CN111936661A - 用于基片的选择性蒸气涂覆的装置和方法 - Google Patents

用于基片的选择性蒸气涂覆的装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111936661A
CN111936661A CN201980023689.0A CN201980023689A CN111936661A CN 111936661 A CN111936661 A CN 111936661A CN 201980023689 A CN201980023689 A CN 201980023689A CN 111936661 A CN111936661 A CN 111936661A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plate
clamping tool
screen
shield
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201980023689.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111936661B (zh
Inventor
鲁道夫·麦勒尔
克里斯托弗·博尔奎安
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Original Assignee
Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon filed Critical Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Publication of CN111936661A publication Critical patent/CN111936661A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111936661B publication Critical patent/CN111936661B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50Substrate holders
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50Substrate holders
    • C23C14/505Substrate holders for rotation of the substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/042Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325Electric arc evaporation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/28Supporting or mounting arrangements, e.g. for turbine casing
    • F01D25/285Temporary support structures, e.g. for testing, assembling, installing, repairing; Assembly methods using such structures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288Protective coatings for blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/30Manufacture with deposition of material
    • F05D2230/31Layer deposition
    • F05D2230/313Layer deposition by physical vapour deposition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Abstract

一种用在涂覆作业中的装夹工具(1),其优选呈可绕中心轴线(L)回转的转盘形式,并且包括固定有屏罩的支承结构(5),该屏罩具有多个保持开口(19),每个保持开口被设计成待处理物体能通过每个保持开口(19)被卡住,使得每个物体的第一部分从该屏罩延伸入涂层沉积区域,而每个物体的第二部分从该屏罩延伸入不发生涂层沉积的屏蔽区域,所述屏蔽区域是共同容纳多个第二部分的共用空腔(13)。

Description

用于基片的选择性蒸气涂覆的装置和方法
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用在物理气相沉积涂覆工艺中的装夹工具。它被设计用于同时涂覆仅需要部分涂覆的基片。这样的加工过程优选在PVD涂覆设备的沉积室中进行。
此外,本发明涉及配备有这种装夹工具的PVD涂覆设备以及在使用本发明装夹工具进行PVD涂覆的方法。
背景技术
飞机、直升机和越野车辆的燃气涡轮发动机通常在多尘环境中运行,在多尘环境中,燃气涡轮压缩机的转子叶片和定子叶片(统称为“涡轮叶片”)暴露在腐蚀性介质如沙子下。这也涉及到民用飞机,它们有时必须应对被平流层区域正下方的喷射气流所扫走的火山灰的上升。在这种情况下可能出现有害的机械腐蚀。此外,下游的涡轮叶片可能过度暴露在灼热燃烧气体下。因此,它们易于热过载和/或热腐蚀。
作为一种补救措施,耐蚀硬质材料涂层和/或减小热负荷和/或腐蚀的涂层(例如TiN、TiCN、TiZrN、TiZrCN、TiAlN和TiAlCN)将被施加至各涡轮叶片上。一种典型的施加这种硬质材料涂层的方法是阴极电弧物理气相沉积及其所有变型。
涡轮叶片通常可被分为两部分,即,形成真正翼面的第一部分和称为承窝部的第二部分。它被用来将涡轮叶片附接到发动机的盘片或转子部件。承窝部通常形成燕尾形结构以便嵌套于发动机盘片或转子部上的互补形燕尾槽中。燕尾区域没有完全暴露在空气流或热负荷下。因此,不需要保护燕尾区域以免受有害侵蚀、热作用或腐蚀作用。相反,在长时间或高速旋转之后,燕尾壁显示出与疲劳相关的现象,称之为微动磨损。已经发现被施加到翼面部上的涂层会加剧微动磨损。因此缘故,需要选择性涂覆所述涡轮叶片,以便其承窝部将保持无涂层。
对于除涡轮叶片外的其它基片,可能会有类似的选择性涂覆需求。
现有技术
为了在屏蔽待涂覆涡轮叶片承窝部的同时,在翼面上提供期望的涂层沉积,EP1907598提出如下建议:
提供一个或多个屏罩。每个屏罩具有多个保持开口,保持开口被设计成使涡轮叶片可通过每个保持开口被卡住。结果,每个涡轮机叶片的翼面从屏罩起延伸入涂层沉积区域,而每个涡轮机叶片的承窝部伸入屏罩内的屏蔽区域,在该屏蔽区域中不会发生涂层沉积。
EP1907598教导了,对于每个承窝部,该屏蔽区域被设计为单独的全封闭隔室。所述隔室是完全在屏罩内的空腔,其壁完全包围单个承窝部。
为此,该屏罩如图1所示被设计为至少三层夹层结构。该三层夹层结构由形成单独隔室封的封闭底部的底板、带有呈窗口形状的保持开口的形成隔室侧壁的中间板和形成隔室盖的边框板组成,该隔室盖带有用于遮蔽承窝部的翼面部的出口。
如图2所示,所述屏罩被安装到呈转盘形状的装夹工具上。该转盘又位于也如图2所示的涂覆设备的处理室内。可以很容易看到被固定至涂覆设备的腔室侧壁上的圆形靶。在作为阴极的靶与作为阳极的室壁或至少一个单独阳极之间,电弧正在燃烧。电弧所蒸发的材料在径向向内方向上被加速到承载基片的转盘(通常处于负偏压),随后在基片上凝结。蒸发材料不能进入容纳承窝的每个空腔中,因为它们被完全封闭。
这样,可以完成具有非常可靠的屏蔽效果的精确涂覆。
发明目的
本发明的目的是教导一种用于执行这种选择性涂覆的装夹工具,它允许更短的工作周期,同时该装夹工具更简单,且因此其本身更经济。
发明解决方案
为了解决这个问题,提出一种用在涂覆作业中的特别的装夹工具,它优选呈转盘状,并且可绕中心轴线回转。该装夹工具包括支承结构,屏罩被可拆卸固定在该支承结构上。
该屏罩具有多个保持开口。该保持开口、优选是所有保持开口被设计成可通过每个保持开口卡住单个基片。每个基片的第一部分从屏罩延伸入涂层沉积区域。它也通过与相邻的待涂覆基片分开的保持开口来保持。这样就保证了非常均匀的涂覆。
每个物体的第二部分从屏罩延伸入在屏罩后面的屏蔽区域中,即,在屏罩背侧。在屏罩后面是指位于屏罩的、背离与一个或多个靶所安放就位的屏罩面面对的那一侧。在位于屏罩后面的所述区域、即“屏蔽区域”中不会发生涂层沉积。
所述屏蔽区域是空腔。所述屏蔽区域最好是一个单独空腔,大多具有至少0.03立方米连续体积。
在屏罩背面中的每个凹槽都属于该空腔,该凹槽容纳一个基片的第二部分并且通过形成在屏罩中的边框被紧固以防止不希望的沉积。它通过最小净横截面与该空腔的余部连通,该最小净横截面到处都等于或大于所配属的保持开口的最大净横截面。
在任何情况下,该空腔共同容纳多个第二部分,此时第二部分没有通过壁被彼此分开或被单独“装纳”。
单独“装纳”是指第二部分彼此分开地保持,此时第二部分的所有侧面都被壁包围。
通常,单个空腔具有管状形状。所述管状形状的纵轴线最好同轴延伸,或至少平行于转盘(如果有)的纵轴线延伸。该管状形状由屏罩的背面限定。该屏罩就其本身而言,在其周向上是连续不断的。
由于多个第二部分被容纳在同一个屏蔽的空腔内,故与由现有技术所教导的每个基片第二部分被单独“装纳”相比,可以快速许多地完成基片的装载和卸载。
此外,屏罩或屏罩板的复杂性得以降低。
最后,已经可以在基片准备阶段中使用该屏罩以便例如在喷砂过程中将基片保持就位。这是因为根据本发明的更简单的结构担负了残余喷砂颗粒被无意识运送入涂覆室的更低风险。因为无需再相对于不同的装夹工具(一个装夹工具用于喷砂,另一个干净的装夹工具用于涂覆)装卸基片,故这使得该加工过程更快速。
发明改进的可选方案
一个优选实施方式规定,该支承结构具有中心管。所述管在并非圆形的情况下最好可以具有多边形的横截面。所述管被包围,即被(外)屏罩包缚住。它与屏罩一起限定出呈共用空腔形式的所述屏蔽区域,该空腔形成在(外)屏罩与中心管之间的内部空间。换句话说,在这种情况下该中心管是屏罩的一部分,其屏蔽该空腔以免于不希望的蒸气沉积。
该支承结构优选包括自中心管径向延伸的第一凸缘和第二凸缘。所述凸缘形成用于附接屏罩或形成多件式屏罩的屏罩板的底座。这样,可以实现屏罩或形成屏罩的屏罩板的非常快速且始终紧密的安装。
在大多数情况下,所述凸缘通过多个支撑杆相互联接。所述支撑杆本身直接接触屏罩。这样就产生可拆卸的屏罩或屏罩板的牢固且几何学上精确的支承。这样,在每周期需要一次的屏罩或屏罩板装卸期间内节省了时间。
极其优选的是由多个屏罩板形成屏罩。通常,当处于准备好用于沉积作业的位置时,周向紧邻的两个屏罩板的侧向凸缘在支撑杆参与或未参与的情况下共同密封所述空腔。密封在此意味着在该空腔内的涂层沉积被阻止。
优选地,该屏罩板理想地在两个主表面上都完全或至少基本上是平面的面板。
基本上是指,只要形成平坦的支承面,局部突起就无关紧要。
有利的是,所述凸缘的上述周边形成具有用于附接屏罩板的多个平坦的底座/支撑的多边形。
一个非常优选的解决方案提出一种屏罩,它包括具有多个窗口的底部托座。多个可更换的转接板被安装至所述底部托座上。该转接板用于部分关闭该底部托座中的窗口,除了设置在转接板中的保持开口外。该转接板允许使该屏罩非常有效地适应不同的基片几何形状。不再需要制造全新的屏罩。使转接板具有定制的保持开口就够了。
该转接板最好可以无需工具地相对底板来安装和拆卸,理想地在不同的回转位置中。无需工具意味着无需焊接、钎焊或铆接,并且理想地无需操作螺钉或按压工具。从最狭义上讲,无需工具意味着“赤”手只带着钳子。
为此,该转接板的外周优选是圆形的。这样,该转接板可被安装在截然不同的位置中。这使得按照最佳取向定位基片第一部分更加容易,即,按照保证最佳沉积结果的取向来定位。为此,也可以考虑正方形、三角形或六边形周边的转接板,即便通用性不强。
优选的是将弹簧件分配给保持开口。该弹簧件设计成有助于经由保持开口被卡住的基片的固定。目的是相对于该保持开口固定该基片。
一个非常优选的变型规定了弹簧件的特殊锚定。如此设计锚定至底板,即,弹簧件有助于待涂覆基片的固定,并且有助于转接板相对于底部托座的固定。如果须涂覆小批量的不同基片,则这可以加快基片放置。
优选地,该屏罩或屏罩板-或所述部件的转接板-是形成每个保持开口的边框部的前板和形成每个保持开口的保持部的后板的夹层结构。
优选地,所述前板和后板之间的接触区域被密封,使得没有碎屑或固体/流体清洁剂(如喷砂粉)会侵入所述板之间。
附图说明
图1示出根据现有技术的屏罩板。
图2示出配备有根据现有技术的装夹工具的沉积室。
图3示出根据本发明的没有屏罩或屏罩板的支承结构的实施例。
图4示出根据图3的支承结构连带要安装上一个示例性的屏罩板。
图5示出完全配备有屏罩板的根据图3的支承结构,即处于准备好用于涂层沉积的状态。
图6示出由根据图5的支承结构所支承的屏罩板的背面的放大图。
图7示出图6所示的屏罩板的正面上部的放大图。
图8示出根据本发明的屏罩板的一个替代第二实施例的视图。
具体实施方式
第一优选实施例
概述
图3-5给出了本发明的装夹工具1的完整概述。
装夹工具1上装有屏罩,屏罩在此由多个屏罩板2构成。每个屏罩板2上优选装有多个涡轮叶片3。从每个涡轮叶片3只能看到真正的翼面4,其形成所谓的第一部分,并且在径向朝外方向上延伸入沉积室,做好沉积涂覆的准备。
图3-5未示出涡轮叶片3的承窝座,其形成被屏蔽以免沉积的所谓的第二部分。装有基片如涡轮叶片3的装夹工具1就位在沉积设备的沉积室内,其可以按照与针对现有技术通过图2所解释的一样的方式来设计和工作。
支承结构
图3示出支承结构5,罩板2可被附接至该支承结构。
支承结构5优选被设计成转盘。支承结构5包括中心管6。通常,中心管6至少基本上具有全闭合的周面。固定所用的局部小孔并非是有害的。
在中心管的内侧面上优选容置有用于使整个装夹工具1绕其纵轴线L回转的轴承和或许的驱动机构。这样,所述轴承和驱动机构(如果有)被保护以免有害沉积。
至少第一凸缘7和第二凸缘8在径向朝外的方向上自中心管6伸出。所述凸缘7、8被附接至该管6的对置两端。
所述凸缘7、8可被设计成闭合板状,但不是强制性的。在此特定情况下,所述凸缘7、8被设计成在其内具有窗口11以便节省材料和减轻重量。这样的窗口11的存在并非是有害的,只要它们就位在蒸气入侵区域外。
如人们可看到地,每个凸缘7、8的周边最好被设计成多边形,或者理想地呈六边形或八边形。以下将会阐明为什么优选这样的设计。
凸缘7、8可以通过支撑杆9相互联接。通常,所述支撑杆在它们被置入其工作位置中、即是指准备好沉积时接触屏罩板2。优选与支撑杆9一起,在凸缘7、8的周边处的平面12在大多数情况下形成用于以紧密方式容纳屏罩板2的背面的矩形框。表述“紧密方式”并非是指气密。防止蒸气径向侵入的紧密性就够了。甚至可以针对这样的紧密性设置狭缝,如果狭缝形成一种在径向上阻断笔直路径的迷宫结构的话。
如人们可以从图3或图4中看到地,可以设置一个或多个中间支承10。中间支承避免支撑杆9不利地易于振动。中间支承10可以如图3或图4所示的那样被设计成杆状。这样是优选的。
或者,中间支承10可以被设计成连续板,甚至其中不带窗口。这样,它们将会以“隔板”方式将空腔13分成例如两个分段,每个分段容纳多个第二部分。在这里未示出这样的设计,它不是优选的,提到它只是为了避免规避。
如最好可以从图3和图4的对比中看到,装夹工具1可以配备有径向突出的足板14a,并且或许也配备有相似的头板14b。所述板(如果有)可能有助于屏罩板2的固定或定位。
作为支承结构5构造用材料,优选采用奥氏体钢,例如像EN1.4301,或者铁素体不锈钢,例如像EN1.4622。
共用空腔被屏蔽
鉴于之前已经解释地,人们认识到在中心管6的周向上紧密分组的屏罩板2与中心管6(在凸缘7、8之间的区域中)一起限定出共用的空腔13。该空腔在此是在屏罩板2与中心管6之间的径向内部空间。
所述空腔被屏蔽以免蒸气入侵。
它共同容纳多个,或像在这里那样所有的处于加工中的基片第二部分,在涡轮叶片情况下是不允许受到涂覆的所有其承窝。
配设在所述两个凸缘7、8之间的所述空腔优选具有超过0.01立方米的体积,大多数情况下,该空腔的体积在0.03至1立方米之间。一般,该空腔具有(完全或基本上)管状形状,形成所述空腔的该管的假想“管壁”所具有的厚度优选到处都在0.08米至0.3米之间。
屏罩设计
如已经上述地,屏罩理论上可以是单个罩套,其围绕中心管6以所需径向间隔包裹。
但是,这样的设计对于大多数应用目的而言是不方便的。因此缘故,最好多个屏罩板2共同形成呈罩套状的屏罩,其如上所述地围绕中心管6包裹。
每个屏罩板2优选设计成如图6所示的那样。图7示出了形成在此的待涂覆基片的涡轮叶片3被如何固定至这样的屏罩板2以备涂覆。
如可容易看到地,每个屏罩板2最好具有3至15个保持开口19。每个保持开口19被设计成待涂覆基片能通过保持开口19被卡住,见图7。
大多数情况下,这样的屏罩板2(完全或基本上)是平面板,其具有两个主表面15、两个侧表面16和两个前端面17。通常,这两个主表面15中的每一个主表面的表面积至少是侧表面16和前端面17中每一个的表面积的7倍。通常,这两个侧表面16中的每一个侧面的表面积至少是每个前端面的表面积17的5倍。此设计使屏罩板具有带状外观。
每个屏罩板2优选由与其主表面15之一重叠放置的保持板18和边框板21的夹层结构形成。这可以在图7中最清楚看到。
保持板18单独针对每个待涂覆基片具有一个保持开口19。保持开口19具有穿过保持板18的窗口的形状。保持开口19具有针对待涂覆的单独基片定制的侧壁20。侧壁20以形状配合方式包围待涂覆基片的第二部分。这是按照精确限定的位置保持待涂覆基片的前提。
如从图6中不言自明的是,穿过保持板18的窗口未被盖关闭,而是朝向本发明的单个空腔保持敞开。
边框板21单独针对每个待涂覆基片具有一个窗口,该窗口形成边框。为此,所述窗口比穿过保持板18的窗口小。边框板21的每个所述窗口被如此定位,即,它与穿过保持板18的对应窗口对齐。边框板21遮挡第二部分以免在加工处理室内产生的蒸气的接近。
在许多情况下,保持板18和边框板21被相互紧固在一起。这允许并非仅在蒸气沉积期间使用屏罩板2。
相反,这样的屏罩板2早已能被用在基片准备过程中,以便例如在喷砂期间牢固保持基片。如果这两个板被相互紧固在一起,则不存在残余喷砂材料可能不小心被送入其在此会是有害的沉积室的危险。
所述紧固最好通过将这两个板焊在一起来实现,在某些情况下,在所述板的两个主要接触表面的整个表面区域范围内。焊接用的优选焊剂是银基焊剂或其他焊剂,其即便在超过500℃的负荷下也是热稳定的,并且也是耐腐蚀的。
为了在保持板18的窗口内固定待涂覆基片的第二部分,设置有弹簧件22。保持板18内的每个所述窗口最好被分配有自己的弹簧件22。
如可以在图6中容易看到地,弹簧件22在此被设计成板簧,其在垂直于屏罩板的主表面15的方向上压迫基片的第二部分。
弹簧件22优选具有V形的主体部23,两个钩形腿24自主体部伸出。V形主体部23抵压在基片的第二部分上。每个钩形腿24可被卡入为此在其中每个窗口的至少两侧设置在保持板18上的固定孔25中。如可以看到地,每个固定孔25被边框板21覆盖以免沉积室内的蒸气直接进入。
作为所述固定孔25的替代,可以设置自屏罩板的表面15延伸的空隙。以下将更详细解释这样的空隙。但是,出于成本考虑而优选固定孔,因为它们例如可以更容易地冲压出。
结果表明,由抗蠕变和/或耐超过500℃温度的抗高温的钢制造所述弹簧是特别有利的。理想的材料是镍铬钛合金90。
保持板18最好配备有形状配合件以用于将屏罩板2可拆卸固定至支承结构5。
其中一个所述形状配合件、最好是上面那个,可以以C形吊爪或T形凸起的形式实现,如图6和图7所示。T形凸起也可以被钩卡入支承结构中。其中另一个所述形状配合件、最好是下面那个,可以以用于将屏罩板2快速卡锁到支承结构5或卡合到支承结构5的舌状凸起的形式实现,见图6。
边框板21本身最好没有实现所述吊爪、所述T形凸起或所述舌状凸起,见图7。
关于屏罩或屏罩板2所用的材料,适用以上关于支承结构5所述的材料。
另一优选实施例
除了以下所解释的区别外,第二优选实施例与如上所解释的第一优选实施例相同。因此缘故,所有以上针对第一实施例的解释也适用于第二实施例,只要以下所述的具体特征不冲突。
第二优选实施例的显著区别是针对此实施例采用了如图8所示的更通用的屏罩板2。
相应的屏罩板2包括底部托座26。底部托座26上有多个窗口。此外,多个转接板27被安装至底部托座26以部分关闭所述窗口。该转接板优选被安装在底部托座的屏蔽背面上。随后留在上述窗口区域中的唯一的贯穿处是设于每个转接板27中的保持开口19。
因此,优点是可以将同一托座26用于涂覆截然不同的基片。
为了使托座26适应不同的待涂覆基片,只需要相应定制的转接板。这显著降低了制造成本以及仓储成本,因为不再必须存放整个屏罩板2,而是仅存放小得多的转接板27。
单个转接板27优选被分配给每个单独的基片。
转接板27本身关于其保持开口19最好就像已在前面描述的那样来设计。
在这里也优选的是以夹层结构形式制造该转接板,其优选只具有两层。这样的夹层结构由形成边框板的前板和形成承载板的后板构成,如已经针对第一实施例所描述的那样。承载板形成以形状配合方式容纳所述第二部分的侧壁。所述边框板和承载板优选被相互紧固,大多数情况下通过如上所解释的方式焊接。
转接板27的外周优选被设计成使转接板27可按照不同的回转位置被安装至底部托座26,就是说例如在6点钟位置、9点钟位置或12点钟位置,全都与底部托座26中的窗口正交的一条线相关。
这样,可以如针对独自状况所需要的那样调整在沉积室内的基片第一部分的方向,就是说为了获得最佳的涂覆结果。
转接板27的最优选变型具有附图未示出的圆形外周。这样的转接板可以按照每个所需回转位置被安装至底部托座。或者,具有正方形、三角形、六边形或多边形周边的其它转接板是可行的。这样的转接板也可以按照不同的回转位置来安装,尽管通用性不强。
如图8所示的转接板27具有矩形的周边。因此,它总是不得不按照相同位置来安装。
为了支持转接板27的定位和固定,在底部托座26上设置多个空隙28。空隙28最好以形状配合的方式引导转接板27的两个对置的周向侧。这样,保证了每个转接板27的定位是精确的。
每个空隙28用于固定该弹簧件22。弹簧件22优选被设计成早已关于第一实施例所解释的那样。如果采用这样的弹簧件22,则弹簧件22的每个腿24可被嵌套在一个空隙28中。
这样,弹簧件22施压于待涂覆基片的第二部分。待涂覆基片的第二部分由此被压入转接板27的开口中。与此同时,由转接板27和待涂覆基片所构成的组件被共同压紧在底部托座26上。
每个转接板27优选配备有两个侧向凹槽29。在安装状态下,每个凹槽29中装有弹簧件22的腿的一部分。这样,转接板27通过附加形状配合无法滑出底部托座26或者(在此情况下)无法滑出由空隙28提供的导向结构地被固定。
如在参照图8时所清楚看到地,此设计的一个巨大优势是,为了同时固定待涂覆基片和转接板而只需要拉紧单个弹簧件。更确切地说,为了固定整个组件而只需要在此所用的板簧件22的两腿的嵌套固定。
为了完整起见而需要说明的是,在此也采用从第一实施例中知道的固定孔25而不是空隙28是一个选项。
附图标记列表
1 装夹工具
2 屏罩板
3 涡轮叶片
4 涡轮叶片的风刀/风刀部
5 支承结构
6 中心管
7 第一凸缘
8 第二凸缘
9 支撑杆
10 中间支承
11 凸缘中的窗口
12 凸缘的平面
13 空腔
14a 足板
14b 头板
15 屏罩板的主表面
16 屏罩板的侧表面
17 屏罩板的前端面
18 保持板
19 保持开口
20 腔室的侧壁
21 边框板
22 弹簧件
23 主体部
24 钩形腿
25 固定孔
26 底部托座
27 转接板
28 空隙
29 转接板中的弹簧容纳凹槽
L 纵轴线

Claims (14)

1.一种用在涂覆作业中的装夹工具(1),优选呈可绕中心轴线(L)回转的转盘形式,包括
固定有屏罩的支承结构(5),
该屏罩具有多个保持开口(19),每个保持开口被设计成
待处理物体能通过每个保持开口(19)被卡住,
使得每个物体的第一部分从该屏罩延伸入涂层沉积区域,
而每个物体的第二部分从该屏罩延伸入不发生涂层沉积的屏蔽区域,
其特征在于,
所述屏蔽区域是共同容纳多个第二部分的共用空腔(13)。
2.根据权利要求1所述的装夹工具(1),其特征在于,所述支承结构(5)具有中心管(6),所述中心管被所述屏罩包围,并与所述屏罩一起限定出呈共用空腔(13)形状的所述屏蔽区域。
3.根据权利要求1或2所述的装夹工具(1),其特征在于,所述支承结构(5)包括从所述中心管(6)延伸的第一凸缘(7)和第二凸缘(8),所述凸缘(7,8)形成用于附接所述屏罩或屏罩板(2)的底部。
4.根据权利要求3所述的装夹工具(1),其特征在于,所述凸缘(7,8)通过直接接触所述屏罩的支撑杆(9)相互联接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装夹工具(1),其特征在于,所述屏罩由多个屏罩板(2)形成,紧邻的屏罩板(2)的侧凸缘在支撑杆(9)参与或没有参与的情况下,在所述屏罩板(2)就位准备用于沉积作业时,共同密封呈共用空腔(13)形状的所述屏蔽区域。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装夹工具(1),其特征在于,所述屏罩板(2)是平面板。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装夹工具(1),其特征在于,所述凸缘(7,8)的周边形成具有用于附接所述屏罩板(2)的多个平坦底边的多边形。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装夹工具(1),其特征在于,所述屏罩包括:具有多个窗口的底部托座;以及安装到所述底部托座(26)上的多个转接板,用以闭合除了用于在该转接板(27)中的保持开口(19)外的所述窗口。
9.根据权利要求8所述的装夹工具(1),其特征在于,所述转接板(27)能在不同的回转位置上被固定到所述底板(26),而所述转接板(27)的外周为此优选是圆形的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装夹工具(1),其特征在于,弹簧件(22)被分配给保持开口(19),所述弹簧件被设计用于固定通过所述保持开口(19)卡住的物体。
11.根据权利要求10连带权利要求8或9之一所述的装夹工具(1),其特征在于,至少在张紧时,该弹簧件(22)按下述方式被固定到该底部托座(26):该弹簧件(22)有助于固定待涂覆物体并且相对于该底部托座(26)固定该转接板(27)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装夹工具(1),其特征在于,所述这些部件的转接板(27)或所述屏罩或屏罩板(2)是形成每个保持开口(19)的边框部的前板与形成每个保持开口(19)的保持部的后板的夹层结构,在所述前板和后板之间的接触区域最好被密封,从而不会有碎屑或清洁剂侵入所述板之间。
13.一种物理气相沉积涂覆设备,具有根据前述权利要求中任一项所述的装夹工具(1)。
14.一种用于物理气相沉积涂覆的方法,其特征在于,为了保持基片,采用根据前述权利要求中任一项所述的装夹工具(1),而待涂覆基片首先通过屏罩板(2)被卡住,随后所述基片在被所述屏罩板(2)保持的同时接受清洁处理,接着该屏罩板(2)连同所保持的基片一起被安装到所述装夹工具(1)上,所述装夹工具转而被或将被定位在沉积室中,接着进行物理气相沉积。
CN201980023689.0A 2018-03-29 2019-03-29 用于基片的选择性蒸气涂覆的装置和方法 Active CN111936661B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018107606.1 2018-03-29
DE102018107606 2018-03-29
PCT/EP2019/058087 WO2019185914A1 (en) 2018-03-29 2019-03-29 Device and method for selective vapor coating of a substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111936661A true CN111936661A (zh) 2020-11-13
CN111936661B CN111936661B (zh) 2022-10-28

Family

ID=65995758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980023689.0A Active CN111936661B (zh) 2018-03-29 2019-03-29 用于基片的选择性蒸气涂覆的装置和方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20210010128A1 (zh)
EP (1) EP3775314B1 (zh)
JP (1) JP2021519861A (zh)
KR (1) KR20200135870A (zh)
CN (1) CN111936661B (zh)
CA (1) CA3095064A1 (zh)
ES (1) ES2960821T3 (zh)
WO (1) WO2019185914A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2597507B (en) * 2020-07-24 2022-08-31 Rolls Royce Plc A fixture for supporting a plurality of gas turbine engine components to be imaged
DE102020125504A1 (de) * 2020-09-30 2022-03-31 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Federhalterung und werkstückträger
KR20220052025A (ko) 2020-10-20 2022-04-27 에스엘 주식회사 차량용 램프

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6866889B1 (en) * 1999-07-14 2005-03-15 Dormer Tools (Sheffield) Limited Method and means for drill production
CN1971001A (zh) * 2005-10-31 2007-05-30 株式会社东芝 蒸汽涡轮机和用于该蒸汽涡轮机的亲水涂覆材料
CN101243203A (zh) * 2005-07-12 2008-08-13 普莱克斯S.T.技术有限公司 用于镀膜操作的固定装置
US20110086233A1 (en) * 2008-06-09 2011-04-14 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Hard coating layer and method for forming the same
CN102773733A (zh) * 2012-07-18 2012-11-14 西安航空动力股份有限公司 一种精锻叶片型面定位装夹的方法及其夹具
US20130149450A1 (en) * 2011-12-08 2013-06-13 Albert Feuerstein Tooling fixture assembly for use in a coating operation
DE102015105169A1 (de) * 2015-04-02 2016-10-06 Cemecon Ag Chargierung von Werkstücken in einer Beschichtungsanlage
CN107427856A (zh) * 2015-03-13 2017-12-01 株式会社Ihi 叶片的涂装装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6111222Y2 (zh) * 1980-12-19 1986-04-09
US6037004A (en) * 1997-12-19 2000-03-14 United Technologies Corporation Shield and method for protecting an airfoil surface
JP4806268B2 (ja) * 2006-02-10 2011-11-02 株式会社シンクロン 薄膜形成装置および薄膜形成方法
EP2190591A4 (en) * 2007-06-05 2012-04-04 Deposition Sciences Inc METHOD AND APPARATUS FOR HIGH SPEED AND LOW COST DEPOSITION TOOLS
DE102010056157A1 (de) * 2010-12-28 2012-06-28 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Halterung für Bohrkopfbeschichtung

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6866889B1 (en) * 1999-07-14 2005-03-15 Dormer Tools (Sheffield) Limited Method and means for drill production
CN101243203A (zh) * 2005-07-12 2008-08-13 普莱克斯S.T.技术有限公司 用于镀膜操作的固定装置
CN1971001A (zh) * 2005-10-31 2007-05-30 株式会社东芝 蒸汽涡轮机和用于该蒸汽涡轮机的亲水涂覆材料
US20110086233A1 (en) * 2008-06-09 2011-04-14 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Hard coating layer and method for forming the same
US20130149450A1 (en) * 2011-12-08 2013-06-13 Albert Feuerstein Tooling fixture assembly for use in a coating operation
CN102773733A (zh) * 2012-07-18 2012-11-14 西安航空动力股份有限公司 一种精锻叶片型面定位装夹的方法及其夹具
CN107427856A (zh) * 2015-03-13 2017-12-01 株式会社Ihi 叶片的涂装装置
DE102015105169A1 (de) * 2015-04-02 2016-10-06 Cemecon Ag Chargierung von Werkstücken in einer Beschichtungsanlage

Also Published As

Publication number Publication date
ES2960821T3 (es) 2024-03-06
EP3775314A1 (en) 2021-02-17
EP3775314B1 (en) 2023-07-12
JP2021519861A (ja) 2021-08-12
CA3095064A1 (en) 2019-10-03
CN111936661B (zh) 2022-10-28
KR20200135870A (ko) 2020-12-03
US20210010128A1 (en) 2021-01-14
WO2019185914A1 (en) 2019-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111936661B (zh) 用于基片的选择性蒸气涂覆的装置和方法
US6224673B1 (en) Apparatus for masking turbine components during vapor phase diffusion coating
US6296705B1 (en) Masking fixture and method
US7837843B2 (en) Fixture for use in a coating operation
US5792267A (en) Coating fixture for a turbine engine blade
US20100000468A1 (en) Method and device to prevent coating a dovetail of a turbine airfoil
US10406555B2 (en) Spray masking for rotors
CA2441490A1 (en) Method for vapor phase aluminiding of a gas turbine blade partially masked with a masking enclosure
US8323409B2 (en) Systems and methods for forming components with thermal barrier coatings
US6485655B1 (en) Method and apparatus for retaining an internal coating during article repair
KR102120964B1 (ko) 코팅 관련 작업에서 이용하기 위한 다기능 툴링 고정구 조립체
US20200149420A1 (en) Apparatus and method for masking under platform areas of airfoil components
EP2309016B1 (en) Method and arrangement for a spray coating process
GB2402643A (en) A welding process using a cooling chamber

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant