DE102012200528A1 - Modifying surface properties e.g. transmissivity of substrate, comprises depositing functional layer on surface of substrate, and treating entire surface of functional layer by laser beam such that property of functional layer is changed - Google Patents

Modifying surface properties e.g. transmissivity of substrate, comprises depositing functional layer on surface of substrate, and treating entire surface of functional layer by laser beam such that property of functional layer is changed Download PDF

Info

Publication number
DE102012200528A1
DE102012200528A1 DE102012200528A DE102012200528A DE102012200528A1 DE 102012200528 A1 DE102012200528 A1 DE 102012200528A1 DE 102012200528 A DE102012200528 A DE 102012200528A DE 102012200528 A DE102012200528 A DE 102012200528A DE 102012200528 A1 DE102012200528 A1 DE 102012200528A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
functional layer
substrate
laser beam
layer
property
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.)
Withdrawn
Application number
DE102012200528A
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Struppert
Andreas Heft
Bernd Grünler
Hartmut Müller
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.)
Innovent eV Technologieentwicklung
Original Assignee
Innovent eV Technologieentwicklung
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 Innovent eV Technologieentwicklung filed Critical Innovent eV Technologieentwicklung
Priority to DE102012200528A priority Critical patent/DE102012200528A1/en
Publication of DE102012200528A1 publication Critical patent/DE102012200528A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/401Oxides containing silicon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/354Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by melting
    • 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/453Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating passing the reaction gases through burners or torches, e.g. atmospheric pressure CVD
    • 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56After-treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/34Coated articles, e.g. plated or painted; Surface treated articles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

The method comprises depositing an open-pore functional layer (5) on a surface of a substrate (2) or on a layer located on the surface of the substrate at a room temperature or at a temperature of 100[deg] C, and treating an entire surface of the functional layer by a laser beam such that a property and/or morphology of the functional layer is changed. The deposition of the functional layer is carried out, under atmospheric pressure, by chemical vapor deposition using a flame or a plasma, by a sol-gel method or by an electrochemical method. The method comprises depositing an open-pore functional layer (5) on a surface of a substrate (2) or on a layer located on the surface of the substrate at a room temperature or at a temperature of 100[deg] C, and treating an entire surface of the functional layer by a laser beam such that a property and/or morphology of the functional layer is changed. The deposition of the functional layer is carried out, under atmospheric pressure, by chemical vapor deposition using a flame or a plasma, by a sol-gel method or by an electrochemical method. The functional layer is deposited by the laser beam treatment into a predetermined depth of up to 1 micrometer over a defined short period of 10 ms, melted and compressed to improve a barrier property of the layer. The barrier property includes a barrier effect against mobile ions and a barrier effect against alkali and alkaline earth metal ions including sodium. An energy input in the laser beam treatment is controlled and/or regulated such that the substrate is heated to a temperature of 100[deg] C. Carbon dioxide laser or yttrium aluminum garnet laser with different wavelengths and different pulse mode is used for the surface treatment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung von Oberflächeneigenschaften. The invention relates to a method for changing surface properties.

Es ist bekannt, Oberflächeneigenschaften von Substraten mittels Beschichtung zu modifizieren. It is known to modify surface properties of substrates by means of coating.

Bei der Beschichtung von Oberflächen, beispielsweise zur Haftvermittlung oder zur Beeinflussung optischer Eigenschaften wie der Transmission werden möglichst gleichmäßige Schichtstärken im Nanometerbereich angestrebt. Gebräuchliche Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen sind beispielsweise die flammengestützte Abscheidung und die Flammenpyrolyse von metallischen Oxiden. Hierzu werden so genannte Precursoren einem Trägergas in einem Brenner zugesetzt, die bei der Verbrennung des Trägergases thermisch umgesetzt und deren dabei entstehende Reaktionsprodukte, beispielsweise Metalloxide, auf der Oberfläche als Beschichtung angelagert werden. In the coating of surfaces, for example for adhesion promotion or for influencing optical properties such as transmission, the most uniform layer thicknesses in the nanometer range are desired. Common methods for coating surfaces include flame-assisted deposition and flame pyrolysis of metallic oxides. For this purpose, so-called precursors are added to a carrier gas in a burner which is thermally converted during the combustion of the carrier gas and whose resulting reaction products, for example metal oxides, are deposited on the surface as a coating.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Veränderung von Oberflächeneigenschaften anzugeben. The invention is based on the object to provide an improved method for changing surface properties.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. The object is achieved by a method having the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Veränderung von Oberflächeneigenschaften eines Substrates wird mindestens eine Funktionsschicht auf einer Oberfläche des Substrats oder auf einer auf der Oberfläche befindlichen Schicht abgeschieden, wobei die Funktionsschicht in einem weiteren Schritt mittels eines Laserstrahls flächig derart behandelt wird, dass eine Eigenschaft und/oder Morphologie der Funktionsschicht verändert wird. In a method according to the invention for modifying surface properties of a substrate, at least one functional layer is deposited on a surface of the substrate or on a surface located on the surface, wherein the functional layer is surface treated in a further step by means of a laser beam such that a property and / or Morphology of the functional layer is changed.

Ein wesentlicher Teil der Modifikation der Oberflächeneigenschaften erfolgt so während der Laserstrahlbehandlung. An essential part of the modification of the surface properties takes place during the laser beam treatment.

Durch dieses Verfahren ist es möglich, Schichtmorphologien gezielt zu verändern bzw. einzustellen. By this method, it is possible to selectively change or adjust layer morphologies.

Die Funktionsschicht kann bis zu einer Temperatur von maximal 600°C, vorzugsweise bei Temperaturen < 100°C abgeschieden werden. The functional layer can be deposited up to a maximum temperature of 600 ° C., preferably at temperatures <100 ° C.

Das Verfahren bringt den großen Vorteil mit sich, dass die Schichten bei Raumtemperatur auf das jeweilige Substratmaterial aufgebracht und anschließend gezielt Eigenschaften generiert werden können. Es entfällt somit ein kostenintensiver Vorheizprozess vor der jeweiligen Beschichtung. Darüber hinaus ist es möglich, thermisch nicht stark belastbare Materialien, beispielsweise Kunststoffe mit dünnen Schichten zu versehen und diese anschließend flächig mit einem Laser zu behandeln, ohne dass hohe Substrattemperaturen (T >> 100°C) auftreten, welche zu einer Zerstörung des Materials führen würden. The method has the great advantage that the layers can be applied to the respective substrate material at room temperature and then specifically properties can be generated. It thus eliminates a costly preheating process before the respective coating. In addition, it is possible to thermally not strong resilient materials, for example, to provide plastics with thin layers and then surface treated with a laser without high substrate temperatures (T >> 100 ° C) occur, which lead to destruction of the material would.

Die Abscheidung der Funktionsschicht kann mittels chemischer Gasphasenabscheidung unter Verwendung eines Plasmas oder einer Flamme oder mittels eines Sol-Gel-Verfahrens oder elektrochemisch erfolgen. The deposition of the functional layer can be carried out by means of chemical vapor deposition using a plasma or a flame or by means of a sol-gel method or electrochemically.

Bei der chemischen Gasphasenabscheidung wird aus einem Arbeitsgas ein Plasmastrahl oder eine Flamme erzeugt. Dabei wird mindestens ein Precursormaterial dem Arbeitsgas und/oder dem Plasmastrahl bzw. dem Arbeitsgas und/oder der Flamme zugeführt und im Plasmastrahl bzw. der Flamme zur Reaktion gebracht. Dies bewirkt eine Abscheidung mindestens eines Reaktionsproduktes mindestens eines der Precursoren auf der Oberfläche des Substrats. In chemical vapor deposition, a plasma jet or a flame is generated from a working gas. In this case, at least one precursor material is supplied to the working gas and / or the plasma jet or the working gas and / or the flame and reacted in the plasma jet or the flame. This causes a deposition of at least one reaction product of at least one of the precursors on the surface of the substrate.

Der Beschichtungsprozess kann einen oder mehrere Beschichtungsdurchläufe umfassen. The coating process may include one or more coating cycles.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abscheidung unter Atmosphärendruck. In a preferred embodiment, the deposition takes place under atmospheric pressure.

Durch das Arbeiten bei Atmosphärendruck wird auf besonders vorteilhafte Weise ein zeitaufwändiger Prozessschritt der Evakuierung einer Prozesskammer sowie Apparaturen zur Vakuumerzeugung, wie Vakuumpumpen und Prozesskammer, eingespart. Eine solche Art der Beschichtung ist mit einem Plasmabrenner mit geringem Leistungseintrag (beispielsweise 100 W bis 200 W) realisierbar. By working at atmospheric pressure, a time-consuming process step of evacuation of a process chamber and apparatus for vacuum generation, such as vacuum pumps and process chamber, is saved in a particularly advantageous manner. Such a type of coating can be realized with a plasma torch with a low power input (for example 100 W to 200 W).

Vor dem Beschichtungsprozess kann ein Aktivierungsprozess stattfinden, bei dem der Plasmastrahl oder die Flamme ohne Zufuhr eines Precursormaterials die Oberfläche des Substrats überstreicht. Dadurch wird die Oberfläche gereinigt und aktiviert, was eine bessere Haftung anschließend aufgebrachter Schichten zur Folge hat. Before the coating process, an activation process may take place in which the plasma jet or the flame sweeps over the surface of the substrate without supplying a precursor material. This cleans and activates the surface, resulting in better adhesion of subsequently applied layers.

Die Laserstrahlbehandlung kann flächig, insbesondere über die gesamte Funktionsschicht erfolgen, sie kann aber auch partiell, geometrieangepasst, erfolgen. The laser beam treatment can be flat, in particular over the entire functional layer, but it can also be partial, geometry-adapted.

In einer speziellen Ausführungsform wird eine offenporige Funktionsschicht abgeschieden, die mittels der Laserstrahlbehandlung in einer definierten Tiefe bis zu einem Mikrometer (vorzugsweise 1 nm bis 200 nm) über einen definierten kurzen Zeitraum von 1 bis 500 ms, beispielsweise 10 ms, aufgeschmolzen und verdichtet wird, um eine Barriereeigenschaft der Schicht zu verbessern. In a specific embodiment, an open-pored functional layer is deposited, which is melted and compacted by laser beam treatment at a defined depth of up to one micron (preferably 1 nm to 200 nm) over a defined short period of 1 to 500 ms, for example 10 ms, to improve a barrier property of the layer.

Dabei kann eine Barrierewirkung gegenüber beweglichen Ionen, insbesondere gegenüber Alkali- und Erdalkali-Ionen, vorzugsweise Natrium, verbessert werden. In this case, a barrier effect against mobile ions, especially against alkali and alkaline earth metal ions, preferably sodium, can be improved.

Die modifizierte Funktionsschicht kann ebenso als Diffusionsbarriere gegenüber Ionen mindestens eines anderen Alkalielements, beispielsweise Kalium, und/oder gegenüber mindestens einem Erdalkalielement, beispielsweise Magnesium oder Calcium, ausgeführt werden. The modified functional layer can also be designed as a diffusion barrier to ions of at least one other alkali element, for example potassium, and / or to at least one alkaline earth element, for example magnesium or calcium.

Die modifizierte Schicht kann auch als eine Diffusionsbarriere gegenüber mindestens einem der Stoffe Sauerstoff, Wasser, Wasserdampf und/oder organischen Lösemitteln, insbesondere bei Kunststoffen ausgeführt werden. The modified layer can also be embodied as a diffusion barrier with respect to at least one of the substances oxygen, water, water vapor and / or organic solvents, in particular in the case of plastics.

Vorzugsweise wird, insbesondere bei der Behandlung thermisch nicht stark belastbarer Substrate ein Energieeintrag bei der Laserstrahlbehandlung derart gesteuert und/oder geregelt, dass das Substrat auf maximal 100°C erwärmt wird. Preferably, in particular in the treatment of substrates which are not subject to high thermal loads, an energy input in the laser beam treatment is controlled and / or regulated such that the substrate is heated to a maximum of 100 ° C.

Mit dem Verfahren können in der Schicht beispielsweise mindestens ein Oxid und/oder ein Nitrid und/oder ein Oxinitrid mindestens eines der Elemente Silicium, Titan, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Zirkon oder Bor abgeschieden werden. Für die Abscheidung von Silicium und/oder Aluminiumoxidschichten werden vorzugsweise silicium- und/oder aluminiumorganische Verbindungen als Precursoren verwendet. Solche Schichten sind besonders als Barriereschutzschichten geeignet. With the method, for example, at least one oxide and / or one nitride and / or one oxynitride of at least one of the elements silicon, titanium, aluminum, molybdenum, tungsten, vanadium, zirconium or boron can be deposited in the layer. For the deposition of silicon and / or aluminum oxide layers preferably organosilicon and / or organoaluminum compounds are used as precursors. Such layers are particularly suitable as barrier protective layers.

Diese Precursoren können in fester, flüssiger und/oder gasförmiger Form vorliegen, wobei feste und flüssige Precursoren vor dem Einleiten in das Arbeitsgas oder den Plasmastrahl zweckmäßigerweise in einen gasförmigen Zustand oder in ein Aerosol überführt werden. These precursors may be in solid, liquid and / or gaseous form, with solid and liquid precursors being advantageously converted into a gaseous state or into an aerosol before being introduced into the working gas or the plasma jet.

Ein Durchsatz des Arbeitsgases und/oder des Precursors ist bevorzugt variabel und steuerbar und/oder regelbar. A throughput of the working gas and / or the precursor is preferably variable and controllable and / or controllable.

Durch geeignete Wahl von Prozessparametern und verwendeten Precursoren sind beispielsweise folgende Eigenschaften des Substrats gezielt veränderbar: Kratzfestigkeit, Selbstheilungsfähigkeit, Reflexionsverhalten, Transmissionsverhalten, Brechungsindex, Transparenz, Lichtstreuung, elektrische Leitfähigkeit, Reibung, Haftung, Hydrophilie, Hydrophobie, Oleophilie, Oleophobie, Oberflächenspannung, Oberflächenenergie, antikorrosive Wirkung, Schmutz abweisende Wirkung, Selbstreinigungsfähigkeit, photokatalytisches Verhalten, Antistressverhalten, Verschleißverhalten, chemische Widerstandsfähigkeit, biozides Verhalten, biokompatibles Verhalten, antibakterielles Verhalten, elektrostatisches Verhalten, elektrochromes, photochromes und gasochromes Verhalten. By a suitable choice of process parameters and precursors used, for example, the following properties of the substrate are selectively changeable: scratch resistance, self-healing ability, reflection behavior, transmission behavior, refractive index, transparency, light scattering, electrical conductivity, friction, adhesion, hydrophilicity, hydrophobicity, oleophilicity, oleophobia, surface tension, surface energy, anti-corrosive effect, dirt-repellent effect, self-cleaning ability, photocatalytic behavior, anti-stress behavior, wear behavior, chemical resistance, biocidal behavior, biocompatible behavior, antibacterial behavior, electrostatic behavior, electrochromic, photochromic and gasochromic behavior.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Funktionsschicht als eine Gradientenschicht aufgebracht werden. Als Gradientenschicht soll eine Schicht verstanden werden, deren Zusammensetzung sich über ihre Dicke allmählich ändert. Der Begriff wird in Abgrenzung zu benachbarten Schichten mit verschiedenen Eigenschaften verwendet, die eine klare Grenze aufweisen. In one embodiment of the invention, the functional layer can be applied as a gradient layer. The gradient layer is to be understood as meaning a layer whose composition changes gradually over its thickness. The term is used in contrast to adjacent layers with different properties that have a clear boundary.

Als Arbeitsgas kann ein Gas, vorzugsweise Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Edelgase, Wasserstoff, Kohlendioxid, gasförmige Kohlenwasserstoffe, Ammoniak oder ein Gemisch wenigstens zweier der vorgenannten Gase verwendet werden. Ammoniak eignet sich beispielsweise zur Bildung von Nitriden und kann eine katalytische Wirkung bei der Umsetzung des Precursors aufweisen. As the working gas, a gas, preferably air, oxygen, nitrogen, noble gases, hydrogen, carbon dioxide, gaseous hydrocarbons, ammonia or a mixture of at least two of the aforementioned gases can be used. Ammonia, for example, is suitable for the formation of nitrides and may have a catalytic effect in the reaction of the precursor.

Die Zündung des Plasmas kann beispielsweise mittels Hochfrequenzanregung induktiv oder kapazitiv oder mittels Mikrowellenstrahlung erfolgen. The ignition of the plasma, for example, by means of high frequency excitation inductively or capacitively or by means of microwave radiation.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.

1 zeigt eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrates, umfassend eine Fördereinrichtung zum Transport des Substrates, wobei mindestens eine entlang der Fördereinrichtung angeordnete Beschichtungseinrichtung vorgesehen ist. 1 shows a device for coating a substrate, comprising a conveyor for transporting the substrate, wherein at least one coating device arranged along the conveyor is provided.

2 zeigt eine poröse Funktionsschicht nach der Abscheidung. 2 shows a porous functional layer after deposition.

3 zeigt eine oberflächlich versinterte Funktionsschicht nach der Laserstrahlbehandlung. 3 shows a superficially sintered functional layer after the laser beam treatment.

4 zeigt eine vollständig versinterte Funktionsschicht nach der Laserstrahlbehandlung. 4 shows a completely sintered functional layer after the laser beam treatment.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Beschichten eines Substrates 2. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Fördereinrichtung 3 zum Transport des Substrates 2. Entlang der Fördereinrichtung 3 ist mindestens eine angebrachte Beschichtungseinrichtung 4.1 vorgesehen. Die Fördereinrichtung 3 kann dabei entweder in eine Förderrichtung oder mit wechselnder Förderrichtung betrieben werden, um einen mehrfachen Kontakt zwischen Substrat 2 und Beschichtungseinrichtung 4.1 zu erreichen. 1 shows a device 1 for coating a substrate 2 , The device 1 includes a conveyor 3 for transporting the substrate 2 , Along the conveyor 3 is at least one attached coating device 4.1 intended. The conveyor 3 can be operated either in a conveying direction or with an alternating conveying direction in order to achieve multiple contact between the substrate 2 and coating device 4.1 to reach.

Beispielsweise wird ein Schichtsystem bestehend aus Nichtmetall- und/oder Metalloxiden und/oder Mischungen darauf abgeschieden. For example, a layer system consisting of non-metal and / or metal oxides and / or mixtures thereof is deposited thereon.

2 zeigt eine poröse Funktionsschicht 5 auf einem Substrat 2 nach der Abscheidung. 2 shows a porous functional layer 5 on a substrate 2 after the deposition.

3 zeigt eine oberflächlich versinterte Funktionsschicht 5 auf einem Substrat 2 nach der Laserstrahlbehandlung. 3 shows a superficially sintered functional layer 5 on a substrate 2 after the laser beam treatment.

4 zeigt eine vollständig versinterte Funktionsschicht 5 auf einem Substrat 2 nach der Laserstrahlbehandlung. 4 shows a completely sintered functional layer 5 on a substrate 2 after the laser beam treatment.

Beispiel 1 – SiOx Example 1 - SiO x

Es wird ein Siliciumoxid-Schicht-System (SiOx) abgeschieden. Die Abscheidung dieses Schichtsystems auf dem Substrat kann als Korrosionsschutz, Haftvermittler und Antireflexschicht Anwendung finden. Als Precursorsubstanzen für die flammenpyrolytische Abscheidung dieser Schichten können siliciumorganische Verbindungen, insbesondere HMDSO und TEOS, verwendet werden. Anschließend wird die abgeschiedene Schicht mit einem CO2-Laserstrahl flächig behandelt. A silicon oxide layer system (SiO x ) is deposited. The deposition of this layer system on the substrate can be used as corrosion protection, adhesion promoter and antireflection coating. As precursor substances for the flame pyrolytic deposition of these layers, it is possible to use organosilicon compounds, in particular HMDSO and TEOS. Subsequently, the deposited layer is treated flat with a CO 2 laser beam.

Beispiel 2 – SiOx/ Al2O3 Example 2 - SiO x / Al 2 O 3

Es wird ein mit Aluminiumoxid (Al2O3) dotiertes Siliciumoxid-Schicht-System (SiOx) abgeschieden. Dieses Schichtsystem dient hauptsächlich als Barriereschicht. Als Precursorsubstanzen für die flammenpyrolytische Abscheidung dieser Schichten können siliciumorganische Verbindungen mit gelösten aluminiumorganischen Verbindungen, zum Beispiel Aluminiumacetylacetonat, verwendet werden. An aluminum oxide (Al 2 O 3 ) doped silicon oxide layer system (SiO x ) is deposited. This layer system mainly serves as a barrier layer. As precursor substances for the flame pyrolytic deposition of these layers, it is possible to use organosilicon compounds with dissolved organoaluminum compounds, for example aluminum acetylacetonate.

Für die flammenpyrolytische Abscheidung der vorgenannten Beispiele können beispielsweise folgende Parameter verwendet werden: Gas-Mischung: Brenngasgemisch (Propan/Luft) Volumenstrom Luft: < 2000 l/min (in Abhängigkeit der Substratgröße) Verhältnis Propan/ Luft: 1:15 bis 1:25 Brenner: Standardbrenner Substrattemperatur: << 100°C Substratgeschwindigkeit: < 20 m/min Substratabstand vom Brenne r: < 60 mm Brenneranzahl: ≥ 1 Brennerbreite: < 1500 mm Precursoren: SiOx HMDSO, TEOS Al2O3 Aluminiumacetylacetonat Laserstrahlbehandlung: CO2-Laser Wellenlänge: 10640 nm Leistung: < 100W Scangeschw. < 8 m/s Fokusdurchm. < 300 μm For example, the following parameters can be used for the flame pyrolytic deposition of the abovementioned examples: Gas mixture: Fuel gas mixture (propane / air) Volume flow air: <2000 l / min (depending on the substrate size) Ratio propane / air: 1:15 to 1:25 Burner: standard burner Substrate temperature: << 100 ° C Substrate speed: <20 m / min Substrate distance from the burner r: <60 mm Burners: ≥ 1 Brenner Width: <1500 mm precursors: SiO x HMDSO, TEOS Al 2 O 3 aluminum acetyl Laser treatment: CO 2 laser Wavelength: 10640 nm Power: <100W Scangeschw. <8 m / s Fokusdurchm. <300 μm

Als Brenngas können beispielsweise Propan, Butan, Erdgas verwendet werden. Als Oxidans eignen sich beispielsweise Luft oder Sauerstoff. Der Abstand der Beschichtungseinrichtung 4.1 von der Substratoberfläche kann beispielsweise zwischen 5 mm und 100 mm liegen. Es kann eine größere Anzahl von Beschichtungseinrichtungen 4.1 bis 4.n vorgesehen sein. Eine Breite der Beschichtungseinrichtung 4.1 bis 4.n ist beispielsweise entsprechend einer Breite des Substrates 2 gewählt. As fuel gas, for example, propane, butane, natural gas can be used. Suitable oxidants are, for example, air or oxygen. The distance of the coating device 4.1 from the substrate surface may for example be between 5 mm and 100 mm. There may be a larger number of coating devices 4.1 to 4-n be provided. A width of the coating device 4.1 to 4-n is, for example, according to a width of the substrate 2 selected.

Es kann in jeder der Beschichtungseinrichtungen der gleiche Precursor verwendet und das gleiche Reaktionsprodukt abgeschieden werden. Ebenso ist es möglich, in verschiedenen Beschichtungseinrichtungen 4.1 bis 4.n unterschiedliche Precursoren zu verwenden und entsprechend unterschiedliche Reaktionsprodukte abzuscheiden, so dass unterschiedliche Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften entstehen. The same precursor can be used in each of the coating devices and the same reaction product can be deposited. It is also possible in different coating facilities 4.1 to 4-n to use different precursors and to deposit correspondingly different reaction products, so that different layers with different properties arise.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein anstelle eines CO2-Lasers (10640 nm) ein YAG-(1064 nm), Faserlaser (1064 nm) im gepulsten oder kontinuierlichen Betrieb oder Ultrakurzpulslaser (Wellenlängen: 1064 nm, 532 nm, 355 nm) mit Pulslängen 100 ps eingesetzt werden. In another embodiment, instead of a CO 2 laser (10640 nm), a YAG (1064 nm), fiber laser (1064 nm) in pulsed or continuous mode or ultrashort pulse laser (wavelengths: 1064 nm, 532 nm, 355 nm) with pulse lengths 100 ps are used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtung zum Beschichten eines Substrates Apparatus for coating a substrate
22
Substrat substratum
33
Fördereinrichtung Conveyor
4.1 bis 4.n4.1 to 4.n
Beschichtungseinrichtung coater
55
Funktionsschicht functional layer

Claims (12)

Verfahren zur Veränderung von Oberflächeneigenschaften eines Substrates, bei dem mindestens eine Funktionsschicht auf einer Oberfläche des Substrats oder auf einer auf der Oberfläche befindlichen Schicht abgeschieden wird, wobei die Funktionsschicht in einem weiteren Schritt mittels eines Laserstrahls flächig derart behandelt wird, dass eine Eigenschaft und/oder Morphologie der Funktionsschicht verändert wird. A method for modifying surface properties of a substrate, wherein at least one functional layer is deposited on a surface of the substrate or on a surface located on the surface, wherein the functional layer is surface treated in a further step by means of a laser beam such that a property and / or Morphology of the functional layer is changed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der Funktionsschicht mittels chemischer Gasphasenabscheidung unter Verwendung einer Flamme oder eines Plasmas oder mittels eines Sol-Gel-Verfahrens oder elektrochemisch erfolgt. A method according to claim 1, characterized in that the deposition of the functional layer by means of chemical vapor deposition using a flame or a plasma or by means of a sol-gel process or electrochemically. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung unter Atmosphärendruck erfolgt. A method according to claim 2, characterized in that the deposition takes place under atmospheric pressure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlbehandlung über die gesamte Fläche der Funktionsschicht durchgeführt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam treatment is carried out over the entire surface of the functional layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine offenporige Funktionsschicht abgeschieden wird, die mittels der Laserstrahlbehandlung in einer definierten Tiefe bis zu einem Mikrometer über einen definierten kurzen Zeitraum von 1 bis 500 ms, beispielsweise 10 ms, aufgeschmolzen und verdichtet wird, um eine Barriereeigenschaft der Schicht zu verbessern. Method according to one of the preceding claims, characterized in that an open-pored functional layer is deposited, which by means of the laser beam treatment in a defined depth to to a micrometer over a defined short period of 1 to 500 ms, for example 10 ms, is melted and compacted to improve a barrier property of the layer. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Barrierewirkung gegenüber beweglichen Ionen verbessert wird. A method according to claim 5, characterized in that a barrier effect against mobile ions is improved. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Barrierewirkung gegenüber Alkali- und Erdalkali-Ionen, vorzugsweise Natrium, verbessert wird. A method according to claim 6, characterized in that a barrier effect against alkali and alkaline earth metal ions, preferably sodium, is improved. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht bei einer Temperatur von maximal 600 °C, vorzugsweise maximal 100 °C abgeschieden wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the functional layer is deposited at a temperature of at most 600 ° C, preferably at most 100 ° C. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht bei Raumtemperatur abgeschieden wird. A method according to claim 8, characterized in that the functional layer is deposited at room temperature. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ein Energieeintrag bei der Laserstrahlbehandlung derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass das Substrat auf maximal 600 °C erwärmt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that an energy input in the laser beam treatment is controlled and / or regulated so that the substrate is heated to a maximum of 600 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energieeintrag bei der Laserstrahlbehandlung derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass das Substrat auf maximal 100 °C erwärmt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that an energy input in the laser beam treatment is controlled and / or regulated so that the substrate is heated to a maximum of 100 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass LASER mit verschiedenen Wellenlängen und unterschiedlichem Pulsbetrieb, beispielsweise CO2-LASER oder YAG-LASER zur Oberflächenbehandlung verwendet werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that lasers with different wavelengths and different pulse operation, for example CO 2 laser or YAG laser are used for surface treatment.
DE102012200528A 2012-01-16 2012-01-16 Modifying surface properties e.g. transmissivity of substrate, comprises depositing functional layer on surface of substrate, and treating entire surface of functional layer by laser beam such that property of functional layer is changed Withdrawn DE102012200528A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012200528A DE102012200528A1 (en) 2012-01-16 2012-01-16 Modifying surface properties e.g. transmissivity of substrate, comprises depositing functional layer on surface of substrate, and treating entire surface of functional layer by laser beam such that property of functional layer is changed

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012200528A DE102012200528A1 (en) 2012-01-16 2012-01-16 Modifying surface properties e.g. transmissivity of substrate, comprises depositing functional layer on surface of substrate, and treating entire surface of functional layer by laser beam such that property of functional layer is changed

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012200528A1 true DE102012200528A1 (en) 2012-12-27

Family

ID=47321512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012200528A Withdrawn DE102012200528A1 (en) 2012-01-16 2012-01-16 Modifying surface properties e.g. transmissivity of substrate, comprises depositing functional layer on surface of substrate, and treating entire surface of functional layer by laser beam such that property of functional layer is changed

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012200528A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109079446A (en) * 2018-09-20 2018-12-25 北京航空航天大学 A method of preparing antimicrobial surface on the medical instrument

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090121333A1 (en) * 2006-11-30 2009-05-14 Bruce Gardiner Aitken Flexible substrates having a thin-film barrier
DE102009018908A1 (en) * 2009-04-28 2010-11-04 Schott Ag Producing composite material with antireflection layer, comprises applying porous antireflection layer on transparent glass substrate, and closing the pores in area on upper surface of the porous antireflection layer by infrared radiation
DE102009033417A1 (en) * 2009-04-09 2010-12-30 Interpane Entwicklungs-Und Beratungsgesellschaft Mbh Method and system for producing a coated article with tempering

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090121333A1 (en) * 2006-11-30 2009-05-14 Bruce Gardiner Aitken Flexible substrates having a thin-film barrier
DE102009033417A1 (en) * 2009-04-09 2010-12-30 Interpane Entwicklungs-Und Beratungsgesellschaft Mbh Method and system for producing a coated article with tempering
DE102009018908A1 (en) * 2009-04-28 2010-11-04 Schott Ag Producing composite material with antireflection layer, comprises applying porous antireflection layer on transparent glass substrate, and closing the pores in area on upper surface of the porous antireflection layer by infrared radiation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109079446A (en) * 2018-09-20 2018-12-25 北京航空航天大学 A method of preparing antimicrobial surface on the medical instrument

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60314634T2 (en) TITANIUM DIOXIDE COATINGS MADE BY PLASMA CVD AT ATMOSPHERIC PRESSURE
EP2194162B1 (en) Use of a coating
DE102009030876B4 (en) Method for coating a substrate
DE202010018173U1 (en) material
DE102007009786B4 (en) Coated toughened glass, process for its manufacture and its use
KR20100130624A (en) Method for thin layer deposition
DE102009042103A1 (en) Method for treating a surface, comprises producing a plasma beam from a process gas or flame beam from burning gas, by which the surface is coated with plastic, glass, metal, ceramics, glass ceramics, wood or textile
EP0718418A1 (en) Process for the production of a graded layer
EP3094761B1 (en) Plasma coating method for depositing a functional layer, and depositing device
DE102010062357B4 (en) Apparatus and method for producing a magnesium-containing substrate coated with at least one anticorrosion layer
DE102007025151A1 (en) Coating method comprises producing plasma jet from process gas and introducing precursor material into it, coating being deposited from jet on to substrate or existing coating on it and substrate being heated
EP1870387A1 (en) Method for modifying the surface properties of glass
EP2150633A2 (en) Method for coating a substrate
EP2145977B1 (en) Method for depositing layers on a substrate
DE102011077023A1 (en) Coating process and coating for a bearing component
DE102004029911B4 (en) Method and device for producing inorganic layers
EP2714607B1 (en) Method and device for coating a float glass strip
DE102012200528A1 (en) Modifying surface properties e.g. transmissivity of substrate, comprises depositing functional layer on surface of substrate, and treating entire surface of functional layer by laser beam such that property of functional layer is changed
DE102017216139B3 (en) Process for producing a layer
EP3959181A1 (en) Method for producing a pane having a structured coating
DE102014211386B3 (en) Process for coating a substrate
DE102008033941A1 (en) Method for coating
EP2304076B1 (en) Process for the internal coating of hollow bodies using a plasma beam at atmospheric pressure
DE102004016436B3 (en) Process of manufacturing self-cleaning window glass or glass building facade involves atomised application of silicon agent to titanium oxide surface
DE102011007349A1 (en) Labeling substrate e.g. transparent container, comprises depositing luminescent dye as first identification feature in transparent oxide marker layer, and setting roughness of marker layer as second identification feature

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R230 Request for early publication
R120 Application withdrawn or ip right abandoned

Effective date: 20130109