应于由专业人士已知的方法来测量。
附加地，隔热板可包括带有在朝向腔壁的方向上指向的第一屏蔽面和背对腔壁的第二屏蔽面的屏蔽板，其中，第一屏蔽面和/或第二屏蔽面分别具有带有根据DIN EN10088的至少2D的加工状态、优选的根据DIN EN 10088的至少2R的加工状态的磨光辐射表面。
在进一步在以下详细讨论本发明的特定的实施例之前应在接下来首先讨论本发明的本质上所基于的特征。
在实践中，根据本发明的涂层腔优选地是双壁式的腔，其为了热排出可备选地以冷的或热的水、在确定的情形下还可以油或另外的调温流体来运行。其中，在特定的例外情况中，根据本发明的涂层腔还可在没有利用调温流体如水或油调温的情况下操作，例如当过程引起地须将如此少的热向外导出时，则经由涂层腔的外部的面或附加的热导出元件就足以散热了。
在腔的内部中，在腔壁处设置板支架，其可容纳优选地大致几何形状结构相同的但热不同的以单板件形式的板构件(作为单个层或作为板件堆)并且如此形成隔热板。
对于低温涂层(NTB)而言尤其优选地将至少一个辐射板作为隔热板安装到内腔壁中，或者在高温涂层(HTB)的情况中将一个模块化的板件组作为隔热板安装到内腔壁中，隔热板附加地包括至少一个屏蔽板。辐射板和屏蔽板的基本的功能原理可如以下来归纳：
辐射板优选地以板件的形式设置在内腔壁处并且尤其为了清洁目的可简单地拆卸或更换。辐射板由此满足双功能并且一方面用作腔壁相对于寄生涂层的保护并且另一方面可通过热辐射辐射到腔壁处来实现足够强的散热。
特定地，腔壁同样可同样如此调节，即，通过在辐射板与腔壁之间的热辐射使得充足的热交换成为可能。在此，尤其优选地，为了最优的热交换，腔壁与辐射板的辐射特性、尤其热交换系数尤其相互协调。
但是，屏蔽板还具有双功能。屏蔽板在实践中常常还实施成设置在腔壁处或腔壁前的板件，其同样对于清洁目的而言可简单地拆卸。由此，屏蔽板一方面相对于寄生涂层还为腔壁提供保护并且另一方面与辐射板相反地使得由朝向腔壁的热辐射导致的或者板件堆的在腔壁之前或者朝着腔壁放置的另外的板件的由热辐射导致的尽可能少的散热成为可能。
在此，腔壁可完全地如此调节，即，调整在隔热板的板件堆的位于腔的方向上的第一板件与腔壁之间通过热辐射的尽可能少的热交换。然而，这或多或少与在其中应插入辐射板的低温涂层NTB的要求不可协调。于是，在这种情况中，腔壁优选地如此来调节，即调整通过热辐射至腔壁的最大散热。
接下来列举一些计算示例，以便于说明辐射板的涂层的占优势的意义。如通常已知的那样，在黑辐射体的情况中给出最大可能的辐射交换，其具有ɛSch=1的热交换系数。这意味着，当不仅腔壁而且辐射板具有热交换系数1时，在辐射板与腔壁之间给出最大可能的辐射交换。以下说明的值是相对于理想黑辐射体的状态而言在测量中达到的部分。计算示例明确地证明了在低温涂层NTB的情况中用于所参与的辐射面的热交换系数的较高的值的必要性。
在此，以如下假设为基础：
A)对于低解吸率而言表面的最佳真空技术状态。
腔壁(热交换系数=ɛk)和与其直接相邻的照射板件(热交换系数=ɛBlech)由不锈钢构成并且很大程度上抛光出镜面光泽。于是获得热交换系数：
ɛk=ɛBlech:0.1+/-0.05并且由此获得有效总交换系数ɛges=0.053。
B)通常在工业制造的情况中。
腔壁的褪光的、刮伤的表面和直接相邻的照射板件由不锈钢构成，很大程度上是平坦的：
ɛk=ɛBlech:0.2+/-0.1并且由此获得有效总交换系数ɛges=0.111。
C) 用于产生粗糙表面的喷射处理。
腔壁和直接相邻的照射板件由不锈钢构成，粗糙地辐射：
ɛk=ɛBlech:0.4+/-0.1并且由此获得有效总交换系数ɛges=0.25。
D)由不锈钢构成的腔壁被粗糙的辐射，直接相邻的由不锈钢构成照射板件粗糙地辐射并且涂层带有高的热交换系数ɛBlech:
ɛk=0.4+/-0.1
ɛBlech=0.85+/-0.15并且由此获得有效总交换系数ɛges=0.374。
E)由不锈钢构成的腔壁粗糙的辐射并且以高热交换系数ɛk涂层，直接相邻的由不锈钢构成的照射板件粗糙地辐射并且以高的热交换系数ɛBlech涂层。
ɛk=0.85+/-0.1
ɛBlech=0.85+/-0.15，由此获得有效总交换系数ɛges=0.74。
F)理想的黑辐射体
ɛk=ɛBlech:1并且由此获得有效总交换系数ɛges=1。
当然，腔温度或腔壁的温度还同样对辐射板的散热具有影响，因为辐射交换已知地跟随温度的四次方。对于低温涂层NTB而言，因此应当调整尽可能低的壁温度，例如双壁式的涂层腔的例如20℃或更低的冷却水温。为了说明该影响，应例如选择辐射板的针对NTB来实验测量的为150℃的温度。如果腔壁部不利用冷水来冷却，常常在运行状态出现50℃或甚至更高的温度。朝向腔壁的热流对于20℃的温度而言在计算上比朝向带有50℃的腔壁高1.16的因数。
在此，通过腔冷却可附加地得到另一减低部件温度的效应。因为以辐射板的腔衬里在等离子体与等离子体源之间设计成非电气密封的，因此，电子常常直接流至接地的腔壁，由此在不充足冷却的情况中提高了其腔内温度。电子的另一部分可直接有助于辐射板的加热，即使其位于腔势上。
由此通过总热引入的两个不同的部分不仅可加热腔壁而且还可加热辐射板，其中，通过位于温度上的待涂层的部分的热辐射给出其中一部分并且通过来自等离子体和或等离子体源的电子流确定另一部分。这在阴极真空电弧雾化的方法的情况中尤其强地表现出来，在其中在使用多个雾化器的情况中常常以总共数百A至数千A的电流来工作。在优化的用于引导电弧的磁场和阳极构型的情况中，电子围绕雾化器流至接地的辐射板。当没有绕雾化器在结构上进行阳极构型而是腔壁是唯一的阳极时，该电子效应尤其强地表现出来。为了防止加热，好的解决方案是，借助于绝缘元件使辐射板与腔壁电气分离，使得电子流至经冷却的腔壁而非流至辐射板。
如已呈现的那样，本发明的中心认知是，辐射板、屏蔽板的表面特性和腔壁具有中心意义。由此根据本发明得出前述构件中的一个或多个的合适的调节或涂层。
结构引起地，根据本发明的辐射板是带有在辐射技术上两种不同地构造的侧的辐射双功能板件；即面向腔壁的侧和面向待涂层的部件的侧。
面向腔的侧在本发明的特定的实施例中以合适的由专业人士已知的喷抛物质(刚玉、SiC和其它的)经受充足的喷射压力，充足的入射角度和喷射处理的时间，以便于如此实现看上去尽可能粗糙(模糊的)的表面状态。算术上的中间粗燥值(中间粗糙度)、简称Ra值应具有大约1μm±0.2μm或更大地直至10μm±2μm的值。并且用于中间粗糙度的值，简称Rz值为大约10μm±2μm或更大地直至100μm±20μm。面向腔的侧于是利用合适的尽可能黑的层来涂层，从而涂覆紧固附着的、黑色的、尽可能抗刮的层。这些层可以是PVD层，例如AlxTiyN、优选地Al66Ti33N，但也可以是AlCrN、优选地带有相同的成分但还可以是其它的黑色的PVD层。这些层光密地沉积。通常500nm的层厚就足够了。然而，层厚还可以更厚，例如在直至几千nm的范围内。另一变型方案是利用合适的DLC层、例如a-C,a-C:H,a-c.H:X,a-C:H:Me的涂层。
同样如面向腔壁的侧那样通过喷射处理使面向待涂层的部件的侧粗糙化。然而，热交换系数的ε值经过程时间大多经受变化，因为根据涂层方法和涂覆到部件上的层实现以寄生涂层的不可避免的不同的覆盖。然而，在理想情况中，对于朝向腔壁的散热而言，如同在DLC涂层方法的情形中那样形成黑色的层，在其它情况中还如同在CrN-涂层或金染色层的情形中、如同在TiN涂层的情形中那样借助于阴极真空电弧涂层形成金属模糊的层。然而，本发明的实质认知是，粗糙的表面与寄生的覆盖无关地确保冷腔壁与待涂层的部件之间的最有可能的辐射交换。在每次循环之后或在过强地涂覆寄生层的情况中，辐射板经受重新的喷射处理。面向腔壁的涂层侧出于该原因需要尽可能抗磨损的层，由此该侧在该再调节过程期间不受损坏。借助于阴极真空电弧雾化分离的AlTiN层恰好以卓越的方式满足该功能。
在此，腔壁的合适的调节或涂层可例如按以下来进行。腔壁以合适的为专业人士已知的喷射物质(刚玉、SiC和其它)和充足的喷射压力经受喷射处理，以便于如此实现看上去尽可能粗糙的(模糊的)的表面状态。Ra值应为大约1μm±0.2μm或更大地直至10μm±2μm的值，Rz值应为大约10μm±2μm或更大地直至100μm±20μm。
腔壁的涂层可备选地以黑色层来执行。该涂层应是电气可导的。在此考虑黑色的PVD层和可导的DLC层，如其对于以辐射双功能板件形式设计的辐射板已说明的那样。
接下来仍有对于屏蔽板的特性的一些重要意见。这种类型的板在实践中始终是尽可能平坦的板件，在理想的情况中带有镜面光泽，以便于引起尽可能低的热流。面向腔的侧在此具有磨光的辐射表面，其带有根据DIN EN10088的至少2D加工状态、优选地根据DINEN10088的至少2R的加工状态，其中，粗糙度的测量排除不可避免的刮伤(其通过手操作板件形成)或者装配元件位于其中的区域。面向待涂覆的部件的侧虽然在新的状态中同样平坦，但根据涂层方法和待施加到部件上的层，表面关于粗糙度和热交换系数ε在涂层过程中不同地变化。尽管如此，如此调整粗糙度，使得至腔壁的热输送最小化。
接下来简短地概述用于执行根据本发明高温涂层方法的根据本发明的涂层腔的优选的实施例。为了使至腔壁的热输送降低，附加装配至少一个几何形状相同或非常相似地构造的屏蔽板。该热输送对于NTB而言应尽可能地高并且通过使用辐射板来更改以用于HTB，该辐射板在腔壁的方向上被涂层并且与粗糙的腔壁如所说明的那样共同作用。辐射板于是如辐射保护屏那样起作用。优选地，在辐射板与屏蔽板之间设置另外的屏蔽板件。当腔壁实施成双壁式的时候，其于是优选地以大约50℃的热水替代冷水来冷却，以便于使至腔的热辐射最小化。
在一尤其优选的实施例中，三个由不锈钢(DIN 1.4301)拉伸的带有1mm厚度的板件用于以板件系统形式的隔热板。在没有不可避免的刮伤的区域中的粗糙度位于Ra=0.8μm±0.16μm和Rz=6μm±1.2μm的区域中。该表面的热交换系数以0.15+/-0.5来确定。用于辐射板的板件的喷射处理利用以刚玉的干燥喷射过程来实现。如此调整的粗糙度为Ra=7μm±1.4μm，Rz=60μm±12μm。于是，该辐射板借助于PVD-过程、阴极真空电弧雾化，利用黑色AlTiN通过使用成分为Al66Ti34的阴极以1μm的层厚来涂层。该表面的热交换系数以0.83+/-0.5来测量。所使用的双层式涂层腔基于在腔内的阴极真空电弧雾化来喷射。中间粗糙度为Ra=5μm±1μm且Rz=48μm±9.6μm。对于HTB而言，以带有辐射板、位于其上的屏蔽板件和再位于其上的屏蔽板的板件系统的形式构建隔热板。在使用20℃的冷却水温度的情况下也实现为HTB所需的500℃的温度。
对于大约200℃的NTB而言，不仅拆卸屏蔽板而且拆卸屏蔽板件。于是，仅单侧涂层的辐射板位于腔壁处。冷却水温度保留在20℃。由此可在没有过程中断的情况下以所要求的低温实现连续的涂层过程。
在对于实践而言尤其优选的一实施例的情况中，为了调整辐射板的规定的第一热交换系数或规定的第二热交换系数，第一辐射面或第二辐射面实施成粗糙的，粗糙度尤其设置成Ra=1μm±0.2μm至10μm±2μm或粗糙度为Rz=10μm加减2μm至100μm±20μm，这如所设计的那样被证实为对于所期望的热交换率而言最佳的粗糙度参数。
尤其有利的是，相对于黑辐射体的ε=1.0黑热交换系数，第一辐射面是黑色的表面或备选地或同时是带有在0.1至1.0范围中、特定地在0.5与0.95之间、尤其优选地在0.7与0.9之间的高的第一热交换系数的表面涂层，其中，第一热交换系数尤其优选位于大约0.85的范围内。
如先前已讨论的那样，第一辐射面和/或第二辐射面包括所提及的表面涂层，其尤其包括借助于PVD分离的涂层、特定地AlxTiyN、优选地Al66Ti33N和/或AlCrN、尤其Al66Cr33N涂层，和/或合适的DLC涂层、特定的a-C,a-C:H,a-C.H:X,a-C:H:Me涂层，其中，该涂层优选地是光学紧密分离的涂层和/或具有100nm至数千nm、特定地300nm至800nm且尤其优选地至少500nm的层厚。
在此，尤其对于用于直至最大约250℃的部件温度范围中的低温涂层方法的用途而言，隔热板还可包括恰好仅一个且仅涂层在第一辐射面上的辐射板，从而确保从位于涂层腔内的待涂层的部件到腔壁上的足够高的热输送。
于是相反地，尤其当应在更高温度、即例如在HTB范围的情况中或在NTB范围与HTB范围之间的温度的情况中将部件涂层时，在直接邻近于腔壁布置的辐射板与屏蔽板之间还设置有多个另外的照射板、特定地在辐射板与屏蔽板之间设置直至三个附加的照射板。
为了在板支架处的可靠装配，辐射板和/或屏蔽板和/或辐射板分别包括如此设计的装配区域，即，使得相应的照射板件可利用该装配区域固定在板支架的保持装置处，优选地所有照射板件可同时借助于一个且相同的板支架固定在腔壁处。在此，照射板件可例如与板支架旋紧、夹紧在板支架的槽中或以其它方式优选地可松开地与板支架相连接。
在此，辐射板和/或屏蔽板和/或辐射板至少在装配区域中尤其有利地如此几何形状相同地来设计，即，它们可在板支架的每个保持装置中可交换地使用，从而在腔壁与隔热板之间可灵活地调整热交换的不同的特征。简单地通过例如根据要求改变照射板件的布置方案。
在此，如以上已阐述的那样，辐射板和/或屏蔽板和/或照射板与腔壁电气绝缘地相连接，从而通过涂层腔中的自由的电荷载体、例如通过电子或离子造成的附加的加热至少显著地被减少或基本上完全被避免。
在此，涂层腔自身具有在实践中大多双壁式设计的腔壁，从而在双壁式腔壁以内为了其调温可循环有调温流体、大多是简单地预调温或未预调温的水、油或另一合适的调温流体。
在此，还可使腔壁的内侧粗糙化，并且例如具有Ra=1μm±0.2μm直至10μm±2μm和/或Rz=10μm±2μm直至100μm±20μm范围内的粗糙度。在此，相较于黑辐射体的带有ε=1.0的黑色热交换系数而言，内侧具有带有在0.1至1.0、特定地在0.2与0.8之间、尤其优选地在0.3与0.6之间的高的腔交换系数，特定地具有大约0.4范围内的腔交换系数。
以及腔壁的内侧还可与照射板件相同地具有腔涂层，其尤其包括借助于PVD分离的涂层、特定地AlxTiyN、优选地Al66Ti33N和/或AlCrN、尤其Al66Cr33N涂层，和/或合适的DLC涂层、特定地包括a-C,a-C:H,a-C:H:X,a-C:H:Me涂层，其中，涂层优选地是光学上紧密分离的涂层并且/或者具有100nm直至数千nm、特定地在300nm至800nm之间且尤其优选地至少500nm的层厚。
本发明另外涉及一种用于根据本发明的涂层腔的隔热板，其中，隔热板尤其是加装件，从而已存在的涂层腔还可如上述那样加装以根据本发明的隔热板。
此外，本发明还涉及一种在使用根据本发明的隔热板和涂层腔的情况下的涂层方法，其中，涂层方法是PVD方法、尤其包括磁电管喷镀和/或HIPIMS的PVD方法，或等离子体辅助的CVD方法或阴极或阳极的真空电弧雾化法或由这些方法构成的组合方法或另一真空辅助的涂层方法，其中，根据所使用的涂层方法或根据具体涂覆的涂层为了调整最佳的涂层温度而选出且使用为此最佳配置的隔热板。
特定地，涂层方法可以是低温涂层方法，并且涂层腔利用在10℃至30℃的范围中的温度的调温流体、尤其水或油来调温。或者根据本发明的涂层方法还可以是高温涂层方法，或在NTB与HTB方法之间的温度范围中执行的涂层方法，其中，涂层腔利用在30℃至80℃的范围中、优选地在40℃至60℃的温度范围中的温度的调温流体、尤其水或油来调温。
附图说明
接下来根据示意图详细阐述本发明。其中：
图1示意性地显示了根据本发明的涂层腔；
图2显示了仅带有辐射板的涂层腔；
图3显示了用于HTB运行的带有辐射板、屏蔽板和照射板的涂层腔。
图4显示了根据本发明的真空腔的基础元件的布置方案的示意图。
图5显示了待处理的基底的温度曲线，所述基底分别在非本发明的真空腔(虚线)和根据本发明的真空腔(实线)中被处理。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了根据本发明的涂层腔的简单的第一实施例，其例如可尤其有利地用于执行高温涂层方法。
用于执行真空辅助的涂层方法的根据本发明的涂层腔1根据图1包括布置在涂层腔1的可调温的腔壁2处的隔热板3,31,32,33，其用于调整在隔热板3,31,32,33与可调温的腔壁2之间的可规定量的热辐射的交换。根据本发明，隔热板3,31,32,33包括直接邻近于腔壁2的内侧21的可交换的辐射板31，其具有辐射板31的在朝向腔壁2的方向上指向的带有可规定的第一热交换系数εD1的第一辐射面311，其中，辐射板31的背对腔壁2的第二辐射面312具有可规定的第二热交换系数cD2，并且第一热交换系数εD1大于第二热交换系数εD2。出于清晰性原因，在图1中未进一步详细示出辐射板31。然而，辐射板31的具体结构与图2或图3中的具体结构大致相同，从而对于辐射板31的结构细节而言可参照图2或图3。
在此，涂层腔1以已知的方式包括用于预加热待涂层的部件的加热器6，其在运行状态中例如位于涂层腔1以内的旋转的部件保持部上并且在此未示出，以及用于涂层的等离子体源7，其也以多种变型由现有技术已知。在此，例如加热器、等离子体源、用于待涂层的部件的部件保持部等等细节就关于对本发明的理解而言毫无意义。
在直接邻近于腔壁2的辐射板31与屏蔽板32之间，在辐射板与屏蔽板32之间设置有另外多个照射板33.
涂层腔1自身具有双层式设计的腔壁2，从而在双壁式腔壁2内为了其调温可循环有调温流体5，这里是水。
在此，腔壁2的内侧21仅被粗糙地喷射并且/或者设有腔涂层20，其是借助于PVD分离的涂层，例如包括AlxTiyN、AlCrN涂层或合适的DLC涂层，其中，涂层是光学紧密分离的涂层并且具有100nm至数千nm的层厚。
图2显示了用于NTB运行的带有仅一个辐射板31的特定的涂层腔。隔热板3由此由恰好仅一个且仅涂层在第一照射面311上的辐射板31构成，该辐射板31用于在大约250℃的最大部件温度范围中的低温涂层的用途。
为了调整辐射板31的可规定的第一热交换系数εD1和可规定的第二热交换系数εD2，第一照射面311和第二照射面312实施成粗糙的并且具有Ra=1μm±0.2μm至10μm±2μm的粗糙度和/或Rz=10μm±2μm至100μm±20μm的粗糙度。
此外，第一照射面311设有表面涂层30，其相较于黑辐射体的带有εSch=1.0的黑热交换系数εSch具有在0.7至0.9的范围中的高的第一热交换系数εD1。
表面涂层30是借助于PVD分离的涂层，特定地AlxTiyN、AlCrN、或合适的DLC涂层、特定的a-C,a-C:H,a-C:H:X,a-C:H:Me涂层，其中，涂层是光学紧密的分离的涂层并且具有100nm直至数千nm的层厚，例如大约为500nm厚。
辐射板31在板支架4的保持装置41处的装配区域中借助于板支架4固定在腔壁2处，其中辐射板41是照射板件，其简单地夹持地放置在板支架的设计成槽的保持装置41中，使得其可被简单且快速地更换。
根据图3最终是带有辐射板31、屏蔽板32和布置在其间的照射板33的涂层腔1的特定的实施例。该布置方案尤其对于高温运行而言是尤其良好地适用的。
在另一设计方案中，本发明涉及真空腔和带有用于提高热输出的特别的设计的涂层设备。
常规的涂层设备通常如此设计，即，可实现且保持涂层腔或容器以内预定的涂层温度。通常，涂层腔内部的表面由抛光的或喷射的贵金属或铝构成。因为在执行涂层过程期间，涂层腔的内壁可被非期望地涂层，因此通常使用屏蔽部(英文:Shielding)，以便于避免到内壁上的更厚的涂层。尤其地当应在没有维护的情况下执行多个涂层过程且因此多个层相互累加并且在涂层期间且在涂层之后导致错位时，这样的屏蔽部的使用非常有帮助。这样的屏蔽部通常还由抛光或喷射的贵金属或铝制成。该设计通常均匀地应用在整个容器中或沿着套面、盖面和底面来应用。
涂层源、加热元件和冷却元件通常作为单独的构件如此分布在涂层腔的内部中，即，一些内表面或内腔壁面保持没有源和/或元件。因此，该“自由的”表面作为热输出元件来起作用或以与冷却元件类似的方式来起作用。
尤其当涂层腔的不仅盖面而且底面热绝缘时，通过例如加热装置和涂层源的热输入与通过涂层腔的套面的热输出之间的比例在关于涂层温度方面调整设备的工作点的情况中起决定性作用。使盖面与底面热绝缘引起在涂层高度上的均匀的温度分布，即使例如在没有温度调节的情况下使加热装置运行。
在准备好启动涂层过程的情况中，应实现确定的涂层温度，也就是说实现待涂层的基底表面的确定的温度。对于至少直至启动涂层过程的热输入而言，通常将加热元件布置到腔壁面上，从而该热面将热辐射到基底上。
在开始执行涂层过程之后且在此期间通过运行涂层源提供附加的热输入，在当大量的电弧雾化源以高电弧电流运行时，该热输入可特别高。
如果在涂层设备中以确定的涂层涂覆基底，但在此期望达到更高的涂层率，则这可通过例如使用更大量的涂层源来实现。然而在这种情况中必须考虑到涂层腔中的热输入的相应提高，其在当热输出未相应地匹配或提高时直接导致涂层温度的提高。当使用电弧雾化源时，该问题尤其突出。
因此，本发明的另外所基于的目的是提供一种解决方案，其实现如此调节涂层腔中的热输出，即，涂层温度由于热输入的升高不是不受控制地升高，而是可保持在期望的工作点中。
为了更好的理解本发明的上述实施情况，参考图4和图5：
-图4显示了根据本发明的真空腔的基础元件的布置方案的示意图。
-图5显示了待处理的基底的温度曲线，其分别以非本发明的真空腔(虚线)和根据本发明的真空腔(实线)来处理。
本发明本质上公开了一种用于处理基底的真空腔，其至少包括以下元件：
-用于将热输入到真空腔的处理区域中的热输入元件，在所述处理区域中可处理至少一个基底100，
-腔壁200，热量可穿过其从处理区域中排出，该腔壁包括内腔壁侧和外腔壁侧，以及
-屏蔽壁300，其布置在腔壁300与处理区域之间，设计成，在处理区域方面背对的屏蔽壁侧相对于内腔壁侧来放置，
且其特征在于，
-相对于内腔壁侧放置的屏蔽壁侧至少部分、优选地最大部分地设有第一层310，其具有ε≥0.65的辐射系数。
根据本发明的一优选的实施形式，内腔壁侧还至少部分、优选地至少最大部分设有第二层210，其具有ε≥0.65的辐射系数。
根据本发明的另一优选的实施形式，腔壁200包括集成的冷却系统150。
第一层310的辐射系数优选地大于等于0.80、更优选地大于等于0.90。
同样地，第二层210的辐射系数优选地大于等于0.80，更优选地大于等于0.90。
通常，发明人自ε≥0.8起、尤其自ε≥0.9起，更优选地ε近似为1时确定热输出的尤其显著的升高。
根据本发明的另一优选的实施形式，第一层310和/或第二层210至少部分借助于PVD方法和/或PACVD方法来分离(PVD：物理气相沉积；PACVD：等离子辅助的化学气相沉积)。
根据本发明的另一优选的实施形式，第一层310和/或第二层210包括铝和/或钛。
同样优选地，第一层310和/或第二层210包括氮和/或氧。
发明还确定，包括钛铝化氮或铝钛化氮或由钛铝化氮或铝钛化氮构成的层在本发明的上下文中非常良好地适用作第一层310和/或第二层210。
包括氧化铝或由氧化铝构成的层在本发明的上下文中可良好地适用坐第一层310和/或第二层210。
本发明同样公开了一种带有根据本发明的真空腔如上述作为涂层腔的涂层设备。
根据本发明的涂层设备的一优选的实施形式，涂层腔构建成PVD涂层腔。
优选地，设置有屏蔽壁300，其在PVD涂层腔中执行PVD过程期间用于防止或避免内腔壁侧的涂层。
优选地，PVD涂层腔的不仅盖面而且底面热绝缘，以便于实现在整个涂层高度上(或在处理区域的整个高度上)的更均匀的温度分布。
优选地，(多个)腔壁200不设有功能元件例如涂层元件、等离子体元件或加热元件。
根据需求，优选地在其处没有布置有这样的功能元件的所有腔壁200可在内腔壁侧设有第二层210，并且配备有带有根据本发明的第一层310的屏蔽壁300。
同样可有利的是，当应达到仍要更高的热排除时，所有这些腔壁200配备有集成的冷却系统150。
如以上已提及的那样，图2显示了在相同的真空腔中的基底温度的曲线的对比，其中，一条曲线是根据本发明的示例，即，屏蔽壁300和腔壁200如以上所述根据本发明设有相应的第一层310和第二层210(实线)，而另一条曲线不是根据本发明的示例，即，在没有层310和210的情况下使用相同的真空腔组件(虚线)。两个示例在到涂层腔中的相同的热输入的情况中执行。
对于上述根据本发明的示例，将带有辐射系数ε约为0.9的PVD分离的钛铝化氮层不仅用作第一层310而且用作第二层210。
根据本发明的一优选的实施形式，所有屏蔽的腔壁的内侧可至少最大部分利用相应的第二层210来涂层，而所有屏蔽壁的与腔壁相对而置的侧可至少最大部分利用相应的第一层310来涂层。
不仅层210而且层310根据本发明应由真空合适的材料构成。然而重要的是，该材料不是磁性的，以便于在涂层的情况中避免过程干扰。
优选地，层210和/或310具有以下特性中的至少一个：
-第一层厚不大于50μm，
-紧密的层结构，使得尽可能不发生穿过层的除气，
-相对于载体材料的良好附着，由此可确保良好的热输送，
-高的温度稳定性，其允许可在更高的温度的情况中、优选地直至至少600℃的情况中执行涂层过程，
-良好的抗磨损性，使得这些层在“粗糙的生产环境”中不会快速地磨耗。
优选地，层210和/310借助于PVD技术来分离，从而它们例如在相同的涂层腔中可被涂覆到相应的腔壁侧和屏蔽壁侧上。在该情况中，例如可首先在内腔壁中在涂层过程中在没有屏蔽壁的情况下利用层210来涂层。然而紧接着，屏蔽壁可在涂层腔中相反地被放置，从而之后位于与内墙壁侧相对的期望的屏蔽壁侧可利用层310来涂层。实现了层210和310的一次性涂覆，以便于使带有根据本发明配备的涂层腔的涂层设备多次运行。
对于在根据本发明的涂层腔中执行PVD涂层过程以用于涂层基底而言，屏蔽壁如此布置在涂层设备中，使得内腔壁或腔壁的内侧被屏蔽，以便于最小化或避免这些壁的非期望的涂层。以该方式基本上仅不带有层310的屏蔽壁侧在涂层基底期间被一同涂层。因此，不仅被涂覆的层310并且被涂覆的层210在每个涂层过程之后是完好的。
应理解，所说明的实施例仅示例性地来理解，并且保护范围不限于详尽说明的实施形式。实施例的每个合适的组合尤其同样地由本发明所囊括。

Claims (37)

1.一种用于执行真空辅助的涂层方法的涂层腔，其带有布置在所述涂层腔的能调温的腔壁(2)处的隔热板(3,31,32,33)以用于调整在所述隔热板(3,31,32,33)与所述能调温的腔壁(2)之间能规定量的热辐射的交换，其特征在于，所述隔热板(3,31,32,33)包括至少一个直接相邻于所述腔壁(2)的内侧(21)的能交换的辐射板(31)，并且所述辐射板(31)的在朝所述腔壁(2)的方向上指向的第一辐射面(311)具有能规定的第一热交换系数(ɛD1)，且所述辐射板(31)的背对所述腔壁(2)的第二辐射面(312)具有能规定的第二热交换系数(ɛD2)，其中，所述第一热交换系数(ɛD1)大于所述第二热交换系数(ɛD2)。
2.根据权利要求1所述的涂层腔，其中，所述隔热板(3)包括至少一个屏蔽板(32)，并且所述屏蔽板(32)的在朝所述腔壁(2)的方向上指向的第一屏蔽面(321)和所述屏蔽板(32)的背对所述腔壁(2)的第二屏蔽面(322)分别具有磨光的反射表面，其带有根据DINEN10088的至少2D的加工状态。
3.根据权利要求1或2所述的涂层腔，其中，为了调整所述辐射板(31)的能规定的第一热交换系数(ɛD1)和/或所述能规定的第二热交换系数(ɛD2)，使所述第一辐射面(311)和/或所述第二辐射面(312)实施成粗糙的。
4.根据权利要求1或2所述的涂层腔，其中，相较于黑辐射体的带有ɛSch=1.0的黑热交换系数(ɛSch)，所述第一辐射面(311)具有黑色表面和/或表面涂层(30)，其带有在0.1至1.0的范围中的高的第一热交换系数(ɛD1)。
5.根据权利要求1或2所述的涂层腔，其中，所述第一辐射面(311)和/或所述第二辐射面(312)包括表面涂层(30)，且所述表面涂层(30)包括PVD涂层和/或DLC涂层。
6.根据权利要求5所述的涂层腔，其中，所述隔热板(3,31,32,33)恰包括仅一个仅仅在所述第一辐射面(311)上被涂覆的辐射板(31)。
7.根据权利要求2所述的涂层腔，其中，在直接相邻于所述腔壁(2)的辐射板(31)与所述屏蔽板(32)之间设置一个或多个额外的照射板(33)。
8.根据权利要求7所述的涂层腔，其中，所述辐射板(31)和/或所述屏蔽板(32)和/或所述照射板(33)分别包括装配区域并且在所述装配区域中被固定到在所述腔壁(2)处的板支架(4)的保持装置(41)处。
9.根据权利要求8所述的涂层腔，其中，所述辐射板(31)和/或所述屏蔽板(32)和/或所述照射板(33)至少在所述装配区域中在几何形状上如此设计成相同的，使得它们能可交换地用在所述板支架(4)的每个保持装置(41)中，从而在所述腔壁(2)与所述隔热板(3,31,32,33)之间能灵活地调整所述热交换的不同特性，并且/或者，其中，所述辐射板(31)和/或所述屏蔽板(32)和/或所述照射板(33)电气绝缘地与所述腔壁(2)相连接。
10.根据权利要求1或2所述的涂层腔，其中，所述涂层腔包括双壁式设计的腔壁(2)，从而在所述双壁式的腔壁(2)以内为了调温能循环有调温流体(5)。
11.根据权利要求1或2所述的涂层腔，其中，所述腔壁(2)的内侧(21)具有Ra=1μm±0.2μm至10μm±2μm和/或Rz=10μm±2μm至100μm±20μm的范围中的粗糙度，并且/或者，其中，相较于黑辐射体的带有ɛSch=1.0的黑热交换系数，所述内侧(21)具有带有在0.1至1.0的范围中的高的腔交换系数(ɛK)的涂层。
12.根据权利要求1或2所述的涂层腔，其中，所述腔壁(2)的内侧(21)包括腔涂层，并且所述腔涂层(20)包括PVD涂层和/或包括DLC涂层。
13.根据权利要求1或2所述的涂层腔，其中，所述涂层腔是PVD涂层腔或CVD涂层腔或电弧涂层腔或混合涂层腔。
14.根据权利要求2所述的涂层腔，其中，所述磨光的反射表面具有根据DIN EN10088的至少2R的加工状态。
15.根据权利要求3所述的涂层腔，其中，所述第一辐射面(311)和/或所述第二辐射面(312)具有Ra=1μm±0.2μm至10μm±2μm的粗糙度和/或Rz=10μm±2μm至100μm±20μm的粗糙度。
16.根据权利要求4所述的涂层腔，其中，所述第一热交换系数(ɛD1)具有在0.5与0.95之间的值。
17.根据权利要求16所述的涂层腔，其中，所述第一热交换系数(ɛD1)具有在0.7与0.9之间的值。
18.根据权利要求17所述的涂层腔，其中，所述第一热交换系数(ɛD1)具有为大约0.85的值。
19.根据权利要求5所述的涂层腔，其中，PVD涂层包括AlxTiyN涂层和/或AlCrN涂层，和/或所述DLC涂层为a-C, a-C:H, a-C:H:X, a-C:H:Me涂层，其中，所述涂层是光密沉积的涂层并且/或者具有100nm直至数千nm的层厚。
20.根据权利要求19所述的涂层腔，其中，AlxTiyN涂层是Al66Ti33N涂层和/或AlCrN涂层是Al66Cr33N涂层，其中，所述涂层具有在300nm至800nm之间的厚度。
21.根据权利要求20所述的涂层腔，其中，所述涂层具有至少500nm的厚度。
22.根据权利要求6所述的涂层腔，其中，所述辐射板(31)用于直至250℃的最大部件温度的范围中的低温涂层的用途。
23.根据权利要求7所述的涂层腔，其中，在所述辐射板(31)与所述屏蔽板(32)之间设置直至三个照射板(33)。
24.根据权利要求8所述的涂层腔，其中，所述辐射板(31)和/或所述屏蔽板(32)和/或所述照射板(33)借助于同一个板支架(4)被固定。
25.根据权利要求10所述的涂层腔，其中，所述调温流体(5)为水或油。
26.根据权利要求11所述的涂层腔，其中，所述腔交换系数(ɛK)具有在0.2与0.8之间的值。
27.根据权利要求26所述的涂层腔，其中，所述腔交换系数(ɛK)具有在0.3与0.6之间的值。
28.根据权利要求27所述的涂层腔，其中，所述腔交换系数(ɛK)具有为大约0.4的值。
29.根据权利要求12所述的涂层腔，其中，所述PVD涂层包括AlxTiyN涂层和/或AlCrN涂层，和/或所述DLC涂层为a-C,a-C:H,a-C:H:X,a-C:H:Me腔涂层(20)，其中，所述腔涂层(20)是光密沉积的涂层，并且/或者具有100nm直至数千nm的层厚。
30.根据权利要求29所述的涂层腔，其中，所述AlxTiyN涂层为Al66Ti33N涂层和/或所述AlCrN涂层为Al66Cr33N涂层，其中，所述层厚在300nm至800nm之间。
31.根据权利要求30所述的涂层腔，其中，所述层厚为至少500nm。
32.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的涂层腔的隔热板。
33.根据权利要求32所述的隔热板，其中，所述隔热板是加装件。
34.一种使用根据权利要求32或33所述的隔热板(3,31,32,33)和根据权利要求1至31中任一项所述的涂层腔(1)的涂层方法，其中，所述涂层方法是PVD方法或等离子体辅助的CVD方法或阴极或阳极的真空电弧雾化法或由这些方法构成的组合方法或另一真空辅助的涂层方法。
35.根据权利要求34所述的涂层方法，其中，所述涂层方法是低温涂层方法，并且所述涂层腔(2)利用在10℃至30℃的范围中的温度的调温流体(5)来调温，或者其中，所述涂层方法是高温涂层方法，并且所述涂层腔(2)利用在40℃至60℃的范围中的温度的调温流体来调温。
36.根据权利要求34或35所述的涂层方法，其中，所述PVD方法包括磁电管喷镀和/或HIPIMS。
37.根据权利要求35所述的涂层方法，其中，所述调温流体(5)是水或油。
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