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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats und eine Verwendung eines Targets zum Beschichten des Substrats. Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um einen Sanitärartikel, wie zum Beispiel eine Sanitärarmatur, handeln. Mittels Sanitärarmaturen ist insbesondere eine Flüssigkeit an einem Waschbecken, einer Dusche, Badewanne und/oder einem WC abgebbar.
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Derartige Sanitärartikel weisen regelmäßig Bedienelemente, wie zum Beispiel Betätigungshebel, Betätigungsschalter und/oder Betätigungstasten, auf, die bei einer Verwendung durch einen Benutzer kontaktiert werden. Dabei können sich an den Bedienelementen Bakterien und/oder Viren ansammeln, die Krankheiten verursachen können. Um eine Übertragung der Bakterien und/oder Viren auf unterschiedliche Benutzer zu verhindern, müssen die Sanitärartikel häufig aufwendig desinfiziert werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn diese in Krankenhäusern oder Wohneinrichtungen für Senioren installiert sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats anzugeben, durch das der Aufwand zur Desinfektion des Substrats zumindest reduzierbar ist. Zudem soll eine Verwendung eines Targets zum Beschichten einer Oberfläche eines Substrats angegeben werden, durch die der Aufwand zur Desinfektion des Substrats zumindest reduzierbar ist.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren und einer Verwendung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Hierzu trägt ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats bei, das zumindest die folgenden Schritte aufweist:
- a) Bereitstellen des Substrats; und
- b) Beschichten einer Oberfläche des Substrats mit einer Schicht, wobei das Beschichten mit einem PVD-Verfahren unter Verwendung eines Targets erfolgt, das zumindest einen antimikrobiellen oder antiviralen Bestandteil umfasst.
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Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um einen, insbesondere festen, Gegenstand oder eine Vorrichtung handeln. Weiterhin kann es sich bei dem Substrat zum Beispiel um einen Sanitärartikel handeln. Solche Sanitärartikel können insbesondere der Wasserversorgung und/oder der Abwasserentsorgung dienen. Insbesondere kann der Sanitärartikel der bedarfsgerechten Wasserversorgung an einem Waschbecken, Spülbecken, Dusche, Badewanne und/oder Toilette dienen. Das Substrat kann zumindest teilweise aus Kunststoff oder Metall, wie zum Beispiel Stahl, Edelstahl, Messing und/oder Zink-Druckguss, bestehen.
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In Schritt a) wird das Substrat bereitgestellt. Dies kann insbesondere die Anordnung des Substrats in einer Beschichtungskammer eines Reaktors umfassen, der zur Ausführung eines PVD-Verfahrens („physical vapour deposition“-Verfahren) eingerichtet ist. Bei dem PVD-Verfahren handelt es sich um ein (Dünnschicht-)Beschichtungsverfahren mithilfe von physikalischer Gasphasenabscheidung. Das Substrat kann in der Beschichtungskammer beispielsweise auf oder an einem Träger oder Drehelement, wie zum Beispiel einem Drehteller oder dergleichen, angeordnet werden, mittels dem das Substrat während dem Beschichten drehbar ist. Hierdurch kann eine gleichmäßige Schicht auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildet werden.
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In Schritt b) erfolgt das Beschichten der Oberfläche des Substrats mittels des PVD-Verfahrens, bei dem eine Schicht auf einer Oberfläche des Sanitärartikels ausgebildet wird. Die Schicht kann aus einer Mehrzahl von überlappenden Einzelschichten gebildet werden. Weiterhin kann die Schicht auf einer bereits vorhandenen Substratschicht, beispielsweise einer Chromschicht, ausgebildet werden. Die Chromschicht kann beispielsweise optische Eigenschaften und/oder eine Korrosionsbeständigkeit des Substrats verbessern. Vor der eigentlichen Beschichtung kann in der Beschichtungskammer des Reaktors insbesondere ein Vakuum oder eine kontrollierte Atmosphäre erzeugt werden.
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Das Beschichten mit dem PVD-Verfahren erfolgt unter Verwendung eines Targets. Bei dem Target handelt es sich insbesondere um einen festen Körper und/oder einen Streukörper, der als Ausgangsmaterial für die Beschichtung dient. Das Target kann zumindest teilweise aus Metall, wie zum Beispiel Chrom und/oder Zirconium, oder eine Metalllegierung, die Chrom und/oder Zirconium umfasst, bestehen. Das Target umfasst zudem zumindest einen antimikrobiellen und/oder antiviralen Bestandteil. Das Material des Targets kann zum Beispiel mit dem zumindest einen antimikrobiellen und/oder antiviralen Bestandteil dotiert sein. Weiterhin kann der zumindest eine Bestandteil in eine Matrix des Targets eingebettet sein. Bei der Matrix kann es sich insbesondere um das Metall, wie zum Beispiel Chrom und/oder Zirconium, oder die Metalllegierung, die Chrom und/oder Zirconium umfasst, handeln. Zudem kann ein Massenanteil des zumindest einen antimikrobiellen und/oder antiviralen Bestandteils an einer Gesamtmasse des Targets 1 % bis 25 % betragen. Dieses Target wird beispielweise durch nanoskaliges Einbetten des antimikrobiellen und/oder antiviralen Bestandteils in das grundlegende Targetmaterial erzeugt.
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Das Target mit dem zumindest einen antimikrobiellen und/oder antiviralen Bestandteil hat im Vergleich zu einem Target ohne antimikrobiellen und/oder antiviralen Bestandteil den Vorteil, dass ein antimikrobieller und/oder antiviraler Stoff nicht aus einer gesonderten Quelle in die Beschichtung bzw. in die Beschichtungskammer eingebracht werden muss, wodurch Fertigungskosten und/oder eine Fertigungszeit reduzierbar sind.
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Bei der Beschichtung wird das Substrat verdampft. Dies kann beispielsweise durch Beschuss des Targets mit Laserstrahlen, magnetisch abgelenkten Ionen oder Elektronen erfolgen. Weiterhin kann das Verdampfen des Targets durch Lichtbogenverdampfen erfolgen. Beim Lichtbogenverdampfen wirkt das Target insbesondere als Kathode und eine Elektrode insbesondere als Anode. Beispielsweise kann eine Wand der Beschichtungskammer als Anode dienen. Zwischen dem Target und der Elektrode brennt beim Lichtbogenverdampfen ein Lichtbogen, der das Material des Targets verdampft. Dabei wird das verdampfte Material des Targets insbesondere zumindest teilweise ionisiert und/oder breitet sich das verdampfte Material des Targets in der Beschichtungskammer aus. Das verdampfte Material des Targets kondensiert an der Oberfläche des Substrats, sodass an der Oberfläche des Substrats aus dem Material des Targets die Schicht gebildet wird.
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Der Prozess kann ein Aufheizen der Beschichtungskammer und/oder eine Erzeugung eines Vorvakuums umfassen (üblicherweise zum Beispiel 0,0025 bis 0,0075 mbar (Millibar), bevorzugt (circa) 0,005 mbar). Dieser Unterdruck kann durch den Einsatz zumindest einer Vorvakuumpumpe erzeugt werden. Daran anschließend kann ein Reinigungsprozess des Targetmaterials stattfinden, z. B. durch lonenätzen oder Plasmaätzen. Der Beschichtungsprozess selbst bzw. das Beschichten in Schritt b) kann unter einem Hochvakuum durchgeführt werden. Hierbei wird das Targetmaterial durch einen Lichtbogen (ARC-Prozess) oder Teilchenbeschuss (Sputtering) in die Gasphase überführt.
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Durch die antimikrobielle und/oder antivirale Wirkung des Bestandteils in der Schicht ist eine Desinfektion der beschichteten Oberfläche des Substrats nicht notwendig bzw. der Aufwand zur Desinfektion des Substrats zumindest reduzierbar.
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Der zumindest eine Bestandteil kann zumindest teilweise in der Schicht eingeschlossen werden. Hierdurch können bei der Benutzung des Substrats auf die Schicht gelangende Krankheitserreger, wie zum Beispiel Bakterien oder Viren, unschädlich gemacht werden.
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Der zumindest eine Bestandteil kann zumindest teilweise in Form von Nanopartikeln in der Schicht eingeschlossen werden. Die Nanopartikeln können insbesondere beim Verdampfen des Materials des Targets entstehen und/oder bereits vor dem Verdampfen des Materials des Targets in dem Material des Targets vorliegen bzw. enthalten sein. Ein Massenanteil der Nanopartikel in der Schicht kann beispielsweise 1 % bis 80 % betragen.
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Die Nanopartikel können einen Durchmesser von 1 nm (Nanometer) bis 10 nm aufweisen.
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Es kann sich bei dem zumindest einen Bestandteil um Silber handeln. Insbesondere kann es sich bei dem zumindest einen Bestandteil um kolloidales Silber handeln. Der zumindest eine Bestandteil wird insbesondere in Form von, insbesondere kolloidalem, Silber zumindest teilweise in der Schicht eingeschlossen.
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Die Schicht kann mit einer Schichtdicke von 1 µm (Mikrometer) bis 20 µm auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet werden. Bevorzugt kann die Schicht mit einer Schichtdicke von 1 µm bis 3 µm, besonders bevorzugt 1,5 µm bis 2,5 µm, ausgebildet werden.
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Die Schicht kann zumindest teilweise eine Kontaktfläche des Substrats bilden. Bei der Kontaktfläche handelt es sich insbesondere um eine Fläche, die bei der Verwendung des Substrats durch einen Benutzer kontaktierbar ist oder kontaktiert wird.
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Bei dem Substrat kann es sich um eine Sanitärarmatur, eine Komponente für die Sanitärarmatur, ein Armaturengehäuse für die Sanitärarmatur, ein Betätigungselement für die Sanitärarmatur, eine Toilette, eine Komponente für die Toilette oder ein Betätigungselement für die Toilette handeln. Sanitärarmaturen können insbesondere der bedarfsgerechten Bereitstellung von Wasser an einem Waschbecken, Spülbecken, Badewanne oder Dusche dienen. Weiterhin können derartige Sanitärarmaturen dem Mischen von Kaltwasser und Warmwasser zu Mischwasser mit einer gewünschten Mischwassertemperatur und/oder der Dosierung des gemischten Mischwassers dienen. Bei bekannten Sanitärarmaturen wird das Mischwasser von einer Mischkartusche über Fluidkanäle in einem Gehäuseteil bzw. dem Armaturengehäuse der Sanitärarmatur zu einer Auslauföffnung eines Auslaufs des Armaturengehäuses geleitet. Das Betätigungselement für die Sanitärarmatur kann beispielsweise zur Einstellung der Mischwassertemperatur und/oder zur Einstellung eine Abgabemenge des Wassers bzw. Mischwassers dienen. Mittels des Betätigungselements für die Toilette kann beispielsweise eine Spülung der Toilette betätigbar sein. Weiterhin kann es sich bei dem Betätigungselement für die Sanitärarmatur oder dem Betätigungselement für die Toilette zum Beispiel um einen Betätigungshebel, Betätigungsknopf, eine Betätigungsplatte und/oder Drehelement handeln.
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Einem weiteren Aspekt folgend wird auch eine Verwendung eines Targets zum Beschichten einer Oberfläche eines Substrats mit einem PVD-Verfahren angegeben, wobei das Target zumindest teilweise einen antimikrobiellen und/oder antiviralen Bestandteil umfasst.
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Für weitere Einzelheiten zu der Verwendung wird vollumfänglich auf die Beschreibung des Verfahrens verwiesen.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:
- 1: eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens; und
- 2: ein Sanitärartikel in einer Schnittdarstellung.
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung 9 zur Durchführung eines Verfahrens zur Beschichtung eines Substrats 1, bei dem es sich hier um eine Sanitärarmatur 7 handelt. Die Vorrichtung 9 umfasst einen Reaktor 10 mit einer Beschichtungskammer 11, in der das Substrat 1 auf einem Drehelement 12, beispielsweise nach Art eines Drehtellers, drehbar bereitgestellt ist. Zur Beschichtung einer in der 2 gezeigten Oberfläche 2 des Substrats 1 mit einer ebenfalls in der 2 gezeigten Schicht 3 wird ein PVD-Verfahren verwendet. Hierzu kann in der Beschichtungskammer 11 des Reaktors 10 ein Vakuum oder eine kontrollierte Atmosphäre erzeugt werden. In der Beschichtungskammer 11 wird ein Target 4, aus dessen Material die Schicht 3 bestehen soll, bereitgestellt. Das Target 4 umfasst einen antimikrobiellen und/oder antiviralen Bestandteil 5. Bei der Beschichtung wird das Target 4 beispielsweise durch einen durch die Vorrichtung 9 in der Beschichtungskammer 11 erzeugten Lichtbogen verdampft. Das verdampfte Material des Targets 4 kondensiert an der in der 2 gezeigten Oberfläche 2 des Substrats 1, sodass die Schicht 3 gebildet wird. Die Schicht 3 wird somit durch Abscheidung des Materials bzw. der Materialien des Targets 4 auf der Oberfläche 2 des Substrats 1 ausgebildet. Dabei wird der antimikrobielle und/oder antivirale Bestandteil 5 des Targets 4 in Form von Nanopartikeln 13 in der Schicht 3 zumindest teilweise eingeschlossen und folglich an der zu beschichteten Oberfläche 2 befestigt. Die Schicht 3 kann von unterschiedlicher Art, Dicke und Dichte sein und/oder aus überlappenden Lagen des Materials bzw. der Materialien aufgebaut sein.
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Die 2 zeigt das Substrat 1 in einer Schnittdarstellung entlang der in der 1 gezeigten Schnittlinie II-II. Zu erkennen ist hier insbesondere die mit der Schicht 3 beschichtete Oberfläche 2 des Substrats 1. Die Nanopartikel 13 sind zumindest teilweise in der Schicht 3 eingeschlossen. Hierdurch können diese antimikrobiell und/oder antiviral an einer Kontaktfläche 6 des Substrats 1 wirken, die durch die Schicht 3 gebildet ist. Die Nanopartikel 13 weisen einen Durchmesser 8 auf.
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Durch die vorliegende Erfindung ist ein Aufwand zur Desinfektion des Substrats reduzierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Substrat
- 2
- Oberfläche
- 3
- Schicht
- 4
- Target
- 5
- Bestandteil
- 6
- Kontaktfläche
- 7
- Sanitärarmatur
- 8
- Durchmesser
- 9
- Vorrichtung
- 10
- Reaktor
- 11
- Beschichtungskammer
- 12
- Drehelement
- 13
- Nanopartikel
