DE102018117130A1 - Beschichtungsanordnung und Verfahren - Google Patents

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Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung (100 bis 700) aufweisen: eine Elektronenstrahlkanone (112) zum Bereitstellen eines Elektronenstrahls (23); einen Strahlfänger (202) zum Auffangen des Elektronenstrahls (23); eine Steuervorrichtung (204) zum Ansteuern der Elektronenstrahlkanone (112) und/oder des Strahlfängers (202), wobei die Steuervorrichtung (204) eingerichtet ist, das Ansteuern zwischen mehreren Konfigurationen umzuschalten, von denen: in einer ersten Konfiguration der Elektronenstrahl (23) auf den Strahlfänger (202) gerichtet ist; und in einer zweiten Konfiguration der Elektronenstrahl (23) an dem Strahlfänger (202) vorbei gerichtet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanordnung und ein Verfahren.
  • Im Allgemeinen kann ein Substrat, beispielsweise ein Glassubstrat, ein Metallsubstrat und/oder ein Polymersubstrat, behandelt (prozessiert), z.B. beschichtet werden, so dass die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Substrats verändert werden können. Zum Beschichten eines Substrats können verschiedene physikalische Beschichtungsverfahren durchgeführt werden, zu denen unter anderem auch das Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) gehört. Beispielsweise kann eine Vakuumbeschichtungsanlage genutzt werden, um eine Schicht oder mehrere Schichten mittels einer chemischen und/oder physikalischen Gasphasenabscheidung auf einem Substrat oder auf mehreren Substraten abzuscheiden.
  • Mittels des Elektronenstrahlverdampfens (EB-PVD) kann eine so genannte Dampfquelle (anschaulich ein lokal stark erhitzter Bereich) erzeugt werden. Von der Dampfquelle ausgehend breitet sich verdampftes Material aus, welches auf einem Werkstück kondensieren kann, so dass eine Schicht auf dem Werkstück gebildet wird.
  • Das Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) kann in verschiedenen Modifikationen erfolgen. Üblicherweise wird das zu verdampfende Material (als Targetmaterial oder Verdampfungsgut bezeichnet) mittels des Elektronenstrahls aufgeschmolzen und daher in einem Tiegel bereitgestellt. Das zu beschichtende Werkstück kann beispielsweise über dem Tiegel, z.B. freihängend oder in einem Werkstückträger liegend, geführt werden und anschaulich von unten her beschichtet werden.
  • Üblicherweise wird zur Beschichtung von großen Werkstücken, wie etwa Turbinenbauteilen, mit keramischen Wärmedämmschichten auf die EB-PVD zurückgegriffen. In hoch-produktiven industriellen Beschichtungsanlagen wird die Bedampfung beispielsweise aus mehreren, z.B. zumindest (d.h. mindestens) zwei, Tiegeln durchgeführt. Die zu beschichtenden Werkstücke werden auf Substratträgern (auch als Carrier bezeichnet) gehaltert und gemäß einer Prozesssequenz durch mehrere Prozesskammern hindurch transportiert. Um eine optimale Morphologie der aufgedampften Schicht zu erreichen, kann es nötig sein, die Werkstücke vor der Beschichtung zu erwärmen, z.B. auf ca. 1000°C oder mehr, und/oder zumindest während der Beschichtung auf dieser Temperatur zu halten. Das Halten bei der Temperatur während der Beschichtung wird dabei durch die Abwärme des Bedampfungsprozesses unterstützt.
  • Soll die Beschichtungsanlage auf eine hohe Produktivität (z.B. Durchsatz) ausgelegt werden, wird herkömmlicherweise eine Geometrie gewählt, in welcher der Elektronenstrahl von oben auf das Verdampfungsgut gerichtet ist. Beim Transport des Substratträgers in die Beschichtungskammer hinein kann es dadurch zu einer zeitweiligen Blockierung des Elektronenstrahl-Pfades zwischen einer der beiden Elektronenquellen und dem zugeordneten Verdampfungstiegel durch die zu beschichtenden Werkstücke kommen. Um eine Beschädigung der zu beschichtenden Werkstücke durch den Elektronenstrahl zu vermeiden, wird die blockierte Elektronenquelle während der Einfahrt der Werkstücke für die Zeit der Blockade - typischerweise einige Sekunden - ausgeschaltet.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass aufgrund des Abschaltens der Elektronenstrahlquelle - und damit des korrespondierenden Bedampfungsprozesses - herkömmlicherweise in Kauf genommen werden muss, dass der summarische Energieeintrag in die Beschichtungskammer unterbrochen wird. Dies kann einen Temperaturabfall in der Beschichtungskammer nach sich ziehen, z.B. unterhalb die für optimales Schichtwachstum erforderliche Beschichtungstemperatur (z.B. von ca. 1000°C). Beispielsweise kann durch den Abschaltvorgang des Elektronenstrahls ein Temperaturabfall auf 900°C oder weniger erfolgen, wodurch die Ausprägung der Struktur/Morphologie insbesondere der Keimschicht nachteilig beeinflusst werden kann. Dies kann wiederum die Haftfestigkeit der Beschichtung, insbesondere nach thermozyklierender Beanspruchung, beeinträchtigen.
  • Soll der Temperaturabfall vermindert werden, kann es erforderlich sein, das Abschalten der Elektronenstrahlquelle selektiv durchzuführen, d.h. dass eine der anderen Elektronenstrahlquellen gleichzeitig weiterbetrieben wird. In dieser Betriebskonfiguration kann es notwendig sein, die Hochspannungsversorgung für die Elektronenstrahlquellen derart auszulegen, dass ein unabhängiger Betrieb der Elektronenstrahlquelle ermöglicht wird. Beispielsweise kann die Hochspannungsversorgung ausgelegt werden, ein Ein- und Ausschalten mehrerer Elektronenstrahlquellen unabhängig voneinander zu ermöglichen. Diese Bauweise der Hochspannungsversorgung ist mit höheren Kosten verbunden als eine sogenannte Doppel-Hochspannungsversorgung, welche beide Elektronenstrahlquellen synchron versorgt. Die Doppel-Hochspannungsversorgung kann beispielsweise keinen unabhängigen Betrieb mehrerer Elektronenstrahlquellen voneinander erlauben, sondern nur einen gemeinsamen Betrieb mit zeitgleichem Ein- und Ausschalten aller von dieser versorgten Elektronenstrahlquellen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden eine Beschichtungsanordnung und ein Verfahren bereitgestellt, welche das Beschichten von einem oder mehr als einem Werkstück vereinfachen, vergünstigen und/oder mit höherer Qualität bereitstellen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung aufweisen: eine Elektronenstrahlkanone zum Bereitstellen eines Elektronenstrahls; einen Strahlfänger zum Auffangen des Elektronenstrahls; eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der Elektronenstrahlkanone und/oder des Strahlfängers, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, das Ansteuern zwischen mehreren Konfigurationen umzuschalten, von denen: in einer ersten Konfiguration der Elektronenstrahl auf den Strahlfänger gerichtet ist; und in einer zweiten Konfiguration der Elektronenstrahl an dem Strahlfänger vorbei gerichtet ist.
  • Es zeigen
    • 1 eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
    • 2A und 2B jeweils eine Beschichtungsanordnung und/oder ein Verfahren in mehreren Konfigurationen gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
    • 3A bis 3C jeweils eine Beschichtungsanordnung und/oder ein Verfahren in mehreren Konfigurationen gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
    • 4A bis 4C jeweils eine Beschichtungsanordnung und/oder ein Verfahren in mehreren Konfigurationen gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
    • 5A bis 5C jeweils eine Beschichtungsanordnung und/oder ein Verfahren in mehreren Konfigurationen gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
    • 6A bis 6C jeweils eine Beschichtungsanordnung und/oder ein Verfahren in mehreren Konfigurationen gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
    • 7A bis 7C jeweils eine Beschichtungsanordnung und/oder ein Verfahren in mehreren Konfigurationen gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht; und
    • 8 ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung (z.B. ohmsch und/oder elektrisch leitfähig, z.B. einer elektrisch leitfähigen Verbindung), eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Begriff „gekoppelt“ oder „Kopplung“ im Sinne einer (z.B. mechanischen, hydrostatischen, thermischen und/oder elektrischen), z.B. direkten oder indirekten, Verbindung und/oder Wechselwirkung verstanden werden. Mehrere Elemente können beispielsweise entlang einer Wechselwirkungskette miteinander gekoppelt sein, entlang welcher die Wechselwirkung (z.B. ein Signal) übertragen werden kann. Beispielsweise können zwei miteinander gekoppelte Elemente eine Wechselwirkung miteinander austauschen, z.B. eine mechanische, hydrostatische, thermische und/oder elektrische Wechselwirkung. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann „gekuppelt“ im Sinne einer mechanischen (z.B. körperlichen bzw. physikalischen) Kopplung verstanden werden, z.B. mittels eines direkten körperlichen Kontakts. Eine Kupplung kann eingerichtet sein, eine mechanische Wechselwirkung (z.B. Kraft, Drehmoment, etc.) zu übertragen.
  • Das Steuern kann verstanden werden als eine beabsichtigte Beeinflussung eines Systems. Dabei kann der Zustand des Systems gemäß einer Vorgabe verändert werden. Regeln kann als Steuern verstanden werden, wobei zusätzlich einer Zustandsänderung des Systems durch Störungen entgegengewirkt wird. Anschaulich kann die Steuerung eine nach vorn gerichtete Steuerstrecke aufweisen und somit anschaulich eine Ablaufsteuerung implementieren, welche eine Eingangsgröße in eine Ausgangsgröße umsetzt. Die Steuerstrecke kann aber auch Teil eines Regelkreises sein, so dass eine Regelung implementiert wird. Die Regelung weist im Gegensatz zu der reinen Vorwärts-Steuerung eine fortlaufende Einflussnahme der Ausgangsgröße auf die Eingangsgröße auf, welche durch den Regelkreis bewirkt wird (Rückführung). Mit anderen Worten kann alternativ oder zusätzlich zu der Steuerung eine Regelung verwendet werden bzw. alternativ oder zusätzlich zu dem Steuern ein Regeln erfolgen. Bei einer Regelung wird ein Ist-Wert der Regelgröße (z. B. basierend auf einem Messwert ermittelt) mit einem Führungswert (einem Sollwert oder einer Vorgabe oder einem Vorgabewert) verglichen und entsprechend kann die Regelgröße mittels einer Stellgröße (unter Verwendung eines Stellglieds) derart beeinflusst werden, dass sich möglichst eine geringe Abweichung des jeweiligen Ist-Werts der Regelgröße vom Führungswert ergibt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können eine Vorrichtung und/oder ein Verfahren bereitgestellt werden zur Vermeidung der Temperaturabsenkung im Prozessraum während der Einfahrt der zu beschichtenden Werkstücke. Alternativ oder zusätzlich können eine Vorrichtung und/oder ein Verfahren bereitgestellt sein oder werden, welche den Einsatz einer kostengünstigeren Mehrfach-Hochspannungsversorgung für mehrere (z.B. zwei Elektronenstrahlquellen) einer Beschichtungsanordnung ermöglicht. Beispielsweise kann die Beschichtungsanordnung mit genau zwei Elektronenstrahlquellen auch als Doppelquellen-Bedampfungsanlage und die entsprechende Mehrfach-Hochspannungsversorgung dann als Doppel-Hochspannungsversorgung bezeichnet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann im Prozessraum ein Strahlfänger (z.B. ein Strahl-Diffusor) bereitgestellt sein oder werden. Der Strahlfänger kann beispielsweise in Form einer hochtemperaturbeständigen Baugruppe (auch als Strahlfängerbaugruppe, z.B. Diffusorbaugruppe, bezeichnet) bereitgestellt sein oder werden. Der Strahlfänger kann eingerichtet sein, während der Einfahrt der zu beschichtenden Werkstücke in die Vakuumkammer, in welcher das Beschichten der Werkstücke erfolgt (auch als Beschichtungskammer bezeichnet), vom Elektronenstrahl der durch die einfahrenden Werkstücke blockierten Elektronenstrahlquelle beaufschlagt (d.h. mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird) wird.
  • Die in den Strahlenfänger eingestrahlte Energie kann beispielsweise diffus in die Prozesskammer zurückstrahlt werden, z.B. zumindest teilweise sofort (durch rückgestreute Elektronen) und/oder zumindest teilweise mit geringer zeitlicher Verzögerung, z.B. durch Temperaturerhöhung des Strahlfängers und anschließende Abstrahlung in Form von Wärmestrahlung. Die Beaufschlagung des Strahlenfängers (z.B. Diffusors) anstelle des Verdampfungstiegels beseitigt den Zwang zur Abschaltung des Elektronenstrahls. Die diffus in die Vakuumkammer rückgestrahlte Energie kann zu einer zeitlichen Homogenisierung der Leistungsbilanz des Beschichtungsprozessraums und damit zu einer zeitlichen Stabilisierung der Prozesstemperatur führen und/oder zumindest beitragen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung bereitgestellt sein oder werden mit zwei oder mehr Tiegeln und einer Doppel-Hochspannungsversorgung. Die Doppel-Hochspannungsversorgung weist beispielsweise eine Hochspannungsversorgung für zwei Elektronenquellen auf, wobei beide Elektronenquellen von dem gleichen Hochspannungs-Transformator mit Beschleunigungsspannung versorgt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren bereitgestellt sein oder werden zum Beschichten von Werkstücken (z.B. Bauteilen) mittels EB-PVD in einer Vakuumkammer (z.B. eine Beschichtungskammer, auch als Bedampfungskammer bezeichnet) mit einer Elektronenstrahlquelle, einem Tiegel und einer Handlingvorrichtung (allgemeiner einer Transportvorrichtung) für Werkstücke. Das Verfahren kann aufweisen: Beaufschlagen von Kammereibauten und/oder des Tiegels mit dem Elektronenstrahl mit einem Konditionierung-Ablenkmuster (ein Elektronenstrahl-Ablenkmuster) zum Herstellen eines erhöhten Temperaturniveaus von Kammereinbauten und Abschirmungen, Umschalten der Elektronenstrahl-Ablenksequenz auf ein Austast-Ablenkmuster, welches keine Schädigung der zu beschichtenden Bauteile während des folgenden Transportschrittes hervorruft, Transport der zu beschichtenden Teile in die Bedampfungskammer mittels der Transportvorrichtung (z.B. der Handlingvorrichtung), und Umschalten der Elektronenstrahl-Ablenksequenz auf ein drittes Arbeit-Ablenkmuster, welches zum Verdampfen von Bedampfungsmaterial aus dem Tiegel und zum Beibehalten eines erhöhten Temperaturniveaus von Kammereinbauten und Abschirmungen eingerichtet ist.
  • Eine Beschichtungsanordnung zum Bedampfen (mit anderen Worten Beschichten aus Dampf) von einem oder mehr als einem Werkstück (oder anderen Bauteilen) mittels EB-PVD kann aufweisen: eine Bedampfungskammer (z.B. Vakuumkammer), einen Tiegel, eine Handlingvorrichtung zum Transport des zu beschichtenden einen oder mehr als einen Werkstücks, welches den Strahlweg von der Elektronenquelle zum Tiegel während des Handlingvorganges blockiert, und einen hochtemperaturbeständigen Strahlenfänger (z.B. Elektronendiffusor), welcher derart eingerichtet ist, dass er die Leistung des Elektronenstrahls zumindest während des Handlingvorganges aufnehmen kann. Der Strahlenfänger kann beispielsweise näher an der Elektronenquelle als an der Transportebene des zu beschichtenden einen oder mehr als einen Werkstück angeordnet sein. Der Strahlenfänger kann beispielsweise beweglich, z.B. schwenkbar und/oder verschiebbar, gelagert sein oder werden. Der Strahlenfänger kann beispielsweise zumindest an einer dem Elektronenstrahl zugewandten Oberfläche ein hochtemperaturbeständiges Material aufweisen. Der Strahlenfänger kann zumindest teilweise wassergekühlt sein oder werden. Der Strahlenfänger kann beispielsweise zumindest eine dem Elektronenstrahl zugewandte wassergekühlte Fläche aufweisen. Der Strahlenfänger kann zumindest an einer dem Elektronenstrahl zugewandten Oberfläche einen aus einem hochtemperaturbeständiges Material (z.B. ein Material mit einem Schmelzpunkt größer als 1200°C, vorzugsweise größer als 1500°C) bestehenden Elektronenreflektor aufweisen. Der Strahlenfänger kann beispielsweise derart angeordnet sein oder werden, dass er während des Handlingvorganges und/oder nach dem Handlingvorgang in Wärmestrahlung-Wechselwirkung mit den zu beschichtenden Bauteilen steht. Der Strahlenfänger kann beispielsweise derart angeordnet sein oder werden, dass bei Beaufschlagung des Strahlenfängers mit dem Elektronenstrahl zumindest ein Teil der Elektronen während des Handlingvorganges oder nach dem Handlingvorgang in Richtung der zu beschichtenden Werkstücke reflektiert wird.
  • Die Beschichtungsanordnung kann optional aufweisen: eine zweite Elektronenquelle und einen zweiten Tiegel, wobei die erste und die zweite Elektronenquelle mittels eines gemeinsamen Hochspannungstransformator mit Beschleunigungsspannung versorgt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Beschichten eines oder mehr als eines Werkstücks (oder anderen Bauteilen) mittels EB-PVD in einer Bedampfungskammer mit einer Elektronenquelle, einem Tiegel und einer Handlingvorrichtung für Werkstücke bereitgestellt sein oder werden, das Verfahren aufweisend: (z.B. in einer Konditionierungskonfiguration) Beaufschlagung von Kammereinbauten und/oder des Tiegels mit dem Elektronenstrahl mit einem Konditionierung-Ablenkmuster zwecks Herstellung eines erhöhten Temperaturniveaus von Kammereinbauten und Abschirmungen; Umschalten der Elektronenstrahl-Ablenksequenz auf ein Austast-Ablenkmuster, welches keine Schädigung der zu beschichtenden Werkstücke (z.B. Bauteile) während des folgenden Transportschrittes hervorruft; Transport der zu beschichtenden Werkstücke in die Bedampfungskammer mittels der Handlingvorrichtung; Umschalten der Elektronenstrahl-Ablenksequenz auf ein Arbeit-Ablenkmuster, welches zum Verdampfen von Bedampfungsmaterial aus dem Tiegel und zum Beibehalten eines erhöhten Temperaturniveaus von Kammereinbauten und Abschirmungen geeignet ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein Verfahren aufweisen: Positionieren des Strahlenfängers (z.B. Diffusors) in einer Ruheposition; Beaufschlagung von Kammereinbauten und/oder des Tiegels mit dem Elektronenstrahl mit dem Konditionierung-Ablenkmuster zwecks Herstellung eines erhöhten Temperaturniveaus von Kammereinbauten und Abschirmungen; Positionieren des Diffusors in einer Arbeitsposition; Umschalten der Elektronenstrahl-Ablenksequenz auf ein Abtast-Ablenkmuster, welches keine Schädigung der zu beschichtenden Bauteile während des folgenden Transportschrittes hervorruft und wobei wesentliche Anteile der Elektronenstrahlleistung auf den Strahlenfänger gerichtet sind; Transport der zu beschichtenden Werkstücke in die Bedampfungskammer mittels der Handlingvorrichtung; Positionieren des Strahlenfängers in einer Ruheposition; Umschalten der Elektronenstrahl-Ablenksequenz auf ein Arbeit-Ablenkmuster, welches zum Verdampfen von Bedampfungsmaterial aus dem Tiegel und zum Beibehalten eines erhöhten Temperaturniveaus von Kammereinbauten und Abschirmungen geeignet ist. Das Konditionierung-Ablenkmuster und das Austast-Ablenkmuster können optional identisch sein. Die Elektronenstrahlleistung kann während des Ablenkens gemäß dem Konditionierung-Ablenkmuster, dem Austast-Ablenkmuster und/oder während des Transports derart variiert (z.B. gesteuert und/oder geregelt) werden, dass die zeitliche Varianz der Temperatur der zu beschichtenden Bauteile während der Bedampfung minimiert wird, insbesondere kleiner als +-25K, bevorzugt kleiner als +-10K.
  • 1 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung 100 Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer 224 (auch als Vakuumprozesskammer oder Bedampfungskammer bezeichnet), in welcher ein Beschichtungsraum 224r angeordnet ist, wobei der Beschichtungsraum 224r beispielsweise das Innere der Vakuumkammer 224 ausfüllen und/oder zumindest ein Vakuum aufweisen kann.
  • Die Vakuumkammer 224 kann eine oder mehr als eine Vakuumpumpe (z.B. Vorvakuumpumpe und/oder Hochvakuumpumpe) aufweisen zum Bereitstellen eines Vakuums im Inneren der Vakuumkammer 224 und/oder in dem Beschichtungsraum 224r.
  • Der Beschichtungsraum 224r kann zumindest einen (d.h. genau ein oder mehr als einen) Auftreffbereich 224a, 224b aufweisen.
  • Die Beschichtungsanordnung 100 kann ferner zumindest eine (d.h. genau eine oder mehr als eine) Elektronenstrahlkanone 112 aufweisen, welche beispielsweise eine Elektronenstrahlquelle 112q und ein Ablenksystem 142a zum Ablenken einen Elektronenstrahls 23 in die mehreren Auftreffbereiche 224a, 224b aufweist. Die Elektronenstrahlquelle 112q kann eine Elektronenquelle (z.B. eine Kathode, z.B. Glühkathode) und eine Strahlformeinheit (z.B. eine Anode) aufweisen.
  • Der Elektronenstrahl 23 kann beispielsweise gemäß einer (z.B. derselben) Ablenksequenz (auch als Elektronenstrahl-Ablenksequenz bezeichnet) abgelenkt werden, z.B. mehrmals hintereinander gemäß derselben Ablenksequenz. Eine Ablenksequenz kann anschaulich eine Abfolge von Soll-Auftreffpunkten und/oder eine Soll-Trajektorie (auch als Soll-Ablenktrajektorie bezeichnet) auf welche der Elektronenstrahl 23 gerichtet wird (d.h. welcher mittels des Elektronenstrahls 23 abgefahren werden soll), repräsentieren. Die oder jede Ablenksequenz kann zumindest eine (d.h. genau eine oder mehr als eine) Ablenkfigur aufweisen und/oder definieren. Die oder jede Ablenkfigur kann eine in sich geschlossene Trajektorie 155 bzw. eine Abfolge von Soll-Auftreffpunkten 155 entlang der in sich geschlossenen Trajektorie 155 definieren, welche bestrahlt werden soll (die sogenannte Auftrefffigur 155). Die Auftrefffigur 155 kann beispielsweise eine Trajektorie T(P,t) des Auftrefforts P(x,y,z) des Elektronenstrahls 23 repräsentieren. Die Größe und Ausrichtung der Auftrefffigur 155 kann von ihrer Lage im Raum abhängen und optional zeitabhängig verändert und/oder transformiert werden.
  • Allgemeiner wird die Auftrefffigur 155 von der Ablenkfigur (auch als Ablenkmuster bezeichnet) beschrieben, welche beispielsweise auf den Ablenkwinkel (αx(t), αy(t)) bezogen sein kann, um welche der Elektronenstrahl 23 aus seiner Ruheposition abgelenkt wird. Die oder jede Ablenkfigur kann beispielsweise einem Auftreffbereich 224a, 224b zugeordnet sein oder werden. Beispielsweise kann die entsprechende Auftrefffigur in einem Auftreffbereich 224a, 224b angeordnet sein. Allgemeiner gesprochen, kann die Ablenkfigur den Elektronenstrahl 23 auf die Auftrefffigur 155 abbilden (analog zu einer Zentralprojektion). Die oder jede Ablenksequenz kann genau eine oder mehr als eine Ablenkfigur aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Optional kann die Beschichtungsanordnung 100 zumindest einen Targethalter 114 (d.h. genau einen oder mehr als einen Targethalter) zum Halten des Targetmaterials (auch als Verdampfungsgut oder Beschichtungsmaterial bezeichnet) in einem oder mehr als einem Auftreffbereich der Beschichtungsanordnung 100 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann in dem oder jedem Auftreffbereich 224a, 224b ein Targetmaterial angeordnet sein oder werden, welches mittels des Elektronenstrahls 23 verdampft werden soll. Das Verdampfen kann allgemein verstanden werden als das Überführen in die Gasphase und kann auch ein Sublimieren aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann in zumindest einem Auftreffbereich 224a, 224b ein Strahlenfänger angeordnet sein oder werden, wie später noch genauer beschrieben wird.
  • Der oder jeder Targethalter 114 kann beispielsweise einen Tiegel aufweisen. Ein Tiegel kann verstanden werden als ein temperaturbeständiger (z.B. 1000°C und mehr) Behälter, welcher zum Aufnehmen des Targetmaterials eingerichtet ist. Dazu kann der Tiegel beispielsweise einen Hohlraum aufweisen, in welchem das Targetmaterial angeordnet sein oder werden kann. Der Hohlraum kann in Richtung der bestrahlenden oder zur Bestrahlung eingerichteten Elektronenstrahlkanone 112 geöffnet sein, so dass der Elektronenstrahl 23 auf das Targetmaterial gerichtet werden kann.
  • In dem Beschichtungsraum 224r kann das zu beschichtende Werkstück angeordnet und/oder transportiert sein oder werden, wie später noch genauer beschrieben wird.
  • Das Targetmaterial, d.h. das zu verdampfende Material (Verdampfungsgut), kann z.B. ein Metall (z.B. eine Legierung), ein organisches Material, einen Kunststoff, Graphit oder eine Keramik aufweisen. Der Abstand der Elektronenstrahlquelle 112q zu dem Verdampfungsgut kann beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0,1 m bis ungefähr 5 m liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,1 m bis ungefähr 0,5 m. Alternativ oder zusätzlich kann das Targetmaterial in einem Vakuum angeordnet sein oder werden, z.B. während es bestrahlt und/oder verdampft wird.
  • Optional kann die Energieversorgung 110 einen Transformator aufweisen, welcher die Versorgungsgröße, z.B. die Beschleunigungsspannung, für mehrere Elektronenstrahlkanonen 112 bereitstellt.
  • Die eine oder mehr als eine Elektronenstrahlkanone 112 kann mittels einer Energieversorgung 110 elektrisch versorgt werden. Beispielsweise kann die Energieversorgung 110 eine elektrische Größe (auch als Versorgungsgröße bezeichnet) bereitstellen, welche die Gesamtleistung des Elektronenstrahls 23 definiert. Die Versorgungsgröße kann beispielsweise eine Beschleunigungsspannung und/oder einen Kathodenstrom der Elektronenstrahlkanone 112 sein. Die Versorgungsgröße, z.B. die Beschleunigungsspannung, kann mittels eines Transformators der Energieversorgung 110 bereitgestellt sein oder werden.
  • Beispielsweise kann die Gesamtleistung des Elektronenstrahls 23 gesteuert und/oder geregelt werden, indem die elektrische Größe verändert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Elektronenquelle derart eingerichtet sein, dass der Abstand zwischen Kathode und Anode der Elektronenquelle verändert werden kann. Dann kann die Gesamtleistung des Elektronenstrahls 23 gesteuert und/oder geregelt werden, indem der Abstand zwischen Kathode und Anode verändert wird.
  • 2A und 2B veranschaulichen jeweils eine Beschichtungsanordnung 200 und/oder ein Verfahren in mehreren Konfigurationen 200a, 200b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. die Beschichtungsanordnung 100.
  • Die Elektronenstrahlkanone 112 kann zum Bereitstellen (z.B. Erzeugen und/oder Emittieren) des Elektronenstrahls 23 eingerichtet sein. Ein oder mehr als ein Strahlfänger 202, z.B. ein oder mehr als ein flächenförmiger Strahlfänger 202, kann neben der Elektronenstrahlkanone 112 angeordnet sein. Die Elektronenstrahlkanone 112 und/oder der oder jeder Strahlfänger 202 können mittels einer Steuervorrichtung 204 angesteuert sein oder werden gemäß mehreren Konfigurationen 200a, 200b.
  • Das Ansteuern kann verstanden werden, als dass der Arbeitspunkt der Elektronenstrahlkanone 112 bzw. des Strahlfängers 202 gesteuert und/oder geregelt wird mittels der Steuervorrichtung 204. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 204 eingerichtet sein, dem Strahlfänger 202 (z.B. auf geregelte und/oder gesteuerte Art und Weise) Antriebsenergie und/oder eine mechanische Kraft zuzuführen (z.B. mittels eines Aktuators). Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung 204 eingerichtet sein, der Elektronenstrahlkanone 112 (z.B. auf geregelte und/oder gesteuerte Art und Weise) mehrere Ablenkmuster bereitzustellen, gemäß welchen der Elektronenstrahl 23 abgelenkt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung 204 eingerichtet sein, die Elektronenstrahlkanone 112 (z.B. auf geregelte und/oder gesteuerte Art und Weise) mit elektrischer Leistung zu versorgen.
  • Die mehreren Konfigurationen 200a, 200b können zumindest eine erste Konfigurationen 200a und eine zweite Konfigurationen 200b aufweisen und optional eine oder mehr als eine dritte Konfigurationen 200c, wie später noch genauer beschrieben wird.
  • In der ersten Konfiguration 200a (auch als Austastkonfiguration 200a bezeichnet) kann der Elektronenstrahl 23 auf den Strahlfänger 202 gerichtet sein. Beispielsweise kann in der ersten Konfiguration 200a der Strahlfänger 202 mittels des Elektronenstrahls 23 bestrahlt sein oder werden, z.B. gemäß einem ersten Ablenkmuster (auch als Austast-Ablenkmuster bezeichnet) und/oder einer ersten Ablenksequenz (auch als Austastsequenz bezeichnet).
  • Das Bestrahlen eines Körpers (z.B. des Strahlfängers 202 und/oder des Beschichtungsmaterials) kann aufweisen, in diesen Energie einzubringen, z.B. diesen mittels der Energie zu erwärmen. Alternativ oder zusätzlich kann die in den Körper eingebrachte Energie wieder reemittiert werden, z.B. mittels Wärmestrahlung und/oder Elektronenstrahlung (z.B. Sekundärelektronen).
  • Im Gegensatz zu dem Beschichtungsmaterial kann der Strahlfänger 202 allerdings keine Phasenübergang-Wärme (z.B. Sublimationswärme, Verdampfungswärme und/oder Verdampfungswärme) aufnehmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Wärmeverlustleistung des Strahlfängers 202 (z.B. bei seiner Schmelztemperatur) größer sein als die Gesamtleistung des Elektronenstrahls 23. Damit kann verhindert werden, dass der Strahlenfänger 202 beschädigt wird.
  • In der zweiten Konfiguration 200b (auch als Arbeitskonfiguration 200b bezeichnet) kann der Elektronenstrahl 23 an dem Strahlfänger 202 vorbei gerichtet sein, z.B. durch einen Ausbreitungsbereich 201 hindurch. Der Ausbreitungsbereich 201 kann anschaulich den Bereich bezeichnen, durch welchen hindurch sich der Elektronenstrahl 23 ausbreitet, wenn dieser zum verdampfen des Beschichtungsmaterials eingerichtet ist. Der Ausbreitungsbereich 201 kann sich beispielsweise von der Elektronenstrahlkanone 112 an dem Strahlenfänger 202 vorbei erstrecken.
  • Beispielsweise kann in der Arbeitskonfiguration 200b der Strahlfänger 202 weniger (z.B. mit einer geringeren Leistungsdichte) mittels des Elektronenstrahls 23 bestrahlt sein oder werden als in der Austastkonfiguration 200a. Alternativ oder zusätzlich kann der Elektronenstrahl 23 in der Arbeitskonfiguration gemäß einem zweiten Ablenkmuster (auch als Arbeit-Ablenkmuster bezeichnet) und/oder zweiten Ablenksequenz (auch als Arbeitssequenz bezeichnet) abgelenkt sein oder werden, welche sich beispielsweise von der der Austastkonfiguration 200a unterscheidet.
  • Der Elektronenstrahl kann periodisch gemäß einem oder mehr als einem Ablenkmuster abgelenkt werden. Das eine oder mehr als eine Ablenkmuster einer Periode kann auch als Ablenksequenz bezeichnet werden. Beispielsweise können aufeinanderfolgende Ablenkmuster mittels einer Ähnlichkeitstransformation auseinander hervorgehen. Die erste Ablenksequenz und zweite Ablenksequenz können sich voneinander unterscheiden, z.B. in zumindest einem Ablenkmuster. Das Ablenken des Elektronenstrahls Ablenksequenz kann beispielsweise fortwährend wiederholt werden bis in eine andere Ablenksequenz gewechselt wird.
  • Wird die Leistungsdichte, Gesamtleistung oder eine andere radiometrische Größe einer Elektronenstrahlkanone 112 bzw. des Elektronenstrahls 23 angegeben, kann diese zeitlich, z.B. über die Periodendauer, gemittelt sein oder werden. Beispielsweise kann die Leistungsdichte, Gesamtleistung oder eine andere radiometrische Größe auf eine Ablenksequenz bezogen sein. Beispielsweise kann die zweite Ablenksequenz eine größere (z.B. winkelbezogene) Leistungsdichte bereitstellen als die erste Ablenksequenz. Alternativ oder zusätzlich kann die Gesamtleistung des Elektronenstrahls für die zweite Ablenksequenz und die erste Ablenksequenz im Wesentlichen gleich sein. Die winkelbezogene Leistungsdichte (auch als Strahlungsstärke bezeichnet) kann als Strahlungsfluss pro Raumwinkel verstanden werden.
  • Beispielsweise kann die Beschichtungsanordnung 200 den Ausbreitungsbereich 201 aufweisen, in welchen hinein sich der erzeugte Elektronenstrahl 23 ausbreitet. Der Strahlfänger 202 kann zumindest in der Arbeitskonfiguration 200b neben dem Ausbreitungsbereich 201 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Elektronenstrahl 23 sich zumindest in der Arbeitskonfiguration 200b an Strahlenfänger 202 vorbei ausbreiten.
  • Der eine oder mehr als eine Strahlfänger 202 kann beispielsweise einen Elektronenreflektor aufweisen oder daraus gebildet sein. Ein Elektronenreflektor kann eingerichtet sein, mehr Elektronen und/oder Leistung des Elektronenstrahls 23 abzugeben (z.B. zu reflektieren und/oder reemittieren) als zu absorbieren. Mit anderen Worten kann der Elektronenreflektor eingerichtet sein, einen größeren Anteil der auf ihn treffenden Elektronen und/oder Leistung des Elektronenstrahls 23 wieder abzugeben als zu absorbieren. Das Absorbieren kann erfolgen, indem die Energie der Elektronen in thermische Energie umgewandelt wird.
  • Der eine oder mehr als eine Strahlfänger 202 kann alternativ oder zusätzlich einen Elektronendiffusor aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Elektronendiffusor kann eingerichtet sein, die abgegebenen Elektronen diffus abzugeben (z.B. ohne eine Vorzugsrichtung), den Elektronenstrahl 23 aufzufächern und/oder anderweitig die Strahlcharakteristik der Elektronen 23 aufzuheben.
  • Alternativ oder zusätzlich kann der eine oder mehr als eine Strahlfänger 202 eine Wärmestrahlungsquelle aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Wärmestrahlungsquelle kann eingerichtet sein, weniger Elektronen und/oder Leistung des Elektronenstrahls 23 abzugeben (z.B. zu reflektieren und/oder reemittieren) als zu absorbieren. Die absorbierten Elektronen bzw. Leistung können beispielsweise in Wärmeenergie und/oder Wärmestrahlung umgewandelt werden, welche der Strahlfänger 202 wieder emittieren kann.
  • Optional kann in einer zusätzlichen zweiten Konfiguration 200c (auch als Konditionierungskonfiguration oder dritte Konfiguration bezeichnet), in welcher der Elektronenstrahl an dem Strahlfänger 202 vorbei gerichtet ist, eine Peripherie (z.B. Teile der Vakuumkammer oder anderer Kammereinbauten) der Beschichtungsanordnung 200 bestrahlt sein oder werden, um diese zu erwärmen. Beispielsweise kann in der Konditionierungskonfiguration 200c die Peripherie mittels des Elektronenstrahls 23 bestrahlt sein oder werden, z.B. gemäß einem dritten Ablenkmuster (auch als Konditionierung-Ablenkmuster bezeichnet) und/oder einer ersten Ablenksequenz (auch als Konditionierungssequenz bezeichnet). Optional können die Konditionierungskonfiguration und die Austastkonfiguration identisch sein und/oder zumindest in ihrer Ablenksequenz übereinstimmen.
  • Optional kann beim Umschalten von der Arbeitskonfiguration in die Austastkonfiguration ein Auffächern des Elektronenstrahls 23 erfolgen, z.B. indem dieser gemäß einem abrasternden Ablenkmuster abgelenkt wird. Dies kann die winkelbezogene Leistungsdichte reduzieren.
  • Die Arbeitskonfiguration 200b und die Austastkonfiguration 200a können sich in zumindest einem von Folgenden unterscheiden: der Menge an verdampftem Beschichtungsmaterial, der Menge an auf ein Werkstück aufgebrachtem Beschichtungsmaterial, einem Ablenkmuster, einer bereitgestellten (z.B. winkelbezogenen) Leistungsdichte, einer Menge an in den Beschichtungsraum 224r hinein emittierten Wärmestrahlung, einer Transportgeschwindigkeit und/oder Position des zu beschichtenden den Werkstücks, einer Position des Strahlenfängers 202, einer Menge an bereitgestellter Phasenübergang-Wärme, einer Länge des Elektronenstrahls 23.
  • 3A bis 3C veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 300 und/oder ein Verfahren in mehreren Konfigurationen 200a, 200b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. die Beschichtungsanordnung 100 oder 200.
  • Die Beschichtungsanordnung 300 kann optional mehrere (z.B. genau zwei oder mehr als zwei) Elektronenstrahlkanonen 112 aufweisen, von denen jede Elektronenstrahlkanone zum Bereitstellen eines Elektronenstrahls eingerichtet ist. Die Beschichtungsanordnung 300 kann optional einen oder mehr als einen Tiegel aufweisen. Ein Tiegel 304 kann beispielsweise einen Hohlraum zum Aufnehmen eines zu verdampfenden Beschichtungsmaterials 302 aufweisen.
  • Beispielsweise kann die Beschichtungsanordnung 300, für jede Elektronenstrahlkanone der mehreren Elektronenstrahlkanonen 112, zumindest einen Tiegel 304 aufweisen, welcher der Elektronenstrahlkanone zugeordnet ist. Beispielsweise können die Elektronenstrahlkanone 112 und der zumindest eine dieser zugeordnete Tiegel 304 eine Tiegel-Kanone-Gruppe 112a, 112b bilden, wobei beispielsweise die Beschichtungsanordnung 300 eine oder mehr als eine Tiegel-Kanone-Gruppen 112a, 112b aufweisen kann.
  • Die oder jede Tiegel-Kanone-Gruppe 112a, 112b kann eingerichtet sein, zumindest eine Dampfquelle bereitzustellen. Eine Dampfquelle kann als Quelle eines gasförmigen Beschichtungsmaterials 302 verstanden werden.
  • Zumindest eine (z.B. genau eine, mehr als eine oder jede) Tiegel-Kanone-Gruppen 112a, 112b der Beschichtungsanordnung 300 kann zumindest einen Strahlenfänger 202 aufweisen.
  • Werden mehrere Tiegel-Kanone-Gruppen 112a, 112b zwischen der Austastkonfiguration 200a und der Arbeitskonfiguration 200b umgeschaltet, dann können diese derart angesteuert sein oder werden (z.B. mittels der Steuervorrichtung 204), dass sich maximal eine Tiegel-Kanone-Gruppen 112a, 112b gemäß der Austastkonfiguration 200a angesteuert wird.
  • Der Hohlraum des Tiegels 304 der oder jeder Tiegel-Kanone-Gruppe 112a, 112b kann in Richtung der Elektronenstrahlkanone 112 der Tiegel-Kanone-Gruppe 112a, 112b und/oder des Strahlenfängers 202 der Tiegel-Kanone-Gruppe 112a, 112b geöffnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Strahlenfänger 202 der Tiegel-Kanone-Gruppe 112a, 112b, zumindest in der Austastkonfiguration 200a, zwischen dem Tiegel 304 der Tiegel-Kanone-Gruppe 112a, 112b und der Elektronenstrahlkanone 112 der Tiegel-Kanone-Gruppe 112a, 112b angeordnet sein.
  • Der Beschichtungsraum 224r kann beispielsweise zwischen zwei Ausbreitungsbereichen 201 angeordnet sein, in denen sich der jeweilig erzeugte Elektronenstrahl 23 ausbreitet. Alternativ oder zusätzlich kann der Beschichtungsraum 224r zwischen dem Strahlenfänger 202 und dem oder den Tiegel(n) 114 bzw. Beschichtungsmaterial angeordnet sein oder werden.
  • Der jeweilige Ausbreitungsbereich 201 kann, zumindest in der Arbeitskonfiguration 200b, eine Sichtverbindung zwischen der Elektronenstrahlkanone 112 und dem ihr zugeordneten zumindest einen Tiegel 114 bereitstellen.
  • Die Beschichtungsanordnung 300 kann eine Handhabungsvorrichtung 314 (auch als Verlagerungsvorrichtung oder Transportvorrichtung bezeichnet) zum Verlagern eines oder mehr als eines zu beschichtenden Werkstücks 312 aufweisen. Beispielsweise kann die Handhabungsvorrichtung 314 einen Carrier 314 (auch als Träger 314 bezeichnet) aufweisen, mittels welchem das eine oder mehr als eine Werkstück 312 getragen werden kann während des Verlagerns. Die Handhabungsvorrichtung 314 kann als Vorrichtung verstanden werden, mittels welcher ein Fluss an Werkstücken zu oder von dem Beschichtungsraum 224r bereitgestellt werden kann.
  • Dazu kann die Handhabungsvorrichtung 314 beispielsweise mehrere Transportrollen aufweisen, welche beispielsweise den Carrier 314 transportieren.
  • Das oder jedes zu beschichtende Werkstück 312 kann beispielsweise eine Turbinenschaufel aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Beschichtungsmaterial eine Keramik oder ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Das Verfahren kann in 300a aufweisen, zumindest eine (d.h. genau eine, mehr als eine oder jede) Elektronenstrahlkanone der mehreren Elektronenstrahlkanonen 112, z.B. die Elektronenstrahlkanone einer ersten Tiegel-Kanone-Gruppe 112a und/oder einer zweiten Tiegel-Kanone-Gruppe 112b, gemäß der Arbeitskonfiguration 200b oder Konditionierungskonfiguration 200c anzusteuern. In der Arbeitskonfiguration 300b kann die zumindest eine Elektronenstrahlkanone 112 ein Beschichtungsmaterial 302 mittels des Elektronenstrahls 23 bestrahlen. Das bestrahlte Beschichtungsmaterial 302 kann thermisch emittiert werden, d.h. thermisch in seine Gasphase überführt werden, z.B. in den Beschichtungsraum 224r hinein.
  • Das Verfahren kann in 300b aufweisen, Verlagern (z.B. Transportieren) eines oder mehr als eines Werkstücks 312 in Richtung 301 zu dem Beschichtungsmaterial 302 hin, z.B. in den Beschichtungsraum 224r hinein. Das eine oder mehr als eine Werkstück 312 kann mittels des Carriers 314 (auch als Werkstückträger 314 bezeichnet) gehalten und/oder transportiert werden. Das Verlagern kann entlang eines Pfades 301 erfolgen, welcher in dem Beschichtungsraum 224r angeordnet und/oder durch diesen hindurch erstreckt ist.
  • Das Verlagern kann beispielsweise durch einen oder mehr als einen Ausbreitungsbereich 201 hindurch erfolgen.
  • Das Verfahren kann in 300b aufweisen, z.B. während das Verlagern erfolgt: Bestrahlen des Strahlfängers 202 (nicht dargestellt) mittels eines Elektronenstrahls, wie später noch genauer beschrieben wird. Beispielsweise kann die Elektronenstrahlkanone der ersten Tiegel-Kanone-Gruppe 112a und/oder der zweiten Tiegel-Kanone-Gruppe 112b den jeweiligen Strahlfänger 202 bestrahlen. Beispielsweise kann beim Verlagern des einen oder mehr als einen Werkstücks 312 in den Beschichtungsraum 224r hinein die Elektronenstrahlkanone 112 nur der ersten Tiegel-Kanone-Gruppe 112a den Strahlfänger bestrahlen. Alternativ oder zusätzlich kann beim Verlagern des einen oder mehr als einen Werkstücks 312 aus dem Beschichtungsraum 224r heraus die Elektronenstrahlkanone entweder der ersten Tiegel-Kanone-Gruppe 112a und/oder der zweiten Tiegel-Kanone-Gruppe 112b den jeweiligen Strahlfänger 202 bestrahlen.
  • Das Verfahren kann in 300c aufweisen, z.B. nach dem Verlagern des Werkstücks 312 und/oder wenn dieses in dem Beschichtungsraum 224r angeordnet ist: thermisches Emittieren des Beschichtungsmaterials 302 zu dem einen oder mehr als einen Werkstück 312 hin. Das Beschichtungsmaterial 302 kann sich an dem einen oder mehr als einen Werkstück 312 anlagern und eine Beschichtung des Werkstücks 312 bilden.
  • Die Elektronenstrahlkanone 112 und/oder der Strahlenfänger 202 der ersten Tiegel-Kanone-Gruppe 112a und/oder der zweiten Tiegel-Kanone-Gruppe 112b können in 300a und/oder 300c gemäß der Arbeitskonfiguration 200b angesteuert sein oder werden (z.B. mittels der Steuervorrichtung 204). Alternativ oder zusätzlich können die Elektronenstrahlkanone 112 und/oder der Strahlenfänger 202 der ersten Tiegel-Kanone-Gruppe 112a und/oder der zweiten Tiegel-Kanone-Gruppe 112b in 300b gemäß der Austastkonfiguration 200a angesteuert sein oder werden (z.B. mittels der Steuervorrichtung 204).
  • Optional kann das Umschalten zwischen der Arbeitskonfiguration 200b und der Austastkonfiguration 200a automatisch ausgelöst sein oder werden (z.B. mittels der Steuervorrichtung 204), z.B. wenn ein vordefiniertes Kriterium erfüllt ist, z.B. wenn eine zu erfassende Zustandsgröße der Beschichtungsanordnung 300 das Kriterium erfüllt. Das Kriterium kann beispielsweise aufweisen, dass ein Transportieren von einem oder mehr als einem Werkstück in den Beschichtungsraum 224r hinein und/oder aus diesem heraus erfolgt. Die zu erfassende Größe kann beispielsweise mittels eines Sensors 322 erfasst werden. Der Sensor 322 kann beispielsweise einen Transportzustand, eine Transportgeschwindigkeit und/oder einen Lagezustand der Transportvorrichtung (z.B. eine Position des Werkstücks und/oder des Carriers) erfassen. Es sind allerdings auch andere Sensoren, Messglieder, dergleichen bzw. Zustandsgrößen möglich.
  • Optional kann das Transportieren von einem oder mehr als einem Werkstück in den Beschichtungsraum 224r blockiert sein oder werden (z.B. mittels der Steuervorrichtung 204), beispielsweise solange das Ansteuern in einer anderen Konfiguration als in der Austastkonfiguration 200a erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann das Transportieren von einem oder mehr als einem Werkstück in den Beschichtungsraum 224r nur dann erfolgen (z.B. fortgeführt und/oder gestartet) werden (z.B. mittels der Steuervorrichtung 204), wenn das Ansteuern in der Austastkonfiguration 200a erfolgt.
  • Optional kann eine physikalische Größe erfasst werden, welche eine Temperatur, z.B. des einen oder mehr als einen Werkstücks und/oder in dem Beschichtungsraum 224r, erfasst. Dann kann eine Gesamtleistung des Elektronenstrahls 23 auf Grundlage der physikalischen Größe (z.B. der Temperatur) gesteuert und/oder geregelt werden (z.B. mittels der Steuervorrichtung 204). Alternativ oder zusätzlich zu der Temperatur kann die physikalische Größe einen anderen Betriebszustand des Beschichtungsanordnung 300 reflektieren.
  • Die Beschichtungsanordnung 300 kann beispielsweise zum Bedampfen (z.B. Beschichten) von einem oder mehr als einem Werkstück (z.B. Bauteilen) mittels EB-PVD eingerichtet sein. Die Beschichtungsanordnung 300 kann beispielsweise aufweisen: eine Vakuumkammer 224 (z.B. Bedampfungskammer), einen oder mehr als einen Tiegel 304, einer Handlingvorrichtung 314 zum Transport des einen oder mehr als einen zu beschichtenden Werkstücks 312, welches den Strahlweg 201 von der Elektronenstrahlkanone 112 zum Tiegel 304 während des Verlagerns (auch als Handlingvorgang bezeichnet) blockiert.
  • 4A bis 4C veranschaulicht die Beschichtungsanordnung 400 in mehreren Konfigurationen 200a, 200b in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. die Beschichtungsanordnung 100, 200 oder 300.
  • Die Beschichtungsanordnung 400 kann einen oder den Strahlfänger 202 aufweisen, welcher hochtemperaturbeständig ist, d.h. anschaulich derart eingerichtet (beschaffen) ist, dass er die eingebrachte Leistung des Elektronenstrahls 23 zumindest während. z.B. für die Dauer, des Handlingvorganges aufnehmen kann (z.B. ohne beschädigt und/oder verdampft zu werden).
  • Als hochtemperaturbeständig kann verstanden werden, dass eine Temperatur (auch als Beständigkeitstemperatur bezeichnet), ab welcher der Strahlfänger 202 oder z.B. dessen bestrahlter Abschnitt aus dem festen Aggregatszustand in einen anderen Aggregatszustand (z.B. flüssig oder gasförmig) überführt wird, größer ist als ungefähr 1000°C. Mit anderen Worten kann der Strahlfänger 202 oder z.B. dessen bestrahlter Abschnitt zumindest bis zur Beständigkeitstemperatur in ihrem festen Aggregatszustand verbleiben. Die Beständigkeitstemperatur kann beispielsweise die Schmelztemperatur (auch als Schmelzpunkt bezeichnet) sein.
  • Die Beständigkeitstemperatur kann beispielsweise auch größer sein als ungefähr 1200°C, z.B. als ungefähr 1500°C, als ungefähr 2000°C, als ungefähr 2500°C. Alternativ oder zusätzlich kann die Beständigkeitstemperatur größer sein als eine Temperatur, bei dem das Beschichtungsmaterial in den gasförmigen oder flüssigen Zustand übergeht. Damit kann erreicht werden, dass der Strahlfänger den Beschichtungsbedingungen standhält.
  • Beispielsweise kann der Strahlfänger 202 ein hochtemperaturbeständiges Material aufweisen oder daraus gebildet sein. Soll die Beschichtung auf dem Werkstück möglichst frei von Verunreinigungen sein, kann der Strahlfänger 202 alternativ oder zusätzlich das Beschichtungsmaterial aufweisen.
  • Beispielsweise kann der Strahlfänger 202 eine Beschichtung aus dem hochtemperaturbeständigen Material oder dem Beschichtungsmaterial aufweisen. Beispielsweise kann die Beschichtung aus dem hochtemperaturbeständigen Material oder aus dem Beschichtungsmaterial des Strahlfängers 202 auf derjenigen Oberfläche des Strahlfängers 202 angeordnet sein, welche in der Austastkonfiguration 200a bestrahlt wird und/oder der Elektronenstrahlkanone 112 zugewandt ist.
  • Das hochtemperaturbeständige Material kann beispielsweise eine Keramik, eine Nickel- oder Cobalt-basierte Metalllegierung und/oder Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation (z.B. Graphit) aufweisen oder daraus gebildet sein. Eine Nickel- oder Cobalt-basierte Metalllegierung kann verstanden werden, als dass diese mehr als 50at% Nickel bzw. Cobalt und ferner einen oder mehr als einen anderes Metall aufweist.
  • Alternativ oder zusätzlich zu dem hochtemperaturbeständigen Material kann der Strahlfänger 202 eingerichtet sein, die Gesamtleistung des Elektronenstrahls 23 aufzunehmen über eine Dauer, die das Verlagern des einen oder mehr als einen Werkstücks 312 in den Beschichtungsraum 224r hinein erfordert, ohne seine Beständigkeitstemperatur zu überschreiten. Beispielsweise kann der Strahlfänger 202 aktiv gekühlt sein oder werden, z.B. mittels einer Kühlvorrichtung 332. Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise den Strahlfänger 202 mittels eines Kühlfluides (z.B. Wasser oder Stickstoff) kühlen (d.h. diesem Wärmeenergie entziehen). Das Kühlfluid kann beispielsweise durch einen Hohlraum im Inneren des Strahlenfängers 202 strömen. Der Hohlraum kann beispielsweise einen Wärmetauscher bereitstellen oder zumindest Teil dessen sein. Beispielsweise kann der Strahlfänger 202 zumindest teilweise wassergekühlt sein oder werden.
  • Optional kann der Strahlfänger 202 eine Oberfläche aufweisen, welche in der Austastkonfiguration 200a bestrahlt wird und/oder der Elektronenstrahlkanone 112 zugewandt ist, wobei die Oberfläche mit dem Wärmetauscher thermisch (z.B. wärmeleitend) gekoppelt ist.
  • Alternativ oder zusätzlich zu der Kühlvorrichtung 332 kann der Strahlenfänger 202 bei einer Temperatur kleiner als die Beständigkeitstemperatur eine Wärmeverlustleistung aufweisen, die größer ist als die Gesamtleistung des Elektronenstrahls 23.
  • Der Strahlfänger 202 kann beispielsweise stationär gelagert sein oder werden. Beispielsweise kann der Strahlfänger 202 beim Umschalten zwischen der Arbeitskonfiguration 200b und der Austastkonfiguration 200a nicht bewegt sein oder werden, d.h. in derselben räumlichen Position verbleiben. Mit anderen Worten kann der Strahlfänger 202 in der Arbeitskonfiguration 200b im Wesentlichen dieselbe räumliche Position (d.h. Ausrichtung und/oder Lage) aufweisen wie in der Austastkonfiguration 200a. In alternativen Ausgestaltungen kann der Strahlenfänger 202 aber auch beweglich gelagert sein, wie nachfolgend genauer beschrieben wird.
  • Der Strahlfänger 202 kann optional als Elektronendiffusor eingerichtet sein.
  • Optional kann der Strahlenfänger 202 näher an der Elektronenstrahlkanone 112 angeordnet sein als an dem Pfad (z.B. Transportebene), entlang dessen das eine oder mehr als eine zu beschichtende Werkstück 312 verlagert wird.
  • In 300b kann die erste Elektronenstrahlkanone 112 gemäß der Austastkonfiguration 200a angesteuert werden. In der Austastkonfiguration 200a kann der mittels des Elektronenstrahls 23 überstrichene Raumwinkel beispielsweise größer sein als in der Arbeitskonfiguration 200b. Mit anderen Worten kann das Austast-Ablenkmuster zum Bestrahlen eines größeren Raumwinkels eingerichtet sein als das Arbeit-Ablenkmuster.
  • 5A bis 5C veranschaulicht die Beschichtungsanordnung 500 in mehreren Konfigurationen 200a, 200b in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. die Beschichtungsanordnung 100, 200, 300 oder 400.
  • Die Beschichtungsanordnung 500 kann einen oder den Strahlenfänger 202 (z.B. Diffusor) aufweisen, welcher beweglich 401 gelagert ist (dann auch als Shutter 202 bezeichnet). Beispielsweise kann der Strahlenfänger 202 schwenkbar gelagert sein (d.h. dass dieser auch in seiner Ausrichtung veränderbar ist), z.B. um eine Schwenkachse herum. Anschaulich kann der Strahlenfänger 202 in den Strahlweg 201 hinein und/oder aus diesem heraus schwenkbar sein.
  • Beispielsweise kann der Strahlenfänger 202 in der Austastkonfiguration 200a in dem Ausbreitungsbereich 201 angeordnet sein und/oder in diesen hinein verlagert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Strahlenfänger 202 in der Arbeitskonfiguration 200b außerhalb, z.B. neben, dem Ausbreitungsbereich 201 angeordnet sein und/oder aus diesem heraus verlagert werden.
  • Optional kann der Strahlfänger 202 eine Beschichtung aus dem hochtemperaturbeständigen Material aufweisen auf der Seite des Strahlfängers 202, welche in der Austastkonfiguration 200a bestrahlt wird und/oder der Elektronenstrahlkanone 112 zugewandt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtung Atome mit einer höheren Ordnungszahl aufweisen als das Beschichtungsmaterial.
  • Anschaulich kann der Strahlenfänger 202 in der Austastkonfiguration 200a beispielsweise derart angeordnet sein oder werden, dass er während des Handlingvorganges und/oder nach dem Handlingvorgang in Wärmestrahlungs-Wechselwirkung mit den zu beschichtenden einen oder mehr als einen Werkstück 312 steht.
  • 6A bis 6C veranschaulicht die Beschichtungsanordnung 600 in mehreren Konfigurationen 200a, 200b in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. die Beschichtungsanordnung 100, 200, 300, 400 oder 500.
  • Die Beschichtungsanordnung 600 kann einen oder den Strahlenfänger 202 aufweisen. Der Strahlenfänger 202 der Beschichtungsanordnung 600 kann derart angeordnet sein, dass dieser in der Austastkonfiguration 200a zumindest einen Teil der abgegebenen (z.B. reflektierten und/oder reemittierten) Elektronen 602 in Richtung des Beschichtungsraums 224r abgegeben werden, z.B. in Richtung des einen oder mehr als einen Werkstücks 312. Beispielsweise kann, in der Austastkonfiguration 200a, das eine oder mehr als eine Werkstück 312 mit Elektronen, die von dem Strahlenfänger 202 stammen (z.B. reflektiert werden), bestrahlt sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich können, in der Austastkonfiguration 200a, mittels des Strahlenfängers 202 Elektronen in Richtung des Beschichtungsraums 224r reflektiert werden, z.B. in Richtung des einen oder mehr als einen Werkstücks 312.
  • Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem der Einfallswinkel (d.h. der Winkel zwischen dem Elektronenstrahl 23 und der bestrahlten Oberfläche) kleiner ist als ungefähr 45° (auch als streifender Einfall bezeichnet), z.B. kleiner als ungefähr 30°, z.B. kleiner als ungefähr 20°, z.B. kleiner als ungefähr 10°.
  • In der Arbeitskonfiguration 200b kann der Strahlenfänger 202 derart angeordnet sein oder werden (z.B. mittels der Steuervorrichtung 204), dass von diesem (z.B. von der bestrahlten Oberfläche) abgegebene Wärmestrahlung 604, in Richtung des Beschichtungsraums 224r abgegeben (emittiert) wird, z.B. in Richtung des einen oder mehr als einen Werkstücks 312. Beispielsweise kann, in der Arbeitskonfiguration 200b, das eine oder mehr als eine Werkstück 312 mittels Wärmestrahlung, welche von dem Strahlenfänger 202 stammt, erwärmt (d.h. diesem kann Wärmeenergie zugeführt werden) sein oder werden.
  • Optional kann der Strahlenfänger 202 der Beschichtungsanordnung 600 stationär (d.h. ortsfest) angeordnet sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtung und/oder Oberfläche des Strahlenfängers 202, welche bestrahlt wird, Atome mit einer höheren Ordnungszahl aufweisen als das Beschichtungsmaterial.
  • 7A bis 7C veranschaulicht die Beschichtungsanordnung 700 in mehreren Konfigurationen 200a, 200b in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. die Beschichtungsanordnung 100, 200, 300, 400, 500 oder 600.
  • Die Beschichtungsanordnung 700 kann einen oder den Strahlenfänger 202 aufweisen, welcher gemeinsam mit dem Carrier 314 in den Beschichtungsraum 224r hinein und/oder aus diesem heraus verlagerbar eingerichtet ist. Beispielsweise kann der Strahlenfänger 202 an dem Carrier 314 befestigt und/oder Teil dessen sein. Der Carrier 314 kann ein Gestell aufweisen, an welchem das eine oder mehr als eine Werkstück 312, z.B. hängend, gehalten wird. Das Gestell kann beispielsweise einen Rahmen aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Strahlenfänger 202 kann das Gestell bzw. das damit getragene eine oder mehr als eine Werkstück 312 abdecken.
  • 8 veranschaulicht ein Verfahren 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram, z.B. zum Betreiben der Beschichtungsanordnung 100, 200, 300, 400, 500, 600 oder 700.
  • Das Verfahren 800 kann in 801 aufweisen: Verlagern eines oder mehr als eines Werkstücks in Richtung zu einem Beschichtungsmaterial hin, z.B. in der Austastkonfiguration 200a. Das Werkstück kann beispielsweise in einen Beschichtungsraum hinein verlagert werden, der beispielsweise über dem Beschichtungsmaterial und/oder zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Strahlenfänger angeordnet ist.
  • Das Verfahren 800 kann in 803 aufweisen: während des Verlagerns, Bestrahlen eines Strahlfängers mittels eines Elektronenstrahls. Beispielsweise kann das Verfahren 800 kann in 805 aufweisen: den Strahlfänger und/oder die Elektronenstrahlkanone gemäß der Austastkonfiguration 200a anzusteuern. Der Strahlfänger kann in einem Abstand von dem Beschichtungsmaterial und/oder zwischen dem Beschichtungsmaterial und der Elektronenstrahlkanone angeordnet sein oder werden.
  • Beispielsweise können sich das Beschichtungsmaterial und der Strahlfänger voneinander unterscheiden, z.B. in zumindest der chemischen Zusammensetzung und/oder der Beständigkeitstemperatur. Alternativ oder zusätzlich können sich das eine oder mehr als eine Werkstück und der Strahlfänger voneinander unterscheiden, z.B. in zumindest der chemischen Zusammensetzung und/oder der Beständigkeitstemperatur.
  • Das Verfahren 800 kann in 805 aufweisen: nach dem Verlagern, thermisches Emittieren des Beschichtungsmaterials zu dem einen oder mehr als einen Werkstück hin mittels des Elektronenstrahls, z.B. in der Arbeitskonfiguration 200b. Beispielsweise kann das Verfahren 800 kann in 805 aufweisen: den Strahlfänger und/oder die Elektronenstrahlkanone gemäß der Arbeitskonfiguration 200b anzusteuern. Das thermische Emittieren kann aufweisen, das Beschichtungsmaterial mittels des Elektronenstrahls zu erwärmen und/oder in einen gasförmigen Aggregatszustand zu überführen. Das Beschichtungsmaterial kann beispielsweise in den Beschichtungsraum hinein emittiert werden.
  • Das Verfahren 800 kann optional in 807 aufweisen: Beschichten des einen oder mehr als einen Werkstücks mit dem Beschichtungsmaterial.
  • Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
  • Beispiel 1 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700, aufweisend: eine Elektronenstrahlkanone 112 zum Bereitstellen eines Elektronenstrahls 23; einen Strahlfänger 202 zum Auffangen des Elektronenstrahls 23; eine Steuervorrichtung 204 zum Ansteuern der Elektronenstrahlkanone 112 und/oder des Strahlfängers 202, wobei die Steuervorrichtung 204 eingerichtet ist, das Ansteuern zwischen mehreren Konfigurationen umzuschalten, von denen: in einer ersten Konfiguration der Elektronenstrahl 23 auf den Strahlfänger 202 gerichtet ist; und in einer zweiten Konfiguration der Elektronenstrahl 23 an dem Strahlfänger 202 vorbei gerichtet ist (z.B. den Strahlfänger 202 passiert).
  • Beispiel 2 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß Beispiel 1, wobei der Strahlfänger 202 einen Wärmetauscher aufweist und/oder bis zu einer Temperatur in einem festen Aggregatszustand verbleibt, wobei die Temperatur (auch als Beständigkeitstemperatur bezeichnet) größer ist als 1000°C.
  • Beispiel 3 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß Beispiel 2, wobei der Wärmetauscher zumindest eine Fluidleitung aufweist und/oder von einem Fluid durchflossen wird.
  • Beispiel 4 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 3, wobei der Strahlfänger 202 eine Keramik, eine Nickel- oder Cobalt-basierte Metalllegierung und/oder Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation (z.B. Graphit) aufweist.
  • Beispiel 5 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, wobei der Strahlfänger 202 eine Beschichtung aufweist; und wobei optional die Beschichtung eine Keramik, eine Nickel- oder Cobalt-basierte Metalllegierung und/oder Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation (z.B. Graphit) aufweist.
  • Beispiel 6 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 5, wobei der Strahlfänger 202 ein Flächenelement (z.B. eine Platte) aufweist oder daraus gebildet ist.
  • Beispiel 7 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, wobei der Strahlfänger 202 für Elektronen bzw. den Elektronenstrahl 23 einen Reflexionskoeffizient und einen Absorptionskoeffizient bereitstellt, wobei der Reflexionskoeffizient größer ist als der Absorptionskoeffizient, und/oder wobei der Strahlfänger 202 eingerichtet ist, mehr Elektronen zu reflektieren und/oder zu reemittieren als zu absorbieren.
  • Beispiel 8 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 7, wobei der Strahlfänger 202 eingerichtet ist, zumindest einen Teil der mittels des Elektronenstrahls 23 eingebrachten Leistung in Wärmestrahlung umzuwandeln, und die Wärmestrahlung beispielsweise in Richtung von der Elektronenstrahlkanone 112 weg und/oder zu einem Beschichtungsmaterial hin und/oder zu einem Werkstück hin abzustrahlen.
  • Beispiel 9 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, wobei eine gemittelte räumliche Leistungsdichte (z.B. winkelbezogen), welche der Elektronenstrahl 23 bereitstellt, in der zweiten Konfiguration größer ist als in der ersten Konfiguration.
  • Beispiel 10 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 9, wobei der Elektronenstrahl 23 den Strahlfänger 202 in der ersten Konfiguration abrastert (z.B. gemäß einem Ablenkmuster).
  • Beispiel 11 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei, in der ersten Konfiguration, der Elektronenstrahl 23 eine (z.B. planare) Oberfläche des Strahlfängers 202 bestrahlt, wobei ein Einfallswinkel des Elektronenstrahls 23 bezüglich der Oberfläche kleiner ist als 45° z.B. kleiner als ungefähr 30°, z.B. kleiner als ungefähr 20°, z.B. kleiner als ungefähr 10°.
  • Beispiel 12 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 11, wobei, in der ersten Konfiguration, der Elektronenstrahl 23 den Strahlfänger 202 mit einer Leistungsdichte derart bestrahlt, dass eine durch die Leistungsdichte bewirkte Temperatur des Strahlfängers 202 kleiner ist als eine Temperatur (z.B. die Beständigkeitstemperatur), bei welcher der Strahlfänger 202 oder Teile von diesem ihren Aggregatszustand verändern (z.B. flüssig oder gasförmig werden); und/oder wobei in der ersten Konfiguration im Wesentlichen kein oder zumindest weniger Material in den gasförmigen Aggregatszustand überführt wird als in der zweiten Konfiguration.
  • Beispiel 13 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 12, wobei der Strahlfänger 202 relativ zu der Elektronenstrahlkanone 112 (z.B. zwischen zwei Positionen) verlagerbar gelagert ist, und wobei die Steuervorrichtung 204 eingerichtet ist, den Strahlfänger 202 beim Umschalten zwischen der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration zu verlagern (z.B. zwischen den zwei Positionen), z.B. mittels eines Aktuators.
  • Beispiel 14 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 13, wobei das Verlagern aufweist, den Strahlfänger 202 beim Umschalten in die erste Konfiguration zu der Elektronenstrahlkanone 112 hin zu verlagern (z.B. zu schwenken und/oder zu verschieben), z.B. mittels des Aktuators.
  • Beispiel 15 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 14, wobei die Steuervorrichtung 204 eingerichtet ist, der Elektronenstrahlkanone 112 mehrere Ablenkmuster bereitzustellen, gemäß welchen der Elektronenstrahl 23 abgelenkt wird; und wobei die Steuervorrichtung 204 eingerichtet ist, den Strahlfänger 202 beim Umschalten zwischen der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration zwischen den mehreren Ablenkmustern umzuschalten (d.h. zu wechseln).
  • Beispiel 16 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 15, ferner aufweisend: einen (z.B. der Elektronenstrahlkanone 112 zugeordneten) Tiegel (z.B. mit einem Hohlraum) zum Aufnehmen eines zu verdampfenden Beschichtungsmaterials, wobei in der zweiten Konfiguration der Elektronenstrahl 23 auf den Tiegel (z.B. den Hohlraum) gerichtet ist; wobei beispielsweise der Strahlenfänger zwischen der Elektronenstrahlkanone 112 und dem Tiegel angeordnet ist, und/oder wobei beispielsweise der Hohlraum des Tiegels in Richtung des Strahlenfängers geöffnet ist.
  • Beispiel 17 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß Beispiel 16: das Beschichtungsmaterial, welches in dem Tiegel angeordnet ist, wobei zumindest eine Oberfläche des Strahlfängers 202 das Beschichtungsmaterial oder zumindest eine im Wesentlichen gleiche chemische Zusammensetzung und/oder zumindest denselben Materialtyp wie das Beschichtungsmaterial aufweist.
  • Beispiel 18 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 17, ferner aufweisend: eine Transportvorrichtung, welche eingerichtet ist, ein oder mehr als ein zu beschichtendes Werkstück entlang eines Transportpfades zu transportieren und/oder an dem Strahlenfänger vorbei zu transportieren; wobei beispielsweise der Transportpfad zwischen dem Tiegel und der Elektronenstrahlkanone 112 und/oder zwischen dem Tiegel und dem Strahlenfänger 202 angeordnet ist; und/oder wobei beispielsweise der Strahlenfänger 202 zwischen dem Transportpfad und der Elektronenstrahlkanone 112 angeordnet ist.
  • Beispiel 19 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß Beispiel 18, wobei die Steuervorrichtung 204 ferner eingerichtet ist, in der ersten Konfiguration das Transportieren mittels der Transportvorrichtung bereitzustellen (z.B. zu starten und/oder fortzuführen); und der zweiten Konfiguration das Transportieren mittels der Transportvorrichtung zu unterbrechen und/oder zu blockieren; und/oder, wobei die Steuervorrichtung 204 ferner eingerichtet ist, in der ersten und/oder zweiten Konfiguration eine Temperatur des zu beschichtendes Werkstücks mittels Ansteuerns (z.B. Veränderns eines Arbeitspunktes) der Elektronenstrahlkanone 112 zu steuern und/oder zu regeln.
  • Beispiel 20 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß Beispiel 19, ferner aufweisend: ein erstes Messglied (z.B. einen ersten Sensor) und/oder ein zweites Messglied (z.B. einen zweiten Sensor), wobei das erste Messglied eingerichtet ist, eine Temperatur des zu beschichtendes Werkstücks zu erfassen, wobei das zweites Messglied eingerichtet ist, einen Transportzustand (z.B. Transportgeschwindigkeit und/oder eine Transportposition) des zu beschichtenden einen oder mehr als einen Werkstück zu erfassen, wobei das Ansteuern der Elektronenstrahlkanone auf Grundlage der erfassten Temperatur erfolgt; und/oder wobei das Ansteuern der Transportvorrichtung auf Grundlage des erfassten Transportzustands erfolgt.
  • Beispiel 21 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 20, ferner aufweisend: einen Carrier, welcher einen oder mehr als einen Werkstückaufnahmebereich (z.B. eine Haltevorrichtung aufweisend) aufweist zum Aufnehmen zumindest eines zu beschichtenden Werkstücks, wobei optional der Strahlenfänger an dem Carrier befestigt ist.
  • Beispiel 22 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß Beispiel 21, wobei der Carrier ein Gestell aufweist, welches den Strahlenfänger trägt; und/oder wobei der jeder Werkstückaufnahmebereich des Carriers eine Haltevorrichtung aufweist zum Halten eines Werkstücks in dem Werkstückaufnahmebereich in einer hängenden Position.
  • Beispiel 23 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 22, ferner aufweisend: eine Vakuumkammer (z.B. eine Beschichtungskammer), in welcher der Strahlenfänger und/oder der Tiegel angeordnet sind.
  • Beispiel 24 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 23, wobei von den mehreren Konfiguration, in einer dritten Konfiguration, der Elektronenstrahl 23 auf eine Oberfläche gerichtet ist, welche neben dem Werkstück, neben dem Strahlfänger 202 und neben dem Beschichtungsmaterial angeordnet ist (z.B. ein Teil der Vakuumkammer), wobei beispielsweise in der dritten Konfiguration weniger Material in den gasförmigen Aggregatszustand überführt wird als in der zweiten und/oder ersten Konfiguration.
  • Beispiel 25 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß Beispiel 24, wobei die Steuervorrichtung 204 ferner eingerichtet ist, in der dritten Konfiguration das Transportieren mittels der Transportvorrichtung zu blockieren.
  • Beispiel 26 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß Beispiel 24 oder 25, ferner aufweisend: einen Sensor, welcher eingerichtet ist, eine Temperatur der Oberfläche oder nahe dieser zu erfassen, wobei die Steuervorrichtung 204 ferner eingerichtet ist, in der dritten Konfiguration die Temperatur der Oberfläche mittels Ansteuerns (z.B. Veränderns eines Arbeitspunktes) der Elektronenstrahlkanone 112 zu steuern und/oder zu regeln.
  • Beispiel 27 ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 26, ferner aufweisend: eine zusätzliche Elektronenstrahlkanone 112, und eine Energieversorgung (z.B. eine Mehrfach-Hochspannungsversorgung aufweisend oder daraus gebildet) zum Versorgen sowohl der Elektronenstrahlkanone 112 als auch der zusätzlichen Elektronenstrahlkanone 112 mit elektrischer Energie, wobei die Energieversorgung genau einen Transformator (z.B. Hochspannungs-Transformator) aufweist, welcher die elektrische Energie (z.B. zur Beschleunigung der Strahlelektronen) bereitstellt, wobei der Transformator beispielsweise eingerichtet ist eine elektrische Hochspannung bereitzustellen (z.B. eine elektrische Hochspannung mit mehr als ungefähr 5 kV, z.B. mit mehr als ungefähr 10 kV, z.B. mit mehr als ungefähr 20 kV, z.B. mit mehr als ungefähr 30 kV, z.B. mit mehr als ungefähr 40 kV, z.B. mit mehr als ungefähr 50 kV, z.B. in einem Bereich von ungefähr 25 kV bis ungefähr 60 kV).
  • Beispiel 28a ist ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks, beispielsweise mittels einer ist eine Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 27, das Verfahren aufweisend: Verlagern eines Werkstücks in Richtung zu einem Beschichtungsmaterial hin; während des Verlagerns, Bestrahlen eines Strahlfängers 202 mittels eines Elektronenstrahls 23; nach dem Verlagern, thermisches Emittieren des Beschichtungsmaterials zu dem Werkstück hin mittels des Elektronenstrahls 23;
  • Beispiel 28b ist ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks, beispielsweise mittels einer Beschichtungsanordnung 100 bis 700 gemäß einem der Beispiele 1 bis 27, das Verfahren aufweisend: Ansteuern eines Elektronenstrahls 23 und/oder eines Strahlfängers gemäß mehrerer Konfigurationen, von denen: in einer ersten Konfiguration der Elektronenstrahl 23 auf den Strahlfänger 202 gerichtet ist; und in einer zweiten Konfiguration der Elektronenstrahl 23 an dem Strahlfänger 202 vorbei auf ein Beschichtungsmaterial gerichtet ist (zum thermischen Emittieren des Beschichtungsmaterials); Verlagern des Werkstücks in Richtung zu dem Beschichtungsmaterial hin, wenn das Ansteuern gemäß der ersten Konfiguration erfolgt.
  • Beispiel 29 ist ein Verfahren gemäß Beispiel 28a oder 28b, wobei das thermische Emittieren aufweist, das Beschichtungsmaterial in einen gasförmigen Aggregatszustand zu überführen.
  • Beispiel 30 ist ein Verfahren gemäß Beispiel 28a, 28b oder 29, wobei das thermische Emittieren aufweist, das Beschichtungsmaterial mit dem Elektronenstrahl 23, der den Strahlenfänger passiert, zu bestrahlen.
  • Beispiel 31 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 30, wobei das Verlagern aufweist, das Werkstück an dem Strahlenfänger vorbei zu verlagern.
  • Beispiel 32 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 31, ferner aufweisend: Verlagern des Strahlenfängers zwischen zwei Positionen, von denen in einer ersten Position das Bestrahlen des Strahlenfängers erfolgt und in einer zweiten Position der Strahlenfänger neben dem Elektronenstrahl 23 angeordnet ist; und/oder wobei der Strahlenfänger in der ersten Konfiguration in einer ersten Position ist, in welcher das Bestrahlen des Strahlenfängers erfolgt, und in der zweiten Konfiguration einer zweiten Position ist, in welcher der Strahlenfänger neben dem Elektronenstrahl 23 angeordnet ist, wobei beispielsweise die erste und zweite Position verschieden voneinander sind.
  • Beispiel 33 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 32, wobei das Verlagern des Strahlenfängers in eine oder die erste Position aufweist, den Strahlenfängers in den Elektronenstrahl 23 hinein zu verlagern.
  • Beispiel 34 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 33, ferner aufweisend: Ablenken des Elektronenstrahls 23 mittels mehrerer Ablenkmuster (auch als Elektronenstrahlmuster bezeichnet), von denen ein erstes Ablenkmuster, gemäß welchem der Elektronenstrahl 23 abgelenkt wird, das Bestrahlen des Strahlfängers 202 bewirkt, und ein zweites Ablenkmuster, gemäß welchem der Elektronenstrahl 23 abgelenkt wird, das thermische Emittieren bewirkt; wobei sich das erste und das zweite Ablenkmuster voneinander unterscheiden, z.B. in zumindest der gemittelten räumlichen Leistungsdichte (z.B. winkelbezogen), welche sie bereitstellen.
  • Beispiel 35 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 34, wobei das Bestrahlen des Strahlfängers 202 aufweist, mehr Elektronen von dem Strahlfänger 202 zu reflektieren und/oder zu reemittieren als zu absorbieren.
  • Beispiel 36 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 35, wobei das Bestrahlen des Strahlfängers 202 aufweist, eine Oberfläche des Strahlenfängers zu bestrahlen, wobei die Oberfläche des Strahlfängers 202 das Beschichtungsmaterial oder zumindest eine im Wesentlichen gleiche chemische Zusammensetzung und/oder zumindest denselben Materialtyp wie das Beschichtungsmaterial aufweist.
  • Beispiel 37 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 36, wobei das Bestrahlen des Strahlfängers 202 aufweist, zumindest einen Teil der mittels des Elektronenstrahls 23 eingebrachten Leistung in Wärmestrahlung umzuwandeln und das Werkstück mittels der Wärmestrahlung zu erwärmen (d.h. diesem Wärmeenergie zuzuführen).
  • Beispiel 38 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 37, wobei das Bestrahlen des Strahlfängers 202 aufweist, den Strahlfänger 202 auf eine Temperatur von mehr als 500°C und/oder von über 80% seiner Beständigkeitstemperatur zu bringen.
  • Beispiel 39 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 38, wobei das Bestrahlen des Strahlfängers 202 aufweist, den Strahlfänger 202 abzurastern (z.B. gemäß einem Ablenkmuster).
  • Beispiel 40 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 39, wobei das Bestrahlen des Strahlfängers 202 aufweist, eine (z.B. planare) Oberfläche des Strahlfängers 202 zu bestrahlen, wobei ein Einfallswinkel des Elektronenstrahls 23 bezüglich der Oberfläche größer ist als 45°.
  • Beispiel 41 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 40, wobei das Bestrahlen des Strahlfängers 202 aufweist, den Strahlfänger 202 mit einer Leistungsdichte derart zu bestrahlen, dass eine durch die Leistungsdichte bewirkte Temperatur des Strahlfängers 202 kleiner ist als eine Temperatur, bei welcher der Strahlfänger 202 oder Teile von diesem ihren Aggregatszustand verändern.
  • Beispiel 42 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 41, ferner aufweisend: während des Bestrahlen des Strahlfängers 202, Kühlen (d.h. Entziehen von thermischer Energie) des Strahlfängers 202 mittels einer Kühlvorrichtung (z.B. eines Kühlfluides).
  • Beispiel 43 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 42, wobei Werkstück während des Verlagerns von einem Carrier getragen wird, wobei der Strahlenfänger an dem Carrier befestigt ist.
  • Beispiel 44 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 43, ferner aufweisend: Beschichten des Werkstücks mittels des emittierten Beschichtungsmaterials.
  • Beispiel 45 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 44, ferner aufweisend: vor dem Beschichten des Werkstücks, Erwärmen des Werkstücks auf eine Temperatur von größer als 500°C (z.B. 1000°C), wobei das Werkstück beim Beschichten die Temperatur aufweist oder eine um weniger als 25°C (z.B. 10°C) davon abweichende Temperatur.
  • Beispiel 46 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 28a bis 45, wobei das Bestrahlen des Strahlfängers 202 und/oder das thermisches Emittieren im Vakuum erfolgen.
  • Beispiel 47 ist das Verwenden eines Elektronenstrahls 23 zum indirekten Erwärmen eines zu beschichtenden Werkstücks, indem mittels des Elektronenstrahls 23 ein Strahlfänger 202 bestrahlt wird, z.B. mittels einer Beschichtungsanordnung 100 bis 700 bzw. dem Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 46.
  • Beispiel 48 ist das Verwenden gemäß Beispiel 47, wobei der Strahlfänger 202 zumindest einen Teil der Leistung des Elektronenstrahls 23 an das Werkstück in Form von Strahlung (z.B. Elektronenstrahlung und/oder Wärmestrahlung) weitergibt.

Claims (14)

  1. Beschichtungsanordnung (100 bis 700), aufweisend: • eine Elektronenstrahlkanone (112) zum Bereitstellen eines Elektronenstrahls (23); • einen Strahlfänger (202) zum Auffangen des Elektronenstrahls (23); • eine Steuervorrichtung (204) zum Ansteuern der Elektronenstrahlkanone (112) und/oder des Strahlfängers (202), • wobei die Steuervorrichtung (204) eingerichtet ist, das Ansteuern zwischen mehreren Konfigurationen umzuschalten, von denen: • in einer ersten Konfiguration der Elektronenstrahl (23) auf den Strahlfänger (202) gerichtet ist; und • in einer zweiten Konfiguration der Elektronenstrahl (23) an dem Strahlfänger (202) vorbei gerichtet ist.
  2. Beschichtungsanordnung (100 bis 700) gemäß Anspruch 1, wobei der Strahlfänger (202) einen Wärmetauscher aufweist und/oder bis zu einer Temperatur in einem festen Aggregatszustand verbleibt, wobei die Temperatur größer ist als 1000°C.
  3. Beschichtungsanordnung (100 bis 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Strahlfänger (202) für Elektronen einen Reflexionskoeffizient und einen Absorptionskoeffizient bereitstellt, wobei der Reflexionskoeffizient größer ist als der Absorptionskoeffizient.
  4. Beschichtungsanordnung (100 bis 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine gemittelte räumliche Leistungsdichte, welche der Elektronenstrahl (23) bereitstellt, in der zweiten Konfiguration größer ist als in der ersten Konfiguration.
  5. Beschichtungsanordnung (100 bis 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, in der ersten Konfiguration, der Elektronenstrahl (23) eine Oberfläche des Strahlfängers (202) bestrahlt, wobei ein Einfallswinkel des Elektronenstrahls (23) bezüglich der Oberfläche größer ist als 45°.
  6. Beschichtungsanordnung (100 bis 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Strahlfänger (202) relativ zu der Elektronenstrahlkanone (112) zwischen zwei Positionen verlagerbar gelagert ist, und wobei die Steuervorrichtung (204) eingerichtet ist, den Strahlfänger (202) beim Umschalten zwischen der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration zwischen den zwei Positionen zu verlagern.
  7. Beschichtungsanordnung (100 bis 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: einen Tiegel mit einem Hohlraum zum Aufnehmen eines zu verdampfenden Beschichtungsmaterials, wobei der Hohlraum des Tiegels in Richtung des Strahlenfängers geöffnet ist.
  8. Beschichtungsanordnung (100 bis 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: eine Transportvorrichtung, welche eingerichtet ist, ein oder mehr als ein zu beschichtendes Werkstück entlang eines Transportpfades und/oder an dem Strahlenfänger vorbei zu transportieren.
  9. Beschichtungsanordnung (100 bis 700) gemäß Anspruch 8, wobei die Steuervorrichtung (204) ferner eingerichtet ist, in • der ersten Konfiguration das Transportieren mittels der Transportvorrichtung bereitzustellen; und • der zweiten Konfiguration das Transportieren mittels der Transportvorrichtung zu unterbrechen und/oder zu blockieren.
  10. Beschichtungsanordnung (100 bis 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: einen Carrier, welcher einen oder mehr als einen Werkstückaufnahmebereich aufweist zum Aufnehmen zumindest eines zu beschichtenden Werkstücks.
  11. Beschichtungsanordnung (100 bis 700) gemäß Anspruch 10, wobei der Strahlenfänger an dem Carrier befestigt ist.
  12. Beschichtungsanordnung (100 bis 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner aufweisend: eine zusätzliche Elektronenstrahlkanone (112), und eine Energieversorgung zum Versorgen sowohl der Elektronenstrahlkanone (112) als auch der zusätzlichen Elektronenstrahlkanone (112) mit elektrischer Energie, wobei die Energieversorgung genau einen Hochspannungs-Transformator aufweist, welcher die elektrische Energie bereitstellt.
  13. Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks, aufweisend: • Verlagern eines Werkstücks in Richtung zu einem Beschichtungsmaterial hin; • während des Verlagerns, Bestrahlen eines Strahlfängers (202) mittels eines Elektronenstrahls (23); • nach dem Verlagern, thermisches Emittieren des Beschichtungsmaterials zu dem Werkstück hin mittels des Elektronenstrahls (23).
  14. Verwenden eines Elektronenstrahls (23) zum indirekten Erwärmen eines zu beschichtenden Werkstücks, indem mittels des Elektronenstrahls (23) ein Strahlfänger (202) bestrahlt wird.
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