CN107428121B - 金属复合材料的生产方法和相应金属复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有嵌入功能性结构的金属复合材料的生产方法，其中生产和压制出由多个在垂直方向彼此叠置层组成的层构造，层构造通过以下步骤生产：由金属基板制作底层，至少区段地在垂直方向上于底层上设置接触底层的中间层，在层构造区段内分别设置一个或者多个功能性结构。为了降低增大破坏的风险，本发明建议层构造压制前在具有功能性结构的各个区段内，至少在部分区段内或在具有功能性结构区段的整个纵向和/或横向延伸上具有与层构造其它部分相同的厚度。本发明还涉及具有嵌入的结构的金属复合材料，其通过所述方法生产。

Description

金属复合材料的生产方法和相应金属复合材料
技术领域
本发明涉及一种用于生产具有嵌入的功能性结构的金属复合材料，尤其是钢复合材料的方法，在该方法中生产和压制出由多个在垂直方向彼此重叠安置的层组成的层构造，其中该层构造通过以下步骤生产：
-由金属基板，尤其是钢基板制作底层，
-至少区段地在垂直方向上于该底层上设置与该底层接触的中间层，
-在该层构造的一个区段内分别设置一个或者多个功能性结构。
此外本发明还涉及具有嵌入的功能性结构的金属复合材料，尤其是钢复合材料，其通过这样的方法生产。
背景技术
前述种类的金属复合材料，尤其是钢复合材料比如与应用的薄层太阳电池模块结合应用。这里在该金属复合材料的生产过程中将功能模块或者功能层(接下来也称作功能结构)嵌入到层构造中。也叫做嵌入结构。这些结构本身在电子或者半导体工业中是已知的(WO2005/099310 A2)。
在设置功能性结构时，比如将薄层太阳电池模块设置到金属基板，尤其是钢基板上时，在功能性结构区域中形成局部的隆起或者突起，其在金属基板的进一步加工时，比如在滚筒层压时，会承受更高的机械负荷，尤其是剪切力，并由此受到更高的损坏。通常，待设置的功能性结构相对于机械负荷比较敏感并可能由此部分损坏或者至少性能受到减弱。
前述问题比如在将功能性结构设置到金属基板上时出现，该功能性结构的宽度小于该金属基板的宽度，和/或在功能性结构在纵向或者生产方向上的(不连续的)设置时出现。
发明内容
由此出发，本发明的一个目的是给出用于生产具有嵌入的功能性结构的金属复合材料的方法，在此方法中增大的破坏的风险得以降低。
先前引出的和说明的目的根据本发明的第一教导在用于生产具有嵌入的功能性结构的金属复合材料，尤其是钢复合材料的方法中解决，在该方法中生产和压制出由多个在垂直方向(即垂直于纵向或生产方向并且垂直于横向)彼此重叠安置的层组成的层构造，其中该层构造通过以下步骤生产：
-由金属基板，尤其是钢基板制作(基于垂直方向的)底层，
-至少区段地、尤其连续地在垂直方向上于该底层上设置与该底层接触的中间层，
-在该层构造的区段内分别设置一个或者多个功能性结构(也就是说在纵向和/或横向上有具有和没有功能性结构的区段)，
该目的解决的方式是使得该(待压制的)层构造在压制前尤其也在压制后在具有功能性结构的各个区段内，至少在部分区段内或者在具有功能性结构的区段的整个纵向和/或横向延伸上具有与该层构造其它部分，也就是说与没有功能性结构的区段相同的厚度。
此外，为了生产该层结构选择性地设定在垂直方向上于底层上并且尤其于功能性结构的至少一个上至少区段地配置表层，尤其是作为保护层，该保护层比如能够以尤其透明的屏障箔的形式构建，该屏障箔比如包括由至少一个聚合物层和至少一个陶瓷层组成的复合物，该陶瓷层优选不透气，尤其针对水蒸气和氧气。这里将各个功能性结构尤其分别设置在表层远离底层的面和底层远离表层的面之间的区段中。
通过使得层构造在具有功能性结构的一个或多个区段内的厚度与在相邻的区段内的厚度在压制前相同，在具有功能性结构区段与相邻区段之间的过渡区域中的机械负荷，尤其是剪切力被降到最低，由此增大的破坏的风险被明显降低。层构造的整个纵向和/或横向延伸(纵向和/或横向上的延伸)上的厚度优选在压制前和压制后保持恒定。根据本发明，如由电子和/或半导体工业中已知的功能性结构嵌入到层压板中，该层压板具有由金属基板，尤其是钢基板，优选扁钢半成品制成的底层，其中该层构造的内部设置有一个或者多个槽或者缺口，该槽或缺口的大小使得其分别相应由一个嵌入的功能性结构填满，由此该层构造在压制前就具有了与底面普遍平行的表面，即没有局部突起或隆起的表面。基板的意思是盘状，板状或者带状的金属材料，优选钢材料，其可以是平整的或者已经变形/形状化的。
正如所述，底层是金属基板，尤其是钢基板，优选钢带并且尤其作为层构造的最底层，该最底层在压制时位于压床的底部挤压元件上或者传送带上。选择性的表层尤其作为最表层，但不强制，该最表层在压制时与压床的顶部挤压元件或者传送带接触。底层与功能性结构之间或者底层与表层之间的区域是所谓的中间层，也叫核心层。这里，根据本发明，该中间层不必在底层上或者在表层和底层之间普遍延伸，而是能够如所述的只在某些区段中设置，其中在与此邻接的区段内表层尤其与底层接触。
接下来说明该方法的不同设计方案。
根据第一种设计方案设定，中间层具有带有通过横截面减小(厚度减小)形成的槽的区段，其中在该槽中相应放置(嵌入)一个功能性结构，其中尤其地，表层的层厚度和/或底层的层厚度保持恒定。
根据另一个设计方案设定，表层带有通过横截面减小(厚度减小)形成的槽的区段，其中在该槽中相应放置(嵌入)一个功能性结构，其中尤其地，底层的层厚度和/或中间层的层厚度保持恒定。
根据另一个设计方案设定，底层具有带有通过横截面减小(厚度减小)形成的槽的区段，其中在该槽中相应放置(嵌入)一个功能性结构和一个中间层区段，其中尤其地，表层的层厚度保持恒定。这里尤其设定，表层与底层相接触。
根据另一个设计方案设定，中间层具有由第一中间层材料构成的第一区段和与其在纵向和/或横向上邻接的由与第一中间层材料不同的第二中间层材料构成的第二区段和/或表层具有由第一表层材料构成的第一区段和与其在纵向和/或横向上邻接的由与第一表层材料不同的第二表层材料构成的第二区段。这里可能的是，中间层和表层的第一区段在垂直方向上彼此叠置并且尤其彼此重合，其中垂直方向上中间层的第一区段和表层的第一区段之间相应配置有功能性结构。
根据另一个设计方案设定，中间层具有由第一中间层材料构成的区段，其中在纵向和/或横向上与其邻接地在底层和表层之间设置有缺口，在这些缺口中分别相应配置功能性结构。
根据另一个设计方案设定，表层的材料普遍地或者区段地，尤其在由第一表层材料构成的第一区段中是透明的。
根据另一个设计方案设定，表层材料普遍地或者区段地(基于纵向和/或横向)，尤其是在由第一表层材料构成的第一区段中由至少一个膜，尤其至少一个塑料膜组成，和/或普遍地或者区段地，尤其在由第二表层材料构成的第二区段中由金属，尤其由钢，优选由扁钢组成。
根据另一个设计方案设定，中间层材料普遍地或者区段地(基于纵向和/或横向)，尤其是在由第一中间层材料构成的区段中和/或在由第二中间材料构成的区段中由塑料，尤其是弹性塑料，优选由至少一个塑料膜，或者由金属，尤其由钢，优选由扁钢组成。
通过前述的设计方案能够以特别简单的方式在还未压制的层构造中在各个应嵌入功能性结构的位置上设置相应的槽或者缺口，其高度尤其是体积至少尽可能地匹配嵌入的功能性结构的高度或者体积。这里，这些槽或者缺口能够或者只设置在底层，中间层或者表层中或者从一个层中延伸到相应邻接的(垂直地配置于该层之上的)层中，由此比如功能性结构的槽(缺口)在垂直方向上从底层伸展至表层上或者甚至至表层中或者从中间层伸展至表层中。
可以表明的是，当提到一个(底，表，中间)层时，各个层也能够具有多个层。这样比如中间层也能够具有由胶合剂和/或底漆构成的层。相应的也适用于底层和表层，其原则上也能够是多层的。
根据另一个设计方案设定，将底层尤其在设置底漆和可能情况下设置条形漆之后区段地进行成形或形状化(变形也能够是划线或卷边)，该条形漆尤其规定在层构造的边缘区域(基于横向)中，由此形成至少一个加深的区段。
这里能够设定，在各个加深区段中，尤其是在各个加深区段中设置胶合剂后，放置(嵌入)功能性结构，尤其通过胶合的方式，该功能性结构的上表面尤其与该加深区段外的上表面位于同一平面内。
该功能性结构能够在放入各个相应加深区段之前或之后设置有电气接触或者触点接通。
最后根据另一个设计方案设定，在功能性结构上，可能情况下也在电接触或触点接通上，和/或在加深区段外的层构造上覆有一层保护层，比如以屏障箔的形式。
先前导出并说明的目的此外根据本发明的第二教导通过一种金属复合材料，尤其是具有嵌入的功能性结构的钢复合材料来解决，其通过如前所定义的方法生产。
附图说明
目前有大量的可能性来设计和扩展根据本发明的方法以及根据本发明的金属复合材料。为此参见结合图示的对实施例的说明。图中：
图1至5示出了在压制成金属复合材料时的层构造的不同设计方案，
图6至12示出了根据本发明的生产方法的一个实施例的各个方法步骤以及
图13至18示出了根据本发明的生产方法的一个备选实施例的各个方法步骤。
具体实施方式
图1至5示出了不同的实施例，在这些实施例中，功能性结构2嵌入在层构造3中并且该层构造3随后借助这里图示性示出的挤压装置18进行压制。这里以X标出纵向，以Y标出垂直方向。后续中Z标出横向。
可以清晰地看到，在所有的实施例中，尽管有嵌入的功能性结构2，层构造3的表面普遍平行于层构造3的底层延伸。
在所有的实施例中，底层4比如是钢带，在该钢带上(已经)在多个步骤中压上(胶合上)其它的层。可能的还有使用金属板或者金属盘(此处未示出)，在其上能够以多个步骤压上(胶合上)其它的层。
在图1所示出的实施例中，在底层4上以支撑膜的形式设置中间层5，其中在区段5a中引入槽7，区段5a在纵向X上彼此间隔。槽7在这里通过中间层5的区段5a内部的横截面减小而形成。在槽7中分别放置有功能性结构2。在垂直方向Y上中间层5和功能性结构2的整体向上由这里是透明保护膜的表层6覆盖。这里，表层6和底层4的层厚度分别在压制之前和压制之后保持恒定。通过压制生产出钢复合材料1，其中在层构造3的区段3a中嵌入有功能性结构2。
图2示出了一个实施例，在该实施例中，与图1所示的实施例不同，槽8通过表层6的区段6a中的横截面减小而形成。该槽8作用是容纳各个功能性结构2。这种情况下底层4和中间层5的厚度分别恒定。
在图3所示的实施例中，区段4a在底层4中设置有横截面减小，通过这种减小形成槽9。基于垂直方向Y，在槽9中最底部设置材料区段5b形式的中间层5，并且在其上分别设置功能性结构2。在垂直方向上底层4，中间层5的区段5b和功能性结构2的整体向上由表层6覆盖，该表层在其纵向X上的整个延伸上具有恒定的厚度。
在图4所示的实施例中，底层4具有恒定的层厚度。其上设置具有较薄区段5a和较厚区段5c的中间层5，这些区段能够由相同的或者由不同的中间层材料组成。通过设置中间层5较薄的区段5a就必然在该区段5a内设置了相对于区段5c的中间层5的横截面减小，通过该横截面减小也在中间层5中形成了槽7。正如图1所示的实施例中那样，槽7分别由功能性结构2填满。在垂直方向Y上中间层5的第一区段5a和第二区段5c以及功能性结构2的整体向上由表层6覆盖，该覆盖层在本实施例中同样由第一区段6a和第二区段6b组成。表层6的区段6a精确位于中间层5的区段5a上并且与区段5a重合(在纵向X和横向Z上具有相同的边界)。表层6的第一区段6a这里由透明的第一材料，尤其是塑料构成。区段6b这里同样由钢或者钢带组成。在这种情况下层构造3的表层也与层构造3的底面在整个纵向X延伸上平行地设置。
根据图5所示的实施例，底层4和表层6比如分别由钢带组成。中间层5由这里比如由塑料组成的区段5c构成，该区段5c在纵向X上彼此间隔。在各个区段5c之间的区域中在底层4和表层6之间设置有缺口10，这些缺口10在这里完全由功能性结构2所填满。
可以表明的是，在图4至5的实施例中多个功能性结构2在纵向X上彼此间隔地嵌入在层构造3中。但是可能的还有，在纵向上设置一个单独的连续的功能性结构，其中各个相应的层4，5和/或6中相应的槽7，8和/或9同样在纵向X上连续地设置，但强制性地在横向Z上(通过各个层的材料)形成边界。在最后一种情况(纵向上连续的槽和连续的功能性层)中，槽和功能性层的宽度分别都小于层构造3的各个单独的层4，5和6或者两者的结合。同样可能的是(未示出)，将已经预成型或者形状化的金属基板设置为底层，该金属基板比如能够具有罩形的形状(开放形状)，并且功能性结构能够基本上完全填满该开放形状，其中横向和垂直方向上的边界通过罩形形状相间隔的区域产生。与该相间隔区域的端部齐平终止的表层由此能够将功能性层完全覆盖。
在图6至12中示例性说明根据本发明的生产方法的各个方法步骤。
图6中比如首先在生产方向上或者纵向X上运输作为底层4的镀锌扁钢。根据图7整面涂覆底漆11，该底漆形成了之后层构造3的前述的中间层5的一部分。根据图8，再在边缘区域内在底漆上涂覆条形漆，该条形漆同样构成了中间层5的一部分。根据图9，将设有底漆11的扁钢4在条形漆12之间的区域内变形或者形状化，由此在条形漆之间形成槽13。通过成形或者形状化也出现了底层4和底漆层11在中间区段和边缘区段之间的错位。根据图10，在槽13中，在底漆11上涂覆胶合剂14，该胶合剂同样构成了之后层构造3的中间层5的一部分。根据图11，在该胶合剂上覆上功能性结构2，其中该功能性结构2的上表面和层构造位于槽13以外的上表面，这里也就是条形漆12的上表面，位于同一平面E内。根据图12，最后再设置屏障箔形式的保护膜16，该保护层在本实施例中构成完成后的层构造3的表层6。
现在借助图13至18说明根据本发明的生产方法的备选方法步骤。
根据图13，例如首先准备板状并且设有底漆层11的镀锌扁钢。根据图14，再对底层4的一个区域进行压制，由此形成槽13。根据图15，在加深区域13中放置功能性结构2，该功能性结构已经在底面设有附着胶带(压敏胶合剂，pressure-sensitive adhesive)。图16示出了图15的一个变体，在该变体中，放置的功能性层已经包含突出于功能性区域2的，扁平的电触点15，其中该电触点15区域在这种情况下也一并包括在先前由压制产生的槽13中。根据图17，能够再安装电导体(电流导入或导出)，其中在此扁平导线15过渡到柱形导线17。最后，能够如图18所示选择性地覆上自粘保护膜16，该保护膜覆盖功能性结构2以及边缘区域中的底漆层11和触点15的一部分。
根据本发明的具有嵌入的功能结构的钢复合材料的示例性应用包括：
-光电池：有机光伏电池(OPV)，混合OPV(HOPV)，固体染料太阳能电池(ss-DSC)，钙钛矿太阳能电池，硅薄膜(a-Si)，CIGS/CIS/CZTS太阳能电池，CdTe太阳能电池
-有机发光二极管(OLED)
-在柔性基底(比如硅酮)中嵌入导体电路的LED
-发光电化学电池(LEC)
-磷光膜
-薄膜显示屏，如AMOLED
-扁平型传感器(压力传感器，触摸传感器(电容式)等)
-(印刷)扁平型电池(薄膜电池，TFB＝thin film battery)。作为应用实例有：
-光伏建筑一体化(BIVP)；“能量捕集器”开/关网络
-扁平照明装置(LED/OLED/LEC,方向辅助，紧急照明)
-视觉信息(TFT，LCD，AMOLED显示屏)
-地板感应垫通过压力记录人员
-触摸板，触摸显示屏
-集成储能

Claims (30)

1.一种用于生产具有嵌入的功能性结构(2)的金属复合材料(1)的方法，在该方法中生产和压制出由多个在垂直方向(Y)彼此重叠安置的层组成的层构造(3)，其中该层构造(3)通过以下步骤生产：
-由金属基板制作底层(4)，
-至少区段地在垂直方向(Y)上于该底层(4)上设置与该底层(4)接触的中间层(5)，
-在该层构造(3)的区段(3a)内分别设置一个或者多个功能性结构(2)，
-在垂直方向(Y)上于底层和中间层上至少区段地配置表层(6)，所述表层构建成透明的屏障箔形式的保护层，
其特征在于，将已经预成型或者形状化的金属基板设置为底层，该金属基板具有罩形的形状，并且功能性结构能够完全填满该形状，所述层构造(3)在压制前在具有所述功能性结构(2)的各个区段内，至少在部分区段内或者在所述具有功能性结构的区段的整个纵向和/或横向延伸上具有与所述层构造(3)其它部分相同的厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了生产该层构造(3)另外进行以下步骤：
-在垂直方向(Y)上于功能性结构(2)中的至少一个上至少区段地配置表层(6)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间层(5)包含带有通过横截面减小形成的槽(7)的区段，其中在所述槽(7)中相应放置一个功能性结构(2)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述底层(4)的层厚度和/或表层(6)的层厚度保持恒定。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表层(6)包含带有通过横截面减小形成的槽(8)的区段，其中在所述槽(8)中相应放置一个功能性结构(2)。
6.根据权利要5所述的方法，其特征在于，所述底层(4)的层厚度和/或所述中间层(5)的层厚度保持恒定。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底层(4)包含带有通过横截面减小形成的槽(9)的区段(4a)，其中在所述槽(9)中相应放置一个功能性结构(2)以及中间层(5)的一个区段(5b)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述表层(6)的层厚度保持恒定。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间层(5)具有由第一中间层材料构成的第一区段(5a)和与其在纵向(X)和/或横向(Z)上邻接的由与第一中间层材料不同的第二中间层材料构成的第二区段(5c)，和/或所述表层(6)具有由第一表层材料构成的第一区段(6a)和与其在纵向(X)和/或横向(Z)上邻接的由与第一表层材料不同的第二表层材料构成的第二区段(6b)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述中间层(5)和所述表层(6)的第一区段(5a，6a)在垂直方向(Y)上彼此叠置，其中垂直方向(Y)上所述中间层的第一区段(5a)和所述表层的第一区段(6a)之间相应配置有功能性结构(2)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述中间层(5)和所述表层(6)的第一区段(5a，6a)在垂直方向(Y)上彼此重合。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间层(5)具有由第一中间层材料构成的区段，其中在纵向(X)和/或横向(Z)上与其邻接地在所述表层(6)和所述底层(4)之间设置有缺口(10)，在这些缺口(10)中分别相应配置功能性结构(2)。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表层(6)的材料普遍地或者区段地是透明的。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述表层(6)的材料在由第一表层材料构成的第一区段(6a)中是透明的。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表层(6)的材料普遍地或者区段地由至少一个膜组成，和/或普遍地或者区段地由金属组成。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述表层(6)的材料在由第一表层材料构成的第一区段(6a)中由至少一个膜组成，和/或在由第二表层材料构成的第二区段中由金属组成。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述至少一个膜是至少一个塑料膜。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间层(5)的材料普遍地或者区段地由塑料或者由金属组成。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述中间层(5)的材料在由第一中间层材料构成的区段中和/或在由第二中间材料构成的区段中由塑料或者由金属组成。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述塑料是弹性塑料。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述塑料是至少一个塑料膜。
22.根据权利要求15或18所述的方法，其特征在于，所述金属是钢。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述钢是扁钢。
24.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述底层(4)在设置底漆(11)和条形漆(12)之后区段地变形或形状化，由此形成至少一个加深的区段(13)。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述各个加深区段(13)中放置功能性结构(2)。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，在各个加深区段(13)中设置胶合剂(14)后，在所述各个加深区段(13)中通过胶合的方式放置功能性结构(2)。
27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，该功能性结构的上表面与该加深区段(13)外的上表面位于同一平面(E)内。
28.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述功能性结构(2)能够在放入各个相应加深区段(13)之前或之后设置有电气触点(15)。
29.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述功能性结构(2)上和/或在加深区段外的层构造(3)上覆有一层保护层(16)。
30.通过根据权利要求1到29中任意一项所述方法生产的具有嵌入的功能性结构(2)的金属复合材料。
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