DE102011082825A1

DE102011082825A1 - Vorrichtung zur Aerosol-Abscheidung auf Substrate

Info

Publication number: DE102011082825A1
Application number: DE102011082825A
Authority: DE
Inventors: Stefan Denneler; Ute Liepold; Martin Stambke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aerosol-Abscheidung auf Substrate, die hinsichtlich der Wartung und der Rohmaterialverwertung optimiert ist. Dazu werden in der Abscheidekammer Aufprallwände und/oder Auffangvorrichtungen installiert, durch die Beläge an den Innenseiten der Abscheidekammer vermindert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aerosol-Abscheidung auf Substrate, die hinsichtlich der Wartungserfodernisse und der Rohmaterialverwertung optimiert ist.
Bei der Herstellung von keramischen Geräten ist es oft schwierig, die Keramik mit den niedrig schmelzenden Teilen oder Komponenten zu verbinden, da die Keramik bei Temperaturen über 1000°C gesintert wird. Weil die neue Aerosol Deposition Methode (ADM) dieses Problem zumindest für die Bildung dünner keramischer Schichten löst, ist sie eine sehr zukunftsträchtige Technik.
Bekannt ist eine Aerosol-Abscheidevorrichtung für die Aerosol Deposition Methode (ADM) beispielsweise aus der Veröffentlichung von Jun Akedo „Room Temperature Impact Consolidation (RTIC) of Fine Ceramic Powder by Aerosol Deposition Method and Applications to Microdevices" in JTTEE5 17: 181–198 ASM International.
Bei der ADM wird aus einem Pulver ein Aerosol hergestellt, das in einer Vakuumstrecke beschleunigt wird. Die Pulverpartikel treten anschließend aus einer vorzugsweise in 3 Achsen verfahrbaren Düse aus und treffen mit einer sehr hohen kinetischen Energie auf ein Substrat, das gegenüber der Düse in der Abscheidekammer angeordnet ist, auf. Aufgrund des hohen Energieeintrags wird aus den Pulverpartikeln in situ eine hochdichte, nanokristalline Schicht erzeugt.
Nachteilig an den bekannten Verfahren ist jedoch, dass Pulver in der Abscheidekammer nur teilweise auf dem Substrat abgeschieden wird, weitere Teile des Pulvers bilden auf den Kammerinnenwänden der Abscheidekammer und/oder in den Leitungen oder Pumpen Beläge, die nicht erwünscht sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Beläge zu vermindern und dabei Rohmaterial an Pulver zu recyclieren, also wieder nutzbar zu machen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung, wie er in den Ansprüchen, der Beschreibung und der Figur offenbart wird, gelöst.
Entsprechend ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Aerosol-Abscheidung von Pulvern, wobei eine erste Kammer vorgesehen ist, in der aus einem Pulver mit einem Trägergas ein Aerosol herstellbar ist und eine zweite Kammer als Abscheidekammer vorgesehen ist, wobei in der Abscheidekammer eine Düse ist, die über eine Leitung mit der ersten Kammer verbunden ist und in der Abscheidekammer eine weitere Leitung vorgesehen ist, die zu einer Unterdruckpumpe führt, wobei die Abscheidkammer weiterhin eine Halterung für ein Substrat aufweist, die gegenüber und im Abstand zu der Düse angeordnet ist, wobei in der Abscheidkammer aus der Düse austretendes Aerosol auf der, der Düse zugewandten, Substratseite abgeschieden wird dadurch gekennzeichnet, dass in der Abscheidekammer Abprallwände und/oder Auffangelemente vorgesehen sind, die die Innenwände der Abscheidkammer vor Belägen schützen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist zwischen der Abscheidekammer und der Unterdruckpumpe noch eine oder mehrere Vorrichtung(en) zum Auffangen von ungenutztem Pulver vorgesehen. Diese kann Kühlfallen, Lösungen und/oder verschiedene Filtersysteme umfassen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Abprallwände miteinander verbunden, so dass sie eine Kammer in der Abscheidekammer ergeben, die sowohl die Düse und/oder das Substrat umschließt und so einen maximalen Schutz der Innenwände der Abscheidekammer vor Belägen gewährleistet.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Abprallwände untereinander und mit der Auffangvorrichtung so verbunden sind, dass das dort abgeschiedene Pulver durch gängige Verfahren wie Abkehren, Abblasen, Abklopfen, Abkratzen etc. zurück gewonnen, also recycliert, werden kann.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform bilden die Abprallwände ein dreiseitiges Gehäuse um die Düse und das Substrat, wobei die vierte Seite durch eine Auffangvorrichtung, beispielsweise eine, die anderen drei Seiten einschließende, Wanne gebildet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand von zwei Figuren, die verschiedene Ansichten einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigen, näher erläutert:
1 zeigt einen Ausschnitt einer Abscheidekammer einer Aerosol-Abscheidevorrichtung mit Abprallplatten und einer Auffangvorrichtung für Aerosol aus der Düse, das nicht am Substrat haftet.
2 zeigt den gleichen Ausschnitt aus einer Abscheidekammer einer Aerosol-Abscheidevorrichtung mit weiteren Abprallplatten.
In 1 ist zunächst von oben kommend – unverändert gegenüber dem Stand der Technik von beispielsweise Jun Akedo – die Halterung 1 für das Substrat 3 zu erkennen, die verschiedene Ausführungen haben kann, hier beispielsweise als runde Stange mit Schraubklemmen ausgeführt, wobei die Halterung 1 für das Substrat 3 die Gehäusewand 4 einer Abscheidekammer 2 einer Aerosol-Abscheidevorrichtung durchbricht. Innerhalb der Abscheidekammer 2 befindet sich das Substrat 3 am unteren Ende der Halterung 1 für das Substrat 3 und oberhalb einer Düse 5, durch die ein Aerosolstrahl 6 mit Pulver, das auf dem Substrat 3 abgeschieden werden soll, austritt.
An der Halterung 1 für das Substrat 3 ist eine Abprallplatte 7 befestigt, die die Innenwände 8 der Abscheidekammer 2 vor Belägen schützt. An der Abprallplatte 7 sind weitere Abprallplatten 7' vorgesehen, so dass sich um die Düse 5 und das Substrat 3 herum eine nach zwei Seiten offene Schutzhülle 13 bildet. Gemäß der hier gezeigten Ausführungsform sind beispielsweise noch Elemente zur Fixierung 9 vorgesehen, durch die die Abprallwände 7 und 7' am Substrat 3 fixiert sind.
Unterhalb des Substrates 3 und der Düse 5 befindet sich eine Auffangvorrichtung 10, die hier als einfache Wanne ausgebildet ist. Wie gezeigt, ist die Wanne 10 größer als die Schutzhälle
Die Abscheidekammer 2 verfügt noch über eine Leitung 11, die zur Unterdruckpumpe (nicht gezeigt) führt.
Die 2 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie 1, nur dass hier die Abprallwände 7 und 7' die Düse 5 und das Substrat 3 vollständig umschließen. Die Schutzhülle 13 bildet mit der Auffangvorrichtung 10 eine abgeschlossene Kammer in der Abscheidekammer. Die Abprallwände 7 und 7' sind mit Elementen zur Verbindung 12 miteinander lösbar verbunden und bilden so die Schutzhülle 13, die in der als Wanne ausgebildeten Auffangvorrichtung 10 steht.
Durch die hier gezeigte Vorrichtung ist es möglich, den Wartungsaufwand einer Vorrichtung zur Aerosol-Abscheidung gemäß dem ADM-Verfahren deutlich zu vermindern. Gleichzeitig wird noch erreicht, dass Pulver das nicht abgeschieden wird, auf einfache Weise zurück gewonnen, also recycliert werden kann.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aerosol-Abscheidung auf Substrate, die hinsichtlich der Wartung und der Rohmaterialverwertung optimiert ist. Dazu werden in der Abscheidekammer Aufprallwände und/oder Auffangvorrichtungen installiert, durch die Beläge an den Innenseiten der Abscheidekammer vermindert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Jun Akedo „Room Temperature Impact Consolidation (RTIC) of Fine Ceramic Powder by Aerosol Deposition Method and Applications to Microdevices“ in JTTEE5 17: 181–198 ASM International [0003]

Claims

Vorrichtung zur Aerosol-Abscheidung von Pulvern, wobei eine erste Kammer vorgesehen ist, in der aus einem Pulver mit einem Trägergas ein Aerosol herstellbar ist und eine zweite Kammer als Abscheidekammer (2) vorgesehen ist, wobei in der Abscheidekammer (2) eine Düse (5) ist, die über eine Leitung mit der ersten Kammer verbunden ist und in der Abscheidekammer (2) eine weitere Leitung (11) vorgesehen ist, die zu einer Unterdruckpumpe führt, wobei die Abscheidkammer (2) weiterhin eine Halterung (1) für ein Substrat (3) aufweist, die gegenüber und im Abstand zu der Düse (5) angeordnet ist, wobei in der Abscheidkammer (2) aus der Düse (5) austretendes Aerosol auf der, der Düse (5) zugewandten, Seite des Substrates (3) abgeschieden wird dadurch gekennzeichnet, dass in der Abscheidekammer (2) Abprallwände (7, 7') und/oder Auffangelemente (10) vorgesehen sind, die die Innenwände (8) der Abscheidkammer (2) vor Belägen schützen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwischen der Abscheidkammer (2) und der Unterdruckpumpe noch weitere Vorrichtungen zum Auffangen von ungenutztem Pulver vorgesehen sind.
Vorrichtungen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abprallwände (7, 7') eine Schutzhülle (13) um eine Düse (5) und/oder das Substrat (3) bilden.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auffangvorrichtung (10) als Wanne ausgebildet ist.