EP4367284A1 - Beschichtungsanlage zur beschichtung eines gegenstands - Google Patents

Beschichtungsanlage zur beschichtung eines gegenstands

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Publication number
EP4367284A1
EP4367284A1 EP22732456.3A EP22732456A EP4367284A1 EP 4367284 A1 EP4367284 A1 EP 4367284A1 EP 22732456 A EP22732456 A EP 22732456A EP 4367284 A1 EP4367284 A1 EP 4367284A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
coated
coating
gas phase
coating system
Prior art date
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Pending
Application number
EP22732456.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Schwerdt
Axel Zwick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4367284A1 publication Critical patent/EP4367284A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates

Definitions

  • the invention relates to a coating system for coating an object.
  • the coating system is particularly suitable for coating a metal strip, preferably a steel strip.
  • Gas phase deposition is based on the principle of coating a surface of the flat object, for example a steel strip or a pane of glass, by depositing material that is present in the gas phase.
  • the material is initially provided as the starting material.
  • the starting material is then brought into a gas phase.
  • the components of the material present in the gas phase in particular atoms and/or ions, are deposited on the surface to be coated and thereby form a coating.
  • Known methods of vapor deposition are chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD) and arc evaporation. The methods mentioned differ in particular in the mechanisms with which the gas phase is brought about.
  • the present invention is concerned with coating systems which have a device for gas-phase deposition of the material, in which vaporization is also or exclusively used for gas-phase deposition.
  • the material which is also or exclusively brought into the gas phase by means of vaporization, is then, as soon as it is in the gas phase, directed with a nozzle in the direction of the surface of the object to be coated.
  • the challenge lies in being able to produce layers with high quality in terms of layer homogeneity and the utilization of the starting material, known as output, not exceeding an acceptable level measure out.
  • the object is achieved with a coating system for coating an object with the features of claim 1.
  • a coating system according to the invention serves the purpose of coating an object, in particular a flat object such as a strip or a metallic strip, in particular a steel strip.
  • the coating takes place with a material present in the gas phase.
  • the coating system has a coating chamber.
  • the coating chamber is designed in such a way that the object to be coated can be guided through it.
  • the coating chamber is designed as an elongate chamber which has an inlet opening on a first end face and an outlet opening on the second, preferably opposite, end face.
  • the object for example the strip, can be guided through the entry opening into the coating chamber and through the exit opening out of the coating chamber by means of a transport mechanism.
  • the transport mechanism can, for example, be one known to those skilled in the art
  • Be tape transport device with support and transport rollers, the transport and support rollers, for example, outside of the coating chamber, that is: seen in the tape transport direction in front of the inlet opening and behind the outlet opening can be arranged.
  • the coating system also has a device for gas phase deposition of the material.
  • the device for In particular, vapor deposition includes an evaporation section and a nozzle section.
  • the evaporation section is designed, for example, as an evaporation crucible, preferably with a cylindrically shaped, in particular circular-cylindrically shaped, section.
  • the evaporation section is preferably partially or fully made of graphite or CFC.
  • Evaporation section are designed to be heatable, for example by means of heating coils, so that the evaporation section can be heated to a temperature above the evaporation temperature of the starting material.
  • gas phase and vaporization are used throughout the description because they are common in the field of technology described.
  • gas phase preferably includes that a small proportion by weight, for example up to 30 percent by weight, preferably not more than 10 percent by weight, of the material present in the gas phase is not in the gas phase in the physical sense, but instead as an aerosol, as a cluster or as a mixture of the aforementioned may exist.
  • vaporization includes the fact that, depending on the material used and the technology used, the transition of the particles into the gas phase takes place at least partially by means of mechanisms other than vaporization in the strictly physical sense, for example by sublimation.
  • the term vaporization thus includes, in addition to vaporization in a strictly physical sense, i.e. a transition "liquid - ⁇ gas phase", also other mechanisms, such as sublimation in particular.
  • the nozzle section is directly or indirectly coupled to the evaporation section.
  • the nozzle section has a nozzle that has a nozzle outlet that opens out inside the coating chamber.
  • the nozzle section consists of the nozzle, generally has however, the nozzle section has other elements, for example coupling members for coupling to the evaporation section.
  • the nozzle exit is an opening from which the components of the material present in the gas phase can exit the nozzle.
  • the material present in the gas phase is thus conducted by means of the nozzle section from an outlet of the evaporation section to the nozzle outlet, with the nozzle outlet being arranged in the coating system in such a way that gas-phase particles emerging from the nozzle outlet are directed towards the location at which the material to be coated Surface is passed for coating.
  • the object ie, for example, the metal strip
  • the nozzle section thus serves to direct material brought into the vapor phase in the vaporization section to a vicinity of the surface to be coated at a location within the coating chamber, the nozzle section being designed to guide and discharge the material in the gas phase in a directed manner so that it is coming in a specified direction, moves through the coating chamber and then settles on the surface to be coated with a specified main direction of movement.
  • the material in the gas phase thus reaches a coating zone, with the object, for example in the form of a strip, being continuously guided through the coating zone, so that, using the strip as an example, an entire strip surface has finally been coated with the material by placing it on the Surface condenses and thereby forms the coating.
  • the nozzle is oriented and designed in such a way that the material present in the gas phase faces a surface normal of the surface to be coated exits the nozzle outlet at an exit angle a oriented obliquely towards the surface.
  • the material present in the gas phase does not reach the surface perpendicularly but in an oblique orientation, namely with an exit angle between the normal to the surface and the direction of exit which is greater than zero.
  • the nozzle exit is in the form of a slit.
  • Designing a nozzle exit as a slit has the particular advantage that the nozzle section can be used in a particularly simple manner for different, ie in particular adjustable, exit angles, with comparable surface qualities being able to be obtained for different exit angles.
  • the nozzle can also be regarded as a one-dimensional opening, as a result of which the coating result can be regarded as largely independent of an angle of the longitudinal extension of the nozzle outlet to a transport direction of the surface to be coated.
  • the exit angle to the surface normal of the surface to be coated is set to between 20 and 50 degrees, preferably between 25 and 40 degrees. At these angles it could be observed that they lead to a good compromise between improved coating quality and high degree of coating.
  • the nozzle section is oriented such that the material present in the gas phase exits the nozzle outlet with a transport direction of the object, ie a transport direction of the surface to be coated, directed obliquely towards the surface.
  • reaction of the exit of the material present in the gas phase can take place in any manner to be chosen by the person skilled in the art.
  • a nozzle with a gas outlet occurring in the direction of a longitudinal axis of the nozzle can be arranged at an angle in the coating chamber.
  • a nozzle can bring about the inclined outlet through the shaping of the nozzle cavity. Reactions in which both approaches are envisaged cumulatively can also be selected by a person skilled in the art depending on the circumstances at hand.
  • the nozzle is designed in such a way that it has a nozzle cavity which, viewed in the direction of gas transport, tapers, preferably tapers continuously, and opens into the nozzle outlet.
  • the nozzle cavity at least in sections, preferably in end sections (i.e. with a section that opens into the nozzle outlet), alternatively along the entire longitudinal extension of the nozzle, has inner walls oriented obliquely with respect to a surface normal of the surface to be coated.
  • the inner walls are oriented obliquely relative to a perpendicular to the surface to be coated, preferably with the emergence angle as the oblique position.
  • the obliquely oriented inner walls are preferably planar surfaces oriented parallel to one another, so that the exit angle of the material present in the gas phase can be defined in a structurally simple manner.
  • the nozzle is rotatably mounted.
  • the purpose of the rotatable mounting of the nozzle is to change the orientation of the nozzle outlet relative to the surface to be coated. Due to the fact that the nozzle is rotatably mounted and the orientation of the nozzle outlet relative to the surface to be coated is variable, the way in which the material present in the gas phase is directed onto the surface of the object to be coated, for example the strip, is targeted can be influenced or adjusted.
  • An embodiment is particularly preferred in which the nozzle is rotatably mounted adjacent to the evaporation section, so that the evaporation section acts as a plain bearing for the nozzle.
  • an evaporation section made partially or entirely of graphite and/or CFC has the advantage that carbon is present as a natural lubricant, so that there is an elegant and equally robust solution for lubricating the rotatable nozzle.
  • graphite in powder and/or paste form as a lubricant between Evaporation section and nozzle section are introduced and are thereby introduced between the surfaces of the evaporation section and nozzle section lying against one another and sliding on one another.
  • the nozzle outlet can be oriented in such a way that it lies in a plane which lies parallel to the surface to be coated, at least in that section of the surface to be coated in which the coating takes place.
  • the nozzle is particularly preferably designed in such a way that it can assume a position in which the nozzle outlet is designed as a slot and this is oriented perpendicular to a direction of movement and perpendicular to a transport direction of the surface to be coated and can be rotated about with an axis of rotation which is perpendicular is oriented to the surface to be coated.
  • the length of the slit-like nozzle outlet is selected such that at an angle ß of 90 degrees between the transport direction and the slit-like nozzle, a width of the flat object, for example a strip width, is completely covered, in particular for those strips which have the maximum width for the implementation of which the coating chamber is designed.
  • a width of the flat object for example a strip width
  • the effective coating width can then be changed perpendicularly to the direction of travel of the strip with the factor sin( ⁇ ), where ⁇ is the angle between the transport direction and the longitudinal extension of the nozzle.
  • a device provided in this way is particularly suitable for enabling the coating of flat objects, in particular strips, with a bandwidth that is smaller than the longitudinal extension of a slit-like nozzle outlet with high efficiency, so that no portion of the material present in the gas phase flows past the two wall edges and rises Inner walls of the coating chamber deposits without being available for coating the surface.
  • the existing starting material is used and used as efficiently as possible; on the other hand, contamination of the coating chamber when coating narrower objects, in particular narrower strips, is avoided.
  • the development of the coating installation mentioned achieves a high level of flexibility with regard to the possible width of an object to be coated.
  • the nozzle is mounted in such a way that when the nozzle is rotated, the nozzle outlet performs a rotary movement in a plane parallel to the surface.
  • the nozzle outlet describes a surface during rotation which lies in a plane parallel to the surface to be coated - it is ensured that, regardless of the angle at which the nozzle is rotated in relation to the transport direction, a homogeneous coating of the surface to be coated in the transverse direction - i.e. in the direction perpendicular to the transport direction - is guaranteed.
  • an axis of rotation for rotating the nozzle is oriented perpendicularly to the surface to be coated, which is always possible by the person skilled in the art commissioned to carry out the present development by positioning the device for vapor phase deposition within the coating chamber, taking into account the transport of the object to be coated usual constructive measures can be implemented.
  • the inclined position of the exit angle relative to the surface to be coated which is also to be ensured, preferably takes place in the Essentially, particularly preferably exclusively, by the design of the interior of the nozzle, that is by the shape of the nozzle cavity, for example in one of the preferred embodiments mentioned above.
  • the inner walls of the nozzle cavity are oriented at an angle to a perpendicular to the surface to be coated with the exit angle as an inclined position and, on the other hand, the nozzle is rotatably mounted with an axis of rotation perpendicular to the surface to be coated, there is a constellation in which the exit angle is exclusively determined by the formation of the internal cavity is brought about and it remains the same as the nozzle is rotated.
  • This constellation is preferred because it creates coatings with essentially constant properties, for example with regard to their appearance, when the angle of rotation of the nozzle changes.
  • the axis of rotation of the nozzle is shifted relative to a center of the nozzle outlet, preferably: parallel shifted, preferably in the plane that contains a perpendicular to the direction of movement of the object to be coated and the center of the nozzle outlet .
  • the center of the nozzle exit is the point that bisects the distance between two most distant extensions of the nozzle exit.
  • the center of the nozzle exit is the point that bisects both the length of the slot and the width of the slot.
  • the axis of rotation is therefore displaced from the above-described perpendicular on the surface to be coated in a direction also or only perpendicular to the transport direction, parallel to a perpendicular standing on the center of the surface to be coated, for example a line of symmetry of a strip to be coated.
  • the advantage is obtained that the asymmetrical coating caused by oblique exit during rotation is largely compensated .
  • the displacement of the asymmetrical displacement of the coating must be implemented in the opposite direction, which can be implemented without problems by a person skilled in the art depending on the coating requirements.
  • the displacement of the axis of rotation is therefore carried out in such a way that, during an intended rotation, a coating occurring past a first boundary of the object, for example a first belt edge, is reduced in extent or completely avoided by a displacement of the axis of rotation in a direction pointing away from the first belt edge or in the case of an intended rotation, a coating occurring past a second boundary of the object, for example a second belt edge, is reduced in extent or completely avoided by shifting the axis of rotation in a direction pointing away from the second belt edge.
  • the displacement of the axis of rotation is a fixed displacement X0 dependent on the exit angle ⁇ and the distance A of the nozzle exit from the surface to be coated.
  • a fixed displacement X0 dependent on the exit angle ⁇ and the distance A of the nozzle exit from the surface to be coated.
  • the angle a is the exit angle at which the material present in the gas phase emerges from the nozzle outlet, oriented obliquely towards the surface and directed towards a surface normal of the surface to be coated.
  • A is the distance of the nozzle exit from the surface to be coated.
  • the nozzle outlet is a slit, and that the nozzle outlet and the nozzle are arranged in the coating chamber in such a way that a plumb line is drawn from the center of the nozzle outlet onto the surface of the object to be coated, for example a strip surface, from both edges of the Object has the same distance.
  • the nozzle outlet is particularly preferably dimensioned in such a way that it covers the entire width of the strip, but—even more preferably—it does not protrude significantly beyond this, ie for example not by more than 10% of the strip width per side.
  • the axis of rotation is spaced from the center of the nozzle exit by a distance X0, X0 in a direction oriented perpendicular to the direction of travel and parallel to the surface.
  • a nozzle with a circular-cylindrical bearing section and an axis of symmetry is provided as the axis of rotation, and the displacement of the axis of rotation is implemented by the positioning of the nozzle outlet.
  • This solution has the advantage of being easy to implement and inexpensive.
  • the nozzle is rotationally symmetrical with a nozzle outlet cut through the axis of symmetry in half the longitudinal extension, and the displacement of the axis of rotation by actually converting the axis of rotation by means of correspondingly more complex slide bearings or something else
  • Position change mechanism is provided with the disadvantage of a higher design effort but the potential advantage of a space-saving implementation.
  • the exact implementation is not important, since it is possible in many different ways. What is essential for the preferred development of a nozzle with a shifted axis of rotation is that the material present in the gas phase exits at an angle when rotating deflection caused by the nozzle in the plane of the surface to be coated by repositioning the axis of rotation relative to the nozzle outlet compared to a constellation in which the material present in the gas phase would arrive perpendicularly on the surface.
  • a particularly preferred embodiment of the coating system described above or one of its developments is characterized in that, in addition to the device for gas-phase deposition of the material, a second device for gas-phase deposition of the material is arranged on the coating system, which has a second evaporation section and a second nozzle section.
  • the second nozzle of the second nozzle section is designed and oriented in such a way that the material present in the gas phase exits the second nozzle outlet at an exit angle oriented obliquely towards the surface with respect to a surface normal of the surface to be coated.
  • the nozzle section is designed and oriented in such a way that the material present in the gas phase exits the nozzle outlet with a transport direction of the object directed obliquely towards the surface, and the second nozzle section is oriented in such a way that the material present in the gas phase runs counter to a transport direction of the object directed obliquely to the surface and emerges from the second nozzle outlet.
  • the coating system makes it possible to carry out a coating from the first device for gas-phase deposition of the material in the opposite direction to a coating with the second device for gas-phase deposition of the material. It is then particularly preferred that, viewed in the direction of transport of the surface to be coated, the coating is first carried out diagonally towards the surface and only then is the coating carried out diagonally in the opposite direction towards the surface, for the reasons already explained at the outset with reference to cluster and/or droplet formation.
  • the device for gas phase deposition of material is a jet vapor deposition system.
  • the evaporation section is then particularly preferably designed as a crucible.
  • the device for gas phase deposition of material is a jet vapor deposition system, with the evaporation section preferably being designed as a crucible.
  • jet vapor deposition system is understood by those skilled in the art as a system in which the coating material is thermally brought into the gas phase and then, in modifications, optionally with a carrier gas stream of inert gas, is transported to the substrate, preferably with a gas flow rate above the
  • the evaporation section is preceded by a pre-evaporation section, which in particular has an injection head including a carrier gas flow feed to the injection head and an injector tube from the injection head to the evaporation section.
  • the starting material is fed to the extrusion head, preferably in the form of wire or strip.
  • the starting material is processed in the spray head, which means that components of the starting material are vaporized and/or separated from the starting material as particles present in the liquid phase, preferably by means of arc vaporization between Cathode switched feedstock and anode switched feedstock.
  • the processed starting material is not completely in the gas phase, but consists of a mixture, in particular of gas phase and liquid or partially liquid particles, which is suitable for being guided through the evaporation section in order to be post-evaporated there, i.e. completely or largely completely by heating that takes place there to go into the gas phase.
  • a device for the gas phase deposition of material is to be regarded as a variant of jet vapor deposition if the material present in the gas phase is transported at a speed above the speed of sound, particularly preferably above 500 meters per second, with reference to the precise classification does not matter as long as material present in the gas phase is provided and this material present in the gas phase is transported through a nozzle section, exiting a nozzle outlet, directed towards a surface to be coated.
  • 2a, 2b schematic representations of an embodiment of an optionally rotatably mounted nozzle.
  • a coating system 1 can be seen in FIG.
  • the coating system 1 is designed as a strip coating system and for this reason includes a device for transporting the strip, as is known in the field of the production and coating of metal strips, in particular steel strips.
  • the tape is transported by means of transport rollers 3a, 3b.
  • the tape is introduced into a coating chamber 4 and through the
  • Coating chamber passed in which a technical vacuum is present, for example, with a pressure between 0.01 mbar and 20 mbar, optionally kept constant with the continuous supply of protective gas such as Ar or N 2 .
  • the strip is guided along a transport direction 5 through the coating chamber 4 and past a device 6 for gas phase deposition of the material, which in the present embodiment is designed as a jet PVD device 6 known to those skilled in the art in terms of its basic mode of operation.
  • a vapor phase material is directed onto the surface of the metal strip to form a coating there by condensation.
  • the device 6 has an evaporation section 7 for evaporating the material into the gas phase and a nozzle section 8 coupled to the evaporation section 7 .
  • the nozzle section 8 comprises in particular a nozzle 9 arranged inside the coating chamber 4 with a nozzle outlet which is directed towards the surface of the strip to be coated, in order to
  • the nozzle 8 is rotatably mounted here, but optionally, and is coupled to the evaporation section 7 .
  • the evaporation section 7 partially also extends into the coating chamber 4, although this neither is still absolutely necessary and can be carried out as required by the person skilled in the art entrusted with implementing the invention.
  • the nozzle 9 with the nozzle outlet is arranged inside the coating chamber 4 in order to ensure the coating of the surface of the strip.
  • the nozzle 9 is rotatably mounted, as is symbolized by the arrows 10 .
  • the orientation of the nozzle outlet can be changed relative to the surface of the strip 2 to be coated, with the axis of rotation of the nozzle 9 being oriented perpendicularly to the surface to be coated in the embodiment shown.
  • the nozzle 9 has a nozzle outlet designed in the form of a slit with a longitudinal extent DO.
  • the nozzle is mounted or the nozzle outlet is arranged in the nozzle 9 in such a way that when the nozzle 9 rotates about its axis of rotation, the rotary motion of the nozzle 9 would take place in a plane parallel to the strip surface.
  • the nozzle 9 is oriented at an angle ⁇ of zero to the tape transport direction. In the orientation shown, only a narrow strip of tape would be coated.
  • a strip With a rotation of 90 degrees around the axis of rotation shown, on the other hand, a strip would be coated with a width, i.e. with an extent in its transverse direction, which in the present illustration is oriented perpendicularly into the plane of the paper, that corresponds to the longitudinal extent DO of the strip corresponds, whereby slight deviations are possible due to the flow profile of the particles flowing out of the nozzle outlet.
  • Fig. lb is a representation of the coating system 1 shown in Fig. La shown in plan view.
  • the nozzle outlet 11 of the nozzle 9 designed as a slot 11 occupies an angle ⁇ of 90 degrees to the transport direction of the strip 2, ie compared to the position from FIG rotated 90 degrees.
  • the longitudinal extent of the nozzle outlet 11 is greater than the width of the strip in its transverse direction. If the strip 2 had a smaller width in the transverse direction than that shown in FIG past into the coating chamber 4, in particular in an area of the coating chamber 4 located below the strip, and is therefore no longer available for the formation of a coating.
  • the optional provision of a rotatable nozzle thus ensures that efficient coating of a strip is possible for different strip widths and even with variable strip widths within the same strip.
  • FIG. 2a shows a side plan view of an exemplary embodiment of a nozzle 9.
  • the strip 2 is shown as a specific example of an article, the surface 2a being the surface to be coated.
  • the nozzle 9 is designed in such a way that the material present in the gas phase emerges from the nozzle outlet 11 in relation to a surface normal 12 of the surface 2a to be coated with an exit angle oriented obliquely towards the surface.
  • the nozzle 9 has a nozzle cavity 13 which tapers in a section AA in the gas transport direction 14 . The purpose of the tapered section is to compress the material vapor to increase aim and speed.
  • the nozzle section in the present case congruent with the nozzle 9, is oriented in such a way that the material 15 present in the gas phase exits the nozzle outlet 11 with a transport direction 16 of the object designed as a strip 2 directed obliquely towards the surface 2a.
  • the oblique outlet of the material vapor 15 with the angle relative to the band solder is ensured by the fact that obliquely oriented inner walls 17 and 18 are designed as flat surfaces oriented parallel to one another, and thereby define the exit angle of the material 15 present in the gas phase.
  • the material 15 present in the gas phase arrives with a transport direction 16 of the belt obliquely on the belt surface.
  • FIG. 2b shows a plan view of the nozzle 9 looking in the direction of the arrow P shown in FIG. 2a. It can be seen that the axis of rotation 19 of the nozzle is shifted relative to a center M of the nozzle outlet 11 . The displacement is provided by a distance X0 and takes place in the plane formed by the perpendicular to the direction of movement of the object to be coated and also containing the center M. With the nozzle 9 shown, with a clockwise rotation, indicated by the arrow U about the axis 19, extensive compensation of the asymmetry can be obtained which would result in the coating on the strip surface without displacement X0 in the case shown in FIG. 2a oblique outlet of the material in the gas phase. If a counter-clockwise rotation had been planned, the X0 shift should have been in the exact opposite direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage (1) zur Beschichtung eines Gegenstands (2), beispielsweise eines metallischen Bands (2), mit einem in Gasphase vorliegendem Material. Das Band (2) kann beispielsweise mittels Transportrollen (3a, 3b) in eine Transportrichtung (5) befördert werden. Die Beschichtungsanlage (1) weist auf: - eine Beschichtungskammer (4), - eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials (6), aufweisend einen Verdampfungsabschnitt (7) und einen Düsenabschnitt (8) mit einer Düse (9) und einem Düsenausgang mit einer Erstreckung (D0), wobei die Düse (9) derart orientiert und ausgebildet ist, dass das in Gasphase vorliegende Material gegenüber einer Oberflächennormale der zu beschichtenden Oberfläche mit einem Austrittswinkel schräg orientiert zu dem Gegenstand hin gerichtet aus dem Düsenausgang austritt. Optional ist die Düse in Richtung der Pfeile (10) drehbar.

Description

Beschichtungsanlage zur Beschichtung eines Gegenstands
Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung eines Gegenstands. Die Beschichtungsanlage ist insbesondere zur Beschichtung eines metallischen Bands, bevorzugt eines Stahlbands, geeignet.
Für die Beschichtung von Gegenständen und insbesondere von flächigen Gegenständen wie beispielsweise Bändern, insbesondere metallischem Band wie beispielsweise Stahlband, sind Verfahren basierend auf dem Prinzip der sogenannten Gasphasenabscheidung bekannt. Die Gasphasenabscheidung beruht auf dem Prinzip, eine Oberfläche des flächigen Gegenstands, beispielsweise ein Stahlband oder eine Glasscheibe, mittels Abscheidung von aus in Gasphase vorliegendem Material zu beschichten. Hierzu wird zunächst das Material als Ausgangsmaterial bereitgestellt. Das Ausgangsmaterial wird sodann in eine Gasphase gebracht. Die in Gasphase vorliegenden Bestandteile des Materials, insbesondere Atome und/oder Ionen, setzen sich auf der zu beschichtenden Fläche ab und bilden dadurch eine Beschichtung. Bekannte Verfahren der Gasphasenabscheidung sind die sogenannte chemische Gasphasenabscheidung (Chemical vapour disposition, CVD), die physikalische Gasphasenabscheidung (Physical vapour disposition, PVD) und das sogenannte Lichtbogenverdampfen (Are evaporation). Die genannten Verfahren unterscheiden sich insbesondere in den Mechanismen, mit welchen die Gasphase herbeigeführt wird.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit Beschichtungsanlagen, welche eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials aufweist, bei denen zur Gasphasenabscheidung auch oder ausschließlich ein Verdampfen eingesetzt wird. Das auch oder ausschließlich mittels Verdampfens in Gasphase gebrachte Material wird sodann, sobald es in Gasphase vorliegt, mit einer Düse in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche des Gegenstands gerichtet. Bei der Beschichtung von Gegenständen, insbesondere von flächigen Gegenständen wie einem metallischen Band, beispielsweise einem Stahlband, liegt die Herausforderung darin, Schichten mit hoher Qualität hinsichtlich der Schichthomogenität hersteilen zu können und dabei die Ausnutzung des Ausgangsmaterials, als sogenannte Ausbringung bezeichnet, nicht über ein akzeptables Maß hinaus zu beeinträchtigen.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Beschichtungsanlage zur Beschichtung eines Gegenstands mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine erfindungsgemäße Beschichtungsanlage dient dem Zweck, einen Gegenstand, insbesondere einen flächigen Gegenstand wie ein Band oder ein metallisches Band, insbesondere ein Stahlband, zu beschichten. Die Beschichtung erfolgt mit einem in Gasphase vorliegendem Material.
Die Beschichtungsanlage weist eine Beschichtungskammer auf. Die Beschichtungskammer ist derart ausgebildet, dass der zu beschichtende Gegenstand durch sie hindurch führbar ist. Beispielsweise ist die Beschichtungskammer als längliche Kammer ausgebildet, welche an einer ersten Stirnseite eine Eintrittsöffnung und an der zweiten, bevorzugt gegenüber liegenden, Stirnseite eine Austrittsöffnung aufweist. Mittels eines Transportmechanismus ist der Gegenstand, beispielsweise das Band, durch die Eintrittsöffnung in die Beschichtungskammer hinein und durch die Austrittsöffnung aus der Beschichtungskammer hinaus führbar. Der Transportmechanismus kann beispielsweise eine dem Fachmann bekannte
Bandtransporteinrichtung mit Stütz- und Transportrollen sein, wobei die Transport- und Stützrollen beispielsweise außerhalb der Beschichtungskammer, das heißt: in Bandtransportrichtung gesehen vor der Eintrittsöffnung und hinter der Austrittsöffnung angeordnet sein können.
Die Beschichtungsanlage weist außerdem eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials auf. Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung umfasst insbesondere einen Verdampfungsabschnitt und einen Düsenabschnitt.
Der Verdampfungsabschnitt ist beispielsweise als Verdampfungstiegel ausgeführt, bevorzugt mit einem zylindrisch geformten, insbesondere kreiszylindrisch geformten, Abschnitt. Der Verdampfungsabschnitt besteht bevorzugt teilweise oder vollständig aus Graphit oder CFC. Ein Bodenabschnitt und/oder eine Wandung, bevorzugt alle Wandungen, des
Verdampfungsabschnitts sind erhitzbar ausgeführt, beispielsweise mittels Heizspulen, damit der Verdampfungsabschnitt auf eine Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur des Ausgangsmaterials erhitzt werden kann.
Im Rahmen der gesamten Beschreibung werden die Begriffe der Gasphase und des Verdampfens verwendet, da sie im Bereich der beschriebenen Technologie üblich sind. Der Begriff der Gasphase umfasst dabei bevorzugt, dass ein geringer Gewichtsanteil, beispielsweise bis zu 30 Gewichtsprozent, bevorzugt nicht mehr als 10 Gewichtsprozent, des in Gasphase vorliegenden Materials nicht in Gasphase im physikalischen Sinne, sondern stattdessen als Aerosol, als Cluster oder als Gemisch aus den vorgenannten vorliegen kann. Der Begriff des Verdampfens umfasst, dass je nach verwendetem Material und nach verwendeter Technologie der Übergang der Teilchen in die Gasphase zumindest teilweise auch mittels anderer Mechanismen als einem Verdampfen im streng physikalischen Sinne erfolgt, beispielsweise durch Sublimation. Der Begriff des Verdampfens umfasst somit zusätzlich zu einem Verdampfen in streng physikalischem Sinne, also einem Übergang „flüssig -► Gasphase", auch weitere Mechanismen, wie insbesondere die Sublimation.
Der Düsenabschnitt ist mittelbar oder unmittelbar mit dem Verdampfungsabschnitt gekoppelt. Der Düsenabschnitt weist eine Düse auf, die einen Düsenausgang aufweist, welcher innerhalb der Beschichtungskammer mündet. In einer speziellen Ausgestaltung besteht der Düsenabschnitt aus der Düse, im Allgemeinen weist der Düsenabschnitt aber noch weitere Elemente auf, beispielsweise Kopplungsglieder zur Kopplung mit dem Verdampfungsabschnitt. Der Düsenausgang ist eine Öffnung, aus welcher die Bestandteile des in Gasphase vorliegenden Materials aus der Düse austreten können. Das in Gasphase vorliegende Material wird somit mittels des Düsenabschnitts von einem Auslass des Verdampfungsabschnitts aus zu dem Düsenausgang geleitet, wobei der Düsenausgang in der Beschichtungsanlage derart angeordnet ist, dass aus dem Düsenausgang austretende Gasphasenteilchen zu dem Ort hin gerichtet ausgelassen werden, an welchem die zu beschichtende Oberfläche zur Beschichtung vorbeigeführt wird. Der Gegenstand, also beispielsweise das metallische Band, wird durch die Beschichtungskammer hindurch durchgeführt, so dass die zu beschichtende Oberfläche des Gegenstands mit kontinuierlich auf der Oberfläche auftreffendem und dort sich absetzendem kondensierenden Gasphasenmaterial beschichtet wird. Der Düsenabschnitt dient demzufolge dem Leiten von in dem Verdampfungsabschnitt in Gasphase gebrachten Material in eine Nähe der zu beschichtenden Oberfläche an einem innerhalb der Beschichtungskammer befindlichen Ort, wobei der Düsenabschnitt zum gerichteten Führen und gerichteten Auslassen des in Gasphase befindlichen Materials ausgebildet ist, so dass dieses aus einer vorgesehenen Richtung kommend sich durch die Beschichtungskammer bewegt und mit sodann mit einer vorgegebenen Hauptbewegungsrichtung auf der zu beschichtenden Oberfläche absetzt. Das in Gasphase befindliche Material gelangt somit zu einer Beschichtungszone, wobei der Gegenstand, beispielsweise als Band ausgebildet, kontinuierlich durch die Beschichtungszone durchgeführt wird, so dass, am Beispiel des Bands, schlussendlich eine gesamte Bandoberfläche mit dem Material beschichtet worden ist, indem dieses auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Beschichtung bildet.
Erfindungsgemäß ist die Düse derart orientiert und ausgebildet, dass das in Gasphase vorliegende Material gegenüber einer Oberflächennormale der zu beschichtenden Oberfläche mit einem Austrittswinkel a schräg orientiert zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem Düsenausgang austritt. Mit anderen Worten gelangt das in Gasphase vorliegende Material nicht senkrecht auf die Oberfläche sondern in schräger Orientierung, nämlich mit einem zwischen Oberflächennormalen und Austrittsrichtung vorliegendem Austrittswinkel, der einen Betrag von größer Null aufweist. Das bedeutet beispielsweise, dass in einem Fall, in welchem es sich bei der zu beschichtenden Oberfläche um eine Bandoberfläche handelt, eine Bewegungsrichtung des aus den Düsenausgang herausströmenden in Gasphase vorliegenden Material nicht senkrecht zu der Bandoberfläche orientiert ist, sondern eine Schrägorientierung vorliegt.
Bei aus der Praxis bekannten Beschichtungsanlagen ist üblich, dass das Beschichtungsgas senkrecht auf die zu beschichtende Oberfläche trifft. Eine entsprechende Anordnung ist üblich und für den Fachmann auch selbstverständlich zu wählen, da durch eine senkrechte Beaufschlagung der zu beschichtenden Oberfläche mit in Gasphase befindlichem Material erreicht wird, dass der zu überwindende Abstand zwischen Düse und zu beschichtender Oberfläche minimiert ist mit dem Vorteil, dass beispielsweise eine Neigung zu einer Clusterbildung auf dem Weg zu der zu beschichtenden Oberfläche gering gehalten wird und als eine Folge davon eine möglichst hohe Qualität der herbeigeführten Beschichtung erwartet werden kann.
Im Zuge der Arbeiten an den nun vorgestellten Entwicklungen hat sich jedoch überraschenderweise herausgestellt, dass mit einer schräg gestellten Beaufschlagung der zu beschichtenden Oberfläche mit in Gasphase vorliegendem Material gegenüber der bekannten senkrechten Beaufschlagung hinsichtlich einiger Eigenschaften verbesserte Beschichtungseigenschaften erreicht werden konnten. Die insbesondere hinsichtlich optischer Erscheinung und Haftung verbesserte Beschichtungsqualität wird von den Entwicklern darauf zurückgeführt, dass eine im von der Senkrechten abweichender Beaufschlagung mit in Gasphase vorliegendem Material dazu führt, dass ein je nach gewähltem Winkel geringerer oder höherer Anteil des in Gasphase vorliegenden Materials in einem Bereich nahe der zu beschichtenden Oberfläche in eine laminare Strömung übergeht und in solcher an der zu beschichtenden Oberfläche anliegend zu dieser hin strömt mit der Folge, dass die sodann in der Nähe der zu beschichtenden Oberfläche befindlichen Gasphasenteilchen mehr Zeit zur Verfügung steht, um die Kondensation auf der Oberfläche zu vollziehen. Das Resultat ist eine gleichmäßigere und mit besserer Haftung versehene Beschichtung der Oberfläche.
Hingegen werden Verwirbelungen an der zu beschichtenden Oberfläche als Folge von auftretenden turbulenten Strömungen sowie auch in durch Wirbel entstehende „Totgebiete" vermieden. Insbesondere die Totgebiete, auch als „Totwassergebiete" bezeichnet, sind problematisch, da es in diesen zu einer Abkühlung und Cluster- oder Tropfenbildung kommt, bevor eine Kondensation stattfinden konnte, so dass die eigentliche Kondensation sodann nicht mehr mit den einzelnen in Gasphase vorliegenden Teilchen sondern mit den bereits als Tropfen oder Cluster oder deren Konglomerationen vorliegenden Partikeln erfolgt, was sich schließlich als Defekt vorliegendes Qualitätsproblem manifestiert. Neben den auf der zu beschichtenden Oberfläche selbst entstehenden Qualitätsproblemen führt das Auftreten von Tropfen und/oder Clustern auch zu einem Absetzen von Material innerhalb der Prozesskammer, was zu einem höheren Wartungsaufwand führen kann und bevorzugt durch zusätzliche Maßnahmen wie Absaugung, Filterung und/oder Entsorgung vermieden werden sollte, was wiederum mit Problemen in der Ausbringung und mit höheren Kosten einhergeht.
Die vorgenannten nachteiligen Effekte werden, wie von den Erfindern überraschend und erfolgreich demonstriert wurde, durch schräges Beaufschlagen mit dem in Gasphase befindlichen Material wirkungsvoll vermieden. Besonders bevorzugt ist, wenn der Düsenausgang als Schlitz ausgebildet ist. Das Ausbilden eines Düsenausgangs als Schlitz hat insbesondere den Vorteil, dass der Düsenabschnitt in besonders einfacher Weise für unterschiedliche, d.h. insbesondere verstellbare, Austrittswinkel genutzt werden kann, wobei für verschiedene Austrittswinkel vergleichbare Oberflächenqualitäten erhalten werden können. Auch kann die Düse in erster Näherung als eindimensionale Öffnung betrachtet werden, wodurch das Beschichtungsergebnis als weitgehend unabhängig von einem Winkel der Längserstreckung des Düsenausgangs zu einer Transportrichtung der zu beschichtenden Oberfläche betrachtet werden kann.
Besonders bevorzugt ist, dass der Austrittswinkel zu der Oberflächennormale der zu beschichtenden Oberfläche zwischen 20 und 50 Grad, bevorzugt zwischen 25 und 40 Grad, eingestellt wird. Bei diesen Winkeln konnte beobachtet werden, dass sie zu einem guten Kompromiss zwischen verbesserter Beschichtungsqualität und hohem Beschichtungsgrad führen.
Besonders bevorzugt ist, dass der Düsenabschnitt derart orientiert ist, dass das in Gasphase vorliegende Material mit einer Transportrichtung des Gegenstands, also einer Transportrichtung der zu beschichtenden Oberfläche, mitläufig schräg zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem Düsenausgang austritt. Diese Vorgehensweise entfaltet insbesondere bei einem als Metallband ausgebildeten zu beschichtenden Gegenstand seine Vorteile, da aus noch nicht kondensierten Gasanteilen ausfallende Tropfen oder Stäube sodann mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit auf die frische Substratoberfläche gelangen und dort zu Haftungsproblemen führen, sondern stattdessen mit einer höheren Wahrscheinlichkeit sich auf der fertig abgeschiedenen Schicht absetzen, wo sie in einem deutlich geringeren Maße Qualitätsprobleme verursachen, und in vielen Fällen sogar auch noch nachträglich von dort entfernt werden können. Die Umsetzung des schräg orientiert zur Oberfläche hin erfolgenden Austritts des in Gasphase vorliegenden Materials kann auf durch den Fachmann beliebig zu wählende Weise erfolgen. Es kann vorgesehen sein, dass eine vorhandene Düse in ihrer Orientierung eingestellt wird, beispielsweise mittels Schrägstellung. Beispielsweise kann eine Düse mit einem in Richtung einer Längsachse der Düse erfolgendem Gasaustritt schräggestellt in der Beschichtungskammer angeordnet werden. Alternativ kann eine Düse durch die Ausformung des Düsenhohlraums den schräggestellten Austritt herbeiführen. Auch Umsetzungen, in denen beide Ansätze kumulativ vorgesehen sind, können je nach vorliegenden Begebenheiten vom Fachmann ausgewählt werden.
Konstruktiv ist es bevorzugt, wenn die Düse derart ausgebildet ist, dass sie einen Düsenhohlraum aufweist, welcher sich in Gastransportrichtung gesehen hin verjüngt, bevorzugt kontinuierlich verjüngt, und in dem Düsenausgang mündet.
Besonders bevorzugt ist, dass der Düsenhohlraum, zumindest abschnittsweise, bevorzugt endabschnittsweise (das bedeutet: mit einem Abschnitt, der in dem Düsenausgang mündet), alternativ entlang der gesamten Längserstreckung der Düse, gegenüber einer Oberflächennormale der zu beschichtenden Oberfläche schräg orientierte Innenwandungen aufweist. In einem Spezialfall ist besonders bevorzugt, dass die Innenwandungen gegenüber einer Senkrechten der zu beschichtenden Oberfläche schräg orientiert sind, bevorzugt mit dem Austrittswinkel als Schrägstellung.
Durch das Hindurchführen des in Gasphase vorliegenden Materials durch den Düsenhohlraum wird infolge der schräg orientierten Innenwandungen das Austreten des in Gasphase vorliegenden Materials mit dem gewünschten Austrittswinkel herbeigeführt. Mit dieser konstruktiven Umsetzung wird in konstruktiv leicht umsetzbarer und eleganter Weise erreicht, dass der gewünschte Austrittswinkel herbeigeführt wird, wobei dadurch, dass für die Herbeiführung des Austrittswinkels der Düsenhohlraum eingesetzt wird, die äußere Ausformung der Düse weitgehend unabhängig von dem gewünschten Austrittswinkel gewählt werden kann. Dies ist Voraussetzung für den möglichen Vorteil, dass eine erfindungsgemäße Düse mit bereits aus der Praxis bekannten Anlagen genutzt werden kann, wodurch der Umsetzungsaufwand und damit auch der einhergehende finanzielle Aufwand vergleichsweise gering gehalten werden kann.
Besonders bevorzugt ist, wenn die schräg orientierten Innenwandungen parallel zueinander orientierte, bevorzugt ebene, Flächen sind, so dass in konstruktiv einfacher Weise der Austrittswinkel des in Gasphase vorliegenden Material definiert werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage ist die Düse drehbar gelagert. Die drehbare Lagerung der Düse bezweckt eine Veränderung der Orientierung des Düsenausgangs relativ zu der zu beschichtenden Oberfläche. Dadurch, dass die Düse drehbar gelagert ist und die Orientierung des Düsenausgangs relativ zu der zu beschichtenden Oberfläche veränderlich ist, ist die Art und Weise, wie das in Gasphase vorliegende Material auf die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstands, beispielsweise des Bands, gerichtet ist, gezielt beeinflussbar bzw. einstellbar. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung, in welcher die Düse drehbar an dem Verdampfungsabschnitt anliegend gelagert ist, dass also der Verdampfungsabschnitt als Gleitlager für die Düse fungiert. Bei einer solchen Ausführung entfaltet insbesondere ein teilweise oder vollständig aus Graphit und/oder CFC hergestellter Verdampfungsabschnitt den Vorteil, dass Kohlenstoff als natürlicher Schmierstoff vorliegt, so dass eine elegante und gleichermaßen robuste Lösung für die Schmierung der drehbaren Düse vorliegt.
Alternativ oder zusätzlich kann, unabhängig von dem Material, aus welchem der Verdampfungsabschnitt besteht, Graphit in Pulver- und/oder Pastenform als Gleitmittel zwischen Verdampfungsabschnitt und Düsenabschnitt eingeführt werden und hierdurch zwischen die aneinander liegenden und aufeinander gleitenden Flächen von Verdampfungsabschnitt und Düsenabschnitt eingebracht werden.
Der Düsenausgang kann beispielsweise derart orientiert sein, dass er in einer Ebene liegt, welche parallel zu der zu beschichtenden Oberfläche liegt, zumindest in dem Abschnitt der zu beschichtenden Oberfläche, in welchem die Beschichtung stattfindet. Besonders bevorzugt ist die Düse derart ausgebildet, dass sie eine Stellung annehmen kann, in welcher der Düsenausgang als Schlitz ausgebildet ist und dieser senkrecht zur einer Bewegungsrichtung und senkrecht zu einer Transportrichtung der zu beschichtenden Oberfläche orientiert ist und um mit einer Drehachse drehbar ist, welche senkrecht zu der zu beschichtenden Oberfläche orientiert ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Länge des schlitzartig ausgebildeten Düsenausgangs derart gewählt ist, dass bei einem Winkel ß von 90 Grad zwischen Transportrichtung und schlitzartig ausgebildeter Düse eine Breite des flächigen Gegenstands, beispielsweise eine Bandbreite, vollständig abgedeckt wird, insbesondere für diejenigen Bänder, welche die Maximalbreite aufweisen, zu deren Durchführung die Beschichtungskammer ausgebildet ist. Mittels Einstellens eines Winkels ß kann sodann die effektive Beschichtungsbreite senkrecht zu der Bandlaufrichtung mit dem Faktor sin(ß) verändert werden, wobei ß der Winkel ist zwischen Transportrichtung und Längserstreckung der Düse. Eine derart vorgesehene Vorrichtung ist insbesondere dafür geeignet, bei einer vorgesehenen Beschichtung von flächigen Gegenständen, insbesondere Bändern, mit einer Bandbreite, welche kleiner als die Längserstreckung eines schlitzartigen Düsenausgangs ist, mit hoher Effizienz zu ermöglichen, so dass kein oder kein toleriertes Maß überschreitender Anteil des in Gasphase vorliegenden Materials an den beiden Wandkanten vorbei strömt und sich auf Innenwandungen der Beschichtungskammer ablegt, ohne für die Beschichtung der Oberfläche zur Verfügung zu stehen.
Durch das Vorsehen der drehbaren Düse werden somit insbesondere zwei Vorteile erreicht: zum einen wird das vorhandene Ausgangsmaterial möglichst effizient genutzt und eingesetzt; zum anderen wird eine Verschmutzung der Beschichtungskammer bei Beschichtung von schmaleren Gegenständen, insbesondere schmaleren Bändern, vermieden. Allgemeiner ausgedrückt wird mit der genannten Weiterbildung der Beschichtungsanlage erreicht, dass eine hohe Flexibilität vorliegt hinsichtlich der möglichen Breite eines zu beschichtenden Gegenstands.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Düse derart gelagert, dass bei einem Drehen der Düse der Düsenausgang in einer zu der Oberfläche parallelen Ebene eine Drehbewegung vollzieht. Durch eine parallel zu der Oberfläche vollzogene Drehung - das bedeutet: der Düsenausgang beschreibt beim Drehen eine Fläche, welche in einer zu der beschichtenden Oberfläche parallelen Ebene liegt - wird gewährleistet, dass unabhängig von dem Drehwinkel, mit welchem die Düse gegenüber der Transportrichtung gedreht ist, eine homogene Beschichtung der zu beschichtenden Oberfläche in Querrichtung - das heißt: in zur Transportrichtung senkrechten Richtung - gewährleistet ist.
Besonders bevorzugt ist, dass eine Drehachse zum Drehen der Düse senkrecht zu der zu beschichtenden Oberfläche orientiert ist, was durch entsprechende Positionierung der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung innerhalb der Beschichtungskammer unter Berücksichtigung der Beförderung des zu beschichtenden Gegenstands stets von dem zur Ausführung der vorliegenden Entwicklung beauftragten Fachmanns mit üblichen konstruktiven Maßnahmen umsetzbar ist.
Die darüber hinaus zu gewährleistende Schrägstellung des Austrittswinkels gegenüber der zu beschichtenden Oberfläche erfolgt bei einer derartigen Ausgestaltung bevorzugt im Wesentlichen, besonders bevorzugt ausschließlich, durch die Gestaltung des Inneren der Düse, das bedeutet durch die Ausformung des Düsenhohlraums, beispielsweise in einer der oben genannten bevorzugten Ausführung.
Wenn zum einen die Innenwandungen des Düsenhohlraums gegenüber einer Senkrechten der zu beschichtenden Oberfläche mit dem Austrittswinkel als Schrägstellung schräg orientiert sind und zum anderen die Düse drehbar gelagert ist mit einer Drehachse senkrecht zur zu beschichtenden Oberfläche, liegt eine Konstellation vor, in welcher der Austrittswinkel ausschließlich durch die Ausformung des Innenhohlraums herbeigeführt wird und er bei Drehen der Düse gleich bleibt. Diese Konstellation ist bevorzugt, da sie bei veränderlichem Drehwinkel der Düse Beschichtungen mit im Wesentlichen gleichbleibenden Eigenschaften, beispielsweise hinsichtlich ihres Erscheinungsbilds schafft.
Bei einer Schrägstellung des Austrittswinkels gegenüber einer Senkrechten auf der zu beschichtenden Oberfläche führt, wie simple geometrische Betrachtungen zeigen, naturgemäß ein Drehen der Düse dazu, dass der Anteil des in Gasphase befindlichen Materials, welcher nicht auf der Oberfläche, sondern an dieser vorbei im Bereich der Beschichtungskammer an einer nicht vorgesehenen Stelle auftrifft, mit ausgehend von ß=90 Grad abnehmenden Drehwinkel zunimmt, wobei ß definiert ist wie oben.
Um einen Ausgleich für diesen nachteiligen Effekt zu schaffen, ist in einer bevorzugten Weiterbildung die Drehachse der Düse gegenüber einer Mitte des Düsenausgangs verschoben, bevorzugt: parallelverschoben, bevorzugt in der Ebene, die eine Senkrechte zur Bewegungsrichtung des zu beschichtenden Gegenstands und die Mitte des Düsenausgangs enthält. Die Mitte des Düsenausgangs ist beispielsweise der Punkt, der die Strecke zweier weitest entfernter Erstreckungen des Düsenausgangs halbiert. Beispielsweise im Falle eines schlitzförmigen Düsenausgangs ist die Mitte des Düsenausgangs der Punkt, der sowohl die Länge des Schlitzes als auch die Breite des Schlitzes hälftig teilt. Die Drehachse ist also zur oben beschriebenen Senkrechten auf der zu beschichtenden Oberfläche in eine auch oder nur senkrecht zur Transportrichtung weisenden Richtung parallel zu einer auf der Mitte der zu beschichtenden Oberfläche, beispielsweise einer Symmetrielinie eines zu beschichtenden Bandes, stehenden Senkrechten verschoben. In der bevorzugten Ausführung, dass die Drehachse in einer eine Senkrechte zur Bewegungsrichtung des zu beschichtenden Gegenstands und die Mitte des Düsenausgangs enthaltenden Ebene zu einer Oberflächennormale parallelverschoben ist, wird der Vorteil erhalten, dass eine weitgehende Kompensation der durch Schrägaustritt bei Drehung herbeigeführten asymmetrischen Beschichtung herbeigeführt wird. Um diese Kompensation zu erhalten, muss die Verschiebung der asymmetrischen Verschiebung der Beschichtung entgegengesetzt umgesetzt sein, was je nach Beschichtungserfordernissen vom Fachmann problemlos umzusetzen ist. Die Verschiebung der Drehachse wird also derart ausgeführt, dass bei einer vorgesehenen Drehung eine über eine erste Begrenzung des Gegenstands, beispielsweise einer ersten Bandkante, vorbei erfolgende Beschichtung durch eine Verschiebung der Drehachse in von der ersten Bandkante weg weisender Richtung im Ausmaß verringert oder vollständig vermieden wird beziehungsweise bei einer vorgesehenen Drehung eine über eine zweite Begrenzung des Gegenstands, beispielsweise einer zweite Bandkante, vorbei erfolgende Beschichtung durch eine Verschiebung der Drehachse in von der zweiten Bandkante weg weisender Richtung im Ausmaß verringert oder vollständig vermieden wird. Wenn also beispielsweise ein schräg orientierter Austritt mit in Bewegungsrichtung weisender Schrägstellung gewählt wird und außerdem eine Drehbewegung der Düse gegen den Uhrzeigersinn möglich sein soll, ist zur besonders vorteilhaften Kompensation der bei Drehung asymmetrisch über die in Bewegungsrichtung betrachtet linke Kante hinaus erfolgenden Beschichtung in von der linken Kante weg weisende Richtung die Verschiebung der Drehachse durchzuführen.
Besonders bevorzugt ist, wenn die Verschiebung der Drehachse eine von dem Austrittswinkel a und dem Abstand A des Düsenausgangs von der zu beschichtenden Oberfläche abhängige feststehend festgelegte Verschiebung X0 ist. Wie basisgeometrische Betrachtungen für einen idealisiert betrachtet gerade austretenden, sich gerade und unabgelenkt ausbreitenden und beim ersten Kontakt mit der zu beschichtenden Oberfläche kondensierenden Materialstrom zeigen, ist eine nahezu gleichbleibend gute Kompensation des beschriebenen Nachteils mit einer für gegebenen Austrittswinkel a und gegebenem Abstand A einzigen gewählten festen Verschiebung X0 für beliebige ß möglich. In erster Näherung ist eine ausreichende Kompensation des oben beschriebenen nachteiligen geometrischen Effekts mit einer für alle Austrittswinkel konstanten Verschiebung damit auch für die dem Fachmann bekannten typischen keulenartig genannten Ausbreitungsmuster gewährleistet. Dies hat den Vorteil, dass eine entsprechende Beschichtungsanlage mit geringem Zusatzaufwand gegenüber bereits bekannten Beschichtungsanlagen mit senkrechter Beaufschlagung mit Beschichtungsmaterial bereitgestellt werden kann.
Bevorzugt ist, dass die Verschiebung X0 im wesentlichen X0 = A tan(a) ist, das bedeutet beispielsweise, dass X0 = [A tan (a)] +/- 10 Prozent ist. Der Winkel a ist der Austrittswinkel, in welchem das in Gasphase vorliegende Material gegenüber einer Oberflächennormale der zu beschichtenden Oberfläche schräg orientiert zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem Düsenausgang austritt. A ist der Abstand des Düsenausgangs von der zu beschichtenden Oberfläche. Durch Bereitstellen dieser Berechnungsvorschrift ist es möglich, eine funktionsfähige Anlage zu bauen, ohne zuvor aufwändige Experimente durchführen zu müssen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Düsenausgang ein Schlitz ist, und dass der Düsenausgang und die Düse in der Beschichtungskammer so angeordnet sind, dass ein Lot von der Mitte des Düsenausgangs auf die zu beschichtende Oberfläche des Gegenstands, beispielsweise eine Bandoberfläche, von beiden Kanten des Gegenstands den selben Abstand aufweist. Besonders bevorzugt ist der Düsenausgang derart dimensioniert, dass er die gesamte Breite des Bands abdeckt, er - noch bevorzugter - diese aber nicht wesentlich, also beispielsweise nicht um mehr als 10 % der Bandbreite pro Seite, überragt.
In diesem Fall ist die Drehachse von der Mitte des Düsenausgangs um eine Strecke X0 beabstandet und zwar X0 in eine senkrecht zur Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche orientierten Richtung.
Was die apparative Umsetzung der Verschiebung der Drehachse angeht, ist diese fachmännisch problemlos und beliebig umsetzbar. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Düse mit kreiszylindrischem Lagerabschnitt und Symmetrieachse als Rotationsachse vorgesehen ist, und die Verschiebung der Drehachse durch die Positionierung des Düsenausgangs umgesetzt ist. Diese Lösung hat den Vorteil, unaufwändig und kostengünstig umsetzbar zu sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Düse rotationssymmetrisch ausgebildet ist mit einem durch die Symmetrieachse in halber Längserstreckung geschnittenem Düsenausgang, und dabei die Verschiebung der Drehachse durch tatsächliche Umsetzung der Drehachse mittels entsprechend aufwändigerem Gleitlager- oder anderem
Positionsänderungsmechanismus vorgesehen ist mit dem Nachteil eines höheren konstruktiven Aufwands aber dem potentiellen Vorteil einer platzsparenden Verwirklichung. Auf die genaue Umsetzung kommt es aber nicht an, da sie in vielfältiger Weise möglich ist. Wesentlich ist für die bevorzugte Weiterbildung einer Düse mit einer verschobenen Drehachse, dass eine durch Schrägaustritt des in Gasphase vorliegenden Materials bei Drehen der Düse herbeigeführte Auslenkung in der Ebene der zu beschichtenden Oberfläche durch eine erfolgte Umpositionierung der Drehachse relativ zu dem Düsenausgang gegenüber einer Konstellation, in der das in Gasphase vorliegende Material senkrecht auf der Oberfläche angelangen würde.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der eingangs beschriebenen Beschichtungsanlage oder einer ihrer Weiterbildungen zeichnet sich dadurch aus, dass zusätzlich zu der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials eine zweite Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials an der Beschichtungsanlage angeordnet ist, welche einen zweiten Verdampfungsausschnitt und einen zweiten Düsenabschnitt aufweist. Die zweite Düse des zweiten Düsenabschnitts ist derart ausgebildet und orientiert, dass das in Gasphase vorliegende Material gegenüber einer Oberflächennormale der zu beschichtenden Oberfläche mit einem Austrittswinkel schräg orientiert zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem zweiten Düsenausgang austritt. Der Düsenabschnitt ist derart ausgebildet und orientiert, dass das in Gasphase vorliegende Material mit einer Transportrichtung des Gegenstands mitläufig schräg zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem Düsenausgang austritt und der zweite Düsenabschnitt ist derart orientiert, dass das in Gasphase vorliegende Material gegen eine Transportrichtung des Gegenstands mitläufig schräg zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem zweiten Düsenausgang austritt.
Mit anderen Worten ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Beschichtungsanlage die Möglichkeit bereitstellt, eine Beschichtung aus der ersten Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials gegenläufig zu einer Beschichtung mit der zweiten Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials vorzunehmen. Besonders bevorzugt ist dann, dass in Transportrichtung der zu beschichtenden Oberfläche gesehen zunächst die Beschichtung mitläufig schräg zu der Oberfläche hin erfolgt und erst sodann die Beschichtung gegenläufig schräg zur Oberfläche hin erfolgt, aus den Gründen, wie sie bereits mit Verweis auf Cluster- und/oder Tröpfchenbildung eingangs bereits erläutert wurden.
In einer bevorzugten speziellen Variante ist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material eine Jet-Vapour- Deposition-Anlage . Besonders bevorzugt ist der Verdampfungsabschnitt dann als Tiegel ausgebildet. In einer bevorzugten speziellen Variante ist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material eine Jet-Vapour-Deposition- Anlage, wobei bevorzugt der Verdampfungsabschnitt als Tiegel ausgebildet ist. Unter dem Begriff der Jet-Vapour-Deposition- Anlage versteht der Fachmann eine Anlage, in welcher das Beschichtungsmaterial thermisch in Gasphase gebracht wird und es sodann, in Abwandlungen optional mit einem Trägergasstrom aus Inertgas, zu dem Substrat transportiert wird, bevorzugt mit einer Gasstromgeschwindigkeit oberhalb der
Schallgeschwindigkeit, besonders bevorzugt oberhalb 500 m/s. Die Funktionsweise geht beispielsweise aus dem Übersichtsartikel im Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings (Third Edition), Science, Applications and Technology, 2010, Seiten 881-901, https://doi.org/10.1016/B978-0-8155-2031- 3.00018-1 (verlinkt am Anmeldetag) hervor. Die vorliegende Erfindung ist mit derartigen Jet-Vapour-Deposition-Anlagen umsetzbar .
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist dem Verdampfungsabschnitt ein Vorverdampfungsabschnitt vorgeschaltet, der insbesondere einen Spritzkopf aufweist inklusive einer Trägergasstromzufuhr zu dem Spritzkopf sowie ein Injektorrohr von dem Spritzkopf zu dem Verdampfungsabschnitt hin. Dem Spritzkopf wird das Ausgangsmaterial zugeführt, bevorzugt in Draht- oder in Bandform. In dem Spritzkopf wird das Ausgangsmaterial aufbereitet, das bedeutet, es werden Bestandteile des Ausgangsmaterials verdampft und/oder als in Flüssigphase vorliegende Partikel vom Ausgangsmaterial getrennt, bevorzugt mittels einem Lichtbogenverdampfen zwischen als Kathode geschaltetem Ausgangsmaterial und als Anode geschaltetem Ausgangsmaterial. Das aufbereitete Ausgangsmaterial liegt nicht vollständig in Gasphase vor, aber besteht aus einem Gemisch insbesondere aus Gasphase und flüssigen oder teilflüssigen Partikeln, das zur Führung durch den Verdampfungsabschnitt geeignet ist, um dort nachverdampft zu werden, das heißt: durch dort stattfindende Erwärmung vollständig oder weitgehend vollständig in die Gasphase überzugehen. Eine derartige Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material ist dann, wenn die Beförderung des in Gasphase vorliegenden Materials mit einer Geschwindigkeit oberhalb von Schallgeschwindigkeit besonders bevorzugt oberhalb von 500 Meter pro Sekunde, stattfindet als eine Variante einer Jet-Vapour-Deposition anzusehen, wobei es hierbei auf die genaue Einordnung nicht ankommt, solange in Gasphase vorliegendes Material bereitgestellt wird und dieses in Gasphase vorliegende Material durch einen Düsenabschnitt hindurch aus einem Düsenausgang heraustretend zu einer zu beschichtenden Oberfläche hin gerichtet transportiert wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen sind beispielhaft Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten wie auch die nachfolgend erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind.
Es zeigen:
Figs. la, lb: schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage;
Fig. 2a, 2b: schematische Darstellungen einer Ausführungsform einer, optional drehbar gelagerten, Düse.
Fig. la ist eine Beschichtungsanlage 1 zu entnehmen, welche zur Beschichtung eines als Metallband 2 ausgebildeten flächigen Gegenstands 2 ausgestaltet ist. Die Beschichtungsanlage 1 ist als Bandbeschichtungsanlage ausgeführt und umfasst aus diesem Grund eine Vorrichtung zum Transportieren des Bands, wie sie im Bereich der Herstellung und Beschichtung von Metallbändern, insbesondere Stahlbändern, bekannt ist. Der Bandtransport erfolgt bei der gezeigten Ausführungsform mittels Transportrollen 3a, 3b. Das Band wird in eine Beschichtungskammer 4 eingeführt und durch die
Beschichtungskammer hindurchgeführt, in welcher ein technisches Vakuum vorliegt beispielsweise mit einem Druck zwischen 0,01 mbar und 20 mbar, gegebenenfalls konstant gehalten unter kontinuierlicher Zuführung von Schutzgas wie beispielsweise Ar oder N2.
Das Band wird entlang einer Transportrichtung 5 durch die Beschichtungskammer 4 hindurch- und an einer Vorrichtung 6 zur Gasphasenabscheidung des Materials vorbeigeführt, die in der vorliegenden Ausführungsform als hinsichtlich ihrer grundsätzlichen Funktionsweise dem Fachmann bekannte Jet-PVD- Vorrichtung 6 ausgebildet ist. Mit der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung wird ein in Gasphase vorliegendes Material auf die Oberfläche des Metallbands gerichtet, um dort durch Kondensation eine Beschichtung zu bilden. Die Vorrichtung 6 weist einen Verdampfungsabschnitt 7 zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein und einen mit dem Verdampfungsabschnitt 7 gekoppelten Düsenabschnitt 8 auf. Der Düsenabschnitt 8 umfasst insbesondere eine innerhalb der Beschichtungskammer 4 angeordnete Düse 9 mit einem Düsenausgang, welcher zu der zu beschichtenden Oberfläche des Bands hin gerichtet ist, um aus dem Düsenausgang austretendes, in Gasphase vorliegendes,
Material zu der Oberfläche hin zu führen, damit dieses dort kondensieren und dadurch eine Beschichtung bilden kann. Die Düse 8 ist, hier vorliegend, aber optional, drehbar gelagert und mit dem Verdampfungsabschnitt 7 gekoppelt. In der schematischen Darstellung reicht der Verdampfungsabschnitt 7 teilweise ebenfalls in die Beschichtungskammer 4 hinein, wobei dies weder zwingend noch erforderlich ist und vom mit der Umsetzung der Erfindung betrauten Fachmann anforderungsgemäß ausgeführt werden kann. Wesentlich ist jedoch, dass die Düse 9 mit dem Düsenausgang innerhalb der Beschichtungskammer 4 angeordnet ist, um die Beschichtung der Oberfläche des Bands zu gewährleisten.
Die Düse 9 ist hier, allerdings optional, drehbar gelagert, wie durch die Pfeile 10 symbolisiert wird. Durch das Drehen kann die Orientierung des Düsenausgangs relativ zu der zu beschichtenden Oberfläche des Bands 2 geändert werden, wobei in der gezeigten Ausführungsform die Drehachse der Düse 9 senkrecht zu der zu beschichtenden Oberfläche orientiert ist. Die Düse 9 weist in der gezeigten Ausführungsform einen in Form eines Schlitzes ausgeführten Düsenausgang auf mit einer Längserstreckung DO. Die Düse ist derart gelagert beziehungsweise der Düsenausgang derart in der Düse 9 angeordnet, dass bei dem Drehen der Düse 9 um ihre Drehachse die Drehbewegung der Düse 9 in einer zu der Bandoberfläche parallelen Ebene stattfinden würde. In der gezeigten Darstellung ist die Düse 9 mit einem Winkel ß von Null zu der Bandtransportrichtung orientiert. In der gezeigten Orientierung würde nur ein schmaler Streifen des Bands beschichtet werden.
Mit einer Drehung von 90 Grad um die gezeigte Rotationsachse hingegen würde ein Band mit einer Breite, das heißt: mit einer Erstreckung in seiner Querrichtung, die in der vorliegenden Darstellung senkrecht in die Papierebene hinein orientiert ist, beschichtet werden, die der Längserstreckung DO des Bands entspricht, wobei geringfügige Abweichungen durch das Strömungsprofil der aus dem Düsenausgang ausströmenden Teilchen möglich sind.
Fig. lb ist eine Darstellung der in Fig. la gezeigten Beschichtungsanlage 1 in Aufsicht gezeigt. Insbesondere ist erkennbar, dass der als Schlitz 11 ausgebildete Düsenausgang 11 der Düse 9 einen Winkel ß von 90 Grad zu der Transportrichtung des Bands 2 einnimmt, er also gegenüber der Stellung aus Fig. la um 90 Grad gedreht wurde. Die Längserstreckung des Düsenausgangs 11 ist größer als die Breite des Bands in seiner Querrichtung. Wenn das Band 2 eine geringere Breite in Querrichtung hätte als die in Fig. lb dargestellte, dann könnte durch Verringern des Winkels ß sichergestellt werden, dass trotz der verringerten Bandbreite nicht oder nur in geringem, toleriertem, Ausmaß aus dem Düsenausgang tretendes Material an den Bandkanten vorbei in die Beschichtungskammer 4, insbesondere in einem unterhalb des Bands befindlichen Bereich der Beschichtungskammer 4, gelangt und dadurch nicht mehr für eine Bildung einer Beschichtung zur Verfügung steht. Durch das optionale Bereitstellen einer drehbaren Düse wird somit sichergestellt, dass eine effiziente Beschichtung eines Bands für unterschiedliche Bandbreiten und sogar bei innerhalb desselben Bands veränderlicher Bandbreite möglich ist.
Fig. 2a ist eine seitliche Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Düse 9 zu entnehmen. Zur Verdeutlichung der Wirkung, die durch die erfindungsgemäße Ausführung der Düse 9 herbeigeführt wird, ist außerdem das Band 2 als spezielles Beispiel eines Gegenstands gezeigt, wobei die Oberfläche 2a die zu beschichtende Oberfläche ist. Die Düse 9 ist derart ausgebildet, dass das in Gasphase vorliegende Material gegenüber einer Oberflächennormale 12 der zu beschichtenden Oberfläche 2a mit einem Austrittswinkel schräg orientiert zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem Düsenausgang 11 austritt. Die Düse 9 weist einen Düsenhohlraum 13 auf, der sich in einem Abschnitt A-A in Gastransportrichtung 14 verjüngt. Der verjüngende Abschnitt hat den Zweck, den Materialdampf zu komprimieren, um Zielrichtung und Geschwindigkeit zu erhöhen. Insgesamt ist der Düsenabschnitt, im vorliegenden Fall deckungsgleich mit der Düse 9, derart orientiert, dass das in Gasphase vorliegende Material 15 mit einer Transportrichtung 16 des als Band 2 ausgebildeten Gegenstands mitläufig schräg zu der Oberfläche 2a hin gerichtet aus dem Düsenausgang 11 austritt. Um die schräge Orientierung des Materialdampfaustritts zu gewährleisten, ist im vorliegenden Fall nicht etwa eine Düse mit geradlinigem Materialdampfaustritt schrägorientiert an der Beschichtungsanlage angeordnet; vielmehr ist in der vorliegenden Ausführungsform der gegenüber dem Bandlot schräge Auslass des Materialdampfs 15 mit dem Winkel dadurch gewährleistet, dass schräg orientierte Innenwandungen 17 und 18 als parallel zueinander orientierte ebene Flächen ausgebildet sind, und dadurch den Austrittswinkel des in Gasphase vorliegenden Materials 15 definieren.
Das in Gasphase vorliegende Material 15 gelangt mit einer Transportrichtung 16 des Bands mitläufig schräg auf der Bandoberfläche .
Fig. 2b ist eine Aufsicht auf die Düse 9 mit Blickrichtung des in Fig. 2a dargestellten Pfeils P gezeigt. Es ist erkennbar, dass die Drehachse 19 der Düse gegenüber einer Mitte M des Düsenausgangs 11 eine Verschiebung aufweist. Die Verschiebung ist um eine Strecke X0 vorgesehen und in der Ebene erfolgt, die von den Senkrechten zur Bewegungsrichtung des zu beschichtenden Gegenstands gebildet wird und zudem die Mitte M enthält. Mit der gezeigten Düse 9 kann bei einer Drehung im Uhrzeigersinn, gekennzeichnet durch den Pfeil U um die Achse 19, eine weitgehende Kompensation der Asymmetrie erhalten werden, die sich in der Beschichtung auf der Bandoberfläche ohne Verschiebung X0 ergeben würde bei dem in Fig. 2a gezeigten schrägen Auslass des in Gasphase befindlichen Materials. Wenn eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn geplant gewesen wäre, hätte die Verschiebung X0 in die genau entgegengesetzte Richtung erfolgt haben müssen.

Claims

Patentansprüche
1. Beschichtungsanlage (1) zur Beschichtung eines Gegenstands (2), bevorzugt eines Bands (2), insbesondere eines metallischen Bands (2) wie zum Beispiel einem Stahlband, mit einem in Gasphase vorliegendem Material, wobei die Beschichtungsanlage (1) aufweist:
- eine Beschichtungskammer (4) zur Durchführung des Gegenstands (2),
- eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials (6), aufweisend einen Verdampfungsabschnitt (7) zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein und einen mit dem Verdampfungsabschnitt (7) gekoppelten Düsenabschnitt (8), wobei der Düsenabschnitt (8) eine Düse (9) mit einem in der Beschichtungskammer (4) mündenden Düsenausgang aufweist, zum gerichteten Führen und Auslassen des in Gasphase vorliegenden Materials aus dem Düsenausgang (11) hinaus zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Gegenstands (2), der durch die Beschichtungskammer (4) hindurch an dem Düsenausgang (11) vorbeigeführt wird, zum kontinuierlichen Beschichten der Oberfläche mit aus dem Düsenausgang (11) ausströmenden in Gasphase vorliegendem Material, indem dieses auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Beschichtung bildet, wobei die Düse (9) derart orientiert und ausgebildet ist, dass das in Gasphase vorliegende Material gegenüber einer Oberflächennormale der zu beschichtenden Oberfläche mit einem Austrittswinkel (a) schräg orientiert zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem Düsenausgang (11) austritt.
2. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenausgang (11) als Schlitz ausgebildet ist.
3. Beschichtungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittswinkel
(a) zu der Oberflächennormale der zu beschichtenden Oberfläche zwischen 20 und 50 Grad, bevorzugt zwischen 25 und 40 Grad, ist.
4. Beschichtungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenabschnitt (8) derart orientiert ist, dass das in Gasphase vorliegende Material mit einer Transportrichtung des Gegenstands mitläufig schräg zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem Düsenausgang (11) austritt.
5. Beschichtungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (9) einen zumindest abschnittsweise in Gastransportrichtung verjüngenden und in dem Düsenausgang (11) mündenden Düsenhohlraum (13) aufweist .
6. Beschichtungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenhohlraum (13) zumindest abschnittsweise, bevorzugt endabschnittweise, gegenüber einer Oberflächennormale der zu beschichtenden Oberfläche schräg orientierte Innenwandungen (17, 18) aufweist .
7. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die schräg orientierten Innenwandungen (17, 18) parallel zueinander orientierte, bevorzugt ebene, Flächen sind zur Definition des Austrittswinkels des in Gasphase vorliegenden Materials.
8. Beschichtungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (9) drehbar gelagert ist zur Veränderung der Orientierung des Düsenausgangs (11) relativ zu der zu beschichtenden Oberfläche .
9. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (9) derart gelagert ist, dass bei einem Drehen der Düse (9) der Düsenausgang (11) in einer zu der zu beschichtenden Oberfläche parallelen Ebene eine Drehbewegung vollzieht.
10. Beschichtungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse zum Drehen der Düse (9) senkrecht zu der zu beschichtenden Oberfläche orientiert ist.
11. Beschichtungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse der Düse gegenüber einer Mitte des Düsenausgangs (11) eine Verschiebung aufweist, bevorzugt in einer Ebene, die eine Senkrechte zur Bewegungsrichtung des zu beschichtenden Gegenstands (2) und die Mitte des Düsenausgangs (11) enthält.
12. Beschichtungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der Drehachse von dem Austrittswinkel (a) und dem Abstand (A) des Düsenausgangs (11) von der zu beschichtenden Oberfläche abhängig feststehend festgelegt ist.
13. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung um eine Strecke X0 erfolgt, die im Wesentlichen X0 = A * tan (a) ist, wobei a der Austrittswinkel ist, in welchem das in Gasphase vorliegende Material (15) gegenüber einer Oberflächennormale (12) der zu beschichtenden Oberfläche (3a) schräg orientiert zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem Düsenausgang (11) austritt, und wobei A der Abstand des Düsenausgangs (11) von der zu beschichtenden Oberfläche (3a) ist.
14. Beschichtungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage (1) zusätzlich zu der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials (6) eine zweite Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials aufweist mit einem zweiten Verdampfungsabschnitt und einem zweiten Düsenabschnitt, wobei eine zweite Düse des zweiten Düsenabschnitts derart ausgebildet ist, dass das in Gasphase vorliegende Material gegenüber einer Oberflächennormale der zu beschichtenden Oberfläche mit einem Austrittswinkel schräg orientiert zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem zweiten Düsenausgang austritt, wobei der Düsenabschnitt (8) derart orientiert und ausgebildet ist, dass das in Gasphase vorliegende Material (15) mit einer Transportrichtung des Gegenstands mitläufig schräg zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem Düsenausgang (11) austritt und der zweite Düsenabschnitt derart orientiert und ausgebildet ist, dass das in Gasphase vorliegende Material gegen eine Transportrichtung des Gegenstands mitläufig schräg zu der Oberfläche hin gerichtet aus dem zweiten Düsenausgang austritt.
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