KR102626649B1 - 기판 상에 대기압 플라즈마 제트 코팅 증착하기 위한 개선된 방법 및 장치 - Google Patents

기판 상에 대기압 플라즈마 제트 코팅 증착하기 위한 개선된 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물체 프로파일을 포함하는 물체를 플라즈마 코팅하기 위한 방법이며, (a) 제트 입구(22), 노즐 출구(24), 및 제트 입구에서 노즐 출구까지 연장되는 측벽(21)을 포함하는 교체 가능한 실드(2)를 제조하는 단계로서, 노즐 출구는 물체 프로파일의 적어도 일부와 본질적으로 합치되는 에지(25)를 포함하는, 단계; (b) 교체 가능한 실드를 플라즈마 제트 발생기의 제트 출구에 탈착 가능하게 부착하는 단계; (c) 물체 프로파일이 노즐 출구 에지에 꼭 맞도록 물체를 노즐 출구에 배치하여, 노즐 출구와 물체 사이의 갭을 최소화하는 단계; (d) 플라즈마 제트 발생기를 통해서 실드에 플라즈마 제트를 제공하고 실드 내의 플라즈마 제트에 코팅 전구체를 주입하여 대기압보다, 바람직하게 최대 10%, 높은 작동 압력을 생성함으로써, 물체를 상기 작동 압력에서 저온 무산소 플라즈마로 플라즈마 코팅하는 단계를 포함하고, 따라서 물체를 산소-고갈된 플라즈마 영역에서 플라즈마 코팅하는 방법에 관한 것이다.

Description

기판 상에 대기압 플라즈마 제트 코팅 증착하기 위한 개선된 방법 및 장치
본 발명은 플라즈마 증착 기술분야에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 IPC H05H 1/24 및/또는 IPC B01J 19/08에 관련될 수 있다.
플라즈마 증착에 의한 코팅은 다른 코팅 기술에 비해서, 특히 물체를 코팅 물질이 함유된 액체에 노출시킴으로써 코팅이 적용되는 습식 기술에 비해서, 많은 이점을 제공한다. 예를 들어, 플라즈마 코팅은 매우 얇은 코팅 층을 가능하게 하고, 모든 형태의 형상을 갖는 물체를 코팅할 수 있으며, 코팅 물질의 손실이 적다는 등의 이점이 있다.
플라즈마 코팅 기술은 통상적으로 진공 기술과 대기(atmospheric) 기술로 구분될 수 있다. 본 발명은 플라즈마의 압력이 대기압에 가까운 대기 플라즈마 코팅에 관한 것이다. 실제로, 플라즈마 압력은 대기압과 약간 다를 수 있으며, 예를 들어 약간 과압일 수 있다. 대기 플라즈마 코팅 기술은 진공 챔버가 필요없고 코팅 공정이 인라인으로 쉽게 수행할 수 있기 때문에 진공 플라즈마 코팅 기술에 비해 큰 이점이 있다.
다수의 플라즈마 코팅 공정이 특허 문헌 EP 0 217 399 A2호, US 3,914,573 A호, US 2017/095929 A1호 및 EP 1 875 785 A1호에 개시되어 있다. 이들 문헌은 플라즈마를 1000℃ 이상으로 가열하고 플라즈마를 고속으로 기판에 분사하는 특정 형태의 플라즈마 스프레이 건에 관한 것이다. US 3,914,573 A호에 개시된 것과 같은 공정은 통상적으로 플라즈마 온도보다 훨씬 높은 용융 온도를 갖는 스틸과 같은 금속 물체를 재료 입자로 코팅하기 위해 사용될 수 있다. 기판에 대한 코팅을 강화하기 위해 재료 입자를 연화시키려면 높은 플라즈마 온도가 필요하다.
그러나, 본 발명은 금속 기판 및 비금속 기판, 특히 1000℃보다 훨씬 낮고, 때로는 심지어 200℃, 150℃, 100℃보다 낮거나 심지어 그 미만인 용융 온도 및/또는 유동 온도를 갖는 플라스틱 및/또는 유리 물질을 포함하는 모든 형태의 기판에 분자 물질을 코팅할 수 있는 다른 형태의 대기 플라즈마 코팅 공정 및 이를 위한 장치에 관한 것이다. 명백하게, EP 0 217 399 A2호, US 3,914,573 A호, US 2017/095929 A1호 및 EP 1 875 785 A1호에 개시된 플라즈마 스프레이 건의 공정 및 전용 장비는 사용될 수 없다. 낮은 온도, 통상적으로 200℃ 미만의 플라즈마 온도에서의 플라즈마 코팅 기술이 요구된다.
JP 2008/130 503 A호는 대기압 플라즈마 제트 생성 수단 및 처리 챔버를 포함하는 장치를 개시하고 있다. 처리 챔버에는 플라즈마 제트가 삽입될 수 있다. 처리 캠버는 작은 갭에 의해 상호 이격되는 수지의 상부 및 하부를 포함하며, 따라서 상기 장치는 과압에 의해 주위 공기가 처리 챔버에 유입되는 것을 방지하도록 구성되고, 이러한 공기 유입은 가스가 처리 챔버로부터 작은 갭을 통해서 유출되게 한다.
상기 문헌은 재료의 표면 형상에 관계없이 표면을 효율적으로 재형성하기 위해 플라즈마 플룸(plume)을 길게 할 수 있는 대기압 플라즈마 제트 장치를 제공하는 문제를 해결하는 것을 개시하고 있다.
그러나, 상기 문헌에 따른 장치는 코팅 증착에 적합하지 않다. 특히 이 문헌은 가능한 용도로서 세척 및 친수성 개선을 설명하고 있다.
또한, 상기 문헌에 따른 장치는 연속 기판의 인라인 처리에 적합하지 않다. 이 문헌은 특히 처리 물체의 로딩 및 언로딩을 위한 개방 영역 조절 수단(또는 셔터)을 기재하고 있다. 이 문헌은 또한 처리 물체의 크기가 처리 챔버의 상부의 개구면과 실질적으로 동일한 것을 기재하고 있다. 상기 문헌은 따라서 배치(batch) 처리 챔버를 제공한다.
또한, 상기 문헌에 따른 장치는 복수의 불규칙한 표면의 용이한 세척, 장기 유지보수 및/또는 인라인 처리에 적합하지 않다.
JP 2007/323 812 A호는 혼합 가스 영역을 포함하는 혼합 가스 용기와 제1 반응 공간을 포함하는 대기압 플라즈마 장치를 개시하고 있다. 이 장치는 제1 반응 공간으로부터의 일차 플라즈마 제트를 혼합 가스 영역에 삽입하고 반응성 가스를 포함하는 혼합 가스를 혼합 가스 영역에 삽입하여 일차 플라즈마와 충돌시키도록 구성된다.
상기 문헌에 따른 장치는 불규칙한 표면을 갖는 연속 기판에 인라인 플라즈마를 증착하는 데 적합하지 않다. 이 장치는 또한 용이한 세척 및/또는 장기 유지보수에 적합하지 않다.
본 발명의 목적은 전술한 문제의 적어도 일부를 해결하는 것이다. 따라서 본 발명의 목적은 모든 형태의 기판의 저온에서의 인라인 대기압 플라즈마 코팅이 균일한 코팅을 얻을 수 있게 하는 것이다.
제1 양태에서, 본 발명은 제1항에 따른, 대기압 플라즈마 제트를 통해서 코팅을 증착하기 위한 방법을 제공한다.
제2 양태에서, 본 발명은 제13항에 따른, 대기압 플라즈마 제트 발생기용 키트를 제공한다.
제3 양태에서, 본 발명은 제16항에 따른, 대기압 플라즈마 제트를 통해서 코팅을 증착하기 위한 장치를 제공한다.
추가 양태에서, 본 발명은 대기압 플라즈마 제트를 통해서 코팅을 증착하기 위한 방법이며,
- 제트 출구(12)를 포함하는 대기압 플라즈마 제트 발생기(1)를 제공하는 단계;
- 제트 입구(22), 노즐 출구(24), 및 제트 입구에서 노즐 출구까지 연장되는 측벽(21)을 포함하는 실드(2)를 제공하는 단계;
- 실드를 플라즈마 제트 발생기에 탈착 가능하게 부착하여 제트 입구와 제트 출구를 연통적으로 결합하는 단계;
- 플라즈마 제트 발생기를 통해서 실드에 플라즈마 제트를 제공하고 실드 내의 플라즈마 제트에 코팅 전구체를 주입하여, 실드 내에 환경에 대해 과압을 생성하는 단계; 및
- 기판의 표면과 노즐 출구를 상대 운동시켜 상기 표면 상에 코팅을 증착하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
실드의 노즐 출구는 처리될 기판의 표면에 근접하여 배치될 수 있으며, 실드 내의 과압을 통해서, 주위 공기의 실질적인 유입이 방지될 수 있다. 코팅 증착 중에, 실드는 예를 들어 실드 내벽 및/또는 실드 내벽 상의 코팅 증착을 열화시키는 플라즈마 제트로 인해 열화될 수 있다. 또한, 더 중요한 것은, 상이한 크기 및/또는 형상의 기판이 사용될 때, 단일 노즐은 각각의 기판에 대해 만족스러운 결과를 초래하지 못할 수 있다는 것이다. 본 발명은 용도에 따라서 실드를 교체할 수 있다. 큰 평면형 표면 상에의 인라인 코팅 증착을 위해, 큰 평면 노즐 출구를 갖는 실드가 사용될 수 있다. 비평면형 표면 상에의 인라인 코팅 증착을 위해, 특히 적합한 비평면 노즐을 갖는 실드가 사용될 수 있다. 유한한 불규칙한 시험편의 처리를 위해, 시험편은 정지 상태로 유지될 수 있고 제트는 이동될 수 있으며, 이에 따라 노즐 출구는 시험편의 표면을 밀착하여 추종할 수 있도록 충분히 작은 크기를 가질 수 있다. 본 발명은 플라즈마 제트 발생기를 통해서 실드에 플라즈마 제트를 제공하고 실드 내의 플라즈마 제트에 코팅 전구체를 주입하여 대기압보다 약간, 바람직하게 최대 10%, 높은 작동 압력을 생성함으로써, 모든 형태의 물체를 상기 작동 압력에서 저온 무산소 플라즈마로 인라인 플라즈마 코팅할 수 있다. 과압은, 노즐 출구 에지와 물체 프로파일의 합치로 인한, 노즐 출구 에지와 물체 표면 사이의 작은 갭과 조합되어, 물체의 표면이 산소-고갈된 플라즈마 영역에 노출되게 할 수 있으며, 이로 인해 특히 균일성 및 안정성의 측면에서 더 양호한 코팅 결과가 초래되는 바, 이러한 결과에는 표면에 대한 코팅의 더 양호한 접착 및 시간 경과에 따른 열화 감소가 포함된다. 또한, 산소-고갈된 플라즈마 영역의 존재는, 산소와의 반응성으로 인해 사용될 수 없었던 다수의 전구체 분자를 사용 가능하게 한다.
또한 플라즈마 온도는 본 발명에서 바람직하게 200℃ 미만, 더 바람직하게 180℃ 미만, 더 바람직하게 160℃ 미만, 더 바람직하게 140℃ 미만, 더 바람직하게 130℃ 미만, 더 바람직하게 120℃ 미만, 더 바람직하게 110℃ 미만, 더 바람직하게 100℃ 미만, 더 바람직하게 90℃ 미만, 더 바람직하게 80℃ 미만, 더 바람직하게 70℃ 미만, 더 바람직하게 60℃ 미만, 더 바람직하게 50℃ 미만으로 낮게 유지되는 것이 바람직한 것을 알아야 한다.
본 발명의 추가 이점, 특징 및 예는 상세한 설명에 개시되어 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 장치의 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 3은 본 발명에 따른 실드의 실시예의 사시도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 어댑터 및 실드의 실시예의 사시도를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명에 따른 실드의 실시예의 종방향 도시도 및 측면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 실드의 대체 실시예의 측면도를 도시한다.
도 7은 분말의 플라즈마 코팅에 특히 바람직한, 본 발명에 따른 실드를 구비한 장치의 횡단면도를 도시한다.
도 8은 섬유의 플라즈마 코팅에 특히 바람직한, 본 발명에 따른 실드를 구비한 장치의 횡단면도를 도시한다.
도 9는 특히 축대칭 물체와 합치되도록 제조되는 에지를 갖는, 본 발명에 따른 실드의 사시도를 도시한다.
본 발명은 대기압 플라즈마 제트를 통해서 코팅을 증착하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 키트에 관한 것이다. 본 발명은 상기의 대응 섹션에서 요약되었다. 이하에서, 본 발명은 상세하게 설명되고, 바람직한 실시예가 논의되며, 본 발명은 예를 통해서 예시된다.
달리 정의되지 않는 한, 기술적 및 과학적 용어를 포함하여 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 모든 용어는 이 발명이 속하는 관련 기술분야의 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 의미를 갖는다. 추가 안내에 의하면, 용어 정의는 본 발명의 교시 내용을 더 잘 이해시키기 위해 포함된다.
본 명세서에 사용될 때, 이하의 용어는 다음과 같은 의미를 갖는다:
본 명세서에서 사용되는 관사 및 정관사는 문맥이 달리 명시하지 않는 한 단수형 및 복수형 대상을 모두 지칭한다. 예로서, "구획"은 하나의 또는 하나 초과의 구획을 지칭한다.
파라미터, 양, 시간적 지속시간 등과 같은 측정 가능한 값을 지칭하는 본 명세서에 사용되는 "약"은 개시된 발명에서 적절하게 수행되는 한 특정된 값의 +/-20% 이하, 바람직하게 +/-10% 이하, 더 바람직하게 +/-5% 이하, 훨씬 더 바람직하게 +/-1% 이하, 더욱 더 바람직하게 +/-0.1% 이하의 변동을 포함하는 것을 의미한다. 그러나, 수식어 "약"이 지칭하는 값 자체도 구체적으로 개시되는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에 사용되는 "포함하고", "포함하는", "포함한다"는 "구비하고", "구비하는", "구비한다" 또는 "함유하고", "함유하는", "함유한다"와 동의어이며, 이어지는 내용, 예를 들어 구성요소의 존재를 특정하는 포괄형 또는 개방형 용어이고, 관련 기술분야에 공지되어 있거나 개시되어 있는, 언급되지 않은 추가 구성요소, 특징부, 요소, 부재, 단계의 존재를 제외하거나 배제하지 않는다.
끝점에 의한 숫자 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 수치와 분수, 및 언급된 끝점을 포함한다.
제1 양태에서, 본 발명은 여러 단계를 포함하는, 대기압 플라즈마 제트를 통해서 코팅을 증착하기 위한 방법을 제공한다. 제트 출구를 포함하는 플라즈마 제트 발생기가 제공된다. 실드는 처리될 물체의 프로파일에 합치되는 에지를 갖고 제조된다. 실드는 제트 입구, 노즐 출구, 및 제트 입구에서 노즐 출구까지 연장되는 측벽을 포함한다. 실드는 플라즈마 제트 발생기에 탈착 가능하게 부착될 수 있으며, 따라서 제트 입구와 제트 출구는 연통적으로 결합된다. 플라즈마 제트 발생기를 통해서 실드에 플라즈마 제트가 제공될 수 있다. 코팅 전구체가 실드 내의 플라즈마 제트에 주입될 수 있다. 이로 인해, 실드 내에 환경에 대해 과압이 생성될 수 있다. 기판의 표면은 노즐 출구에 대해 상대 운동될 수 있으며 이에 따라 표면 상에 코팅이 증착될 수 있다.
제2 양태에서, 본 발명은 키트를 제공한다. 키트는 제트 출구를 포함하는 대기압 플라즈마 제트 발생기 용으로 구성될 수 있다. 노즐 키트는 어댑터 및 복수의 교체 가능한 실드를 포함할 수 있다. 각각의 실드는 제트 입구, 노즐 출구, 및 제트 입구에서 노즐 출구까지 연장되는 측벽을 포함한다. 어댑터는 상기 실드 중 하나를 플라즈마 제트 발생기 상에 탈착 가능하게 부착하여 제트 출구와 제트 입구를 연통적으로 결합하도록 구성될 수 있다.
제3 양태에서, 본 발명은 대기압 플라즈마 제트를 통해서 코팅을 증착하기 위한 장치를 제공한다. 장치는 제트 출구를 포함하는 플라즈마 제트 발생기를 포함한다. 장치는 어댑터 및 교체 가능한 실드를 추가로 포함한다. 실드는 제트 입구, 노즐 출구, 및 제트 입구에서 노즐 출구까지 연장되는 측벽을 포함한다. 어댑터는 실드를 플라즈마 제트 발생기 상에 탈착 가능하게 부착하여 제트 출구와 제트 입구를 연통적으로 결합하도록 구성된다.
제2 양태에 따른 노즐 키트는 제3 양태에 따른 장치 용으로 및/또는 제1 양태에 따른 방법에 사용될 수 있다. 제1 양태에 따른 방법은 제3 양태에 따른 장치를 통해서 실행될 수 있다. 통상의 기술자는 본 발명의 세 가지 양태가 그러므로 상호 관련되어 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 문헌에 개시되어 있는 상기 또는 하기의 각 특징은 특정 양태와 관련하여 개시되어 있어도 본 발명의 각 양태에 관계될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "대기압"은 주위 환경의 압력과 거의 또는 대략 일치하는 압력을 의미한다. 이 용어는 현재의 플라즈마 기술을 환경과 상당한 압력차를 유지하기 위해 반응 용기를 필요로 하는 저압 및 고압 플라즈마 기술과 구별한다. 따라서 플라즈마 기술 분야의 통상의 기술자는 본 명세서에서 사용되는 "대기압"이 101 325 Pa로 정의되는 압력 단위 "atm"으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 "연통적으로 결합된다"는 것은 질량 유동, 즉 유체, 가스 및/또는 플라즈마 유동을 의미한다. 따라서 연통적으로 결합된 플라즈마 제트 발생기의 제트 출구 및 실드의 제트 입구는 상기 제트 출구를 빠져나가는 플라즈마 제트가 제트 입구를 통해서 실드에 진입하도록 구성된다.
본 명세서에 사용되는 "플라즈마 제트"는 플라즈마 제트 및/또는 플라즈마 제트의 잔광(afterglow)을 의미한다. 예를 들어, 실드 내부의 "플라즈마 제트"에 주입되는 코팅 전구체는 플라스마 제트 및/또는 실드 내부의 플라즈마 제트의 잔광에 주입되는 코팅 전구체를 의미할 수 있다.
본 발명의 방법은
(a) 제트 입구(22), 노즐 출구(24), 및 제트 입구에서 노즐 출구까지 연장되는 측벽(21)을 포함하는 교체 가능한 실드(2)를 제조하는 단계로서, 노즐 출구는 물체 프로파일의 적어도 일부와 본질적으로 합치되는 에지(25)를 포함하는, 단계;
(b) 교체 가능한 실드를 플라즈마 제트 발생기의 제트 출구에 탈착 가능하게 부착하는 단계;
(c) 물체 프로파일이 노즐 출구 에지에 꼭 맞도록 물체를 노즐 출구에 배치하여, 노즐 출구와 물체 사이의 갭을 최소화하는 단계;
(d) 플라즈마 제트 발생기를 통해서 실드에 플라즈마 제트를 제공하고 실드 내의 플라즈마 제트에 코팅 전구체를 주입하여 대기압보다, 바람직하게 최대 10%, 높은 작동 압력을 생성함으로써, 물체를 상기 작동 압력에서 저온 무산소 플라즈마로 플라즈마 코팅하는 단계를 포함하며,
따라서 물체를 산소-고갈된 플라즈마 영역에서 플라즈마 코팅한다.
단계 (a)에서, 교체 가능한 실드는 특히 물체 프로파일의 적어도 일부와 합치되는 에지를 갖도록 제조된다. 따라서, 상이한 형태의 물체가 코팅될 경우, 각각의 물체 형태에 대해 합치되는 에지를 각각 구비하는 상이한 실드가 제조될 수 있다. 따라서 상기 방법은 각 형태의 물체가 상이한 물체 프로파일을 포함하는, 복수 형태의 물체를 플라즈마 코팅하는 데에도 적용될 수 있으며, 단계 (a)가 각 형태의 물체에 대해 수행되며, 따라서 복수의 교체 가능한 실드가 제조되고, 각각의 실드는 각 물체의 물체 프로파일의 적어도 일부와 본질적으로 합치되는 노즐 출구 에지를 갖는 노즐 출구를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 실드는 3D 프린팅 기술을 사용하여 제조되며, 이로 인해 매우 복잡한 에지를 합리적으로 신속하고 신뢰성 있는 방식으로 만들 수 있다.
상기 방법은 특히 저온 플라즈마와 관련이 있다. 그러므로, 바람직하게 플라즈마 온도는 120℃ 미만이며, 더 바람직하게 70℃ 미만이다.
본 발명의 키트는 복수의 교체 가능한 실드(2)를 포함하고, 각각의 실드는 제트 입구(22), 노즐 출구(24), 및 제트 입구에서 노즐 출구까지 연장되는 측벽(21)을 포함하며, 각 실드의 노즐 출구는 물체의 물체 프로파일의 적어도 일부와 본질적으로 합치되는 노즐 출구 에지를 포함하고, 바람직하게 각각의 실드는 물체 프로파일의 각 부분 또는 복수 형태의 물체의 각각의 물체 프로파일의 적어도 일부와 본질적으로 합치되는 노즐 출구 에지를 갖는 노즐 출구를 포함한다.
제1 실드의 용이한 탈착 및 제2 실드의 용이한 부착을 가능하게 하기 위해, 바람직하게 실드는, 실드를 플라즈마 제트 발생기 상에 탈착 가능하게 부착하여 플라즈마 제트 발생기의 제트 출구와 실드의 제트 입구를 연통적으로 결합하도록 구성된 어댑터(3)에 의해 제트 출구에 탈착 가능하게 부착된다.
단계 (d) 중에, 물체는 예를 들어 인라인 코팅을 수행하기 위해 노즐 출구 및 에지에 대해 상대 운동할 수 있다. 그로 인해, 상기 에지는 상기 기판의 상기 표면의 최소 0.1mm 및 최대 5mm, 바람직하게 최소 0.2mm 및 최대 2mm, 더 바람직하게 최소 0.5mm 및 최대 1mm의 거리에서 유지되는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 물체 프로파일은 종방향을 따라서 본질적으로 동일하며, 상기 상대 운동은 상기 종방향을 따른 상대 병진을 포함한다. 이것은 특히 비평면형일 수 있는, 즉 종방향에 수직한 비직선 단면을 가질 수 있는 판형 또는 시트형 물체의 경우이다.
바람직한 실시예에서, 에지는 물체 프로파일에 원주 방향으로 합치되는 제1 에지이며, 상기 실드는 물체 프로파일에 원주 방향으로 합치되는 물체 입구 에지인 제2 에지를 포함하고, 상기 상대 운동은 물체가 종방향으로 물체 입구 에지로부터 제1 에지로 상기 실드 내의 처리 챔버를 통해서 이동하는 것을 포함한다. 이것은 물체가 종방향으로 동일한 본질적으로 원형의 단면을 포함하는 프로파일을 갖는 섬유인 경우에 특히 유용하며, 바람직하게 제9항에 따른 방법이 사용되고, 제1 에지 및 제2 에지는 섬유의 단면에 합치되는 직경을 구비하여 상기 제1 및 제2 에지의 개구를 통한 섬유의 통과를 가능하게 하는 원형 개구를 포함한다. 이것은 또한, 물체가 종방향을 따라서 분사되어, 종방향으로 동일하거나 종방향으로 변화하는 직경을 갖는 본질적으로 원형의 단면을 포함하는 프로파일을 갖는 분말 빔을 형성하는 분말인 경우에 특히 유용하며, 바람직하게 제9항에 따른 방법이 사용되고, 제1 에지 및 제2 에지는 제1 에지 및 제2 에지의 위치 각각에서 분말 빔의 단면에 합치되는 각각의 직경을 구비하여 상기 제1 및 제2 에지의 개구를 통한 분말의 통과를 가능하게 하는 각각의 원형 개구를 포함한다.
다른 바람직한 실시예에서, 물체 프로파일은 중심축 주위로 본질적으로 축대칭이며 상기 상대 운동은 상기 중심축 주위로의 상대 회전을 포함한다. 따라서, 물체의 표면은 물체 또는 실드, 또는 둘 다를 중심축 주위로 예를 들어 360°또는 다중 코팅 패스의 경우 360°의 정수배 만큼 회전시킴으로써 신속하고 신뢰성 있는 방식으로 처리될 수 있다.
키트는 또한 복수의 실드 각각이 부착될 수 있는 플라즈마 제트 발생기를 포함하는 것이 바람직하다. 키트는 하나의 플라즈마 제트 발생기 또는 하나 초과의, 예를 들어 2, 3, 4 또는 그 이상 개수의 플라즈마 제트 발생기를 포함할 수 있다.
본 발명의 장치는:
- 제트 출구(12)를 포함하는 플라즈마 제트 발생기(1);
- 어댑터(3) 및 교체 가능한 실드(2)를 포함하는 노즐을 포함하며, 상기 실드는 제트 입구(22), 노즐 출구(24) 및 제트 입구에서 노즐 출구까지 연장되는 측벽(21)을 포함하고,
상기 어댑터는 실드를 플라즈마 제트 발생기 상에 탈착 가능하게 부착하여 제트 출구와 제트 입구를 연통적으로 결합하도록 구성된다.
실드의 노즐 출구는 처리될 기판의 표면에 근접하여 배치될 수 있으며, 실드 내부의 과압을 통해서, 주위 공기의 실질적인 유입이 방지될 수 있다. 코팅 증착 중에, 실드는 예를 들어 실드 내벽 및/또는 실드 내벽 상의 코팅 증착을 열화시키는 플라즈마 제트로 인해 열화 및/또는 오염될 수 있다. 또한, 상이한 크기 및/또는 형상의 기판이 사용될 때, 단일 노즐은 각각의 기판에 대해 만족스러운 결과를 초래하지 못할 수 있다. 본 발명은 용도에 따라서 실드를 교체할 수 있다. 큰 평면형 표면 상에의 인라인 코팅 증착을 위해, 큰 평면 노즐 출구 및 큰 전구체 처리량을 갖는 실드가 사용될 수 있다. 비평면형 표면 상에의 인라인 코팅 증착을 위해, 특히 적합한 비평면 노즐 출구를 갖는 실드가 사용될 수 있다. 유한한 불규칙한 시험편의 처리를 위해, 시험편은 정지 상태로 유지될 수 있고 플라즈마 제트 발생기는 이동될 수 있으며, 이에 따라 노즐 출구는 불규칙한 시험편의 표면을 밀착하여 추종할 수 있도록 충분히 작은 크기를 가질 수 있다. 제1 기판 상의 제1 코팅 증착에 사용되는 제1 코팅 전구체가 제2 기판 상의 제2 코팅 증착에서 바람직하지 않을 때, 노즐은 제2 코팅 증착 도중의 제1 코팅 전구체에 의한 오염을 피하기 위해 교체될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 실드는 측벽에 부착되는 플랜지를 제트 입구에 포함한다. 어댑터는 플랜지를 유지하도록 구성된 크기 및 형상의 개구를 포함하는 유지 벽을 포함할 수 있다. 어댑터 및 플라즈마 제트 발생기는 어댑터를 플라즈마 제트 발생기에 부착하도록 구성된 상보적 부착 수단을 포함할 수 있다. 어댑터는 제트 출구와 제트 입구가 연통적으로 결합되게 하는 위치에서 유지 벽에 의해 실드의 플랜지를 플라즈마 제트 발생기에 대해 가압하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 플랜지는 제트 입구를 둘러싸는 평면형 표면을 포함한다. 바람직하게, 플랜지는 주위 공기가 제트 입구를 통해서 실드에 실질적으로 유입되는 것을 회피하기 위해 어댑터에 의해 플라즈마 제트 발생기에 대해 가압되도록 구성된다. 따라서 플랜지는 주위 공기가 제트 입구를 통해서 실드에 실질적으로 유입되는 것을 회피하고 실드를 어댑터를 통해서 제트 발생기에 부착시키는 이중 목적을 포함한다. 실드는 제트 입구와 노즐 출구가 이를 따라서 공간적으로 분리되는 길이 방향을 포함한다. 바람직하게, 플랜지는 본질적으로 상기 길이 방향에 수직하다. 바람직하게, 상기 플랜지의 상기 평면형 표면은 본질적으로 상기 길이 방향에 수직하다.
바람직하게, 실드는 모놀리식(monolithic)이다. 실드는 사출 성형을 통해서 제조될 수 있다. 실드는 3D 프린팅을 통해서 제조될 수 있다. 바람직하게, 실드는 절연 재료, 더 바람직하게 플라스틱을 포함한다. 실드의 노즐 출구는 에지를 포함한다. 실드의 노즐 출구는 평면 에지를 포함할 수 있으며, 즉 노즐 출구는 평면형이다. 실드의 노즐 출구는 비평면 에지를 포함할 수 있으며, 즉 노즐 출구는 비평면형이다. 이는 비평면형 표면의 인라인 코팅을 가능하게 하며, 따라서 에지의 각 부분과 표면 사이에 작은 거리가 유지된다.
코팅 전구체는 실드 내의 플라즈마 제트에 주입될 수 있다. 플라즈마 제트 발생기의 제트 출구는 복수의 출구 구획을 포함할 수 있다. 플라즈마 제트 발생기는 제1 구획으로부터 플라즈마 제트를 제공하고 제2 구획으로부터 코팅 전구체를 제공하도록 구성될 수 있다. 제트 출구는 코팅 전구체를 제공하기 위한 내부 구획 및 플라즈마 제트를 제공하기 위한 외부 구획을 획정하는 두 개의 동심 원통형 벽을 포함할 수 있다. 제트 출구는 코팅 전구체를 제공하기 위한 중간 구획 및 플라즈마 제트를 제공하기 위한 두 개의 외부 구획을 획정하는 두 개의 내벽에 의해 세 개의 구획으로 구분되는 직사각형 출구를 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 실드의 측벽은 적어도 하나의 전구체 입구, 바람직하게 적어도 두 개의 전구체 입구, 예를 들어 두 개, 세 개, 네 개 또는 그 이상의 전구체 입구를 포함한다. 전구체 입구는 실드의 내부와 연통적으로 결합되는 제1 외부 단부 및 전구체 소스와 연통적으로 결합하기 위한 제2 외부 단부를 포함하는 튜브형 중공 보디를 포함할 수 있다. 튜브형 보디는 원통형일 수 있다. 튜브형 보디는 하나 이상의 굴곡부를 포함할 수 있다. 코팅 전구체는 상기 적어도 하나의 전구체 입구를 통해서 실드 내의 플라즈마 제트에 주입될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 플라즈마 제트 발생기의 제트 출구는 개구를 포함하고 실드의 제트 입구는 개구를 포함하며, 제트 입구의 개구는 제트 출구의 개구보다 크다. 이것이 유리한 것은 확대가 속도 저하 및 압력 상승을 초래하고 그로 인해 실드 내부에 환경에 대해 과압을 생성하는 데 도움을 주기 때문이다. 이것이 추가로 유리한 것은 급격한 확대가 난류 및/또는 재순환을 초래하고 따라서 실드의 대응 부분에 존재하는 성분의 혼합을 초래할 수 있기 때문이다. 바람직하게, 실드는 제트 입구와 노즐 출구 사이의 길이를 포함하며, 상기 적어도 하나의 전구체 입구는 상기 길이의 최대 50%, 바람직하게 상기 길이의 최대 40%, 더 바람직하게 상기 길이의 최대 30%와 동일한 제트 입구의 거리 내에서 실드의 내부와 연통적으로 결합된다. 이것이 유리한 것은 재순환 또한 발생하는 영역에서 전구체의 유입이 발생하기 때문이다. 이것이 추가로 유리한 것은 전구체의 유입이 바람직하게 본질적으로 길이 방향에 평행한 제트 입구에서의 플라즈마 제트 유입과 실질적으로 평행하지 않은, 바람직하게 본질적으로 수직한, 방향으로 이루어지고 그로 인해 난류를 더 증대시키기 때문이다.
바람직한 실시예에서, 실드의 측벽은 테이퍼링 부분을 포함한다. 테이퍼링 부분은 예를 들어 본질적으로 평면형 표면의 넓은 부분에 코팅을 증착하기 위해 실드의 단면을 제트 입구로부터 제트 출구를 향해서 확대할 수 있다. 테이퍼링 부분은 예를 들어 코팅 증착을 좁은 스폿에 집중시켜, 선택적으로 노즐 출구의 이동을 통해서 불규칙한 표면을 밀착 추종할 수 있도록 작은 노즐 출구를 생성하기 위해 실드의 단면을 제트 입구로부터 제트 출구를 향해서 수축시킬 수 있다. 바람직하게, 테이퍼링 부분은 노즐 출구가 제트 입구보다 작은 개구를 포함하도록 구성된다. 바람직하게, 테이퍼링 부분은 실드 길이의 최소 20%에 걸쳐서 연장된다.
바람직한 실시예에서, 노즐은 균질화 수단을 포함한다. 바람직하게, 실드는 상기 균질화 수단을 바람직하게 내부에 포함한다. 균질화 수단은 유동 교란 요소를 포함할 수 있다. 유동 교란 요소는 복수의 경사면을 포함할 수 있다. 유동 교란 요소는 다수의 경사면을 각각 포함하는 복수의 층을 포함할 수 있다. 유동 교란 요소는 실드의 길이 방향과 최소 20°및 최대 70°의 각도를 갖는 표면을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 노즐은 냉각에 적합하다. 바람직하게, 실드의 측벽은 냉각 유체의 통과를 위한 채널을 포함한다. 채널은 바람직하게 노즐 출구로부터 실드 길이의 최대 60%, 더 바람직하게 최대 50%, 더욱더 바람직하게 최대 45%의 거리에 배치된다.
바람직한 실시예에서, 장치는 연속 기판의 평면형 또는 비평면형 표면의 인라인 처리를 위한 운송 수단을 포함할 수 있으며, 장치는 노즐 출구의 에지의 각 부분을 상기 기판의 상기 표면의 최소 0.1mm 및 최대 5mm, 바람직하게 최소 0.2mm 및 최대 2mm, 더 바람직하게 최소 0.5mm 및 최대 1mm의 거리에 유지하도록 구성된다. 방법은 기판의 표면과 노즐 출구를 상대 운동시키는 단계를 포함할 수 있으며, 이로 인해 상기 에지의 각 부분은 상기 기판의 상기 표면의 최소 0.1mm 및 최대 5mm, 바람직하게 최소 0.2mm 및 최대 2mm, 더 바람직하게 최소 0.5mm 및 최대 1mm의 거리로 유지되어 상기 표면 상에 코팅을 증착한다. 노즐 출구의 에지와 기판의 표면 사이의 명시된 크기의 갭은 실드 내의 약간의 과압에 의해 주위 공기 유입을 방지하는 동시에 실드로부터 가스의 충분한 유출을 허용하기에 특히 적합하다.
바람직한 실시예에서, 플라즈마 제트 발생기는 유전체 배리어 방전 또는 코로나 방전을 통해서 플라즈마 제트를 발생시키도록 구성된다. 바람직하게, 플라즈마 제트 발생기는 AC 전원을 포함한다.
본 발명은, 본 발명을 추가로 예시하며 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니고 그렇게 해석되어서도 안되는 하기 비제한적 예에 의해 추가로 설명된다.
예
예 1: 제1 장치
본 발명에 따른 장치의 제1 실시예의 적어도 일부가 도 1a에 도시되어 있다. 장치는 대기압 플라즈마 제트 발생기(1), 및 어댑터(3)와 실드(2)를 포함하는 노즐을 포함한다.
플라즈마 제트 발생기(1)는 원통형 외부 단부를 포함하는 본체(11)를 포함한다. 원통형 외부 단부는 본질적으로 측벽(14) 및 측벽에 수직하고 제트 출구(12)가 제공되는 단부 벽(13)을 포함한다. 원통형 외부 단부는 직경(d5)을 갖는다. 제트 출구(12)는 직경(d1)을 갖는다. 플라즈마 제트 발생기(1)는 제트 출구(12)에 두 개의 구획, 즉 코팅 전구체를 제공하기 위한 내부 구획과 플라즈마 제트 및/또는 잔광을 제공하기 위한 외부 구획을 획정하는 두 개의 원통형 벽을 포함한다. 플라즈마 제트 발생기는 EP 1 844 635 B1호의 제1항 내지 제8항 및 설명의 대응 섹션에 따라 예시적으로 구성될 수 있다.
실드(2)는 제트 입구(22), 노즐 출구(24), 및 제트 입구(22)에서 노즐 출구(24)까지 연장되는 측벽(21a, 21b)을 포함한다. 실드는 제트 입구(22)와 노즐 출구(24)가 이를 따라서 이격되는 길이 방향을 포함한다. 실드(2)는, 제트 입구(22)의 에지(23)에서 측벽(21a)에 부착되고 제트 입구(22)를 둘러싸는 플랜지(26)를 제트 입구에 포함한다. 제트 입구는 직경(d2)을 갖는다. 노즐 출구는 직경(d6)을 갖는다. 실드는 길이 방향을 따라서 실드 길이의 최대 50%와 동일한 제트 입구의 거리 내에 배치되는 테이퍼링 부분(21a)을 포함한다. 테이퍼링 부분(21a)은 실드를 제트 입구로부터 노즐 출구를 향해서 좁히며, 그로 인해 노즐 출구 직경(d6)이 제트 입구 직경(d2)보다 작다. 제트 입구 직경(d2)은 제트 출구 직경(d3)보다 크며, 상세한 설명에 기재되어 있는 유리한 결과를 가능하게 한다. 노즐 출구는 평면 에지(25)를 포함하는 바, 즉 노즐 출구의 에지는 본질적으로 평면에 놓인다. 바람직하게, 평면은 본질적으로 길이 방향에 수직하다.
어댑터(3)는 본질적으로 제트 입구 직경(d2)에 측벽(21a) 두께의 두 배를 더한 것과 동일하거나 그보다 약간 더 큰 직경(d3)을 갖는 원형 개구(32)를 포함하는 유지 벽(31)을 포함한다. 따라서 개구(32)는 실드(2)의 플랜지(26)를 유지하고 특히 플랜지(26)를 플라즈마 제트 발생기(1)의 단부 벽(13) 상에 가압하도록 구성된 크기 및 형상을 갖는다. 유지 벽은 본질적으로 외부 단부 직경(d5)과 동일한 직경(d4)을 갖는다. 어댑터는 플라즈마 제트 발생기의 외부 단부의 측벽(14) 위에 배치하기 위한 두 개의 만곡된 측벽 부분(33), 및 어댑터를 플라즈마 제트 발생기에 부착하기 위한 부착 수단(35)을 포함하며 따라서 제트 출구(12)와 제트 입구(22)가 연통적으로 결합된 상태를 유지하면서 플랜지(26)를 단부 벽(13)에 대해 가압하는 두 개의 아암(34)을 추가로 포함한다. 부착 수단은 탄성 인장 기구를 부착하기 위한 구멍을 포함할 수 있다.
예 2: 장치
본 발명에 따른 장치의 제2 실시예의 적어도 일부가 도 1b에 도시되어 있다. 장치는 대기압 플라즈마 제트 발생기(1'), 및 어댑터(3')와 실드(2')를 포함하는 노즐을 포함한다.
플라즈마 제트 발생기(1')는 직육면체 외부 단부를 구비하는 본체(11')를 포함한다. 직육면체 외부 단부는 본질적으로 측벽(14') 및 상기 측벽에 수직하고 제트 출구(12')가 제공되는 단부 벽(13')을 포함한다. 직육면체 외부 단부는 높이(h5)와 폭(l5)을 갖는다. 제트 출구(12')는 높이(h1)와 폭(l1)을 갖는다. 플라즈마 제트 발생기(1')는 제트 출구(12')에 세 개의 구획, 즉 코팅 전구체를 제공하기 위한 내부 구획과 플라즈마 제트 및/또는 잔광을 제공하기 위한 두 개의 외부 구획을 획정하는 두 개의 내벽을 포함한다. 플라즈마 제트 발생기는 EP 1 844 635 B1호의 제9항 내지 제15항 및 설명의 대응 섹션에 따라 예시적으로 구성될 수 있다.
실드(2')는 제트 입구(22'), 노즐 출구(24'), 및 제트 입구(22')에서 노즐 출구(24')까지 연장되는 측벽(21')을 포함한다. 실드는 제트 입구(22')와 노즐 출구(24')가 이를 따라서 이격되는 길이 방향을 포함한다. 측벽은 본질적으로 길이 방향에 수직한 균일한 직사각형 단면을 포함한다. 실드(2')는, 제트 입구(22')의 에지(23')에서 측벽(21')에 부착되고 제트 입구(22')를 둘러싸는 플랜지(26')를 제트 입구에서 포함한다. 제트 입구와 노즐 출구는 높이(h2)와 폭(l2)을 갖는다. 노즐 출구(24')는 평면 에지(25')를 포함하는 바, 즉 노즐 출구의 에지는 본질적으로 평면에 놓인다. 바람직하게, 평면은 본질적으로 길이 방향에 수직하다.
어댑터(3')는 본질적으로 각각 제트 입구 높이(h2) 및 폭(l2)에 측벽(21') 두께의 두 배를 더한 것과 동일하거나 그보다 약간 더 큰 높이(h3) 및 폭(l3)을 갖는 직사각형 개구(32')를 구비하는 유지 벽(31')을 포함한다. 따라서 개구(32')는 실드(2')의 플랜지(26')를 유지하고 특히 플랜지(26')를 플라즈마 제트 발생기(1')의 단부 벽(13') 상에 가압하도록 구성된 크기 및 형상을 갖는다. 유지 벽은 본질적으로 외부 단부 높이(h5) 및 폭(l5)과 본질적으로 동일한 높이(h4) 및 폭(l4)을 갖는다. 어댑터는 플라즈마 제트 발생기의 외부 단부의 측벽(14') 위에 배치하기 위한 두 개의 측벽 부분(33'), 및 어댑터를 플라즈마 제트 발생기에 부착하기 위한 부착 수단(35')을 포함하며 따라서 제트 출구(12')와 제트 입구(22')가 연통적으로 결합된 상태를 유지하면서 플랜지(26')를 단부 벽(13')에 대해 가압하는 두 개의 아암(34')을 추가로 포함한다. 부착 수단은 탄성 인장 기구를 부착하기 위한 구멍을 포함할 수 있다.
예 3: 실드 형상
이 예에서는 도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d가 참조된다. 이 예에서 개시되는 특정 특징부는 상기 예 1 및 예 2의 실드에 관계될 수 있다.
실드는 제트 입구(22", 22''')와 노즐 출구(24", 24''')를 포함한다. 실드는 또한 제트 입구와 노즐 출구가 이를 따라서 공간적으로 분리되는 길이 방향을 포함한다. 실드는 또한 제트 입구에서 노즐 출구까지 연장되는 측벽(21a", 21b", 21''')을 포함한다. 실드는 길이 방향을 따르는 길이, 즉 제트 입구와 노즐 출구가 이격되는 거리를 갖는다. 제트 입구는 본질적으로 길이 방향에 수직한 본질적으로 평면 에지(23")를 포함한다. 실드는 또한 측벽에 부착되어 제트 입구를 둘러싸는 플랜지(26", 26''')를 제트 입구에 포함한다. 실드의 측벽은 길이 방향에 수직한 균일한 단면을 포함할 수 있다(도 2c 및 도 2d). 실드의 측벽은 대안적으로, 테이퍼링 부분(21a") 및 길이 방향에 수직한 균일한 단면을 갖는 부분(21b")을 포함할 수 있다. 실드의 측벽은 원형(도 2a 및 도 2b), 타원형, 직사각형(도 2c 및 도 2d), 정사각형, 삼각형, 오각형, 육각형, 다이아몬드형, 팔각형, 별-형상, 십자가형 등의 길이 방향에 수직한 단면을 포함할 수 있다. 바람직하게, 실드의 측벽은 길이 방향에 수직하고 제트 출구의 형상에 적합한 형상을 구비하며 제트 출구의 대응 치수보다 큰 하나 이상의 치수를 추가로 구비하는 단면을 포함한다. 가장 바람직하게, 상기 형상은 원형 또는 직사각형이다. 실드는 또한 노즐 출구(24", 24''')에서 노즐 출구 에지(25", 25''')를 포함한다. 노즐 출구 에지는 평면일 수 있다(도 2a 및 도 2b). 노즐 출구 에지는 길이 방향에 수직한 평면 내에 놓일 수 있다. 노즐 출구 에지는 비평면일 수도 있다(도 2c 및 도 2d). 따라서 노즐 출구 에지는 플랜지에 대해 상이한 거리를 갖는 두 개의 부분을 포함할 수 있다. 따라서 노즐 출구 에지는 길이 방향으로 곡률을 갖는 부분을 포함할 수 있다.
예 4: 추가 실드 특징부
도 3을 참조하면, 실드는 적어도 하나, 바람직하게 적어도 두 개의 전구체 입구(27)를 포함할 수 있다. 전구체 입구는 바람직하게 측벽을 통해서 실드에 연통적으로 결합되며, 더 바람직하게 실드 길이의 최대 50%인 제트 입구의 거리 내에서 결합된다. 전구체 입구는 측벽(도 3)의 테이퍼링 부분(21a)을 통해서 결합되거나 대안적으로 측벽의 직선 부분, 즉 길이 방향에 평행한 부분을 통해서 결합될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 돌출하는 전구체 입구(27, 27'''') 및/또는 실드를 제트 입구(22'''')로부터 노즐 출구(24'''')를 향해서 넓히는 테이퍼링 부분(21'''')을 포함하는 실드에 대해서, 어댑터는 어댑터의 유지 벽(31")을 통해서 플랜지(26'''')를 플라즈마 제트 발생기의 단부 벽에 대해 가압하기 위해 실드의 플랜지(26")를 둘러쌀 수 있게 하는 힌지(36") 및 로킹 기구(37")를 포함할 수 있다.
도 5a, 도 5b 및 도 6에는, 본 발명에 따른 실드의 실시예의 길이 방향에 따른 도시도, 길이 방향에 수직한 측면도 및 길이 방향에 수직한 측면도가 각각 도시되어 있다. 실드의 측벽은 냉각 유체의 통과를 위한 채널을 포함한다. 채널은 입구(29a), 출구(29c), 및 채널 입구(29a)에서 채널 출구(29c)까지 연장되는 측벽 내의 나선형 섹션(29b)을 포함한다. 채널은 실드 길이의 최대 50%와 동일한 제트 입구의 거리 내에 제공될 수 있다(도 5a 및 도 5b). 채널은 대안적으로 및 우선적으로, 실드 길이의 최대 50%와 동일한 노즐 출구의 거리 내에 제공될 수 있다(도 6). 실드는 또한 다중 유동 교란 요소(28)의 복수 층을 포함한다. 이들 층은 길이 방향으로 이격된다. 각각의 요소는 길이 방향에 대해 최소 20°및 최대 70°, 바람직하게 최소 30°및 최대 60°의 각도로 표면을 포함할 수 있으며, 따라서 유동 방향을 실질적으로 전환하여, 실드 내부에서 가스 성분 및/또는 플라즈마 및/또는 잔광의 혼합을 가능하게 하도록 구성된다. 복수의 층은 실드 길이의 최대 50%와 동일한 노즐 출구의 거리 내에 제공될 수 있다(도 5a 및 도 5b). 복수의 층은 대안적으로 및 우선적으로 실드 길이의 최대 50%와 동일한 제트 입구의 거리 내에 제공될 수 있다(도 6). 따라서 냉각 기구 및 균질화 수단은 실드의 동일한 부분에 또는 실드의 상이한 부분에 제공될 수 있다.
예 5: 분말 코팅
도 7은 분말의 플라즈마 코팅에 특히 바람직한, 본 발명에 따른 실드를 구비한 장치의 횡단면도이다.
불활성 가스는 미리결정된 유동으로 안내 시스템의 입구(40)에 제공될 수 있다. 예를 들어 벤츄리 인젝터(42)를 통해서 분말(41)이 첨가될 수 있다. 결과적인 분말 빔은 이어서 불활성 가스 및 전구체를 포함하는 에어로졸(46a, 46b)이 제공되는 제1 플라즈마 제트 발생기(45a) 및 제2 플라즈마 제트 발생기(45b)를 구비하는 코팅 장치(44)로 안내된다. 실드(47)는 두 개의 어댑터(48a, 48b)에 의해 양 플라즈마 제트 발생기(45a, 45b)의 제트 출구에 탈착 가능하게 부착되며, 따라서 실드의 제트 입구(49a, 49b)는 플라즈마 제트 발생기의 제트 출구와 연통하게 된다. 분말 빔은 종방향(50)을 따라서, 분말 빔에 원주 방향으로 합치되는 물체 입구 에지로부터 플라즈마를 통해서 유동하며, 특정 길이(51) 동안 플라즈마에 계속 노출되어, 개별 분말 입자의 코팅을 가능하게 한다. 빔은 분말 빔에 원주 방향으로 합치되는 물체 출구 에지를 통해서 실드를 떠나가며 이후 코팅된 분말(54)을 불활성 가스(53)로부터 추출하기 위해 수집기 시스템(52), 예를 들어 사이클론에 수집된다. 코팅된 분말은 추가 코팅 사이클을 위해 입구(40)로 되돌아갈 수 있다.
예 6: 섬유 코팅
도 8은 섬유의 플라즈마 코팅에 특히 바람직한, 본 발명에 따른 실드를 구비한 장치의 횡단면도이다.
설정은 예 5에 대한 것과 유사하다. 섬유(55)는 불활성 가스 및 전구체를 포함하는 에어로졸(46a, 46b)이 제공되는 제1 플라즈마 제트 발생기(45a) 및 제2 플라즈마 제트 발생기(45b)를 구비하는 코팅 장치(44)를 통해서 견인된다. 실드(47)는 두 개의 어댑터(48a, 48b)에 의해 양 플라즈마 제트 발생기(45a, 45b)의 제트 출구에 탈착 가능하게 부착되며, 따라서 실드의 제트 입구(49a, 49b)는 플라즈마 제트 발생기의 제트 출구와 연통하게 된다. 섬유는 종방향(56)을 따라서, 섬유에 원주 방향으로 합치되는 물체 입구 에지(57)로부터 플라즈마를 통해서 이동하며, 특정 길이(51) 동안 플라즈마에 계속 노출된다. 섬유는 섬유에 원주 방향으로 합치되는 물체 출구 에지(58)를 통해서 실드를 떠나간다. 코팅된 분말은 추가 코팅 사이클을 위해 입구 에지(57)로 되돌아갈 수 있다.
예 7: 회전 코팅
도 9는 특히 축대칭 물체와 합치되도록 제조되는 에지를 갖는, 본 발명에 따른 실드의 사시도이다.
실드(60)는 특히 방사형 프로파일(62)을 포함하는 축대칭 물체(61)를 처리하기 위해 제조된다. 따라서 실드(60)는 제트 입구(63) 및 방사형 프로파일(62)과 합치되는 에지(64)를 포함하는 노즐 출구를 포함한다. 물체의 표면이 플라즈마에 노출되는 동안, 물체는 그 중심축(66) 주위로 회전(65)된다. 실드는, 예를 들어 이전 예에서와 같이 또는 도 1a 내지 도 5b에 더 명확하게 도시되어 있듯이, 플라즈마 제트 발생기의 제트 출구에 쉽게 그리고 시기산정 가능하게 부착되기 위해 제트 입구 근처에 플랜지를 가질 수 있다. 도 9에서 물체의 표면은 물체와 실드 사이의 갭을 최소화하기 위해 에지(64) 내로 약간 삽입될 수 있음에 유의해야 한다.

Claims (27)

  1. 물체 프로파일을 포함하는 물체를 플라즈마 코팅하기 위한 방법이며,
    (a) 제트 입구(22), 노즐 출구(24), 및 제트 입구에서 노즐 출구까지 연장되는 측벽(21)을 포함하는 교체 가능한 실드(2)를 제조하는 단계로서, 노즐 출구는 물체 프로파일의 적어도 일부와 본질적으로 합치되는 에지(25)를 포함하는, 단계;
    (b) 교체 가능한 실드를 플라즈마 제트 발생기의 제트 출구에 탈착 가능하게 부착하는 단계;
    (c) 물체 프로파일이 노즐 출구 에지에 꼭 맞도록 물체를 노즐 출구에 배치하여, 노즐 출구와 물체 사이의 갭을 최소화하는 단계;
    (d) 플라즈마 제트 발생기를 통해서 실드에 플라즈마 제트를 제공하고 실드 내의 플라즈마 제트에 코팅 전구체를 주입하여 대기압보다 높은 작동 압력을 생성함으로써, 물체를 상기 작동 압력에서 저온 무산소 플라즈마로 플라즈마 코팅하는 단계를 포함하며,
    따라서 물체를 산소-고갈된 플라즈마 영역에서 플라즈마 코팅하고,
    플라즈마는 단계 (d)에서 120℃ 미만의 온도에서 코팅되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 플라즈마는 단계 (d)에서 70℃ 미만의 온도에서 코팅되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 실드는, 실드를 플라즈마 제트 발생기 상에 탈착 가능하게 부착하여 플라즈마 제트 발생기의 제트 출구와 실드의 제트 입구를 연통적으로 결합하도록 구성된 어댑터(3)에 의해 제트 출구에 탈착 가능하게 부착되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 각 형태의 물체가 상이한 물체 프로파일을 포함하는, 복수 형태의 물체를 플라즈마 코팅하기 위해, 단계 (a)가 각 형태의 물체에 대해 수행되며, 따라서 복수의 교체 가능한 실드가 제조되고, 각각의 실드는 각 물체의 물체 프로파일의 적어도 일부에 본질적으로 합치되는 노즐 출구 에지를 갖는 노즐 출구를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 실드의 측벽은 적어도 하나의 전구체 입구(27)를 포함하며, 상기 코팅 전구체는 상기 적어도 하나의 전구체 입구를 통해서 실드 내의 플라즈마 제트에 주입되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 단계 (d)는,
    (e) 물체의 표면과 노즐 출구를 상대 운동시켜 상기 표면 상에 코팅을 증착하는 단계를 포함하고,
    물체의 표면과 노즐 출구를 상대 운동시켜 상기 표면 상에 코팅을 증착하는 단계 (e) 중에, 상기 에지는 상기 표면의 최소 0.1mm 및 최대 5mm의 거리에 유지되어, 상기 표면 상에 코팅을 증착하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 물체 프로파일은 종방향을 따라서 본질적으로 동일하며 상기 상대 운동은 상기 종방향을 따르는 상대 병진을 포함하고,
    상기 에지는 물체 프로파일에 원주 방향으로 합치되는 제1 에지이며, 상기 실드는 물체 프로파일에 원주 방향으로 합치되는 물체 입구 에지인 제2 에지를 포함하고, 상기 상대 운동은 물체가 종방향으로 물체 입구 에지로부터 제1 에지로 상기 실드 내의 처리 챔버를 통해서 이동하는 것을 포함하는, 방법.
  8. 제6항에 있어서, 물체 프로파일은 중심축 주위로 본질적으로 축대칭이며 상기 상대 운동은 상기 중심축 주위로의 상대 회전을 포함하는, 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    - 물체는 종방향으로 동일한 본질적으로 원형의 단면을 포함하는 프로파일을 갖는 섬유이며, 제1 에지 및 제2 에지는 섬유의 단면에 합치되는 직경을 구비하여 상기 제1 에지 및 제2 에지의 개구를 통한 섬유의 통과를 가능하게 하는 원형 개구를 포함하고, 또는
    - 물체는 종방향으로 분사되어, 종방향으로 동일하거나 종방향으로 변화하는 직경을 갖는 본질적으로 원형의 단면을 포함하는 프로파일을 갖는 분말 빔을 형성하는 분말이며, 제1 에지 및 제2 에지는 제1 에지 및 제2 에지의 위치 각각에서 분말 빔의 단면에 합치되는 각각의 직경을 구비하여 상기 제1 에지 및 제2 에지의 개구를 통한 분말의 통과를 가능하게 하는 각각의 원형 개구를 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 실드는 3D 프린팅 기술을 사용하여 제조되는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 키트이며,
    복수의 교체 가능한 실드(2)를 포함하고, 각각의 실드는 제트 입구(22), 노즐 출구(24), 및 제트 입구에서 노즐 출구까지 연장되는 측벽(21)을 포함하며, 각 실드의 노즐 출구는 물체의 물체 프로파일의 적어도 일부와 본질적으로 합치되는 노즐 출구 에지를 포함하고, 각각의 실드는 물체 프로파일의 각 부분 또는 복수 형태의 물체의 각각의 물체 프로파일의 적어도 일부와 본질적으로 합치되는 노즐 출구 에지를 갖는 노즐 출구를 포함하고,
    실드는 폴리머 재료를 포함하는, 키트.
  12. 제11항에 있어서, 상기 실드의 적어도 하나를 플라즈마 제트 발생기 상에 탈착 가능하게 부착하여 플라즈마 제트 발생기의 제트 출구와 플라즈마 제트 발생기에 부착되는 실드의 제트 입구를 연통적으로 결합하도록 구성되는 어댑터(3)를 포함하고,
    키트는 복수의 실드 각각이 부착될 수 있는 플라즈마 제트 발생기를 추가로 포함하는, 키트.
  13. 대기압 플라즈마 제트를 통해서 코팅을 증착하기 위한 장치이며,
    - 제트 출구(12)를 포함하는 플라즈마 제트 발생기(1); 및
    - 어댑터(3)와 교체 가능한 실드(2)를 포함하는 노즐을 포함하고, 상기 실드는 제트 입구(22), 노즐 출구(24) 및 제트 입구에서 노즐 출구까지 연장되는 측벽(21)을 포함하며,
    상기 어댑터는 실드를 플라즈마 제트 발생기 상에 탈착 가능하게 부착하여 제트 출구와 제트 입구를 연통적으로 결합하도록 구성되고,
    실드는 폴리머 재료를 포함하는, 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 실드는 측벽(21)에 부착되는 플랜지(26)를 제트 입구(22)에 포함하며, 상기 어댑터는 플랜지를 유지하기에 적합한 크기 및 형상을 갖는 개구(32)를 포함하는 유지 벽(31)을 포함하는, 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 실드는 모놀리식인, 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 실드는 절연 재료를 포함하고, 그리고/또는
    상기 실드는 폴리머 재료로 제조되는, 장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 실드의 노즐 출구는 비평면 에지(25''')를 포함하고,
    - 측벽은 테이퍼링 부분(21a)을 포함하며,
    - 실드의 측벽은 적어도 하나의 전구체 입구(27)를 포함하고, 그리고/또는
    - 제트 출구(24)는 개구를 포함하며, 제트 입구(22)는 제트 출구의 개구보다 큰 개구를 포함하는, 장치.
  18. 제13항에 있어서, 노즐은 균질화 수단(28)을 포함하며, 실드는 유동 교란 요소를 포함하는, 장치.
  19. 제13항에 있어서, 노즐은 냉각 유체의 통과를 위한 채널을 포함하는 실드의 측벽을 냉각(29a, 29b, 29c)하기에 적합한, 장치.
  20. 제13항에 있어서, 상기 장치는 연속 기판의 평면형 또는 비평면형 표면의 인라인 처리를 위한 운송 수단을 포함하고, 실드의 노즐 출구(24)는 에지(25)를 포함하며, 장치는 상기 에지를 상기 기판의 상기 표면의 최소 0.1mm 및 최대 5mm의 거리에 유지하도록 구성되는, 장치.
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