DE19502187A1 - Anlage zur Niederdruck-Plasmabehandlung und Plasmabeschichtung von Pulvern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Niederdruck-Plasmabeschichtung und Plasmabe­ handlung von Pulvern gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine derartige Anlage ist aus der Dissertation P. Plein "Untersuchungen zur Plasmapo­ lymerisation", 1988, Seite 165 bekannt. Bei dieser Anlage wird das Pulver nach Austritt aus einer Rieselvorrichtung über eine Rüttlerstrecke durch den Plasmaraum geführt. Dabei wird das Pulver durchwirbelt; durch die Neigung der Rüttlerstrecke kann die Verweilzeit des Pulvers und somit auch seine Behandlungs- bzw. Beschichtungszeit variiert werden. Diese Anlage ist insbesondere für grobe Materialien (< 1000 µm ge­ eignet, die lediglich einer Plasmabehandlung unterworfen werden müssen. Eine homo­ gene Beschichtung, insbesondere von feinsten Pulvern (10 nm - 1000 µm, gestaltet sich mit dieser Anlage relativ schwierig, da sich solche Teilchen auf der Rüttelstrecke nur schlecht fortbewegen lassen. Außerdem läßt sich die Oberflächenleitfähigkeit der Rüttelstrecke in einem beschichtenden Prozeß nicht aufrechterhalten, was zu stati­ schem Haften und somit zu einer ungleichmäßigen Beschichtung führen kann.

Eine weitere Anlage zur Pulverbehandlung in einem Plasmaraum ist aus der US-PS 3,814,983 bekannt. Bei dieser Anlage werden die Pulver im freien Fall durch eine Plasmazone geführt und während des freien Falls behandelt. Diese Anlage eignet sich insbesondere für Plasmabehandlungen bei denen schon sehr kurze Behandlungszeiten ausreichend sind. Bei längeren Behandlungszeiten wären prinzipiell bedingt Anlagen mit sehr großen Maßen notwendig.

Ferner sind Anlagen zur Plasmabehandlung von Pulvern bekannt, bei denen die Pulver in eine einfache Drehtrommel eingefüllt sind. Bei diesen Anlagen ist eine gleichmäßige Behandlung des Pulvers problematisch, da sich die größte Pulvermenge im unteren Bereich der Drehtrommel sammelt und damit das gesamte Pulver nicht gleichmäßig umgewälzt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anlage zur Plasmabehandlung von Pulvern anzugeben, welche sowohl die Behandlung von Pulvern in einem homogenen Rieselfeld erlaubt als auch deren homogene Beschichtung und die Aufbringung von in­ situ-Gradientenschichten auf diesen Pulvern erlaubt.

Diese Aufgabe ist durch eine Anlage gelöst, welche die Merkmale des Anspruches aufweist. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Die erfindungsgemäße Anlage erlaubt nicht nur die Behandlung von Pulvern in einem homogenen Rieselfeld, vielmehr ist es auch möglich, die Behandlungszeit und die Behandlungsintensität variabel zu gestalten. Auch das Aufbringen von in-situ-Gradien­ tenschichten ist möglich. Bei der Behandlung bzw. Beschichtung von Nanopulvern (10-1000 nm) ist eine Möglichkeit der Kombination von pulvererzeugendem und pulverbe­ schichtetem Verfahren unter Vakuum und somit unter Reduzierung der Oxidation der Oberflächen und einer Erhöhung der Qualität der Oberflächenmodifizierung gegeben. Dadurch, daß die erfindungsgemäße Anlage eine Drehtrommel aufweist, mit der um­ fangsseitigen Anordnung von Mitnehmern, welche so ausgestaltet sind, daß sie nicht nur das gleichmäßige Mitnehmen, sondern gleichzeitig auch das gleichmäßige Verrie­ seln des zu behandelnden Pulvers garantieren, ist erreicht, daß eine einwandfreie Pul­ verbeschichtung mittels der erfindungsgemäßen Anlage möglich ist. Die umfangsseitig der Drehtrommel angeordneten Mitnehmer sind gleichzeitig "nur" Mitnehmer und gleichzeitig die Verrieselungsvorrichtung.

In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß, wenn keine stabförmige Energiequelle in die Drehtrommel eingesetzt wird, können die Mitnehmer, die in diesem Fall gegen die Trommel elektrisch isoliert sind, als Elektroden eingesetzt werden.

Vorteilhafterweise erstrecken sich die Mitnehmer über die gesamte Länge der Dreh­ trommel. Sie sind L-förmig ausgebildet und weisen zwei in etwa senkrecht aufeinan­ derstehende Wandabschnitte auf. Die eine, das L-Profil bildende Wand ist geschlos­ sen, die andere Wand ist perforiert, vorzugsweise weist sie über ihre gesamte Länge Durchbrechungen auf. Die Größe der Durchbrechungen ist der Pulverpartikelgröße angepaßt. In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß die mit Durchbrechungen ver­ sehene Wand bogenförmig ausgestaltet ist. Zum einen um das Eintauchen in die am Boden der Drehtrommel befindliche Pulvermenge zu erleichtern und zum anderen um das Auftauchen zu erleichtern. Ferner gewährleistet die bogenförmige Ausbildung der Wand ein einfacheres Abrutschen der auf der Wand eventuell verbleibenden Pulver­ menge bei der Rotationsbewegung der Trommel. Die gleichmäßig angeordneten Durchbrechungen in dieser Wand gewährleisten eine gleichmäßige Verrieselung des Pulvers. Die Größe der Durchbrechungen ist der Pulverpartikelgröße angepaßt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Pulverzufuhr zu der Dreh­ trommel kontinuierlich erfolgt und damit ein in-line-Betrieb möglich ist. Dafür ist ein Materialzuführungskanal vorgesehen, der durch einen der Drehtrommel vorgeschalte­ ten, feststehenden Flansch gebildet ist. Der Flansch dient gleichzeitig als Abpump­ flansch, an dem eine geeignete Vakuumpumpe angeschlossen ist.

Für den Einsatz in einen In-line-Betrieb ist die zylinderförmige Drehtrommel kippbar. Im Batchbetrieb ist eine solche Trommel immer horizontal ausgerichtet. Ein kontinuierli­ cher Betrieb wird dabei dadurch gewährleistet, daß die Drehtrommel um wenige Grad gekippt und damit aus der Waagerechten gebracht wird. Hierdurch wird erreicht, daß das Pulver durch die Drehbewegung der Trommel und durch die Schwerkraft in Zylin­ derlängsrichtung bewegt werden kann. Somit läßt sich das Pulver von der Materialzu­ fuhr über eine Vielzahl von Drehungen im Plasma der Drehtrommel zur entgegenge­ setzten Seite der Materialzufuhr befördern. Der Pulveraustrag aus der Drehtrommel in einen Sammelbehälter ist über einen Flansch möglich, der vergleichbar mit dem Zu­ führflansch ist. Die Größe der Kippung (Neigung aus den Horizontalen) und die Drehgeschwindigkeit bestimmen die Geschwindigkeit der Pulverbewegung durch die Drehtrommel.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Drehtrommel- und Mitnehmeranordnung der erfindungsgemäßen Anlage,

Fig. 2 perspektivische Darstellung eines Mitnehmers,

Fig. 3 schematische Darstellung der kontinuierlichen Pulverzufuhr zu der erfindungsgemäßen Anlage.

Die erfindungsgemäße Anlage weist eine Drehtrommel 1 mit umfangsseitig angeordne­ ten Mitnehmer 2 auf. Das Plasma kann entweder durch eine stabförmige Energiequelle angeregt werden oder die Anregung kann durch Elektroden erfolgen, wobei in diesem Fall die Mitnehmer 2 gegen die Trommel elektrisch isoliert sind und über Schleifkontak­ te 4 als Elektroden geschaltet werden können. In Fig. 1 arbeiten die Mitnehmer c und g als Elektroden, die Mitnehmer h, a und b führen die Verrieselung durch und die Mit­ nehmer d, e und f haben "nur" die Funktion von Mitnehmern. Durch die besondere Ausgestaltung der Mitnehmer 2 ist gewährleistet, daß diese abwechselnd als Mitneh­ mer und als Verrieselungsvorrichtung arbeiten. Die Mitnehmer 2 weisen zwei etwa senkrecht aufeinanderstehende Wände 5 und 6 auf. Die Wand 5 ist durchgehend, die Wand 6 weist Durchbrechungen 7 auf. Ferner ist die Wand 6 bogenförmig ausgestaltet. Durch diese Ausbildung der Mitnehmer ist gewährleistet, daß das zu behandelnde Pul­ ver 8 im unteren Bereich der Trommel durch die Wand 5 aufgenommen wird und auf dieser solange liegenbleibt, bis durch die Drehbewegung der Trommel das Pulver auf die Wand 6 gelangt welche Durchbrechungen 7 aufweist und durch diese nach unten durchrieselt. Durch die gleichmäßige Anordnung von Durchbrechungen 7 und die gleichmäßige Geschwindigkeit der Trommel ist gewährleistet, daß eine gleichmäßige Verrieselung von Pulver 9 in der Plasmakammer stattfindet. Die gleichmäßige Verriese­ lung ist für eine einwandfreie Beschichtung wesentlich. Durch ein mehrmaliges Umlau­ fen der Drehtrommel und damit ein mehrmaliges Verrieseln der Pulverpartikelchen 9 durch den Plasmaraum ist eine Erzeugung von in situ Gradientenschichten möglich. Durch die Anordnung der Mitnehmer als Elektroden ist ferner gewährleistet, daß ein homogenes elektrisches Feld quer zur Verrieselungsrichtung entsteht. Die Gaszufuhr­ vorrichtung und der Abpumpflansch können drehachsennah installiert werden, sind je­ doch in Fig. 1 nicht dargestellt.

In Fig. 3 ist eine Anordnung der Drehtrommel für einen in-line-Betrieb dargestellt. Das Pulver wird bei dieser Vorrichtung aus einem Vorratsbehälter kontinuierlich in die Ma­ terialzuführung 10 eingerieselt. Diese ist so gestaltet, daß das Pulver 11 langsam der Drehtrommel 1 zugeführt wird. Die Materialzuführung 10 ist als feststehender Flansch ausgebildet. Das Arbeitsgas wird durch eine Öffnung 12 mittels einer Pumpe nach oben abgepumpt, was vorteilhafterweise gewährleistet, daß annähernd kein Pulver 11 in die Pumpe gelangt. Der Flansch ist über ein Vakuumlager 13 mit der sich drehenden Trommel 1 verbunden. Die Neigung der Drehtrommel um den Winkel 14 gegenüber der Horizontalen sorgt für den Transport des Pulvers entlang der Zylinderlängsachse. Dabei bestimmt die Größe des Winkels 14 die Transportgeschwindigkeit des Pulvers. Die Einstellung der Neigung kann durch einfache mechanische Vorrichtungen erfolgen, z. B. durch Anheben der Anlage auf der Materialzuführungsseite. Am Ende des Zylinders gelangt das Pulver in den Auskopplungsflansch 17 durch den es kontinu­ ierlich in einen Vorratsbehälter fällt. Die stabförmige Energiequelle 3 ist in der Halte­ rung 15 gehaltert und wird über die Zuleitung 16 gespeist.

Claims (11)

1. Anlage zur Niederdruck-Plasmabehandlung und Plasmabeschichtung von Pul­ vern mit einer Plasmabeschichtungskammer und einer in dieser angeordneten Rieselvorrichtung zum homogenen Verrieseln des Pulvers mit einer definierten Rieselgeschwindigkeit und mit einer regelbaren Vorrichtung für die Einstellung der Verweilzeit des Pulvers in der Kammer dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungskammer durch eine Drehtrommel (1) gebildet ist, und daß an de­ ren Umfang angeordnete Mitnehmer (2) abwechselnd als Mitnehmer d, e, f und Verrieselungsvorrichtung h, a, b einsetzbar sind.

2. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise eine stabförmige Energiequelle (3) einsetzbar ist oder daß die Mitnehmer (2) als Elektroden g und c einsetzbar sind.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Mitneh­ mer (2) sich über die gesamte Länge der Drehtrommel (1) erstrecken.

4. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeich­ net, daß die Mitnehmer (2) zwei im wesentlichen senkrecht aufeinanderstehen­ de, ein L-Profil bildende Wände (5, 6) aufweisen.

5. Anlage nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die eine, der Drehtrommelwand abgewandte Wand (6) des Mitnehmers mit Durchbrechun­ gen (7) versehen ist.

6. Anlage nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß diese Wand (6) bogen­ förmig ausgebildet ist.

7. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (7) der Pulverpartikelgröße anpaßbar sind.

8. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeich­ net, daß die Pulverzufuhr kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgt.

9. Anlage nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Drehtrommel (1) um den Winkel (14) kippbar ist.

10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, daß bei bei einer kontinuierlichen Pulverzufuhr das Pulver über einen feststehenden Flansch (10) der Drehtrommel (1) und über einen weiteren feststehenden Flansch (17) konti­ nuierlich einem Vorratsbehälter zugeführt wird.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrflansch (10) gleichzeitig Abpumpflansch ist, an dem ein Vakuum Pumpflansch (12) angeordnet ist.