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Diese
Erfindung betrifft allgemein Dünnfilm-Sol-Gel-Beschichtungen
und insbesondere das Härten
von Dünnfilm-Sol-Gel-Beschichtungen,
die auf Substraten mit einer niedrigen Schmelztemperatur aufgebracht
sind.
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Sol-Gel-Materialien
finden zahlreiche Anwendungen in kommerziellen und industriellen
Produkten, beispielsweise einschließlich bei der Ausformung endformnaher
Objekte, der Umhüllung
von optischen Fasern und der Bereitstellung von Antireflexionsbeschichtungen
für Anzeigegeräte. Sol-Gel-Beschichtungen
werden typischerweise durch Zusammenmischen eines Alkoxids, eines
Alkohols und Wasser formuliert, um eine vorpolymerisierte Lösung oder
ein Sol zu erzeugen. Die vorpolymerisierte Lösung wird dann auf das Substrat
durch irgendeines diverser Verfahren, einschließlich der Tauchbeschichtung,
Rotationsbeschichtung, Sprühbeschichtung,
Gravurbeschichtung und Meniskusbeschichtung, aufgebracht. Jede dieser
Aufbringungen bewirkt, dass eine vorgeschriebene Menge der Lösung an
dem Substrat haftet. Die anhaftende Lösung wird dann gehärtet, um
dann eine separate, polymerisierte Schicht auf dem Substrat auszubilden.
In vielen Anwendungsfällen,
insbesondere im Fall der optischen Beschichtungen, können Mehrfach-Sol-Gel-Schichten,
die unterschiedliche Sol-Zusammensetzungen mit unterschiedlichen
optischen Indices aufweisen, auf das Substrat aufgebracht werden,
um gewünschte
optische Eigenschaften zu erreichen. Das U.S.-Patent mit der Nr.
5,856,018, erteilt an Chen et al., welches hierin durch Bezugnahme umfasst
ist, beschreibt eine geeignete Verwendung von Sol-Gel-Beschichtungen
zur Herstellung einer Antireflexionsbeschichtung.
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In
allen Fällen
ist es notwendig, die feuchte Sol-Schicht sorgfältig zu härten, nachdem sie haftend auf
das Substrat aufgebracht wurde. Durch das Härten, was gewöhnlich durch
Aufbringen von Wärmeenergie
in einem Ofen erreicht wird, werden zurückgebliebene organische und
andere Flüssigkeitsverbindungen
der Lösung
aus der haftenden Schicht verdampft. Das Härteverfahren, das bei erhöhten Temperaturen
für eine
gewisse Zeitdauer durchgeführt
wird, verdichtet die Schichten. Allgemein gesagt: je höher die
Temperatur, desto besser das Härten,
und je länger
das Temperaturaussetzen dauert, desto besser das Härten. Ein
Kompromiss existiert zwischen der Dauer, während der die Beschichtung auf
erhöhter
Temperatur gehalten wird, und dem Wert jener Temperatur. Höhere Temperaturen
machen eine kürzere
Einwirkdauer erforderlich. Die Temperatur ist bevorzugt so gewählt, dass
es sich um die Maximaltemperatur handelt, die das bestimmte Substrat
ohne Verformung vertragen kann. Die Temperatur sowie die Dauer des
Härtens
beeinträchtigen die
mechanische Stabilität
der erhaltenen Schicht, wie deren Kratzfestigkeit oder deren Haftung.
Eine unvollständige
Härtung
führt zu
verschlechterten mechanischen Eigenschaften.
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Schwierigkeiten
können
auftreten, wenn das Substrat aus einem Material mit niedrigem Schmelzpunkt,
wie Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) oder anderen
Kunststoffen gebildet ist. In solchen Fällen muss die Härtungstemperatur
unter etwa 100 bis 150°C,
abhängig
von dem bestimmten Substratmaterial, gehalten werden, um das Schmelzen
oder Verziehen des Substrats zu vermeiden. Um eine ausreichende
Härteenergie
bei diesen niedrigen Temperaturen zum Erreichen einer zufrieden
stellenden Verdichtung und mechanischen Festigkeit bereitzustellen,
sind typischerweise lange Härtezeiten
in der Größenordnung
von Dekaden an Minuten oder sogar Stunden erforderlich. Dies kann
in erheblichem Umfang die Verarbeitungszeit und die Kosten des Produkts
erhöhen
und manchmal das Produkt in ökonomischer
Sicht untragbar machen.
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US 4,535,548 offenbart ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Beschichtungen, die
auf wärmeempfindliche
Kunststoffsubstrate von Video-Scheiben aufgebracht wurde. Die Vorrichtung beinhaltet
passende Paare aus zwangsbelüfteten Heizelementen
und zwangsbelüfteten
Kühlelementen,
zur abwechselnden Erwärmung
und Kühlung
der Video-Scheiben. Jedes Heizelement sorgt für einen Temperaturgradienten
im Kunststoff, welcher, für
sich allein genommen, das Kunststoffsubstrat der Video-Scheiben
beschädigen
würde.
Um eine solche Beschädigung
zu vermeiden, folgt bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten
Vorrichtung nach jedem Heizschritt ein Kühlzwischenschritt. Eine zusätzliche
Kühleinheit
ist am Ausgangsende der Trocknungsvorrichtung angeordnet.
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Es
sollte daher offensichtlich sein, dass ein Bedürfnis nach einer Vorrichtung
und einem Verfahren zum schnellen Härten von Sol-Gel-Beschichtungen,
die auf Substraten mit niedrigem Schmelzpunkt aufgebracht sind,
besteht, ohne dass es zum Verziehen oder andersartiger Beschädigung der
Substrate kommt und welche dichte und mechanisch feste Beschichtungen
bei einer vergleichsweise kurzen Verarbeitungszeit erzielen. Die
vorliegende Erfindung erfüllt
dieses Bedürfnis.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf einer verbesserten Vorrichtung
zum Schnellhärten
einer Sol-Gel-Beschichtung, die an einem Substrat haftet, ohne dass
es zu einem Verziehen oder einer andersartigen Beschädigung des
Substrats kommt. Die Vorrichtung beinhaltet eine Heizquelle, die
so ausgestaltet ist, dass sie ein vorgegebenes Heizmuster generiert,
und eine Anordnung, die so ausgestaltet ist, dass einzelne Bereiche
des beschichteten Substrats dem Heizmuster in ausgewähltem Abstand
und für eine
ausgewählte
Dauer ausgesetzt werden, so dass die Heizenergie die Sol-Gel-Beschichtung
ausreichend härtet
oder verdichtet, aber das Substrat nicht übermäßig erhitzt, so dass eine Verformung
bewirkt wird.
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Die
Erfindung beruht auf einem Verfahren zum Schnellhärten einer
Sol-Gel-Beschichtung,
die an einem Substrat haftet. Das Verfahren beinhaltet ein Vorbeiführen des
beschichteten Substrats sequenziell an einer Heizquelle, worin die
erhaltene Heizenergie die Sol-Gel-Beschichtung ausreichend zum Erreichen
deren optimalen physikalischen oder optischen Eigenschaften härtet, aber
das Substrat nicht übermäßig erhitzt,
dass eine Verformung verursacht wird.
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Die
Heizquelle beinhaltet bevorzugt zwei Heizbetriebsarten zum Erhitzen
der Sol-Gel-Beschichtung für
die Verdichtung – IR-Bestrahlung
und Heißgas,
wodurch die Sol-Gel-Schicht von beiden Seiten, ihrer Innenseite,
d.h. der Seite die an das Kunststoffsubstrat angrenzt, und ihrer
Außenseite, d.h.
der Seite, die zur Umgebung freiliegt, erhitzt wird.
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Bei
einem Detailmerkmal der Erfindung kann Feuchtigkeit in das Härteverfahren
durch Injektion von Dampf oder Wasser in einer anderen Form in den erhitzen
Gasstrom eingebracht werden.
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Bei
einem anderen Detailmerkmal der Erfindung liegt die Temperatur des
erhitzen Gasstroms im Bereich von etwa 100 bis etwa 500°C, und die
Strömungsgeschwindigkeit
des erhitzten Gasstroms liegt im Bereich von etwa 50 bis etwa 10.000
cm3 pro Sekunde.
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Bevorzugt
wird das beschichtete Substrat sequenziell der Heizquelle in einer
vorgegebenen Geschwindigkeit ausgesetzt, die so gewählt ist,
dass ausreichend Hitze in die Sol-Gel-Schicht zur Verdichtung des
Films und zum Erreichen der besten optischen und mechanischen Eigenschaften
einfließt. Bei
noch einem anderen Detailmerkmal der Erfindung wird das beschichtete
Substrat bei einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 0,5 bis etwa
50 Zentimeter pro Sekunde der Einwirkung ausgesetzt.
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Die
Erfindung erweist sich als besonders vorteilhaft für Sol-Gel-Oxid-Beschichtungen, beispielsweise
SiO2 und TiO2, die
für optische
Beschichtungen und für
Antireflexionsbeschichtungen verwendet werden. Die Sol-Gel-Beschichtungen
an sich können hohe
Temperaturen über
500°C ertragen.
Bei solch hohen Temperaturen kann eine sehr schnelle Härtung (Verdichtung)
bewirkt werden. Jedoch bei Beschichtungen, die auf Substraten mit
einer vergleichsweise niedrigen Schmelztemperatur haften, können solch
hohe Temperaturen zur einer Beschädigung des Substrats führen. Bevorzugt
werden das Substrat und die Sol-Gel-Beschichtung unter Verwendung
einer Kombination von Heizbetriebsarten auf eine möglichst
hohe Temperatur für
eine kurze Zeitdauer erhitzt, um die erforderliche Verdichtung der
Sol-Gel-Filme bereitzustellen,
aber ohne dass dabei das Substrat beschädigt wird. Das Verfahren kann
wiederholt werden, um ein Produkt mit Mehrfachschichten aus Sol-Gel-Beschichtungen herzustellen.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sollten anhand der folgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen anhand der begleitenden
Figuren, welche beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen,
deutlich werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Es
werden nun Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft anhand der beigefügten Figuren
beschrieben, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Transport des Substrats 20 vorbei an
einem IR-Lampenfeld und einem Heißgasdüsenfeld gemäß dieser Efindung ist;
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die 2A und 2B eine
Querschnittsansicht einer Sol-Gel-Beschichtung zeigen, die an einer
Seite des Kunststoffsubstrats haftet, wobei auch die nach innen
und außen
gerichteten Hitzeverläufe während der
Verdichtung dargestellt sind;
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3 eine
schematische Seitenansicht einer IR-Härtevorrichtung mit zwei IR
Lampen ist, die jeweils auf die nächstliegende Oberfläche des
Substrats fokussiert sind, während
dieses rechwinklig zwischen diesen vorbeitransportiert wird; und
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die 4A und 4B schematische
Darstellungen einer Heißgashärtevorrichtung
mit zwei Düsenanordnungen
sind, die jeweils auf die nächstliegende
Oberfläche
des Substrats fokussiert sind, während
dieses senkrecht zwischen diesen vorbeitransportiert wird. 4A stellt
die Düsenausgestaltung
dar, wohingegen 4B das Erhitzen des Gases und
die Zugabe von Feuchtigkeit zu dem Gas veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
diesem Abschnitt wird die vorliegende Erfindung im Detail in Bezug
auf die Figuren, welche oben kurz erläutert wurden, beschrieben.
Im Folgenden wird auf die anschaulichen Figuren Bezug genommen,
insbesondere auf 1, darin ist eine bevorzugte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einer Härtevorrichtung 10 mit
einer IR-Anordnung 12 und einer Heißgasanordnung 14 gezeigt,
die beim Schnellhärten
von Sol-Gel-Beschichtungen auf einem Substrat verwendet werden.
Diese Ausführungsform
ist ausgestaltet, ein Substrat 16, das mit einem Sol-Gel,
der auf beiden Seiten des Substrats haftet, beschichtet ist, zu
härten.
Genauer, zwei gegenüberliegende
IR-Lampen 18 und zwei Heißgasdüsenanordnungen 20 sind
sequenziell angeordnet. Das beschichtete Substrat ist an einer Transportanordnung 22 angebracht
und wird durch die zwei Hitzequellen hindurchgeführt, um ein Härten der
haftenden Sol-Gel-Beschichtung auf jeder Seite zu bewirken. In anderen
Ausführungsformen
können
die Hitzequellen über
ein stationäres
Substrat auf derartige Weise geführt
werden, dass ein Härten
bewirkt wird.
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Im
Folgenden wird die Bezugnahme auf 1 fortgesetzt.
Sowohl die IR-Energie
und der Heißgasstrom,
die von der IR-Anordnung 12 beziehungsweise der Heißgasanordnung 14 emittiert
werden, sind allgemein rechtwinklig auf die Oberflä che der
Beschichtung gerichtet, was bedeutet, dass sie auch rechtwinklig
zur Bewegungsrichtung des Substrats während des Härtens sind. Es ist wichtig,
dass das Substrat mit daran haftender Sol-Gel-Beschichtung während dieser
Härtephase
kontinuierlich bewegt wird. In anderen Ausführungsformen kann das Härten auch
in einer fortlaufenden, mitlaufenden Bearbeitung erfolgen. Vorteilhaft
ist, dass der Effekt des Härtens
eine Sache von Sekunden ist, was um den Faktor 100 bis 1000 schneller
als die vorher bekannten Ofenhärtungen
ist. Da die Ofenhärtung
statisch ist, muss das gesamte Substrat der höheren Temperatur für die gesamte
Härtezeit
ausgesetzt sein, wodurch die Möglichkeit
des Verformens erhöht
wird.
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Wie
es in den 2A und 2B gezeigt ist,
ist es von Vorteil, die Hitze auf die Sol-Gel-Beschichtung 24 von
beiden Seiten, d.h. von der Innenseite 26, d.h., der Seite
die das Kunststoffsubstrat 28 berührt, und von der Außenseite 30,
d.h. der Seite die zur Umgebung freiliegt, zu übertragen. Im Folgenden wird
auf 2A Bezug genommen, die IR-Energie 32 aus
den IR-Lampen 18 wird ohne weiteres in das Kunststoffsubstrat
eingekuppelt und erwärmt
dieses schnell. Dieses überträgt die Hitze
effektiv auf die Sol-Gel-Schichten von der Innenseite nach außen. Die
Sol-Gel-Schicht
erwärmt
sich selbst auch, aufgrund der teilweisen Absorption einiger der
IR-Energie aus den
Lampen. Im Folgenden wird auf 2B Bezug
genommen. Der Heißgasstrom 34,
der auf die äußere Oberfläche der
Sol-Gel-Beschichtung auftrifft, bringt Hitze von der Außenseite
nach innen auf. Aufgrund dieser Kombination von Hitzequellen erhält die Sol-Gel-Schicht
ausreichende Wärmeenergie, um
schnell zu verdichten. Bei irgendeinem Moment während des Härtens ist lediglich eine schmale
Breite des Kunststoffsubstrats mit der Sol-Gel-Beschichtung den
Hitzequellen ausgesetzt, da sich das Substrat rechtwinklig an den
Hitzequellen mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit vorbeibewegt.
Daher wird unzureichende Hitze durch das Kunststoffsubstrat absorbiert,
um dessen Temperatur anzuheben, was bewirkt, dass das Substrat weich
wird oder verformt wird.
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Faktoren,
die die IR-Wärmeenergie
beeinflussen, die der haftenden Sol-Gel-Beschichtung 24 auferlegt wird,
beinhalten: die Leistung der Lampen, den Abstand von den Lampen
zum Substrat und die Geschwindigkeit, mit welcher das Substrat die
Lampe kreuzt. Diese Parameter können
experimentell so gewählt
werden, dass die IR-Energie die Beschichtung schnell und effektiv
erhitzt und härtet,
ohne dass diese in erheblichem Umfang in das Substrat eindringt.
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Entsprechend
beinhalten die Faktoren, die die Wärmeenergie des Heißgases beeinflussen,
die der haftenden Sol-Gel-Beschichtung 24 auferlegt wird:
die Temperatur des Gases, die Strömungsgeschwindigkeit des Gases,
den Abstand zwischen der Düse
und der beschichteten Oberfläche
und die Geschwindigkeit, mit welcher das Substrat die Düse kreuzt.
Falls Feuchtigkeit dem Gas zugesetzt wird, wird die Menge des Wassers
auch die Wärmeenergie beeinträchtigen.
Diese Parameter können
experimentell so ausgewählt
werden, dass die Energie im Gas die Beschichtung schnell und effektiv
erhitzt und härtet,
ohne dass diese in erheblichem Umfang in das Substrat eindringt.
Somit, selbst für
den Fall, dass das beschichtete Substrat aus einem Kunststoffmaterial
mit einer vergleichsweise niedrigen Schmelztemperatur gebildet ist,
verzieht sich oder schmilzt das Substrat nicht während des Härteprozesses.
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3 stellt
die IR-Anordnung dar, die zwei kommerziell erhältliche IR-Lampen 18,
Modell-Nr. 5193-10, hergestellt von Research Inc., aus Eden Prairie,
Minnesota, nutzt, in welche jeweils ein fokussierender Standard-Parabolreflektor 36 eingearbeitet ist.
Optimal ist jede IR-Lampe 10 so angeordnet, dass die mit
Sol-Gel beschichtete Oberfläche
auf der an das Substrat angrenzenden Seite auf dem Fokuspunkt des
Parabolreflektors angeordnet ist. Jede Lampe weist eine Brennweite
von 5,08 cm (2 Zoll) auf, und der Abstand zwischen den zwei Lampen
beträgt
typischerweise 10,16 cm (4 Zoll) plus der Dicke des Substrats. Die
Lampen weisen einen Ausgangsleistungsbereich von 0 bis 80 Watt pro
Zentimeter auf. Die Lampen sind fest an Ort und Stelle angebracht,
und die Transportanordnung 22, an der das Substrat angebracht
ist, führt
das beschichtete Substrat rechtwinklig zwischen ihnen hindurch,
wie es in 1 gezeigt ist. Die Transportanordnung
kann einen Lineargeschwindigkeitsbereich von 0,5 bis 50 cm/s aufweisen.
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Die
optimale Härteenergie
wird durch die Kombination aus IR-Lampen-Leistung und Substratgeschwindigkeit
bestimmt. Falls die Lampenleistung zu hoch ist oder falls die Transportgeschwindigkeit
zu niedrig ist, wird in erheblichem Umfang Wärmeenergie in das Substrat
eindringen und ein Verziehen oder Schmelzen verursachen. Umgekehrt,
wenn die Lampenleistung zu niedrig ist oder die Transportgeschwindigkeit
zu hoch ist, kommt es zu einer unzureichenden Härtung und die Beschichtung
wird schlechte mechanische Eigenschaften aufweisen. Um das schnellste
Härten
zu erreichen, wird typischerweise die Lampe mit der höchsten Leistung
in Verbindung mit einer Transportgeschwindigkeit, die empirisch
ermittelt wird, verwendet, um eine vollständige Härtung aber ohne Erweichen des
Kunststoffsubstrats bereitzustellen.
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4A stellt
zwei, gegenüberliegend
angeordnete Heißgasdüsenanordnungen 20 wieder
zum Härten
von Sol-Gel-Beschichtungen, die auf beiden Seiten des Substrats
haften, dar. Irgendeines aus einer Anzahl an Gasen kann verwendet
werden, einschließlich
zum Beispiel Luft, Stickstoff (N2), Argon (Ar),
Helium (He) oder einer Kombination solcher Gase. Das tatsächlich gewählte Gas
bzw. die tatsächlich gewählten Gase
hängen
von solchen Faktoren wie der Wirtschaftlichkeit des Gases, der spezifischen Wärme des
Gases und der Natur der zu härtenden Sol-Gel-Beschichtung ab.
Gas kann aus einem Druckzylinder zugeführt werden, oder es kann unter Verwendung
einer Gebläseanordnung
zirkuliert werden. Es ist wichtig, dass das Gas frei von Partikeln ist,
so dass keine Fremdobjekte oder Fehlstellen in die Sol-Gel-Beschichtungen
eingebracht werden. Hochreines Gas kann gekauft werden, oder es
kann durch Filtern vor der Verwendung hergestellt werden.
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Das
Gas kann durch diverse alternative Mittel erhitzt werden. Bei einer
besonders einfachen Herangehensweise zum Erhitzen und Regeln der
Gastemperatur erfolgt dies mittels eines Heißdrahtfadens 38, der
in 4B dargestellt ist. Elektrischer Strom wird geregelt
dem Faden zugeführt,
um die Gastemperatur auf einem gewählten Wert, wie durch ein Thermoelement 40 bestimmt,
zu halten. Die Gastemperaturen können
auf einen beliebig gewählten
Wert im Bereich von 100 bis über
500°C geregelt
werden. Ein besonders nützlicher
Temperaturbereich ist 300 bis 400°C.
Falls es erwünscht
wird, dass Feuchtigkeit während
des Härteprozesses
zugeführt
wird, kann Dampf oder eine andere Form von Feuchtigkeit über einen
Feuchtigkeitsinjektionskanal 42 in den Gasstrom injiziert
werden.
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Die
Düsen für das Heißgas sollten
für eine gleichförmige, lineare
Verteilung des Gases über
die Sol-Gel-Beschichtung sorgen. 4A zeigt
eine dafür
geeignete Ausgestaltung, die Reihen aus gleichförmig beabstandeten Löchern 44 beinhaltet,
die in eine Kupferrohrleitung 46 gebohrt sind, die an ihrem distalen
Ende 48 abgedichtet ist. Die Fachleute werden leicht erkennen,
dass zahlreiche, alternative Düsenausgestaltungen
den gewünschten,
gleichförmigen
Gasstrom bereitstellen könnten.
Die Gasströmungsgeschwindigkeit
kann von weniger als 50 cm3/s bis mehr als 10.000
cm3/s variiert werden. Ein zufrieden stellender
Strömungsgeschwindigkeitsbereich
für die
dargestellte Ausgestaltung liegt im Bereich von 250 bis 2500 cm3/s. Der Gasstrom wird bevorzugt im Laminarströmungsmodus
für eine
optimale Gleichförmigkeit
bei der Zuführung
von Wärmeenergie
gehalten, um die Sol-Gel-Beschichtung zu härten. Parameter zum Erreichen
einer Laminarströmung
werden durch die Geometrie der Düsen
den Abstand des Düsenfeldes
vom Substrat, und die Gasströmungsgeschwindigkeit
bestimmt.
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Die
Erfindung stellt einen effizienten Weg zum schnellen Härten der
Sol-Gel-Beschichtung nach
deren Aufbringung auf das Substrat bereit, was die Herstellung des
Produkts in ökonomischer
Hinsicht durchführbar
macht. Es sollte erkannt werden, dass die Filmanforderungen von
Anwendung zu Anwendung variieren. Folglich kann es nicht notwendig sein,
beide Härteverfahren
zu verwenden. In solchen Fällen
können
die Verfahren des Erhitzens dieser Erfindung einzeln, entweder nur
die IR-Lampen oder nur
die Heißluft,
in Abhängigkeit
der erwünschten
Resultate verwendet werden. Es kann auch ratsam sein; eine Feuchtigkeit
geregelte Umgebung während
des Härtens
zu verwenden.
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Auch
sollte den Fachleuten klar sein, dass, wenn lediglich eine Seite
des Substrats mit Sol-Gel, wie durch Anwendung eines Rotationsbeschichtungs-verfahrens,
beschichtet ist, die Hitzequellen lediglich aus einer Hitzelampe
und einem Gasdüsenfeld,
die auf der beschichteten Seite des Substrats angeordnet sind, bestehen
müssen.
In diesem Fall werden die Härteparameter
für die
IR-Lampe und die Heißgasdüse wieder
so gewählt
werden, dass die Wärmeenergie
ein rapides Härten
bewirkt, um die Sol-Gel-Schicht zu verdichten, ohne dass es zur
Beschädigung
des Substratmaterials kommt.
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Diese
Erfindung kann in der Praxis besser anhand des nachfolgenden, anschaulichen
Beispiels verstanden werden:
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BEISPIEL
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Eine
SiO2-Sol-Gel-Lösung wird aus einem Alkoxid,
einem Alkohol und Wasser gemäß den im U.S.-Patent
mit der Nr. 5, 856,018 angegebenen Formulierungen hergestellt. Ein
PMMA-Substrat mit einer Erweichungstemperatur von 100° wird in
der Sol-Gel-Lösung
tauchbeschichtet und dann an einem Transportarm, wie dem der in 1 dargestellt
ist, zum Transport vorbei an einem Paar von IR-Lampen und einem
Heißgasdüsenfeld
befestigt. Die Lampen werden so mit Energie versorgt, dass deren
Leistung 50 Watt pro Zentimeter beträgt. Die Düsen sind symmetrisch etwa 0,5
bis 2,0 Zentimeter von den Substratoberflächen angeordnet. Ein Heizdrahtfaden
erhitzt das Gas, in diesem Fall gereinigte Luft, auf eine Temperatur
in Bereich von 300 bis 350°C,
und das erhitzte Gas wird dann den Substratoberflächen mit
einer Geschwindigkeit im Bereich von 500 to 1000 cm3/s
zugeführt.
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Das
Substrat wird an den Wärmequellen
mit etwa 1,2 cm/s vorbeitransportiert. Es wird gemessen, dass das
Substrat vorübergehend
eine Temperatur im Bereich von 110 bis 150°C erreicht, aber es verzieht
oder verformt sich nicht. Die Gesamtzeit, die erforderlich ist,
ein 40 cm langes, beschichtetes Substrat zu härten, beträgt etwa 35 Sekunden. Die Sol-Gel-Beschichtung
wird im selben Umfang gehärtet,
wie es zuvor bei einer 12-stündigen
Ofenhärtung bei
84°C erreicht
wurde. Die IR-gehärtete Sol-Gel-Beschichtung
wird hinsichtlich ihrer mechanischen Stabilität untersucht, und es wird festgestellt, dass
sie sowohl einen 5H Bleistift-Kratztest als auch einen 10.000 Zyklen-Trockenabriebtest
besteht. Wieder entsprechen diese Werte den Ergebnissen, die zuvor
während
der 12-stündigen
Ofenhärtung
bei 84°C
erhalten wurden.
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Obwohl
die Erfindung lediglich in Bezug auf ein bevorzugtes Verfahren beschrieben
wurde, wird der Fachmann erkennen, dass diverse Modifikationen an
den bevorzugten Parameterkombinationen vorgenommen werden können, ohne
dass dabei von der Erfindung abgewichen wird. Folglich ist die Erfindung
lediglich durch die folgenden Ansprüche definiert.