DE102016114450B4 - Verfahren zum Oberflächenbeschichten eines Bauteils - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oberflächenbeschichten eines Bauteils, dessen zu beschichtende Oberfläche ganz oder wenigstens zum Teil als Metalloberfläche ausgebildet ist, wobei die zu beschichtende Oberfläche mit einer reibungsmindernden und/oder festigkeitserhöhenden Beschichtung versehen wird, wobei das Bauteil durch einen Durchlaufofen transportiert wird und im Durchlaufofen unter Erwärmung mittels eines in den Durchlaufofen eingeleiteten Prozessgases, dem ein Beschichtungs-Zusatzmaterial zugemischt wird, mit der reibungsmindernden und/oder festigkeitserhöhenden Beschichtung beschichtet wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Beschichtungseinrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oberflächenbeschichten eines Bauteils gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Das Oberflächenbeschichten von Bauteilen mit reibungsmindernden und/oder festigkeitserhöhenden Beschichtungen ist ein in vielen Bereichen der Technik eingesetztes Verfahren zur Erzielung der gewünschten Bauteileigenschaften. So ist ein Einsatzgebiet z.B. die Entwicklung von Leichtbaukomponenten. Eine Gewichtsreduzierung eines Bauteils geht in vielen Fällen mit der Abnahme der Festigkeit sowie der Oberflächenhärte der verwendeten Werkstoffe einher. Als Beschichtungsverfahren werden vorwiegend PVD (physikalische Gasphasenabscheidung) und CVD (chemische Gasphasenabscheidung) Prozesse eingesetzt. Beide Verfahren sind hinsichtlich der notwendigen Anlagen und der Verweilzeit der Bauteile in den Anlagen relativ aufwendig. Zudem lässt sich der Wärmeeintrag im Bauteil nicht immer wie gewünscht beeinflussen, so dass bei bestimmten Bauteilen bzw. bestimmten Materialien unerwünschte Nebeneffekte auftreten können, wie z.B. eine ungewollte Wärmebehandlung des zu beschichtenden Bauteils.
  • Aus der US 4 834 020 A ist eine bei Atmosphärendruck betriebene CVD-Anlage bekannt. Aus der AT 504 482 A4 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Oberflächenbeschichten eines Bauteils zu geben, das effizienter ist.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Erfindung hat den Vorteil, dass statt aufwendiger PVD- oder CVD-Apparaturen das Beschichtungsverfahren mittels eines Ofens durchgeführt werden kann. Ein solcher Ofen kann relativ einfach aufgebaut sein und kostengünstig bereitgestellt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf diese Weise auch eine verbesserte Kontrolle der Erwärmung des zu beschichtenden Bauteils erfolgen, so dass insbesondere eine ungewollte Wärmebehandlung oder eine sonstige Schädigung des Bauteils durch den Beschichtungsprozess vermieden werden kann. Im Vergleich zu anderen Verfahren, insbesondere CVD-Prozessen, kann das erfindungsgemäße Verfahren bei geringeren Temperaturen durchgeführt werden. Ferner sind keine aufwendigen Zusatzapparaturen erforderlich, wie z.B. für eine Plasma-Unterstützung bei CVD-Prozessen. Auch die Erzeugung eines Unterdrucks ist beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich.
  • Der Ofen kann grundsätzlich ein Ofen jeder Art sein. Prinzipiell eignet sich auch ein handelsüblicher Backofen. Vorteilhafter sind für solche Beschichtungsvorgänge eingerichtete Industrieöfen. Der Ofen ist als offener Ofen ausgebildet, d.h. im Gegensatz zu PVD- oder CVD-Apparaturen eine Heizkammer aufweisen, die nicht hermetisch gegenüber der Außenumgebung abgedichtet ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Ofen als Durchlaufofen ausgebildet sein. Dementsprechend kann das Bauteil durch den Durchlaufofen transportiert werden, z.B. durch eine Fördereinrichtung des Durchlaufofens. Das Bauteil kann während des Beschichtungsvorgangs weiter transportiert werden. Es ist auch möglich, das Bauteil während des gesamten Beschichtungsvorgangs oder eines Teils des Beschichtungsvorgangs nicht weiter zu transportieren, d.h. anzuhalten.
  • Als Durchlaufofen, auch Tunnelofen genannt, bezeichnet man eine spezielle Ofenbauart, bei der die Zuführung von Verarbeitungsgut kontinuierlich erfolgt. Die Bauteile werden mittels einer Fördereinrichtung im Durchlaufofen bewegt und dabei insbesondere durch einen beheizten Wärmebehandlungsabschnitt transportiert. Die Bauteile können auf einer Fördereinrichtung liegen oder stehen oder auch hängend durch den Durchlaufofen transportiert werden. Bei der Fördereinrichtung kann es sich z.B. um ein Förderband handeln, insbesondere bei hohen Temperaturen um ein metallisches Förderband, das mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch den Durchlaufofen geführt wird und dabei das Verarbeitungsgut durch den Durchlaufofen transportiert.
  • Versuche haben gezeigt, dass mittels der Erfindung die gewünschte Beschichtung relativ schnell in dem Ofen, insbesondere in dem Durchlaufofen, auf die Bauteiloberfläche aufgebracht werden kann, so dass sich für die Herstellung eines beschichteten Bauteils eine kurze Prozesszeit realisieren lässt. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch den Durchlaufofen ein kontinuierliches Beschichtungsverfahren realisiert werden kann, indem eine Vielzahl von zu beschichtenden Bauteilen kontinuierlich durch den Durchlaufofen transportiert wird. So ist es möglich, z.B. Aluminium-Bauteile mit einer Prozesszeit von ca. 10 Minuten mit einer Keramik-Beschichtung zu versehen.
  • Das Prozessgas kann ein Schutzgas sein, z.B. ein inertes Gas. Insbesondere kann das Prozessgas gemäß den Eigenschaften des zu beschichtenden Bauteils gewählt werden. Besteht die zu beschichtende Metalloberfläche z.B. aus Aluminium, kann Stickstoff als Prozessgas eingesetzt werden. Bei einer Metalloberfläche aus Stahl oder Titan kann bevorzugt Stickstoff als Prozessgas eingesetzt werden.
  • Das Beschichtungs-Zusatzmaterial kann insbesondere in bereits gasförmigem Zustand dem Prozessgas zugemischt werden. Die auf dem Bauteil erzeugte reibungsmindernde und/oder festigkeitserhöhende Beschichtung kann nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unmittelbar aus dem Beschichtungs-Zusatzmaterial bestehen oder, z.B. infolge einer chemischen Reaktion mit der zu beschichtenden Oberfläche, eine mit dem Beschichtungs-Zusatzmaterial gebildete, andere chemische Substanz sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Prozessgas durch eine Heizeinrichtung, z.B. eine Heizeinrichtung des Ofens, erwärmt wird und das Bauteil im Ofen mittels des erwärmten Prozessgases auf eine für den Beschichtungsvorgang geeignete Prozesstemperatur erwärmt wird. Auf diese Weise kann das Bauteil besonders schonend erwärmt werden. Insbesondere kann eine Erwärmung auf unerwünscht hohe Temperaturwerte vermieden werden. Die Erwärmung erfolgt somit durch Wärmeübertragung der im Prozessgas enthaltenen Wärme auf das Bauteil. Zusätzlich kann ein gewisser Anteil der Erwärmung des Bauteils durch Wärmestrahlung von der Heizeinrichtung erfolgen.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung des Bauteils in dem Ofen im Wesentlichen bei Umgebungsdruck oder einem Druck oberhalb des Umgebungsdrucks erfolgt. Mit Umgebungsdruck ist der Druck in der Umgebung außerhalb des Ofens gemeint. Dies hat den Vorteil, dass keine besonderen Maßnahmen für die Kontrolle des Drucks im Ofen erforderlich sind. Insbesondere muss der Ofen nicht abgedichtet sein. Es kann ein offener Ofen eingesetzt werden, bei dem das Prozessgas nach außen strömen kann. Dementsprechend kann der Druck im Ofen gleich dem Umgebungsdruck oder etwas darüber liegen, insbesondere dadurch, dass durch die Einleitung des Prozessgases eine leichte Druckanhebung im Inneren des Ofens erzeugt wird. Unter Umgebungsdruck wird hierbei insbesondere der Atmosphärendruck verstanden, d.h. 1 bar.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die zu beschichtende Oberfläche in dem Ofen zunächst oxidiert wird und dann mit der reibungsmindernden und/oder festigkeitserhöhenden Beschichtung versehen wird. Dies hat den Vorteil, dass durch die vorherige Oxidation der Oberfläche eine bessere Haftung der Beschichtung an dem Bauteil realisiert werden kann. Es ist dabei vorteilhaft, die Oxidation effektiv zu gestalten, so dass morphologisch und chemisch geeignete Oxidverbindungen aus den Metallatomen des Bauteils an der Bauteiloberfläche entstehen, die als Haftvermittler für die anschließend aufgebrachte Beschichtung fungieren können.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das in den Ofen eingeleitete Prozessgas einen Sauerstoffgehalt hat und die Oxidation der zu beschichtenden Oberfläche durch den Sauerstoffgehalt des Prozessgases erfolgt. Auf diese Weise kann das Prozessgas zugleich als Trägermedium für den für eine Oxidation erforderlichen Sauerstoff genutzt werden. Für die Oxidation der zu beschichtenden Oberfläche ist dabei ein relativ geringer Sauerstoffgehalt im Prozessgas ausreichend, z.B. im Bereich von 10 bis 30 ppm. Die Oxidation der zu beschichtenden Oberfläche kann derart erfolgen, dass zunächst nur das Prozessgas mit dem Sauerstoffgehalt in den Ofen eingeleitet wird und erst nach einer gewissen Einwirkzeit, wenn eine ausreichende Oxidation der zu beschichtenden Oberfläche erfolgt ist, das Beschichtungs-Zusatzmaterial zugemischt wird. Je nach Anwendungsfall ist es auch möglich, den Beschichtungsvorgang gleich mit der Zumischung des Beschichtungs-Zusatzmaterials zu beginnen. In jedem Fall ist es vorteilhaft, dabei den verbleibenden Sauerstoffgehalt im Prozessgas zu kontrollieren und/oder zu regeln. Dies kann z.B. durch Regelung eines entsprechenden Sauerstoffpartialdrucks im Prozessgas erfolgen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der im Prozessgas vorhandene Sauerstoffgehalt durch Zumischen des Beschichtungs-Zusatzmaterials zu dem Prozessgas verringert wird. Dies hat den Vorteil, dass bei Beginn der Einwirkung des Beschichtungs-Zusatzmaterials auf die zu beschichtenden Oberfläche quasi automatisch der Sauerstoffgehalt sinkt, was für den Vorgang der Erzeugung der reibungsmindernden und/oder festigkeitserhöhenden Beschichtung vorteilhaft ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als reibungsmindernde und/oder festigkeitserhöhende Beschichtung eine keramikartige Schicht, z.B. eine Keramikschicht, auf der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils erzeugt wird. Auf diese Weise lassen sich eine Vielzahl von Bauteilen hinsichtlich der Oberflächenhärte und Reibung der Oberfläche optimieren, z.B. Werkzeuge im Bereich der Umformtechnik und/oder der Fügetechnik, sowie Bauteile von Motoren oder anderen Kolbenmaschinen, z.B. Zylinder hinsichtlich der Zylinderlaufflächen oder Ventiltriebskomponenten.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bauteil im Ofen auf eine Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur erwärmt wird. Dementsprechend werden unerwünschte Schädigungen des Bauteils vermieden. Ist das Bauteil aus unterschiedlichen Materialien gebildet, so gilt als Rekristallisationstemperatur die niedrigste Rekristallisationstemperatur der jeweiligen Materialien.
  • Die Erfindung erlaubt eine hoch effiziente Oberflächenbeschichtung von Bauteilen, wobei die Beschichtung auch in einem industriellen Maßstab erfolgen kann, d.h. bei Großserienproduktionen von Bauteilen. Es können als Bauteile z.B. Werkzeuge beschichtet werden, z.B. im Bereich der Umformtechnik Stanzwerkzeuge, Schneidmesser, Schneidplatten, Drehmeißel und ähnliches, sowie im Bereich der Fügewerkzeuge beispielsweise Clinch-Werkzeuge. Im Bereich von Maschinen, z.B. Kolbenmaschinen, können Zylinderlaufflächen, Teile von Turboladern und Kompressoren sowie Ventiltriebskomponenten beschichtet werden. Die erfindungsgemäß beschichteten Bauteile zeigen eine verminderte Reibung sowie eine erhöhte Festigkeit an der beschichteten Oberfläche. Durch die verminderte Reibung wird es möglich, in vielen Anwendungen auf reibungsmindernde Schmierstoffe wie Öl zu verzichten oder deren erforderliche Menge zumindest zu reduzieren.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Beschichtung im Vergleich zum Stand der Technik mit verbesserten Kristallstrukturen erzeugt werden können, insbesondere können besonders feinkristalline, homogene Kristallstrukturen erzeugt werden.
  • Als Beschichtungs-Zusatzmaterial, das auch als Precursor bezeichnet wird, kann z.B. Silan eingesetzt werden. Vorteilhaft ist insbesondere der Einsatz von Monosilan, aber auch höhere Silan-Ketten können als Precursor eingesetzt werden. Wird beispielsweise eine Aluminiumoberfläche erfindungsgemäß beschichtet, so wird auf der Aluminiumoberfläche zunächst eine Oxidschicht erzeugt, auf der dann mittels des Monosilans eine SiO2-Schicht abgeschieden wird. Dies ist nicht nur bei reinem Aluminium möglich, sondern auch bei Aluminiumlegierungen, z.B. AlSi1MgMn.
  • Zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor erläuterten Art eignet sich eine Einrichtung, aufweisend wenigstens einen Ofen mit wenigstens einer Heizeinrichtung und wenigstens einem Zufuhranschluss für Prozessgas, und mit wenigstens einer Prozessgas-Bereitstellungseinrichtung, die mit dem Prozessgas-Zufuhranschluss verbunden ist und die zur Zumischung eines Beschichtungs-Zusatzmaterials zum Prozessgas eingerichtet ist. Hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Der Ofen kann insbesondere als offener Ofen ausgebildet sein, in dessen Innenraum im Wesentlichen Umgebungsdruck vorhanden ist. Auf diese Weise kann der Ofen mit wenig technischem Aufwand und dementsprechend kostengünstig realisiert werden. Eine hermetische Abdichtung ist dementsprechend nicht erforderlich.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 – eine Beschichtungseinrichtung in schematischer Darstellung und
  • 2 – eine Prozessgas-Bereitstellungeinrichtung in schematischer Darstellung.
  • In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
  • Die in 1 dargestellte Beschichtungseinrichtung weist einen Durchlaufofen 1 auf, der zur besseren Erkennbarkeit in geschnittener Darstellung wiedergegeben ist, in der Realität aber abgesehen von der Einlauf- und Auslauf-Stelle einer Fördereinrichtung 2 im Wesentlichen geschlossen ist.
  • Der Durchlaufofen 1 weist eine in Längsrichtung durch den Durchlaufofen verlaufende Fördereinrichtung 2 auf, die zur Förderung von Bauteilen 3 durch den Durchlaufofen 1 eingerichtet ist. Die Fördereinrichtung 2 kann als Förderband oder als andere geeignete Einrichtung für den Transport des Verarbeitungsguts durch den Durchlaufofen 1 ausgebildet sein. So kann der Durchlaufofen 1 z.B. als Rollenofen, als Förderbandofen, als Hubbalkenofen, als Kettendurchlaufofen, als Durchstoßofen oder als Durchfahrofen ausgebildet sein, oder als Kombination hieraus, wenn z.B. in Kombination miteinander abschnittsweise unterschiedliche Ausgestaltungen der Fördereinrichtung realisiert sind.
  • Durch die Fördereinrichtung 2, die in Pfeilrichtung bewegt wird, werden die Bauteile 3 durch den Durchlaufofen 1 transportiert. Die Fördereinrichtung 2 kann z.B. durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben werden. In der Bewegungsrichtung der Fördereinrichtung 2 werden die Bauteile 3 zunächst durch einen Einlaufabschnitt 4 bewegt, dann durch eine sich anschließenden Wärmebehandlungsabschnitt 5, der auch als Glühkanal bezeichnet wird, und dann durch einen sich daran anschließenden Kühlabschnitt 8. Der Wärmebehandlungsabschnitt 5 weist eine Heizeinrichtung 6 auf, z.B. in Form von Glühwendeln. Im Kühlabschnitt 8 erfolgt eine Abkühlung der erwärmten Bauteile 3, z.B. durch ein durch eine Wand des Kühlabschnitts 8 geleitetes Kühlmedium.
  • Der Durchlaufofen 1 weist einen Zufuhranschluss 7 zur Zuführung des Prozessgases in das Innere des Durchlaufofens 1 auf. Der Zufuhranschluss 7 ist mit einer Prozessgas-Bereitstellungeinrichtung 9 verbunden. Das über den Zufuhranschluss 7 in den Durchlaufofen 1 eingeleitete Prozessgas breitet sich grundsätzlich in alle Richtungen aus, dabei gelangt es insbesondere in den Wärmebehandlungsabschnitt 5, in dem die Bauteile 3 erwärmt werden und die erfindungsgemäße Erzeugung der reibungsmindernden und/oder festigkeitserhöhenden Beschichtung auf der zu beschichtenden Oberfläche durchgeführt wird. Der Zufuhranschluss 7 kann auch in zwei Stränge aufgeteilt sein, wie nachfolgend anhand der 2 erläutert wird. In diesem Fall kann der eine Strang z.B. in Richtung des Wärmebehandlungsabschnitts 5 ausgerichtet sein, der andere Strang in Richtung des Kühlabschnitts 8. Über die zwei Stränge des Zufuhranschlusses 7 können unterschiedliche Anteile der Menge des zugeführten Prozessgases eingeleitet werden, z.B. ein höherer Anteil über den ersten Strang in Richtung des Wärmebehandlungsabschnitts 5 und ein geringerer Teil in Richtung des Kühlabschnitts 8.
  • Die 2 zeigt die Prozessgas-Bereitstellungseinrichtung 9 mit weiteren Details. Die Prozessgas-Bereitstellungseinrichtung 9 kann z.B. verschiedene Vorratsbehälter 10, 11, 12, 13 für unterschiedliche zu mischende Gase enthalten, z.B. einen Wasserstoffbehälter 10, einen Argon-Behälter 11 und einen Stickstoff-Behälter 12. Ferner kann ein Behälter 13 für das Beschichtungs-Zusatzmaterial vorhanden sein, z.B. Monosilan. Die Behälter 10, 11, 12, 13 sind über eine dem jeweiligen Behälter jeweils nachgeordnete Mengen-Beeinflussungseinrichtung 14, 15, 16, 17 mit einer Mischkammer 18 verbunden. Über die Mengen-Beeinflussungseinrichtungen 14, 15, 16, 17 kann die jeweils zugeführte Menge eines Gases aus einem der Behälter 10, 11, 12, 13 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden und insbesondere auf diesen Wert geregelt werden. Dies kann z.B. über Schwebekörper-Durchflussmesser erfolgen. Die zugeführten Gasanteile werden in der Mischkammer 18 miteinander vermischt und über den Zufuhranschluss 7, der in zwei Stränge aufgeteilt ist, dem Durchlaufofen 1 zugeführt. In jedem der Stränge kann ein weiterer Schwebekörper-Durchflussmesser 19 angeordnet sein.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Oberflächenbeschichten eines Bauteils (3), dessen zu beschichtende Oberfläche ganz oder wenigstens zum Teil als Metalloberfläche ausgebildet ist, wobei die zu beschichtende Oberfläche mit einer reibungsmindernden und/oder festigkeitserhöhenden Beschichtung versehen wird, wobei das Bauteil (3) in einem offenen Ofen (1), in dem ein in den Ofen (1) eingeleitetes Prozessgas nach außen strömen kann, erwärmt und mittels des in den Ofen (1) eingeleiteten Prozessgases, dem ein Beschichtungs-Zusatzmaterial zugemischt wird, mit der reibungsmindernden und/oder festigkeitserhöhenden Beschichtung beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtende Oberfläche in dem Ofen (1) zunächst oxidiert wird und dann mit der reibungsmindernden und/oder festigkeitserhöhenden Beschichtung versehen wird, wobei das in den Ofen (1) eingeleitete Prozessgas einen Sauerstoffgehalt hat und die Oxidation der zu beschichtenden Oberfläche durch den Sauerstoffgehalt des Prozessgases erfolgt.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas durch eine Heizeinrichtung (6) erwärmt wird und das Bauteil (3) im Ofen (1) mittels des erwärmten Prozessgases auf eine für den Beschichtungsvorgang geeignete Prozesstemperatur erwärmt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Bauteils (3) in dem Ofen (1) im Wesentlichen bei Umgebungsdruck oder einem Druck oberhalb des Umgebungsdrucks erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der im Prozessgas vorhandene Sauerstoffgehalt durch Zumischen des Beschichtungs-Zusatzmaterials zu dem Prozessgas verringert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als reibungsmindernde und/oder festigkeitserhöhende Beschichtung eine keramikartige Schicht auf der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils (3) erzeugt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (3) auf eine Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur erwärmt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (1) als Durchlaufofen ausgebildet ist und das Bauteil (3) durch den Ofen (1) transportiert wird.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4834020A (en) 1987-12-04 1989-05-30 Watkins-Johnson Company Atmospheric pressure chemical vapor deposition apparatus
AT504482A4 (de) 2007-03-01 2008-06-15 Ruebig Gmbh & Co Kg Verfahren zur herstellung einer beschichtung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH654334A5 (de) * 1982-09-02 1986-02-14 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Verfahren zur bildung einer korrosionsbestaendigen oxidischen schicht auf einem metallischen substrat sowie verwendung dieser schicht.
US20100178435A1 (en) * 2009-01-13 2010-07-15 John Lawrence Ervin Methods and systems for manufacturing polycrystalline silicon and silicon-germanium solar cells

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4834020A (en) 1987-12-04 1989-05-30 Watkins-Johnson Company Atmospheric pressure chemical vapor deposition apparatus
AT504482A4 (de) 2007-03-01 2008-06-15 Ruebig Gmbh & Co Kg Verfahren zur herstellung einer beschichtung

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