CZ2006324A3 - Optický prvek pro promenné dopravní znacky, informacní tabule, výstražné blikace a podobne - Google Patents

Abstract

Optický prvek, urcený zejména pro promenné dopravní znacky, sestává ze svetelného zdroje (1), napríklad svetloemitující diody LED, jedné optické cocky (2) se dvema zakrivenými plochami a chladice (4), pricemž svetelný zdroj (1) a optická cocka (2) jsou usporádány koaxiálne ve spolecném pouzdru (3).Optická cocka (2) je vytvorena se dvema zakrivenými plochami, pricemž první zakrivená plocha (6) optické cocky (2) je vytvorena jako rotacní a jejím meridiánem je prímka a krivka tretího rádu. Svetelné paprsky, vycházející ze svetelného zdroje jsou plne zachycovány první zakrivenou plochou (6) optické cocky a jsou lomeny na ní tak, že vytvárejí divergentní svazek paprsku procházejících optickou cockou a dopadají na druhou zakrivenou plochu (7), která je vytvorena jako astigmatická a paprsky se na ní lámou do horizontálního i vertikálního smerupodle urcitých zadání. Tvar druhé zakrivené plochy (7) optické cocky (2) a délka optické cocky jsounavrženy tak, aby slunecní svetlo (8) zvencí dopadající pod zadaným mezním úhlem .alfa., bylo odkloneno na válcovou cást optické cocky (2) a zde rozptýleno, takže nedojde ke vzniku fantomu - falešné svetlo, které vznikne v návestní svítilne z cizíhosvetelného zdroje, zejména pri dopadu slunecních paprsku pod urcitým úhlem, což je nebezpecné u povolujících návestí.

Description

Optický prvek, určený zejména pro proměnné dopravní značky, sestává ze světelného zdroje (1), například světloemitující diody LED, jedné optické čočky (2) se dvěma zakřivenými plochami a chladiče (4), přičemž světelný zdroj (1) a optická čočka (2) jsou uspořádány koaxiálně ve společném pouzdru (3). Optická čočka (2) je vytvořena se dvěma zakřivenými plochami, přičemž první zakřivená plocha (6) optické čočky (2) jc vytvořena jako rotační a jejím meridiánem je přímka a křivka třetího řádu. Světelné paprsky, vycházející ze světelného zdroje jsou plně zachycovány první zakřivenou plochou (6) optické čočky a jsou lomeny na ní tak, že vytvářejí divergentní svazek paprsků procházejících optickou čočkou a dopadají na druhou zakřivenou plochu (7), která je vytvořena jako astigmatická a paprsky se na ní lámou do horizontálního i vertikálního směru podle určitých zadání. Tvar druhé zakřivené plochy (7) optické čočky (2) a délka optické čočky jsou navrženy tak, aby sluneční světlo (8) zvenčí dopadající pod zadaným mezním úhlem a, bylo odkloněno na válcovou část optické čočky (2) a zde rozptýleno, takže nedojde ke vzniku fantomů - falešné světlo, které vznikne v návěstni svítilně z cizího světelného zdroje, zejména při dopadu slunečních paprsků pod určitým úhlem, což je nebezpečné u povolujících návěstí.

I

Způsob výroby naprašovacích targetů

Oblast techniky

Vynález se týká technologie na výrobu naprašovácích targetů (sputtering targets) metodou studeného nástřiku - „cold dynamic spray“.

Dosavadní stav techniky

Naprašovací targety jsou používány zejména pro nanášení metalických nebo oxidických vrstev při výrobě velkoplošného skla, ve strojírenském a automobilovém průmyslu k tvorbě ochranných, dekorativních nebo funkčních vrstev a při výrobě pokročilých elektrotechnických součástek.

V současnosti se naprašovací targety vyrábějí klasickými metalurgickými postupy a to buď práškovou metalurgií tak, jak je uvedeno v dokumentu US20070086909, kdy se target vyrábí sintrováním výchozího práškového kovu metodou izostatického lisování za tepla - „hot isostatic pressing“, dále tavením s následným odléváním do příslušné formy a tvářením, tepelným nástřikem plazmou, elektrickým obloukem či plamenem nebo extruzí. Cílem těchto technologií je vždy dosáhnout co nejvíce homogenní ajemnozmné struktury. Metalografická velikost zrn je přitom jedním z rozhodujících parametrů funkčnosti targetů a nesmí přesáhnout 100 mikrometrů. V zásadě platí, že čím menší má target zrno, tím kvalitnější povlaky jím lze následně naprášit a zároveň tím větší životnosti a využitelnosti target dosahuje, což má zásadní ekonomický a kvalitativní vliv pro uživatele těchto targetů.

Ze stavu techniky je známo, že pro dosažení požadované finální mikrostruktury naprašovacích targetů klasickými technologiemi je nutné po odlití nebo zformování targetů provádět rekrystalizační žíhání spojené s mechanickou deformací targetů. Dále je u těchto technologií nutné, že po výrobě se většinou musí připevnit na podkladovou desku buď pájením, lepením nebo mechanickoumontáží.

Trubkové nebo ploché intermetalické naprašovací targety vyráběné práškovou metalurgii se po kompaktaci lisováním musí slinovat za zvýšených teplot a většinou v inertní atmosféře, přičemž hustota takto vyrobeného targetů dosahuje maximálně 85 % teoretické hustoty materiálu.

Trubkové nebo ploché naprašovací targety vyráběné tepelným nástřikem pomocí plazmového, obloukového nebo plamenného hořáku se přímo nanášejí na nosnou trubku nebo desku a po nástřiku tepelně opracovávají z důvodu eliminace pnutí vzniklých v nastříkaném materiálů a mezi nastříkaným a podkladovým materiálem. Tato technika pak vede k růstu zrna takto vyrobeného produktu a navíc opět praktická hustota targetů dosahuje maximálně 90 % teoretické hustoty.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje podstata tohoto vynálezu, kterou je způsob výroby naprašovacích targetů metodou studeného nástřiku „cold dynamic spray“, který spočívá • · »··· * · · · • · • · ·· • ·· v akceleraci práškových kovů, jejich slitin, směsí s jinými kovy a oxidy kovů nebo přímo oxidy kovů (keramickými materiály) na rychlost převyšující 500m/s a zajišťující tak dostatečnou plastickou deformaci a spojení prachových částic při dopadu na substrát. Zároveň tato technologie umožňuje renovaci použitých targetů doplněním odprášené vrstvy, a tak jejich bezproblémovou recyklaci a znovu využití.

Metoda (technika) studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ využívá schopnosti částic se při dopadu na podložní materiál plasticky deformovat, a v důsledku toho i spojovat při překročení kritické rychlosti, která obvykle činí 500 m/s. Za účelem dosažení supersonických rychlostí částic byly vyvinuty vysokotlaká zařízení, umožňující orientovaný tok částic. Nosným, tj. akceleračním plynem bývá obvykle helium, dusík nebo vzduch a velkou výhodou této nové technologie na rozdíl od tepelných nástřiků vrstev je, že depozice probíhá za nízkých teplot do asi 600 °C podle typu stříkaného materiálu, čímž ve vznikající vrstvě nevzniká mechanické pnutí.

Cílem vynálezu je konkrétně způsob výroby trubkových nebo planámích naprašovacích targetů (sputtering targets) pomocí nástřiku prášků kovů nebo směsí prášků kovů na podkladový materiál metodou studeného nástřiku - „cold dynamic spray“. '

Kovem je podle vynálezu míněn jakýkoliv prvek z periodické tabulky prvků vykazující kovové vlastnosti.

Dalším výhodným provedením vynálezu je, že práškovým materiálem jsou slitinové prášky kovů, přičemž kovem může být jakýkoliv kov tvořící slitiny.

Konkrétním dalším výhodným provedením vynálezu je, že práškovým materiálem jsou směsi čistých práškových kovů nebo slitinové prášky kovů s práškovými oxidy kovů.

V ještě dalším výhodném provedení jsou práškovým materiálem směsi práškových oxidů kovů a jejich směsi.

r“

Oxidy kovu jsou ve smyslu vynálezu míněny sloučeniny jakéhokoliv prvku z periodické tabulky prvků vykazující kovové vlastnosti s kyslíkem.

Způsob podle vynálezu zahrnuje nástřik práškových materiálů, kdy rychlost jednotlivých částic prášku dosahuje rychlostí 500 - 1500 m/s, s výhodou 600 - 1000 m/s pomocí proudu plynů, kterými jsou helim (He), dusík (N2) nebo vzduch, přičemž se prášek s vysokou kinetickou energií při nárazu na podkladový materiál, tj. trubku v případě trubkových naprašovacích targetů nebo plochou formu v případě planámích naprašovacích targetů, plasticky deformuje, spojuje a vytváří vrstvu požadované tloušťky.

Podkladovým materiálem (nosičem) může být ocel, keramika, sklo, plast nebo papír.

Tímto způsobem lze vyrábět naprašovací targety s libovolnou tloušťkou vrstvy naprašovaného materiálu od tloušťky vrstvy 5 mikrometrů až po neomezenou tloušťku, typicky do 100 až 300 mm, přičemž odpadá nutnost mechanického tváření a tepelného zpracování za účelem dosažení požadované struktury targetů. Mezi opěrnou deskou a targetem nastříkaným podle tohoto vynálezu nevznikají žádná mechanická pnutí a vytváří se jemnozmná struktura, kterou lze velmi jednoduše řídit volbou vhodné granulometrie stříkaného prášku.

• · • « « · ·· · · ··

Oproti tepelným nástřikům je obrovskou výhodou metody studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ pro výrobu naprašovacích targetů, že vzniká kompaktní homogenní vrstva, bez vnitřního mechanického pnutí, čímž vylučuje následné žíhání, a tím významně setři náklady na výrobu a zvyšuje kvalitu takto vyrobeného targetu, jemné krystalické struktury dané volbou velikosti zrn prášků a dosahující 99% hustoty ve srovnání s teoretickou hustotou nastříkávaného materiálu a s porozitou menší než 0,5 % objemu targetu.

Další výhodou naprašovacích targetů pomocí metody studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ je uniformí jemnozmná a izotropní struktura, což zajišťuje oproti ostatním technikám výroby stejné vlastnosti targetu ve všech jeho částech a tyto vlastnosti lze snadno řídit volbou vhodných parametrů stříkaného prášku.

Dle vynálezu bylo dále zjištěno, že metodou studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ lze dosáhnout požadovaných strukturních parametrů přímo při tvorbě základního tvaru targetu, čímž odpadají nákladné operace mechanického tváření a žíhání. Zároveň metoda studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ umožňuje zkrácení výrobních časů o 30 %,

Velkou výhodou uvedené metody studeného nástřiku - „cold spray“ je to, že zcela vylučuje výše uvedené operace připevnění targetu na podkladovou desku, protože tvorba targetu probíhá přímo na základovou desku, kdy target je spojen s podkladovou deskou pomocí plastické deformace dopadajících částic materiálu targetu.

Dalším přínosem vynálezu je, že metoda studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ umožňuje výrobu, na rozdíl od uvedeného stavu techniky, intermetalických targetů s hustotou minimálně 99 % teoretické hustoty daného materiálu, což má opět pozitivní vliv na kvalitu naprašovaného povlaku a životnost targetu.

Příklady provedení

Záměrem následujících příkladů je ilustrovat podrobněji předmět vynálezu, přičemž uvedené příklady nejsou žádným způsobem omezující a rozsah vynálezu je vymezen patentovými nároky.

Příklad č.1

K výrobě trubkového targetu bylo použito 25 000 g stříbrného prášku o ryzosti 99,99 % s velikostí zrn v rozsahu 1 až 32 mikrometrů získaného sítováním vstupující suroviny. Jako podkladový materiál byla použita ocelová trubka o průměru 115 mm z materiálu AISI316L . otryskaná korundovým práškem. V průběhu osmi hodin byl metodou studeného nástřiku „cold dynamic spray“ vytvořen stříbrný target, tj. stříbrná vrstva na podkladové ocelové trubce o rovnoměrné tloušťce 22 mm. Následně byl z části targetu proveden metalurgický výbrus (Obr.l) ze kterého vyplývá, že zrnitost targetu je menší než 32 mikrometrů, přičemž porozita byla menší než 0,05 %. Target byl následně odprašován a bylo provedeno vyhodnocení se srovnávacím stříbrným targetem vyrobeným odléváním s následným tvářením a tepelným opracováním. Životnost targetu vyrobeného metodou studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ byla o 16 % vyšší.

Příklad č.2 • ··· • » ··«· ···· ·

Φ · • ·Φ·

Κ výrobě planárního targetu bylo použito 20 000 g prášku zinkové slitiny s obsahem 2 % hliníku o ryzosti 99,99 % s velikostí zm v rozsahu 1 až 32 mikrometrů získané sítováním vstupující suroviny. Jako podkladový materiál byla použita ocelová podložní deska z materiálu AISI316L otryskaná korundovým práškem a opatřená grafitovým separačním nátěrem. V průběhu pěti hodin byl metodou studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ vytvořen Zn target s obsahem hliníku 2 %, tj. ZnA12 vrstva na podkladové ocelové desce o rovnoměrné tloušťce lOmm. Porozita targetu byla menší než 0,25 %. Target byl následně odprašován a bylo provedeno vyhodnocení se srovnávacím ZnA12 targetem vyrobeným plazmovým nástřikem s tepelným opracováním. Životnost targetu vyrobeného metodou metodou studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ byla o 10 % vyšší.

Příklad č.3

K výrobě trubkového targetu bylo použito 9 300 g niklového prášku o ryzosti 99,99 % s velikostí zm v rozsahu 1 až 80 mikrometrů a 700 g vanadového prášku o ryzosti 99,99 % s velikostí zm v rozsahu 1 až 32 mikrometrů získaného sítováním vstupující suroviny. Jako podkladový materiál byla použita ocelová deska o rozměru 100 mm x 300 m z materiálu AISI316L otryskaná korundovým práškem. V průběhu čtyřech hodin byl metodou studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ vytvořen Ni target s obsahem vanadu 7 %, tj. N1V7 vrstva na podkladové ocelové desce o rovnoměrné tloušťce 38,7 mm. Porozita targetu byla menší než 0,30 %. Target byl následně odprašován a bylo provedeno vyhodnocení se srovnávacím ZnA12 targetem vyrobeným plazmovým nástřikem s tepelným opracováním, Životnost targetu vyrobeného metodou studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ byla o 12% vyšší.

Příklad č.4

K výrobě trubkového targetu bylo použito 15 000 g T1O2 prášku o ryzosti 99,99 % s velikostí zm v rozsahu 1 až 32 mikrometrů a 750 g Ti prášku o ryzosti 99,99 * % s velikosti zm v rozsahu 1 až 32 mikrometrů. Jako podkladový materiál byla použita ocelová trubka o průměru 115 mm z materiálu AISI316L otryskaná korundovým práškem. V průběhu šesti hodin byl metodou studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ vytvořen TiO i ,9 target, tj . T1O2 + Ti vrstva na podkladové ocelové trubce o rovnoměrné tlouštce 20 mm. Porozita byla menší než 0,25 %. Target byl následně odprašován a bylo provedeno vyhodnocení se srovnávacím TiOi,9 targetem vyrobeným plazmovým nástřikem a následovním tepelným opracováním. Životnost targetu vyrobeného metodou studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ byla o 14 % vyšší.

Průmyslová využitelnost

Naprašovací targety vyrobené metodou studeného nástřiku - „cold dynamic spray“ podle tohoto vynálezu mohou nahradit naprašovací targety vyráběné klasickými technologiemi.

• * · 4 · · ·

444·

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (10)

1. Způsob výroby naprašovacích targetů, zejména trubkových nebo planámích naprašovacích targetů, vyznačující se tím, že zahrnuje depozici práškových materiálů metodou studeného nástřiku - cold dynamic spray.

2. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že práškovým materiálem je čistý práškový kov nebo směs čistých práškových kovů.

3. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že práškovým materiálem jsou slitinové prášky kovů.

4. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že práškovým materiálem jsou směsi čistých práškových kovů nebo slitinové prášky kovů s práškovými oxidy kovů.

5. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že práškovým materiálem jsou práškové oxidy kovů a jejich směsi,

6. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že velikost zm nanášeného práškového materiálu je v rozsahu od 1 do 100 mikrometrů.

7. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že rychlost jednotlivých částic práškového materiálu je 500 až 1500 m/s, s výhodou 600 až 1000 m/s.

8. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že depozice práškových materiálů probíhá při teplotě do asi 600 °C.

9. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že tloušťka vrstvy napravovaného práškového materiálu je nejméně 5 mikrometrů.

10. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že porozita výsledného targetů je nižší než 0,5 % celkového objemu targetů.

f^v