DD227730A1

DD227730A1 - Anordnung und verfahren zum beschichten

Info

Publication number: DD227730A1
Application number: DD26786184A
Authority: DD
Inventors: Bernd Oertel; Helmut Herzer
Original assignee: Ilmenau Tech Hochschule
Priority date: 1984-10-01
Filing date: 1984-10-01
Publication date: 1985-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Beschichten von Innenflaechen durch beispielsweise die CVD-Technik oder durch Oxidation als Folge der Reaktion mit einem gasfoermigen Medium, wobei nach Figur 1 der zu beschichtende Hohlkoerper der Hauptbestandteil des Reaktors darstellt. Im Reaktor befindet sich eine Umlenkeinrichtung, welche einen Energiestrahl auf die zu beschichtende Oberflaeche lenkt. In der Umlenkeinrichtung oder in ihrer Umgebung befinden sich Duesen, welche das Reaktionsgas- oder Gemisch liefern. Durch Ueberlagerung einer Dreh- mit einer Laengsbewegung koennen flaechen-, punkt- oder linienfoermige Innenbeschichtungen erzielt werden.

Description

Anordnung und Verfahren zum Beschichten Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Beschichten von Innenflächen, welche aufgrund ihrer Lage durch herkömmliche Verfahren nicht gleichmäßig oder überhaupt nicht beschichtet werden können.

Charkteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß CVD-Beschichtungen sehr vorteilhafte Oberflächenüberzilge gegenüber Reibung, Verschleiß und Korrosion ergeben. In der Regel sind Substrattemperaturen größer 600 K erforderlich (Metall !35 (1981), 12, 1256), Die hohe Temperaturen führen zu Eigenschaftsveränderungenifes Werkstoffs, verändern seinen Spannungszustand und können bei Kleinteilen erheblichen Verzug hervorrufen. Die Beschichtung der Innenfläche von Rohren oder Bohrungen kann nur am Rande erzielt werden. Ober die gesamte Länge ist die Schichtdicke sehr unterschiedlich wegen der Gaszuführung über die Rohr- bzw. Bohrungsenden. Es können im Gasstrom metallische Partikel einem Laserfokus zur Aufschmelzung zugeführt werden (DE 3011022), welche sich im schmelzflüssigen Zustand mit dem Grundwerkstoff verbinden, Es ist-weiter bekannt, daß ein gasförmiges Produkt in die

Nähe eines Laserstrahles geführt wird, welches dort dissoziiert und mit dem Substratwerkstoff reagiert (DE 3013679). Die hohe Temperaturbelastung für das ganze Werkstück ist nicht mehr notwendig, wenn ein Laserstrahl die notwendige Energie liefert (G. Appl. Phys. 52 (1981) 11, 6501). Auch ist bekannt,daß mit Hilfe von Energiestrahlen Gefügeänderungen in der Oberfläche erzeugt werden können. Darüberhinaus ist bekannt, daß Laserstrahlen über Spiegel oder Spiegelsysteme umgelenkt und an innere Oberflächen geführt werden können (DE OS 2743991; DE OS 2908195; US 4017708)♦

Die Anwendung der CVD-Technik auf die Beschichtung von Innenflächen hat folgende Mangel: sehr hohe Substrattemperaturen können zu Eigenschaftsveränderungen führen und an Kleinteilen erheblichen Verzug hervorrufen. Wegen der Gaszuführung über die" Rohrenden verläuft die Gasreaktion oder -zersetzung an den Stellen der Gaszuführung bevorzugt ab und die Schichtdicke ist ungleichmäßig über die gesamte Länge beispielsweise von Bohrungen oder Rohren.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zu entwickeln, wodurch die beschriebenen Nachteile vermieden werden und die Herstellung von CVD-Oxid- und anderen Reaktionsschichten an allen Innenflächen möglich wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zu erarbeiten, um Innenflächen — beispielsweise von Rohren und Bohrungen - mittels CVD-Technik durch örtlich begrenzte Zufuhr der notwendigen Reaktionsenergie zu beschichten oder die Oberfläche vorzugsweise mit einem gasförmigen Medium durch Reaktion mit dem

Substratwerkstoff zu bearbeiten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der zu behandelnde Hohlkörper selbst Hauptbestandteil eines offenen oder geschlossenen Reaktors ist, welcher an seinem Ende verschlossen ist. Im Reaktor befindet sich eine Umlenkeinrichtung für Energiestrahlen, durch die der Strahl auf die Oberfläche gelenkt wird. Die Einrichtung ist in einem Flansch drehbar gelagert und kann in Richtung des Energiestrahles bewegt werden. Das Gasgemisch kann durch eine in der Umlenkeinrichtung enthaltende Düse durch Zusatzdüsen, die sich in der Nähe des Bestrahlungspunktes befinden, oder durch die im Reaktor enthaltende Gasmenge in diesem Punkt reagieren. Die Reaktionsprodukte scheiden sich auf der Oberfläche ab oder das Medium reagiert mit der Substratoberfläche. Während der Behandlung werden nur geringste Oberflächenbereiche thermisch belastet. Gleichzeitig kann ein günstiger Aufhärteeffekt bei der Verwendung von geeigenten Energiestrahlen in der Oberfläche des Substratwerkstoffes erzielt werden.

Wurde die zu beschichtende Fläche entsprechend gereinigt, werden die Enden dicht verschlossen. Bei Verwendung eines geschlossenen Reaktors wird dieser mit den Gasen in entsprechenden Partialdrücken gefüllt und verschlossen. Sonst, wird über eine Vakuumpumpe und über die Gaszuführeinrichtungen der entsprechende Gasdruck eingestellt. Die Strahlenergie und die Art der Strahlung ist dem Schichtwerkstoff anzupassen. Die Umlenkeinrichtung kann soweit abgesenkt werden, bis die gewünschte Fläche beschichtet ist. Bei Verwendung einer einfachen Spiegelfläche sind beispielsweise linienhafte, spiral-, kreisförmige und andere Beschichtungsmuster herstellbar.

Bei Anwendung eines Kegels ist es vorteilhaft, diesen zusätzlich zu drehen, um Inhomogenitäten in der·Spiegelflache zu unterdrücken.

In vielen Fällen läßt sich gleichzeitig eine zusätzliche Aufhärtung der ursprünglichen Substratoberfläche erreichen. Für

den Fall der Reaktion der Substratoberfläche mit einem gasförmigen Medium ist ebenso zu verfahren.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden. Figur 1 zeigt die prinzipielle Anordnung des Reaktors, wobei der innen zu beschichtende Hohlkörper 1 das wesentlichste Element des Reaktors ist. Das obere Ende des Hohlkörpers 1 ist mit einem Flansch verschlossen, der ein die Energiestrahlung 2 durchlässiges Fenster 3 enthält. Dort tritt die Energiestrahlung in den Reaktorraum 4 ein. Das andere Ende ist ebenfalls verschlossen. In dem Flansch 5 ist eine Energiestrahlumlenkeinrichtung 6 drehbar und in die Richtung der Strahlung 2 verschiebbar gelagert. Es sind zusätzlich öffnungen für den Gasein- und Gasaustritt 8 angebracht, die auch wahlweise für die Erzeugung eines Vakuums benutzt werden können. Figur 2 zeigt den oberen Teil der Umlenkeinrichtung 6, die hier als Kegel ausgebildet ist. Wahlweise kann das Reaktionsgas durch eine in der Umlenkeinrichtung 6 angebrachten Düse 9 oder durch zusätzlich angebrachte Düsenoder durch die im Flansch angebrachte Eintrittsöffnung 7 in die Nahe der Werkstückoberfläche gebracht werden. Die Düse 9 kann so gestaltet sein oder die zusätzlichen Düsen sind so angeordnet, daß das Reaktionsgas im Bestrahlungspunkt auftrifft. Das aufschraubbare Unterteil kann als Führung 10 dienen. Die Gaszuführung erfolgt über die Bohrung 11. An Stelle der kegligen Abdeckeinrichtung ist auch eine normale Spiegelfläche zu verwenden.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Anordnung zum Beschichten in einem Reaktorraum mit Umlenkeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf seinen Innenflächen zu beschichtender Hohlkörper (1) selbst Hauptbestandteil eines Reaktors ist und die Umlenkeinrichtung (6) in einem Flansch (5) dreh- und verschiebbar gelagert ist.

2. Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung (6) drehbar gelagert ist.

3. Anordnung nach Punkt I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung (6) verschiebbar gelagert ist.

4. Anordnung nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung Düsen (9) besitzt.

5. Anordnung nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Reaktionsstelle zusätzliche Düsen (9) angebracht sind.

6. Anordnung nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil der Umlenkeinrichtung (6) als Führung (10) ausgebildet ist.

7. Verfahren zum Beschichten durch Gaszersetzung und Reaktion mit der Substratoberfläche oder durch Reaktion eines Gases oder Gasgemisches mit anschließender Kondensation auf der Oberfläche unter Verwendung von geeigneten Energiestrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reaktion und Kondensation an den Innenflächen des Hohlkörpers (1) nur dort stattfindet, wohin der Energiestrahl über die Uralenkeinrichtung (6) geführt wird.

8. Verfahren nach Punkt 7, dadurch gekennzeichnet, daß

bei Verwendung eines Kegels als Umlenkeinrichtung (6) dieser zusätzlich gedreht wird.

9« Verfahren nach Punkt 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von Substrat- und Beschichtungswerkstoff und der Strahlungsenergie der Substratwerkstoff zusätzlich gehärtet wird.

Hierzu 4 Seite Zeichnungen