KR20190024932A

KR20190024932A - 기재의 동적 위치 결정을 위한 요소 매니퓰레이터, 코팅 방법 및 요소 매니퓰레이터의 용도

Info

Publication number: KR20190024932A
Application number: KR1020190022037A
Authority: KR
Inventors: 마르커스 뮐러
Original assignee: 오엘리콘 멧코 아게, 볼렌
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2019-03-08
Also published as: KR20120106555A; SG184626A1; CN102676973A; JP2012193450A; ES2475160T3; EP2500446A1; PL2500446T3; EP2500446B1; US20130071575A1; CN102676973B; JP6203475B2; SG10201601693VA; RU2012110192A; RU2623534C2

Abstract

본 발명은 열처리 공정에서 처리될 기재(2)의 동적 위치 결정을 위한 요소 매니퓰레이터(1)에 관한 것으로, 이 요소 매니퓰레이터(1)는 주 회전 축선(3) 주위로 회전가능한 주 구동축(30), 연결 요소(4) 및 이 연결 요소(4)에 연결될 수 있는 기재 홀더(5)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 연결 요소(4)는 세라믹 연결 요소(4)이고, 기재 홀더(5)의 연결부(51)가 플러그 및 회전 연결의 연결 축선(V)에 대해 그 플러그 및 회전 연결에 의해 내발출성의 비회전 방식으로 연결 요소(4)에 연결될 수 있고, 기재 홀더(5)는 연결 축선(V) 주위로 회전가능하게 배치된다. 본 발명은 또한 코팅 방법, 코팅 장치 및 요소 매니퓰레이터(1)의 용도에 관한 것이다.

Description

기재의 동적 위치 결정을 위한 요소 매니퓰레이터, 코팅 방법 및 요소 매니퓰레이터의 용도{COMPONENT MANIPULATOR FOR THE DYNAMIC POSITIONING OF A SUBSTRATE, COATING METHOD, AS WELL AS USE OF A COMPONENT MANIPULATOR}

본 발명은 각 카테고리의 독립 청구항의 전제부에 따른 열처리 공정에서 처리될 기재의 동적 위치 결정을 위한 요소 매니퓰레이터, 요소 매니퓰레이터를 사용하는 코팅 방법, 및 열 코팅 방법에 의해 기재를 코팅하는데 사용되는 요소 매니퓰레이터의 용도에 관한 것이다.

다양한 작업물의 표면의 코팅은 거의 무한한 적용 범위를 가지며, 따라서 산업 기술에서 경제적으로 매우 중요하다. 이와 관련하여 코팅은 아주 다른 이유로 대부분의 다른 기재상에 유리하게 형성될 수 있다. 예컨대, 기계적으로 큰 부하를 받는 부분, 예컨대 내연 기관이나 압축기의 실린더 또는 피스톤 링의 활주면상에 있는 마모 방지 층은 큰 역할을 한다. 내마모성 외에도, 양호한 슬라이딩 특성(이는 양호한 마찰 특성 또는 우수한 건식 구름 특성을 의미한다)과 같은 다른 요건도 그러한 부분에 필요하다. 다른 특별한 열 분무법에서, 특히 공지된 플라즈마 분무법은 그러한 요건 및 유사한 요건에 대해 매우 성공적인 것으로 입증되었다.

높은 부하를 받는 공구에 경질 층을 형성하기 위해, 특히 밀링 기계, 드릴 등과 같은 칩제거 공구에 코팅이 아크 증발법, PVD 또는 CVD 공정으로 매우 성공적으로 형성된다. 특히, 그러나 마지막에 언급된 공정은 다른 적용 분야, 예컨대 보석이나 시계 하우징의 코팅 또는 보호층의 형성 또는 단순하게는 가정 용품의 장식을 위해 매우 널리 사용되고 있다.

또한 다른 방법, 예컨대 가스 질화도 잘 확립된 방법인데, 이는 무엇 보다도 부식 방지를 위해 매우 중요한 것이다.

이와 관련하여, 매우 넓은 작업물이나 표면 형상이 복잡한 부품을 코팅하는 것은 일반적으로 문제가 매우 많다.

일반적으로, 열 분무법 역시 일반적으로 보다 문제가 많은 이들 경우를 위해 그 자체 다양한 형태로 확립되어 있는데, 왜냐하면 특히 열 분무법은 개별 부품의 제조와 산업적 연속 제조에 있어서 장시간 동안 확립되었기 때문이다. 가장 일반적인 분무법은 특히 다량의 기재 표면의 코팅을 연속적으로 형성하는 사용되는 것으로, 예컨대 분무 분말이나 분무 와이어를 사용하는 화염 분무, 아크 분무, 고속 화염 분사(HVOF), 화염 충격 분무 또는 플라즈마 분무이다. 열거한 이들 열 분무법은 물론 한정적인 것은 아니다. 당업자라면 상기 열거된 방법의 많은 변형예 및 다른 방법, 예컨대 화염 분무 용접과 같은 특수 가공을 알고 있을 것이다. 또한 이와 관련하여 소위 "냉간 가스 분무법"도 언급되어야 할 것이다.

이와 관련하여, 열 분무법은 다른 사용 분야에서도 사용되고 있다. 일반적으로, 표면 분무법으로서의 열 분무법은 그의 적용 분야에 있어서 아마도 가장 넓은 적용 범위를 갖는 코팅 기술일 것이다. 상기 분무법의 적용 분야의 제한은 반드시 권할만한 것은 아닌데, 왜냐하면 이와 관련하여 적용 범위가 겹치기 때문이다.

이와 관련하여, 복잡한 표면 형상을 갖는 부품들을 충분한 균일성으로 제공하는 것은 오랫 동안 문제가 되고 있다. 이러한 부품의 전형적인 예를 들면, 지상용 터빈이나 항공기용 터빈의 터빈 베인 및/또는 모든 종류의 항공기의 동력 유닛이 있다.

이와 관련하여, 예컨대 열적 저압 공정("LPPS-법")을 제공하는 Sulzer Metco 의 EP 0 776 594 B1 에서 제안된 방법으로 극복되었는데, 이 공정에 따르면, 넓은 플라즈마 전류를 사용하여, 복잡한 형상의 부품 뿐만 아니라 넓은 면적, 예컨대 금속판 부품에도 균일한 코팅을 형성할 수 있다. 한편, 이는 분무 건의 기하학적 설계로 달성되는데, 하지만 분무 건의 내외부 사이에 큰 압력차가 존재하는 것도 중요하다. 이와 관련하여, 작업물 또는 이 작업물의 코팅 대상 표면 영역은 코팅 챔버 안에 있게 되는데, 이 챔버 안에는 분무 건의 내부에 대해 부압(예컨대, 100 mbar 미만의 부압)이 발생되며, 분무 건에는 예컨대 대략 1000 mbar 의 압력이 존재하는데, 즉 대략 주변의 압력이 존재하게 된다. 분무 건의 내부와 코팅 챔버 사이에 이러한 압력 구배를 설정함으로써, 폭넓고 긴 코팅 빔을 발생시킬 수 있으며, 이러한 코팅 빔을 사용하여 작업물의 표면을 지금까지는 얻을 수 없었던 균일성으로 코팅할 수 있게 된다.

이와 관련하여, 이 방법의 본질적인 이점은, 코팅 빔의 "그늘(shadow)" 에 있고 그래서 일반적으로는 통상적인 플라즈마 코팅법의 사용시 도달 범위에 있지 않는 영역에서도 코팅이 어느 정도 형성될 수 있다는 것인데, 이는 이러한 부품은 모든 표면에서 통상적인 코팅법에 의해 충분히 균일한 코팅이 제공되지 못하고 또한 특히 코팅 빔에 대해 가려진 영역에 있는 표면에서는 코팅이 충분한 질로 형성될 수 없다는 것을 의미한다.

이와 관련하여, 그동안에 기본적인 원리가 실질적으로 더 발전되었다. 예컨대 EP 1 479 788 A1 에는 EP 0776 594 B1 의 기본적인 방법에 기초한 복합적인 방법이 제시되어 있다.

이와 관련하여 이들 방법은 특히 다른 금속 코팅 또는 비금속 코팅, 특히 또한 세라믹, 탄화물 또는 질화물 층 요소를 얇은 층으로 형성할 수 있다.

특히, 터빈 베인의 코팅을 위해, 이와 관련하여 Sulzer Metco의 소위 LPPS 박막 공정(PS-TF)이 개발되었는데, 이는 그당시 저압 플라즈마 분무법을 긍정적으로 혁명화시킨 것이다. 이와 관련하여, 절차적 관점에서 변한 것은 통상적인 LPPS-플라즈마 분무법이다. 이와 관련하여, 분무 파라미터, 특히 처리 챔버내의 압력 파라미터 및 플라즈마 화염 또는 플라즈마 빔 그 자체의 압력을 적절히 설정하여, 플라즈마("플라즈마 화염" 또는 "플라즈마 빔")가 관류하는 공간이 2.5 m 까지의 길이로 확장된다. 플라즈마가 형상적으로 확장되면, 이송 가스로 플라즈마 안으로 분사되는 분말 빔이 균일하게 확산된다("디포커싱"(defocusing)). 플라즈마 안에서 구름처럼 퍼지고 거기서 부분적으로 또는 완전히 용융되는 분말 빔의 재료는 기재의 넓은 표면상에 도달하여 균일하게 분포된다. 10㎛ 미만의 층두께를 가질 수 있고 균일한 분포로 인해 조밀한 커버를 형성하게 되는 얇은 층이 기재에 형성된다. 얇은 층을 여러 번 형성하면, 특별한 특성을 갖는 더 두꺼운 층이 형성될 수 있으며, 그러한 코팅은 기능 층으로서 사용될 수 있다. 예컨대, 다층 형성으로 다공성 층을 만들 있는데, 이 층은 촉매 활성 재료를 위한 담체로서 적합하다(EP-1 034 843 참조).

일예로 터빈 베인을 생각해보면, 본체에 형성되어 티빈 층이 되는 기능층은 일반적으로 많은 부분적인 층으로 구성된다. 예컨대, 높은 처리 온도에서 작동하는 가스 터빈(정치식 가스 터빈이나 항공기 티빈)의 경우, 베인은 고온 가스 부식에 대한 저항성이 있는 하나의 제 1 층 또는 다층의 부분 층으로 코팅된다. 제 1 부분 코팅상에 형성되고 세라믹 재료가 사용되는 제 2 코팅이 열 장벽 코팅을 형성하게 된다. 이전에 알려져 있는 LPPS 플라즈마 분무법은 제 1 층을 만드는데 특히 잘 적합하다. 열 장벽 코팅은 기둥형 미세조직을 갖는 코팅이 생성되므로 지금까지 유리하게 형성되었다. 이렇게 구조화된 층은 중심 축선이 기재 표면에 수직하게 정렬되는 대략적인 원통체 또는 미소체로 구성된다. 증착된 재료의 밀도가 미소체에서 보다 작은 전달 영역은 옆에서 미소체를 제한한다. 이러한 이방성 미세 조직을 갖는 코팅은 반복적으로 발생하는 온도 변동으로 인한 가변적인 텐션에 대해 스트레인에 더욱 내성이 있는 구조이다. 코팅은 일반적으로 가역적인 방식으로 가변적인 텐션에 반응하는데(이는 균열의 발생이 없음을 의미한다), 따라서 이 코팅의 수명은 기둥형 미세 조직을 갖지 않는 일반적인 코팅의 수명에 비해 상당히 길어질 수 있다.

이방성 미세 조직은 증기 증착법인 박막법으로 형성될 수 있다. "EB-PVD"(전자빔-물리적 증기 증착)이라고 하는 이 방법에서는, 열 장벽 코팅으로서 증착될 물질이 고 진공하에서 전자빔에 의해 증기상(vapor phase)으로 변하게 되며, 이 증기상에서 코팅 대상 부품상으로 증발된다. 처리 파라미터를 적절히 선택하면, 주상 미세 조직이 얻어진다. 이 증기 증착법의 단점은 무엇 보다도 설비 비용이 매우 높다 라는 것이다. 이 외에도, 여려개의 부분적인 층을 포함하는 코팅을 만들 때는, LPPS 플라즈마 분무법과 EB-PVD 공정 모두에 대해 동일한 설비를 사용할 수 없다. 이러한 이유로 코팅을 위해 여러 작업 사이클이 수행되어야 한다.

이러한 문제는 본 발명의 Sulzer Metco에 의해 EP 1 495 151 B1 에 따라 처음으로 만족스럽게 해결되었으며, 이에 의하면 플라즈마 분무법이 처음으로 사용가능하게 되었는데, 이 방법은 열 장벽 코팅을 형성할 수 있으며 또한 부분적인 층으로서 열 장벽 코팅을 포함하는 코팅을 하나의 작업 사이클에서 터빈 베인에 형성할 수 있다.

이는 코팅될 재료가 분말 빔의 형태로 금속 기재의 표면, 특히 터빈 베인 상으로 분무되는 신규한 플라즈마 분무법으로 달성된다. 이와 관련하여, 코팅 재료는 100 mbar 미만의 낮은 처리 압력에서 분말 빔을 디포커싱하는 플라즈마 안으로 분사되며 거기서 부분적으로 또는 완전히 용융된다. 이와 관련하여, 충분히 높은 비 엔탈피를 갖는 플라즈마가 발생되어, 코팅 재료의 실질적인 부분, 적어도 5 중량%가 증기상으로 변하고 기재상에는 이방성의 구조화된 층이 형성된다.

이방성 미세 조직을 형성하는 기다란 미소체가 이 층에서 기재표면에 일반적으로 수직하게 직립하여 정렬된다. 재료가 빈약한 전달 영역은 미소체들을 서로에 대해 구속하게 된다.

EP 1 495 151 B1 에 따른 방법은 이와 관련하여 공지된 방법에 대해 다른 결정적인 이점을 갖는데, 이에 의하면 기둥형의 구조화된 층이 EB-PVD에 의해 만들어진다. 동일한 층 두께에 대한 처리 횟수는 상당히 짧아지게 된다.

한편, Sulzer Metco의 EP 1 495 151 B1 에 따른 방법은 결정적으로 개선되었고 또한 더 발전되었으며 그간에 PS-PVD 이라는 약칭으로 시중에 성립되었다. 본 출원에서 설명하는 요소 매니퓰레이터는 청구된 코팅 방법(이는 바람직하게는 그 자체 알려져 있는 PS-PVD 법)과 관련하여 유리하게 사용될 수 있으며, 따라서 PS-PVD 방법에 대한 이하의 설명은 본 발명의 설명의 일부가 된다

물론, 본 발명의 요소 매니퓰레이터는 어떤 열처리 공정에서도 사용될 수 있는데, 따라서 원리적으로는 어떤 코팅 방법에서도 유리하게 사용될 수 있다.

PS-PVD("플라즈마 분무-물리적 증기 증착"의 약칭임)는 증기상에서 코팅을 형성하기 위한 저압 플라즈마 분무 기술이다. 이와 관련하여, PS-PVD 는 본 출원인이 전술한 LPPS 기술에 기초하여 최근해 개발한 일군의 새로운 복합 공정의 일부이다 (열 분무 기술 저널, 502, vol. 19(1-2), 2010년 1월). 이와 관련하여 상기 일군의 복합 공정은 PS-PVD 외에도, 무엇 보다도 "플라즈마 분무-화학적 증기 증착"(PC-CVD) 및 "플라즈마 분무-박막"(PS-TF) 공정을 포함한다. 통상적인 진공 플라즈마 분무 및/또는 통상적인 LPPS 공정과 비교하여, 이들 새로운 공정은, 2 mbar 미만의 작업 압력에서 작동하는 고에너지 플라즈마 건을 사용하는 것이 특징이다. 이러면, 독특한 코팅을 만드는데 사용될 수 있는 특별한 플라즈마 빔을 얻을 수 있다. PS-PVD 공정의 중요한 새로운 특성은, 용융된 유체 재료로부터 코팅을 형성할 수 있다는 것인데, 기판에 들어오면 고화되는 소위 액체 "스플랫(splat)"에 의해 층이 형성된다. 그러나, PS-PVD 는 증기상으로부터 직접 층을 형성할 수도 있다. 따라서, PS-PVD 는 통상적인 PVD 기술과 표준적인 열 분무 기술 사이의 차를 메우게 된다. 코팅 재료를 증기상으로 전환시켜 그 증기상으로부터 직접 층을 증착할 수 있음으로 해서, 다른 특유의 층 및/또는 신규한 구조를 갖는 층 시스템을 형성할 수 있는 완전히 새로운 가능성이 열리게 되었다.

이들 새로운 층 구조의 특성은 지금까지 알려져 있는 층, 특히 EP-PVD 로 만들어지는 층과 비교하여 여려 면에서 상당히 우수하다. 즉, 모든 열 분무 공정에 대해 공통적인 것으로, 이미 언급한 바와 같이, 용융된 재료, 즉 소위 "스플랫"의 층은 이렇게 해서 기재의 표면상에서 액체 분무 재료를 냉동시키는 공정으로 최종적으로 형성된다. 이는 전통적인 PVD 공정과는 대조적인 것인데, 이 공정에서는 코팅이 처리 챔버안에서 증기상으로부터 기재상에 형성되며, 코팅 재료는 예컨대 대략 10^-4 mbar 의 저압에서 처리 챔버내에서 증기상으로 전환된다. 이는 고온의 코팅 재료는 액체상으로부터 저온의 기재 표면상에 증착되지 않고 증기상으로부터 기재 표면 상으로 응축된다는 것을 의미한다. 이렇게 해서, 통상적인 열 분무 방법으로는 얻을 수 없는 매우 특징적인 특성의 코팅이 얻어진다. PVD 층은 알려져 있는 바와 같이 매우 균질하고 이와 관려하여 매우 얇으며 조밀하고, 경질이고 또한 기밀성이 있으며, 또는 미리 정할 수 있는 특정의 미세 조직을 가질 수 있다.

EP-PVD (전자빔-물리적 증기 증착)으로 증착되는 이트륨 안정화 지르코늄(YSZ)의 주상 조직이 예컨대 응력 완화성 및/또는 응력 내성이 매우 커야 하는 열 장벽 코팅(TBC)에 특히 적합하다.

열 분무법과 비교한 PVD 법의 결정적인 단점은, 투자 비용이 높고 증착율이 낮으며 그래서 처리 비용이 높다 라는 것이다. 이러한 이유로, PVD 공정은 주로 매우 얇은 층을 대량으로 형성할 때 사용되는데, 하지만, 매우 귀하거나 안전과 관련된 부품(예컨대, 항공기 터빈의 활주 베인이나 안내 베인)을 코팅하는데도 사용된다.

더욱이, 통상적인 PVD 기술로는 코팅원에 직접 보이는, 즉 그 코팅원에 대해 가려진 영역에 있지 않는 층들만 코팅될 수 있다. 이러한 이유로, 언더컷이나 복잡한 형상을 갖는 부품(예컨대, 터빈 베인)을 소정의 미세 조직을 갖는 높은 질의 균질한 층으로 효과적으로 또한 비용 효율적으로 코팅하는 것은 지금까지 항상 어려웠고/어려웠거나 공식적으로 불가능했다.

이러한 이유로, 단일 공정에서 열 분무법과 PVD 공정의 이점들을 함께 갖는 장치와 방법을 실현하는 것이 당업계에서 오래 동안 요구되어 왔다. 이는 Sulzer Metco 에 의해 최근에 개발된 PS-PVD 공정으로 달성되었는데, 이 공정은 원래의 LPPS 공정을 더 발전시킨 것으로, 열 분무법에 의해 증기상에서 코팅할 수 있는 방법을 처음으로 제공하며, 따라서 미리 정할 수 있는 미세 조직과 미리 정할 수 있는 특성을 갖는 높은 질의 코팅이 저렴한 비용으로 또한 다량으로 매우 효율적으로 만들어질 수 있다. 이 새로운 방법은 특히 코팅원에 대해 가려진 영역에 있는, 즉 그 코팅원에 직접 보이지 않는 표면 영역들도 균일하게 또한 원하는 두께로 코팅할 수 있다.

이와 관련하여, PS-PVD 공정은 정해진 처리 분위기 및 주변의 대기압에 대해 낮아진 가스 압력에서, 전형적으로는 불활성 가스(예컨대, 아르곤 가스) 분위기에서 처리 챔버내에서 LPPS와 유사하게 실시된다. 전형적인 처리 가스 압력은 0.5 mbar ∼ 2 mbar 이다. 처리 챔버내의 낮아진 압력에 의해 플라즈마 화염 또는 플라즈마 빔은 예컨대 2 m 이상의 길이와 200 mm ∼ 400 mm 의 직경으로 확장되며, 압력 파라미터를 적절히 선택하면, 더 큰 플라즈마 화염도 확실히 설정될 수 있다. 특히, 플라즈마 화염 또는 플라즈마 빔의 확장을 통해 온도와 입자 속도의 분포가 매우 균일하게 되며, 따라서 예컨대 터빈 베인과 같은 매우 복잡한 부품에 또한 가려진 표면 영역에서도 매우 균일한 두께의 층들이 형성될 수 있다.

이와 관련하여, 기재의 표면은 바람직하게는 예열되고/예열되거나 정화된다. 이는 예컨대 플라즈마 빔 또는 처리 챔버에 통합되는 아크 공정으로 실시될 수 있다.

예컨대 1 mbar의 PS-PVD 작업 압력은 전통적인 PVD 공정에서 사용되는 대략 10^-4 mbar의 작업 압력 보다는 상당히 높은 것이지만, 낮은 처리 압력과 플라즈마 화염 및/또는 플라즈마 분출물의 높은 플라즈 에너지 및/또는 엔탈피를 조합하면, 플라즈마 화염 안으로 분사되는 분말의 정해진 증발이 일어나며 또한 이러한 이유로 PS-PVD 공정에서 증기상으로부터의 증착이 제어되면서 이루어질 수 있게 된다.

이와는 대조적으로, EB-PVD 공정에서 증발된 재료를 기판 표면의 방향으로 전달하는 것은 전달률이 제한되는 확산 공정이며 그래서 결국 도포될 표면층의 성장 속도가 제한되는 확산 공정이기도 하다. 대략 2000 m/s ∼ 4000 m/s 의 초음속으로 대략 1 mbar의 압력에서 또한 대략 6,000 K ∼ 10,000 K의 온도에서 상기 증발된 코팅 재료를 플라즈마 분출물로 전달하는 PS-PVD 공정과는 다르다. 이리 하여, 기판에서의 층의 성장 속도가 높게 되며 또한 기판에 있는 언더컷이나 가려진 영역도 균일하고 높은 질로 코팅될 수 있다.

그러므로, PS-PVD 공정은 처음으로 예컨대 터빈과 같은 매우 복잡한 형상의 부품을 이전에는 얻을 수 없었던 질로 자동적으로 또한 다량으로 예컨대 열 장벽 코팅 시스템으로 효율적으로 코팅할 수 있다.

그러나, 여기서는 증가하는 비용 부담으로 인해 개선이 더 요구된다. 전술한 공정의 본질적인 특성은, 코팅될 부품은 어떤 범위내에서 다소 균일하게 템퍼링되어야 한다는 것이다. 이는 예컨대 공지된 EP-PVD 법에서, 코팅 공정이 실시되는 처리 챔버의 챔버 벽이 가열됨으로써 일어날 수 있는데, 이 가열에 의해 코팅 대상 부품은 어떤 범위내에서 여러 측에서 균일하게 템퍼링되고, 물론 이는 EP-PVD 법의 다른 단점이 되는데, 왜냐하면 비교적 엄격한 가열이 챔버 벽에 추가적으로 제공되어야 하며 또한 물론 조작되어야 하기 때문이다. 일반적으로 LPPS 법에서, 특히 PS-PVD 법에서 부품은 코팅 빔으로만 예열되는데, 이와 관련하여, 챔버 벽에 대한 추가적인 가열이 없어도 되는 이점이 얻어지는데, 하지만 코팅 챔버내에서의 온도장이 매우 불균일하게 된다. 이러한 이유로, 코팅빔에 의해 더 이상 충분히 균질하게 템퍼링되지 않을 정도로 코팅 대상 부품이 확장될 때, 예컨대 코팅 대상 부품의 확장이 커서 코팅 빔이 부품의 표면을 부분적으로만 덮고/덮거나 둘러싸는 경우, 미리 정할 수 있는 각도 범위에서 코팅 빔을 충분한 속도로 부품에 걸쳐 앞뒤로 움직이게 하여, 부품의 모든 표면들이 코팅 중에 코팅 빔에 의해 주기적으로 스캐닝되며, 그래서 모든 표면 영역들이 차례대로 코팅 빔을 받아서, 한편으로 전체 표면이 균일하게 코팅되고 다른 한편으로는 코팅 대상 부품이 미리 정할 수 있는 파라미터 한계내에서 충분히 균일하게 템퍼링 또는 예열되는 것이 알려져 있다. 코팅될 기재를 스캐닝하기 위해 코팅 빔을 이렇게 다소 주기적으로 움직이게 하는 것을 종종 코팅 빔의 "휩쓸기"라고도 한다.

균일한 템퍼링 및 코팅의 효과를 개선하기 위해, 예컨대 터빈 베인을 회전가능한 기재 홀더 상에 설치하는 것도 알려져 있는데, 그래서 코팅 빔의 휩쓸기와 동시에 기재가 또한 회전 축선 주위로 회전하게 되며, 따라서 모든 측에서 코팅 빔이 기재에 직접 가해지게 된다. 그 자체 알려져 있는 이 장치는 명확히 하기 위해 도 1 을 참조하여 다시 설명할 것이다.

도 1 에는 항공기 터빈의 터빈 베인을 코팅하기 위한 종래 기술의 방법이 개략적으로 도시되어 있다.

본 발명과 종래 기술의 차이가 더 잘 나타나도록 하기 위해, 공지된 방법에 관한 도 1 의 참조 번호에는 아포스토로피(')가 붙어 있고, 본 발명에 관한 나머지 도면에 있는 참조 번호에는 아포스토로피가 없다.

도 1 은 기재(2')(본 예에서는 항공기용 터빈 베인(2'))상에 기능적인 구조화된 층(20')을 만들기 위한 종래 기술의 잘 알려진 방법을 나타내는데, 이 방법에 따르면, 처리 챔버(명료성을 위해 도 1 에 나타나 있지 않음) 안에서 코팅 재료(200')는 플라즈마 분무법에 의해 소정의 낮은 처리 압력(P')에서 코팅 빔(BS')의 형태로 기재(2')의 표면(210') 상에 분무된다. 이와 관련하여, 코팅 재료(200')는 낮은 처리 압력(P')(예컨대, 대략 1 mbar 일 수 있음)에서 코팅 빔(BS')을 디포커싱하는 플라즈마 안으로 분사되며 거기서 부분적으로 또는 완전히 용융되며, 이때 충분히 높은 비 엔탈피를 갖는 플라즈마가 발생되어, 코팅 재료(200')의 가능한 한 많은 실질적인 부분이 증기상으로 전환되어 기재(2')상에 구조화된 층(20')이 형성된다. 터빈 베인(2')의 가능한 한 균일한 코팅을 얻기 위해, 이 터빈 베인은 회전 축선(3') 주위로 회전가능한 기판(5')상에 배치되며 코팅 빔(BS') 내에서 회전된다. 동시에 코팅 빔(BS')은 코팅될 터빈 빔(3')에 걸쳐 각도 범위(Ω')에서 앞뒤로 휩쓸리게 된다.

그러나 불행하게도, 이렇게 해서는 PS-PVD 에 의해 지금까지는 기껏해야 하나의 기재만 코팅할 수 있었지 너무 많은 기재는 코팅할 수 없었다.

휩쓸기시 표면이 코팅 빔을 완전히 받지 않을 정도로 크거나 또는 비대칭적인 형상을 가지고 있어 예컨대 어떤 표면 영역은 회전판의 회전시 코팅 빔의 빔 축선에서 멀리 떨어져 있게 되어 회전 빔이 거기에는 더 이상 도달하지 않는 공간적으로 확장된 기재는 지금까지 PS-PVD 범으로는 더 이상 만족스럽게 코팅될 수 없었다. 코팅 챔버안에서 코팅 빔이 최대로 휩쓸고 지나가는 각도 범위는 물론 제한되어 있고 또한 동시에 코팅 대상 기재는 코팅 빔을 발생시키는 분무 건에서 상당히 떨어져 있어야 하므로, 일반적으로 전문가들은 회전형 기재 홀더 상에 이론적으로 배치될 수 있는 여러 개의 기재는 공지된 PS-PVD 법으로는 하나의 작업 사이클에서는 동시에 코팅될 수 없는 것으로 생각하였다.

물론, 코팅 빔의 동시적인 적절한 휩쓸기 운동시에 회전형 기재 홀더를 적절히 회전시켜 코팅 빔이 모든 표면들에 이르게 할 수는 있지만, PS-PVD 범으로는 기재상에 균일한 층을 형성할 수 없다는 것이 지금까지의 의견이었다.

이와 관련하여, 이러한 견해의 이유는 합당한 물리적인 근거를 갖고 있다. LPPS 법, 특히 PS-PVD 법에서 전술한 바와 같이, 코팅 빔으로 기재를 가능한 한 균일하게 예열해야 하는 것이 필수적이다. 이는 코팅될 기재는 짧은 시가 평균내에서 적어도 부분적으로 실질적으로 일정하고 완전하게 코팅 빔을 받아야 함을 의미하는 것이다. 이와 관련하여, 시간 평균은 예컨대 코팅 빔의 휩쓸기시에 또는 기재 홀더의 회전시 기재의 어떤 표면 영역이 너무 짧은 시간동안에는 코팅 빔을 받지 못하여 이 표면 영역의 온도는 코팅 빔을 받는 표면 영역에 비해 상당히 저하되는 것을 의미한다. 아니면 이렇게 큰 온도 구배가 기재에 발생하거나, 간혈적으로 코팅 빔을 받지 않는 표면 영역의 온도가 너무 많이 저하되어, 요구되는 높은 질의 층이 더 이상 형성될 수 없게 된다.

특히, 기재 홀더상에 제공되어 있는 기재가 간헐적으로 코팅 빔을 다소 받지 않으면, 상응하는 기재의 온도가 너무 많이 저하되어, 그 기재가 코팅을 위해 다시 한번 코팅 빔을 받을 때 높은 질의 요건을 만족하는 코팅을 더 이상 얻을 수 없게 된다.

이 부정적인 효과는 매우 깊은 언더컷을 갖거나 다른 식으로 복잡하게 형성되어 있는 매우 복잡한 형상의 기재(예컨대, 극히 큰 부하를 받는 현대의 항공기 터빈)에 대해서는 더욱 커지게 되는데, 왜냐하면 예컨대 가려진 표면 영역은 코팅 빔에 의해 더욱 덜 빈번히 또는 덜 길게 가열되어, 층 질 및/또는 층 구조에 대해 최고의 요건을 갖는 충분히 균일한 코팅이 더 이상 가능하지 않기 때문이다.

이와 관련하여, 앞에서 언급한 문제는 여러 개의 기재를 하나의 동일한 코팅 빔으로 코팅하려고 할 때는 염려하지 않아도 된다.

단지 하나의 기재가 코팅 빔에 배치되더라도, 상기한 문제는 여전히 발생된다. 이에 대한 본질적인 이유는 코팅될 기재가 코팅 빔에 매우 제한된 방식으로 만 배치될 수 있게 해주는 공지된 기재 홀더에 있다.

이는 기본적으로 기재의 처리는 어려운 환경 조건에서 일어난다는 사실과 관련이 있다. 예컨대, 처리는 드물게 먼지가 많은 환경, 고압 또는 저압 그리고 특히 1000℃ 까지 또는 그 이상의 고온에서 일어난다.

이러한 이유로, 공지된 기재 홀더는 가동부가 가능한 한 적어 설계가 단순한데, 왜냐하면 예컨대 구성 요소들이 추가작인 축선 주위로 회전 또는 선회가능하도록 기재 홀더를 설계하는데 필요한 공지된 베어링은 가혹한 환경 조건을 받을 수 없거나, 가혹한 환경 조건, 특히 고온을 매우 짧은 시간 동안만 받을 수 있기 때문이다. 그러나, 예컨대 열 코팅시에는 매우 긴 처리 시간이 빈번히 요구되므로, 코팅 과정은 일반적으로 한 시간 이상 걸릴 수 있으며, 그래서, 기재를 회전 또는 선회시키기 위한 공지된 베어링을 갖는 기재 홀더는 얼마 안 있어 고장나게 될 것이다. 이러한 이유로, 지금까지는 기재의 동적 위치 결정을 매우 제한된 방식으로만 가능케 하는 매우 단순한 기재 홀더만 이용가능했다.

공지된 기재 홀더의 다른 단점은 기재 홀더로부터 코팅 대상 기재의 열적 분리가 부족하다라는 것이다. 예컨대, 열 코팅시, 이는 코팅 대상 기재, 예컨대 열적으로 코팅될 터빈 베인으로부터의 상당하고 빈번히 불규칙적인 온도 배출이, 기재 홀더를 통해 주된 요소를 지지하고 기재 홀더를 안내하는 핸들링으로 일어나게 된다. 이 다소 통제불가능한 온도 배출과 코팅 빔에 대한 기재의 정렬 및 가동성의 부족으로 인해, 층의 질이 크게 손상되며 그리고/또는 불량률이 높게 되며 그리 하여 비용이 허용불가하게 높아지게 된다.

이러한 이유로, 본 발명의 목적은, 열처리 공정, 특히 열 분무 공정에서 처리될 기재의 동적 위치 결정을 위한 요소 매니퓰레이터로서, 종래 기술의 기재 홀더의 단점을 피할 수 있고, 처리 공정 중에 요소를 적어도 한 축선 주위로 움직일 수 있게 해주며 처리 대상 기재는 미리 정해질 수 있는 방식으로 요소 매니퓰레이터로부터 열적으로 분리되며, 또는 열적 연결 및/또는 코팅 대상 기재의 열 흐름이 코팅 공정 중에도 요소 매니퓰레이터에 의해 설정될 수 있고 변경가능하며 그리고/또는 영향을 받을 수 있는 요소 매니퓰레이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 특히 여러 개의 기재를 이상적으로 동시에 처리하여, LPPS 법, 특히 PS-PVD 공정을 사용하여 매우 높은 균일한 질의 표면 층을 비용과 시간면에서 효율적으로 여러 개의 기재에 동시에 그리고/또는 매우 넓은 기재 및/또는 매우 복잡한 형상의 기재상에 증착할 수 있는 코팅 방법과 요소 매니퓰레이터의 용도를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 이루는 본 발명의 대상의 특징은 각 카테고리의 독립 청구항에 기재되어 있다.

각각의 종속 청구항은 본 발명의 특히 유리한 실시 형태와 관련된 것이다.

본 발명은 열처리 공정에서 처리될 기재의 동적 위치 결정을 위한 요소 매니퓰레이터에 관한 것으로, 이 요소 매니퓰레이터는 주 회전 축선 주위로 회전가능한 주 구동축, 연결 요소 및 이 연결 요소에 연결될 수 있는 기재 홀더를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 연결 요소는 세라믹 연결 요소이고, 기재 홀더의 연결부가 플러그 및 회전 연결의 연결 축선에 대해 그 플러그 및 회전 연결에 의해 내발출성의 비회전 방식으로 연결 요소에 연결될 수 있고, 기재 홀더는 상기 연결 축선 주위로 회전가능하게 배치된다.

본 발명에 있어 중요한 것은, 연결 요소가 세라믹 연결 요소라는 것이다. 연결 요소는 전도성이 매우 불량한 세라믹 재료로 만들어지므로, 본 발명에 따라 기재 홀더 및 그 위에 배치되는 코팅 대상 기재는 요소 매니퓰레이터로부터 열적으로 매우 잘 분리된다. 이러한 이유로, 열 코팅시 예컨대 기재로부터 요소 매니퓰레이터로의 열 흐름을 미리 정해질 수 있는 작은 정도로 줄이는 것이 처음으로 가능하게 되며, 그리 하여 처리 대상 기재, 예컨대 열적으로 코팅될 터빈 베인으로부터 온도 흐름이 기재 홀더를 통해 요소 매니퓰레이터로 동시에 또한 균일하게 배출되며, 그래서 종래 기술에서 알려져 있는 손상을 주는 통제불가능한 온도 흐름이 일어나지 않게 되며 또한 이러한 효과로 인해 층 질이 이미 상당히 향상되어 블량율이 줄어들고 그래서 비용도 허용가능하게 된다.

세라믹 연결 요소는 기재로부터 열이 기재 홀더를 통해 요소 매니퓰레이터로 흐르는 것을 크게 줄여주므로, 기재 홀더가 연결 축선 주위로 회전할 수 있게 해주는 구동 유닛 및/또는 변속기 유닛을 처음으로 제공할 수 있게 되었으며, 기재 홀더가 없으면 변속기 유닛은 과도한 열 영향에 의해 작동 상태시 영향을 받거나 심지어는 파손되게 된다. 이와 관련하여, 본 발명은 특히 삼중 유성 변속기를 갖는 요소 메니퓰레이터에 관한 것이다. 이는 여러 개의 기재 홀더를 수용하기 위해 복수의 연결 요소가 요소 매니퓰레이터에 동시에 제공되는 특정 실시 형태에 있어서 상당히 중요하다. 이 경우, 모든 연결 요소는 요소 매니퓰레이터에 제공되어 있는 변속기 유닛에 의해 단일의 주 구동축을 통해 동시에 구동될 수 있으며 또한 연결 축선 주위로 회전할 수 있어, 예컨대 여러 개의 기재를 열 코팅할 때 이들 기재는 코팅 빔내에서 회전될 수 있으며, 그리 하여 지금까지는 달성할 수 없었던 질을 갖는 특히 더욱더 균일한 코팅을 얻을 수 있게 된다.

기재 홀더의 연결부는 플러그 및 회전 연결의 연결 축선에 대해 그 플러그 및 회전 연결에 의해 내발출성의 비회전 방식으로 연결 요소에 연결될 수 있으므로, 요소 매니퓰레이터에서 복잡한 설치 작업을 행할 필요가 없이 기재 홀더를 매우 간단하게 교환할 수 있다. 특히 바람직한 실시 형태에서는 상기 플러그 및 회전 연결은 그 자체 알려져 있는 베이요넷 폐쇄 기구의 형태로 설계된다.

바람직한 실시 형태에서, 주 구동축에 비회전식으로 연결되어 상기 기재 홀더와 함께 연결 요소를 수용하기 위한 기판이 제공되는데, 이 기판에는 하나 이상의 연결 요소가 동시에 제공될 수 있으며, 바람직하게는, 하지만 필수적인 것은 아니지만, 예컨대 3개의 연결 요소가 동시에 제공될 수 있으며, 따라서 여러 개의 기재가 하나의 동일한 요소 매니퓰레이터에 동시에 제공될 수 있다. 이와 관련하여 복수의 연결 요소는 특히 유리하게는 주 회전 축선에 대해 편심되어 기판에 제공되는데, 그래서 작동 상태에서, 예컨대 코팅 공정 동안에, 기재 홀더에 배치되어 있는 기재는 주 구동 축선 주위로의 회전에 의해 코팅 빔의 다른 영역들과 접촉할 수 있게 되며, 그리 하여 특히 기재 코팅의 균일성이 상당히 향상된다.

예컨대, 열 코팅시 기재의 층 질을 더 향상시키기 위해, 연결 요소는 연결 축선 주위로의 기재 홀더의 회전(즉, 기재 홀더의 연결 축선 주위로의 그 기재 홀더의 회전 구동)을 위한 구동 유닛을 통해 접촉 요소에 연결될 수 있으며, 특히 바람직한 실시 형태에서, 요소 매니퓰레이터의 주 구동축은 접촉 요소에 대해 회전가능하게 배치된다.

이와 관련하여, 특히 실용적인 일 실시 형태에서, 상기 접촉 요소는, 주 구동축에 대해 움직이지 않는 샤프트 재킷에 배치되며 구동 유닛에 의한 연결 요소의 구동을 위해 치형화되어 있는 치형 휠(toothed wheel)이다.

이외 관련하여, 상기 플러그 및 회전 연결의 연결 축선은 주 회전 축선에 대해 소정의 경사각으로 기울어져 있는 것이 특히 특히 바람직한데, 따라서 예컨대 한편으로 코팅 빔에서 코팅 대상 기재가 비대칭적으로 움직일 수 있게 되며, 그래서 언더컷이 제공될 수 있으며 기하학적으로 비대칭적으로 설계된 부품(예컨대, 터빈 베인)도 모든 표면에서, 또한 특히 접근이 불량한 언더컷의 표면에서도 매우 균일하게 코팅될 수 있다. 또한 아래에서 더 설명하겠지만, 기재가 서로에 대해 기울어질 수 있고 또한 그들 각각의 회전 축선 주위로 서로를 향해 동시에 회전될 수 있으므로, 두 기재의 상이한 기재 부분이 서로를 향할 수 있고, 또한 한 기재 표면에서 나온 코팅 재로는 다른 기재의 표면 상으로 반사될 수 있으며, 따라서 코팅 빔의 방향에 대응하지 않는 방향의 코팅 효과가 가능하게 된다.

이와 관련하여, 상기 연결 요소는 베어링 하우징에서 베어링 요소에 의해 지지되며, 3점 베어링을 형성하는 3개의 베어링 요소가 바람직하게 베어링 하우징에 제공된다.

특히 실용적인 일 실시 형태에서, 기판은 기재에 냉각액을 공급하기 위한 연결 요소를 통해 주 구동축에 비회전식으로 바람직하게 연결된다. 실제로, 냉각 유체가 예컨대 상기 연결 요소로부터 기판에 배치되어 있는 냉각 분배기 및 냉각 라인을 통해 연결 요소와 기재 홀더의 연결부에 공급될 수 있다. 이와 관련하여, 특히 실용적인 실시 형태에서는, 베어링 요소는 냉각 유체와의 간접적인 접촉에 의해서도 냉각될 수 있다.

기재 홀더 및/또는 연결부가 연결 요소에 확실하게 연결되도록 하기 위해, 연결부는 회전 방지부에 의해 연결 요소에 대해 회전될 수 없으며, 상기 회전 방지부는 잠금핀, 특히 바람직하게는 세라믹 잠금핀이고, 이 잠금핀은 예컨대 연결 요소에 제공되는 안전 테이프에 의해 고정될 수 있다.

이와 관련하여, 연결 요소는 예컨대 온도 복사(radiation)에 대한 보호, 코팅 빔에 대한 보호 또는 손상을 주는 다른 영향(작동 상태에서 연결 요소에 영향을 줄 수 있음)에 대한 보호를 위해 캡슐 안에 내장된다.

본 발명은 또한 요소 매니퓰레이터를 사용할 때의 코팅 방법 및 본 발명의 요소 매니퓰레이터의 용도에 관한 것으로, 여기서 기재는 특히 항공기 터빈, 가스 터빈, 증기 터빈 또는 물 터빈용의 터빈 베인이다.

이와 관련하여, 본 발명에 따른 코팅 방법은 특히 기재상에 기능적인 구조화된 층을 형성하기 위한 코팅 방법에 관한 것이다. 이와 관련하여, 코팅재가 플라즈마 분무법에 의해 소정의 낮은 처리 압력에서 처리 챔버내에서 코팅 빔의 형태로 기재의 표면 상으로 분무되며, 상기 코팅재는 200 mbar 미만의 낮은 처리 압력에서 코팅 빔을 디포커싱하는 플라즈마 안으로 분사되며, 충분히 높은 비 엔탈피를 갖는 플라즈마가 발생되고, 따라서 코팅재의 실질적인 부분, 즉 코팅재 양의 적어도 5 중량%가 증기상(vapor phase)으로 변하게 되며, 기재상에 상기 구조화된 층이 형성된다. 이와 관련하여, 기재의 제 1 표면 및 그 기재의 제 2 표면이 서로에 대해 정렬되도록 코팅 대상 기재가 주 회전 축선 주위로 회전가능한 기재 홀더에 배치되며, 따라서 증기상으로 변한 코팅재의 적어도 일부는 플라즈마 분무시 기재의 제 1 표면으로부터 기재의 제 2 표면 상으로 방향 전환된다.

이와 관련하여, 상기 요소 매니퓰레이터에 의해 기재가 예컨대 코팅 빔내에서 동적으로 위치 결정될 수 있음으로 해서 본 발명에 따른 상기 요소 매니퓰레이터에 의해 처음으로 실현될 수 있는 이하의 효과가 본 발명에 있어서 무엇 보다도 중요한 것이다.

다른 한편, 적어도 어떤 경우에 기재 홀더의 회전으로 인해 대응 표면이 코팅 빔의 영향 영역 밖으로 간헐적으로 또는 부분적으로 회전되기 때문에 코팅 빔을 적어도 간헐적으로 직접 받지 않거나 또는 직접 받지 않는 표면에서도 실질적으로 기재의 예열 온도를 미리 정해진 기술적으로 요구되는 범위내에 유지할 수 있다. 기재에 균일하게 분포되는 예열 온도를 유지할 수 있는 이러한 긍정적인 효과는 처음으로 세라믹 연결 요소로 가능하게 되는 매우 양호한 열적 분리에 의해 더욱 지원되고 커진다.

기재의 대응 표면이 예컨대 언더컷으로 인해 또는 기재 홀더에 배치되어 있는 다른 기재를 통해 코팅 빔으로부터 완전히 또는 부분적으로 가려져서 예컨대 기하학적인 이유로 코팅 빔을 결코 받지 못하거나 불충분하게 받는 표면에서도 유사한 이점이 주어진다. 종래 기술에 알려져 있는 이 부정적인 가림(shading) 효과는 사실 대 부분의 경우에 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터의 사용을 통해 처음으로 방지될 수 있다. 즉, 기재는 예컨대 기재 홀더의 기울어진 배치 및/또는 두개의 다른 회전 축선 주위로의 기재의 회전으로 인해 코팅 빔에서 극히 유연하고 동적으로 주 회전 축선과 연결 축선 주위로 동시에 위치 결정될 수 있다. 물론, 극히 복잡한 형상의 기재의 경우에는, 앞에서 언급한 가림 효과가 완전히 배제될 수는 없다.

본 발명에 의해, 또한 그러한 표면은 요구되는 예비처리 온도로 유지될 수 있으며 또한 하나 또는 두 기재의 두 표면은 서로에 대해 기재 홀더에 배치되며, 따라서 증기상으로 존재하는 코팅재의 일부는 제 1 표면에서 제 2 표면으로 방향 전환되며 그리고/또는 반사되며, 그리 하여, 상당 기간 동안 코팅 빔을 받지 않거나 심지어는 전혀 받지 않는 표면에도 고온의 코팅 증기가 충분한 양으로 입사하게 된다.

이와 관련하여, "상당한 기간"은, 기재가 적어도 코팅 빔을 받지 않는 표면영역에서 본 발명에 따른 반사 효과 없이 강하게 냉각될 정도로 길고/길거나 요구되는 예열 온도를 얻지 못하여 대응 표면이 다시 한번 코팅 빔을 받으면 적어도 요구되는 코팅 질이 더 이상 가능하지 않게 되는 기간으로 이해되어야 한다. 이와 관련하여, "상당한 기간"은 크게 늘어나는데, 왜냐하면 세라믹 연결 요소를 통한 열적 분리로 인해 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터의 사용시 열 방출이 극히 느려지기 때문이다. 이는 본 발명에 따른 반사 효과와는 별도로, 상기한 문제가 세라믹 연결 요소로 이미 상당히 완화됨을 의미한다.

다른 한편, 예컨대 매우 큰 언더컷을 가지고 있어 기학적인 면에서 매우 복잡하고 그래서 일반적으로 코팅 빔을 받지 못하는 기재도 충분히 예열될 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 방법을 사용해서 코팅될 수 있다.

이때, 주목해야 할 바로, 특히, 상이한 LPPS 법은 원리적으로는 가려진 표면도코팅할 수 있는 것으로 알려져 있는데, 즉 코팅 빔을 직접 받지 않는 표면도 원리적으로는 코팅될 수 있다. 예컨대 통상적인 플라즈마 분무법 또는 화염 분무법(여기서는 코팅 대상 표면은 항상 직접 코팅 빔을 받아야 한다)와 같은 다른 열 코팅법과는 대조적이다. 이와 관련하여, 가려진 표면 영역을 LPPS 법에 의해 코팅할 수 있다는 것은, 각각 여러 개의 터빈 베인을 포함하고 예컨대 고부하 항공기 터빈용의 더블 베인을 형성하는 단일 터빈부를 예로 들어 EP 2 025 772 A1 에 이미 설명되어 있다.

그러나, LPPS 법, 특히 PS-PVD 법의 능력에는 물론 한계가 있다. 특히 그래서 예컨대 고부하 항공기 터빈용의 상기 더블 베인과 같은 다소 복잡한 형상을 지닌 여러 기재들이 기재 홀더에 동시에 배치될 때, 종래 기술의 코팅법으로는 코팅대상 기재의 모든 표면들이 더 이상 균일하게 또한 요구되는 질로 코팅되지 못한다.

본 발명에 따라 코팅 대상 기재를 요소 매니퓰레이터에 배치함으로써, 그래서 종래 기술이 지니고 있는 여러 중요한 문제들이 동시에 해결될 수 있다.

한편, 예컨대 기재 또는 이 기재의 일부가 기재 홀더의 회전을 통해 항상 코팅 빔을 직접 받지 않거나 적어도 간헐적으로 받지 않는 경우에는 그 기재 또는 이의 일부가 허용불가한 수준까지 냉각되는 것이 방지된다.

둘째로, 본 발명에 따른 방법이 적용되지 않으면 충분히 예열되지 않는 기재의 표면 영역은 전체 코팅 공정 중에 코팅 빔을 전혀 받지 않더라도 요구되는 예열 온도까지 문제 없이 이를 수 있다. 이를 위해, 예컨대 EP-PVD 법과는 달리 어떤 추가적인 가열도 요구되지 않는데, EP-PVD 법에서는 코팅 챔버의 챔버 벽에 추가적인 가열이 반드시 제공되어야 한다.

그리고, 셋째로, 본 발명에 따른 방법을 사용하면, 기재의 코팅될 상기 표면 및 그래서 전체 표면을 균일하게 또한 원하는 높은 질로 코팅하는 것이 처음으로 가능하게 된다. 또한, 본 발명에 따른 방법에 의하면, 복수의 기재, 특히 서로 작은 거리로 떨어져 있는 복수의 기재를 동시에 하나의 동일한 기재 홀더에 배치하고 또한 이들 기재를 하나의 작업 사이클에서 코팅하는 것이 처음으로 가능하다. 그러므로, 본 발명의 코팅 방법은, 단지 하나의 복잡한 기재를 하나의 작업 사이클에서 동시에 각각 코팅할 수 있는 종래 기술의 방법과 비교하여 극히 효율적인 것이다.

이와 관련하여 강조해야 할 바로, 본 발명의 효과는 전통적인 PVD 법이나 전통적인 열 분무법 또는 잘 알려져 있는 EP-PVD 법으로는 얻을 수 없으며 또한 완전히 예상 밖의 놀라운 것이다. 따라서, 상기 공지 방법들 중 어느 것도 본 발명의 목적의 달성에 기여하지 못하거나 심지어 그를 위한 하나의 암시도 주지 못한다. 즉, 본 발명에 따른 방법이 복잡한 형상의 기재나 여러 기재들을 동시에 코팅하는데 실제로 성공적으로 사용될 수 있으려면 일반적으로 LPPS 법과 PS-PVD 의 두 특정의 특성이 필요하다라는 것을 본 발명이 인식한 것이다.

본 발명에 따른 방법과는 대조적으로, 전통적인 PVD 법과 EP-PVD 공정 모두의 경우, 증발된 재료를 기재 표면 쪽으로 전달하는 것은 확산 과정인데, 즉 지향성이 없거나 약한 지향성을 갖는 과정이다. 따라서, 코팅될 기재의 표면에서 일어날 수 있는 반사 과정도 실질적으로 지향성이 없는데, 즉, 다소 확산 특성을 갖는다. 그래서 기재 표면의 가려진 부분에 대한 특정의 충분한 가열 및/또는 코팅은 가능하지 않다는 것이 명백하다. 사실, 여러 개의 기재들이 동시에 실릴 수 있는 회전형 기재판을 사용하는 것은 전통적인 PVD 및/또는 EB-PVD 공정에서 알려져 있다. 그러나, 이는 본 발명에 따른 방법에서 처럼 구체적으로 지향성 코팅 빔의 반사를 설정하는 역할을 하는 것은 아니며, 단순히 처리 챔버내에서 코팅 재료의 증기의 확산 분포의 어떤 불균일성을 보상하기 위한 역할을 한다.

예컨대 대기압하에서의 플라즈마 분무법 또는 화염 분무법과 같은 비교적 높은 처리 압력하에서 하는 전통적인 플라즈마 코팅과 같은 전통적인 열 코팅시에는, 사실 지향성 코팅 빔이 사용되고 또한 여러 개의 기재들이 동시에 실리는 회전형 기재 홀더를 사용하는 것이 알려져 있다. 그러나, 여기서도 본 발명의 효과는 일반적으로 가능하지 않다. 상기 열 분무 공정에서, 코팅재는 실제로는 다소 용융된 상태, 즉 다소 액체인 상태로 기재 표면에 입사하게 되며 그래서 본 발명에 따른 방법에서 처럼 증기상으로는 기재 표면에 입사하지 않는다. 이는 확실히 이 공지된 코팅 공정의 특징이다. 이들 공지된 방법과 관련하여 서두에서 이미 언급한 바와 같이, 코팅은 기재에 입사하면 그 기재에서 용융물로부터 고화되는 소위 액체 "스플랫"으로 형성되지, 증기상 재료의 증착으로 형성되지 않는다. 물론, 실질적으로 액체인 재료가 코팅 대상 기재의 표면에 입사되면, 실제로는 액적의 반사는 일어나지 않는다. 즉, 이는 기재의 비교적 저온인 표면에 부딪히면 즉시 응축되어 고체 "스플랫"으로 되어 표면에 달라 붙게 되는데, 따라서 반사는 실제로 일어나지 않는다.

실제로, 제 1 표면을 포함하는 적어도 하나의 기재 및 제 2 표면을 포함하는 적어도 제 2 기재는, 증기상으로 변한 코팅재의 적어도 일부가 플라즈마 분무시 제 1 기재의 제 1 표면으로부터 제 2 기재의 제 2 표면상으로 방향 전환 및/또는 반사되도록, 유리하게도 서로에 대해 정렬되어 기재 홀더에 배치되며, 따라서 기재의 제 2 표면은 제 1 기재의 제 1 표면에서 방향 전환 및/또는 반사된 코팅재에 의해 코팅되고/코팅되거나 예열된다.

이와 관련하여, 제 1 표면에서 제 2 표면 상으로 방향 전환 및/또는 반사되는 증기상 코팅재의 양은, 제 2 표면이 코팅 빔을 더 이상 직접 받지 않을 때 그 제 2 표면이 미리 정해질 수 있는 표면 온도로 유지되도록 설정되는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 방향 전환 및/또는 반사된 코팅재의 양을 적절히 설정할 수 있는 여러 방안이 가능하다. 따라서, 예컨대, 제 2 표면에 대한 제 1 표면의 배향을 대응적으로 최적화할 수 있다. 또는 플라즈마의 가열 파워, 처리 챔버내의 처리 압력, 코팅 빔의 초음속 또는 기타 분무 파라미터와 같은 다른 분무 파라미터를 대응적으로 설정할 수 있다.

또한, 회전가능한 기재 홀더는 미리 설정된 또는 가변적인 회전 속도에서 주 회전 축선 및/또는 연결 축선 주위로 회전될 수 있으며/있거나 그의 회전 속도는 방향 전환 및/또는 반사된 코팅재의 양 또는 다른 코팅 파라미터가 최적화되도록 설정 또는 조정될 수 있다.

바람직하게는, 코팅 빔은 언급된 목적 또는 예컨대 기재를 미리 정한 온도로 템퍼링하기 위한 목적으로 그 자체 공지된 방식("휩쓸기" 라고도 하며 서두에서 이미 자세히 설명한 바와 같음)으로 소정의 공간 각도 범위내에서 코팅 대상 기재에 걸쳐 앞뒤로 선회될 수 있다.

또한, 요소 매니퓰레이터와 플라즈마를 발생시키는 플라즈마원 간의 분리 거리가 미리 정해진 경로 간격으로 변경될 수 있다. 이는 예컨대, 요소 매니퓰레이터와 플라즈마원 및/또는 플라즈마원을 포함하는 분무 건 사이의 상호 분리 거리가 변하도록 플라즈마원의 위치 및/또는 요소 매니퓰레이터의 위치를 변경함으로써 일어날 수 있다.

물론, 요소 매니퓰레이터가 미리 정해진 선회 범위내에서 코팅 빔에 대해 전체적으로 선회하는 것도 가능하다.

이와 관련하여, 코팅 챔버내의 처리 압력은 실제로 빈번히 20 mbar 미만, 바람직하게는 10 mbar 미만, 특히 0.1 ∼ 2 mbar가 되도록 선택된다.

이와 관련하여, 코팅 빔은 일반적으로 음속을 갖는 초음속(1,500 m/s ∼ 3,000 m/s, 바람직하게는 대략 2,000 m/s)에서 작용하게 되며, 그리고/또는 코팅 빔은 4,000 K ∼ 20,000 K 의 온도, 바람직하게는 6,000 K ∼ 10,000 K 의 온도를 갖는다.

대부분의 실용적인 경우, 이와 관련하여 코팅재는 분무 분말의 형태로 그 자체 공지된 방식으로 제공된다.

이와 관련하여, 바람직한 실시 형태에서, 코팅 장치의 전술한 처리 파라미터 및/또는 기하학적 파라미터는, 코팅재의 10 중량부% 이상이 증기상으로 전환되도록, 바람직하게는 50 중량부% 이상, 특히 바람직하게는 80 중량부% 이상이 증기상으로 전환되도록 설정된다.

이와 관련하여, 본 발명에 따른 방법은 코팅 공정에서 복수의 터빈 베인, 특히 복수의 더블 베인을 동시에 코팅하는데 특히 적합한 것으로, 이 경우 구조화된 층은 빈번하게는 실용적으로 그 자체 알려져 있는 열 장벽 코팅이다.

본 발명은 또한 기재상에 기능적인 구조화된 층을 형성하기 위한 본 발명에 따른 전술한 방법들 중의 하나를 실시하기 위한 코팅 장치에 관한 것이다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 코팅 장치는 코팅재가 플라즈마 분무법에 의해 소정의 낮은 처리 압력에서 코팅 빔의 형태로 기재의 표면 상으로 분무될 수 있는 처리 챔버를 포함하며, 상기 코팅재는 200 mbar 미만의 낮은 처리 압력에서 코팅 빔을 디포커싱하는 플라즈마 안으로 분사될 수 있고 또한 거기서 부분적으로 또는 완전히 용융될 수 있다. 이와 관련하여, 충분히 높은 엔탈피를 갖는 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마원 및/또는 이 플라즈마원을 포함하는 분무 피스톨이 제공되며, 따라서 코팅재의 실질적인 부분, 즉 코팅재 양의 적어도 5 중량%가 증기상으로 변할 수 있으며, 기재상에 상기 구조화된 층이 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 처리될 기재의 동적 위치 결정을 위해 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터가 제공된다.

이와 관련하여, 본 발명에 따른 코팅 장치는 바람직하게는 요소 매니퓰레이터로 구성되며, 그래서 기재의 제 1 표면 및 기재의 제 2 표면이 기재 홀더에서 서로에 대해 정렬되도록 코팅 대상 기재가 요소 매니퓰레이터에 배치될 수 있으며, 따라서 증기상으로 변한 코팅재의 적어도 일부는 코팅 공정 중에 플라즈마 분무시 기재의 제 1 표면으로부터 기재의 제 2 표면 상으로 방향 전환 및/또는 반사된다.

물론, 특정 실시 형태에서, 구성적인 관점에서 본 발명에 따른 코팅 장치 및/또는 요소 매니퓰레이터는 위에서 설명한 바와 같은 다른 방법이 실시될 수 있도록 구성될 수도 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.

도 1 은 종래 기술에서 알려져 있는 항공기 동력 설비의 터빈 베인을 코팅하는 방법을 나타낸다.
도 2a 는 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터의 매우 간단한 제 1 실시 형태를 나타낸다.
도 2b 는 도 2a 에 따른 실시 형태를 분리된 상태에서 나타낸 것이다.
도 3 은 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터의 특히 바람직한 실시 형태를 나타낸다.
도 4a 는 내장화(encapsulation)가 없는 도 3 의 실시 형태를 나타낸다.
도 4b 는 도 4a 에 따른 방향 Ⅰ에서 도 4a 의 실시 형태를 본 것이다.
도 4c 는 도 4a 및/또는 도 4b 를 기판 없이 사시도로 나타낸 것이다.
도 4d 는 도 4a 및/또는 도 4b 에 따른 기판을 구동 방향에서 본 것이다.
도 4e 는 샤프트 재킷을 주 구동축과 함께 나타낸 것이다.
도 5a 는 베어링의 배치를 연결 요소와 함께 사시도로 나타낸 것이다.
도 5b 는 도 5a 에 따른 베어링 하우징을 연결 요소 없이 나타낸 것이다.
도 5c 는 세라믹 연결 요소를 나타낸다.
도 6a 는 기재 홀더와 연결 요소 사이의 플러그 및 회전 연결의 형성을 나타낸다.
도 6b 는 기재 홀더와 연결 요소 사이의 플러그 및 회전 연결을 나타낸다.
도 6c 는 잠금핀에 의한 플러그 및 회전 연결의 회전 방지를 나타낸다.
도 6d 는 플러그 및 회전 연결의 회전 방지를 연결 요소의 부분 투시도로 나타낸 것이다.
도 7 은 여러 개의 터빈 베인을 동시에 코팅하기 위한 본 발명에 따른 방법을 나타낸다.
도 8 은 도 7 의 실시 형태를 방향 B 에서 본 것이다.

도 1 은 종래 기술을 논의하는 중에 이미 서두에서 설명하였으며, 따라서 지금은 도 2 ∼ 8 에 따라 본 발명에 따른 실시 형태를 가지고 직접 논의를 시작할 것이다.

도 2a 및 2b를 참조하면, 처음에 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터의 매우 간단한 제 1 실시 형태를 설명할 것인 바, 이하 상기 매니퓰레이터에는 일반적으로 참조 번호 "1" 이 주어질 것이다. 도 2a 에 따른 실시 형태는 플러그 및 회전 연결의 기능을 강조하기 위해 도 2b 에서 분리 상태로 나타나 있는데, 이는 플러그 및 회전 연결이 도 2b 에서 기재 홀더(5)와 연결 요소(4) 사이에서 해제되어 있음을 의미하고, 연결부(51)가 연결 요소(4)에서 분리되어 있다.

도 2a 및 2b 에 따른 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터(1)의 간단한 실시 형태에 의하면, 열처리 공정에서 처리될 기재(2)의 동적 위치결정을 위해 기재(2)와 함께 딘일 기재 홀더(5)의 수용만 가능하다. 이 매우 간단한 실시 형태에서, 요소 매니퓰레이터는 주 회전축선(3) 주위로 회전가능한 주 구동축(30), 세라믹 연결 요소(4) 및 이 연결 요소(4)에 연결될 수 있는 기재 홀더(5)를 필수 요소로서 포함한다. 본 발명에 따르면, 세라믹 연결 요소(4)는 플러그 및 회전 연결의 연결 축선(V)에 대해 플러그 및 회전 연결에 의해 내발출성의 비회전 방식으로 기재 홀더(5)의 연결부(51)에 연결되며, 따라서 기재 홀더(5)는 연결 축선(V) 주위로 회전가능하게 배치된다.

도 3 ∼ 6d 를 참조하면, 지금부터 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터의 실시에 특별히 관련된 실시 형태를 설명한다.

열처리 공정에서 처리될 기재(2)(이 실시예에서는 더블 터빈 베인(2))의 동적 위치 결정을 위한 것으로 도 3 에 따른 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터(1)는, 주 회전 축선(3) 주위로 회전가능한 주 구동축(30), 연결 요소(4) 및 이 연결 요소(4)에 연결가능한 기재 홀더(5)를 포함한다. 이와 관련하여 본 발명에 따르면, 연결 요소(4)는 세라믹 연결 요소(4)이고, 기재 홀더(5)의 연결부(51)는 플러그 및 회전 연결에 의해 연결 축선(V)에 대해 내발출성의 비회전 방식으로 연결 요소(4)에 연결된다. 이와 관련하여, 플러그 및 회전 연결의 각 연결 축선(V)은 주 회전 축선(3)에 대해 소정의 경사각(α)으로 기울어져 있으며, 실제로 이 경사각(α)은 일반적으로 90°보다 크거나 작으며, 바람직한 실시 형태에서는 대략 30°가 된다. 이와 관련하여, 각각의 개별 기재 홀더(5)가 작동 상태에서 그의 연결 축선(V) 주위로 회전가능하고 또한 모든 기재 홀더(5)가 주 구동축(30)을 통해 공통적으로 주 회전축선(3) 주위로 회전가능한 것이 바람직하다.

분명히 알 수 있는 바와 같이, 여러개의 기재 홀더(5)를 수용하기 위한 복수의 연결 요소(4)가 주 회전축선(3)에 대해 편심되어 기판(6)에 제공된다.

이하에서 상세한 도면을 참조하여 더 자세히 설명하겠지만, 연결 요소(4)는 예컨대 온도 복사(radiation)에 대한 보호, 코팅 빔(BS)(이 실시예에서는 도시되어 있지 않음)에 대한 보호 또는 손상을 주는 다른 영향(작동 상태에서 연결 요소(4)에 영향을 줄 수 있음)에 대한 보호를 위해 캡슐(12)안에 내장된다.

이와 관련하여, 캡슐(12)은 주 구동축(30)에 비회전식으로 연결되는 기판(6)을 수용하며, 이 기판은 도 2 에서 캡슐(12)로 덮히며 이러한 이유로 기재 홀더(5)와 함께 연결 요소(4)를 수용하기 위한 필수 요소로 볼 수 없다.

냉각 유체(KF)의 공급을 위한 연결 요소(32)를 통해 주 구동축선(3)에 비회전식으로 연결되는 기판(6) 또한 캡슐(12)로 덮히며 이런 이유로 도 3 에서는 보이지 않는다. 연결 요소(4)는 역시 캡슐(12) 안에 위치되는 구동 유닛(7)에 의해 기재 홀더(5)의 회전을 위한 접촉 요소(8)에 유효하게 연결되는데, 이는 특히 주 구동축(30)이 접촉 요소(8)에 대해 회전가능하게 배치되며, 이 접촉 요소(8)는 특히 바람직하게는 주 구동축(30)에 대해 움직이지 않는 샤프트 재킷(31)에 배치되며 구동 유닛(7)에 의한 연결 요소(4)의 구동을 위해 치형화되어 있는 치형 휠(toothed wheel)이다.

도 2 의 실시 형태에 있는, 도 3 및 2 에 따른 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터(1)의 실시 형태의 요소들을 도 4a ∼ 4e 를 참조하여 자세히 설명한다.

도 4a 를 참조하면, 도 3 의 실시 형태가 캡슐화 없이 나타나 있는데, 이는 캡슐(12)이 제거된 상태로 나타나 있는 것을 의미하며, 따라서 캡슐(12) 내부의 요소들 및 이들의 상호작용을 더 잘 이해할 수 있다. 기재(2)와 기재 홀더(5)가 또한 명료성을 위해 제거되었다.

처음에 명확히 알 수 있는 바와 같이, 주 구동축(30)은 주 회전 축선(3) 주위로 회전가능하며, 주 구동축(30)에 대한 비회전 샤프트 재킷(31), 즉 움직이지 않는 샤프트 재킷(31)에 의해 안내된다. 이와 관련하여, 주 구동축(30)은 작동 상태에서 구동부(미도시), 즉 적절한 전기 모터나 유압 모터 또는 공압 모터 또는 다른 적절한 구동부에 의해 회전된다.

접촉 요소(8)는 샤프트 재킷(31)에 배치되며, 이 재캣안에서 주 구동축(30)이 전술한 바와 같이 안내되며 또한 접촉 요소(8)는 샤프트 재킷에 비회전식으로 연결된다. 따라서, 이 실시예에서 접촉 요소(8)는, 구동 유닛(7)에 의해 연결 요소(4)의 구동을 위해 치형화되어 있는 주 구동축(30)에 대해 움직이지 않는 샤프트 재킷(31)에 배치되는 치형 휠이다.

각각 베어링 하우징(41)에 배치되는 3개의 연결 요소(4)가 기판(6)에 제공되어 있다.

기판(6)은 연결 요소(32)(도 4a 에서는 보이지 않음)에 의해 주 구동축(30)에 비회전식으로 연결되며, 따라서 기판(6)은 주 구동축(30)에 의해 주 회전 축선(3) 주위로 회전될 수 있다.

연결 요소(4)는 구동 유닛(7)을 통해 접촉 요소(8)에 비회전식으로 연결되어 있으며, 이 구동 유닛은 치형 휠(71)로 정지 치형 휠로 되어 있는 접촉 요소(8)에 비회전식으로 연결되며, 세라믹 연결 요소(4)는 정지 접촉 요소(8)에 대해 기판(6)이 회전할 때 회전하게 된다. 원리적으로 매우 간단한 변속기일 수 있을 수 있는 이러한 종류의 구동부는 다른 출원에서 당업자에게 알려져 있으며, 따라서 연결 요소(4)의 회전 구동부의 기능은 도 4a 로부터 당업자에게 자명한 것이다.

또한 알 있는 바와 같이, 기판(6)에 배치되는 냉각 분배기(9)가 베어링 하우징(41)에 있는 연결부를 통해 별도의 냉각 라인(KL)을 통해 연결 요소(4)에 각각 라인 연결된다.

나중에 자세히 설명하겠지만, 냉각 분배기(9)는 예컨대 주 구동축(30), 또는 도 4b 에 도시되어 있는 바와 같이 연결 요소(32)에 있는 공급 개구를 통해 중앙에서 냉각 유체(KF)를 공급받으며, 그런 다음 이 냉각 유체(KF)는 냉각 라인(KL)을 통해 연결 요소(4)에서 기재 홀더(5) 및/또는 기재(2)를 냉각시키기 위해 더 안내될 수 있다. 이와 관련하여, 어떤 적절한 냉각 유체도 냉각 유체(KF)로서 고려될 수 있는데, 특히 대응하는 기계 가공 공정에 적합한 질소나 희가스 또는 다른 적절한 가스형 또는 액체 냉각 유체(KF)가 될 수 있다.

이와 관련하여, 기판(6)은 또한 냉각 유체(KF)에 의해 냉각되며, 또는 하지만 기판(6)을 냉각하기 위한 추가적인 유닛이 제공되는데, 이 유닛은 다른 냉각 유체, 예컨대 물이나 적절한 가스에 의해 기판(6)을 냉각한다.

도 4b 는 명료성을 위해 도 4a 의 실시 형태를 한번 더 나타낸 것으로, 이번에는 도 4a 에 따른 방향 I 에서 본 것이다. 이 측면도에서, 연결 요소(32)를 또한 이제 명확히 볼 수 있는데, 이 연결 요소를 통해 냉각 유체가 측면 공급 개구를 통해 냉각 분배기(9)에 공급된다.

이 실시예에서, 구동 기구의 작동 모드를 또한 매우 명확히 알 수 있다. 치형 휠로 된 접촉 요소(8)는 스크류로 정지 축 샤프트에 비회전식으로 연결된다. 연결 요소(32)는 또한 정치 축 샤프트(31) 및/또는 정지 접촉 요소(8)에 나사 결합되며, 따라서 연결 요소(32)는 주 구동축(30) 및/또는 기판(6)에 대해 움직이지 않는다. 이와 관련하여, 냉각 분배기(9)는 회전가능한 기판(6)에 비회전식으로 연결되고, 작동 상태에서는 이와 함께 회전하게 된다. 이와 관련하여, 냉각 유체(KF)는 정지 연결 요소로부터 중앙 라인을 통해 회전 냉각 분배기에 공급되며, 상기 중앙 라인에 의해 연결 요소(32)에 있는 냉각 분배기(9)가 전도적으로 연결되지만, 비회전식으로 연결되지는 않는다.

치형 휠(71)을 통해 연결 요소(4)를 구동하기 위한 전술한 구동 기구를 더 잘 이해하기 위해 도 4a 및/또는 도 4b 가 다시 나타나 있으며, 도 4c 의 사시도에서는 기판(6)이 없다.

도 4d 및 도 4e 는 도 4a 및/또는 도 4b 에 따른 구동 유닛(7)을 갖는 기판(6) 및/또는 주 구동축(30)을 갖는 정지 축 샤프트(31)를 다시 개별적으로 자세히 최종적으로 나타내고 있다.

도 4d 에서 볼 수 있는 바와 같이, 기판(6)은 주 회전 축선(3) 주위로 회전가능하게 배치되며, 구동 유닛(7)의 치형 휠(71)은 휠 모양의 치형 접촉 요소(8)와 맞물리게 되며, 따라서 기판(6)이 주 회전 축선(3) 주위로 회전하면 연결 요소(4)(미도시)가 연결 축선(V) 주위로 회전하게 된다.

주 구동축(30)의 셋업 및 기능은 도 4e 에서 명확히 볼 수 있는데, 이 구동축은 주 회전 축선(3) 주위로 회전가능하게 정지 샤프트 재킷(31)의 내부에 설치된다.

도 5a 를 참조하면, 연결 요소와 함께 베어링 하우징의 셋업이 사시도로 개략적으로 도시되어 있으며, 하우징은 부분적으로 절개되어 개방되어 있다.

분명히 볼 수 있는 바와 같이, 연결 요소(4)는 베어링 요소(42)에 의해 베어링 하우징(41)에 지지되며, 세 베어링 요소(42)는 베어링 하우징(41)에 제공되어 3점 베어링을 형성한다. 단지 2개의 베어링 요소만 베어링 하우징(41)의 절개되어 개방된 영역에서 볼 수 있다. 제 3 베어링 요소는 도 5a 에서는 볼 수 없는데, 왜냐하면 이 베어링 요소는 베어링 하우징(41)에 있어서 절개 개방되어 있지 않은 부분의 밑에 위치하기 때문이다. 연결 요소(4)가 세곳에서 두개의 베어링 롤러(72)에 의해 지지되므로, 연결 요소(4)와 베어링 롤러(72) 사이의 유격이 잘 규정될 수 있다는 큰 이점이 얻어진다. 또한, 연결 요소(4)와 베어링 롤러(72) 사이에 비교적 작은 접촉 표면이 규정되며, 따라서 비교적 적은 열이 전달되며 이들 베어링은 또한 작게 유지될 수 있으며, 이리 하여 비용이 절감된다. 이와 관련하여, 베어링 요소(42)는 대략 500℃까지의 범위에서 작동할 수 있도록 CrNi와 세라믹의 조합물로 제조된다. 예컨대, 대략 800℃까지의 온도에 대해서는, Si₃N₄ 세라믹이 베어링 요소(42)를 위해 유리하게 사용될 수 있다. 주로, Al₂O₃ 가 또한 베어링용 재료로 고려되는데, 이 경우에는 심지어 1900℃ 까지의 온도도 허용된다.

예컨대 베어링 또는 아래에서 더 설명될 안전 테이프(11)에서 필요한 시일은 니들 플리스(needle fleece), 예컨대 3.5 mm 니들 플리스로 바람직하게 제조될 수 있으며, 이 니들 플리스가 사용되는 경우에는 1100℃까지의 작동 온도가 문제 없이 허용된다.

이와 관련하여, 베어링 요소(42)는 냉각 유체(KF)와 간접적으로 접촉하고, 따라서 냉각 라인(KL)을 통해 그 냉각 유체(KF)로 냉각될 수 있다.

도 5b 는 도 5a 에 따른 베어링 하우징(41)을 나타내는데, 더 잘 이해할 수 있도록 연결 요소(4)는 생략했다. 연결 요소(4)를 위한 3점 베어링을 형성하는 3개의 베어링 요소(42)가 명확히 나타나 있다. 이와 관련하여, 베어링 하우징(41)은 열 영향에 대한 보호를 위해 예컨대 니들 플리스로 씌어질 수 있으며, 그래서 예컨대 1100℃ 까지의 높은 작동 온도도 허용된다.

도 5c 는 베어링 하우징(41)에서 사용되는 연결 요소(4)를 나타낸다. 베어링 롤러(72)를 수용하기 위한 수용 홈(N)을 명확히 볼 수 있다. 냉각 유체(KF)가 연결 요소(4)의 내부로 안내될 때 통과하게 되는 관통 개구(DG)도 또한 명확히 볼 수 있다. 도면에 대한 연결 요소의 하부 영역(WZ)은 치형 휠을 수용하는 역할을 하며, 이 치형 휠은 바람직하게는 금속으로 만들어지며 구동 유닛(7)에 연결된다. 이와 관련하여, 연결 요소는 예컨대 Al₂O₂ _,SiO₂ 또는 다른 적절한 테크니컬 세라믹으로 제조된다. 도 5c. 도시된 바에 따르면 연결 요소(4)의 상부 영역에 다소 직사각형인 개구(500)가 있는 것을 분명히 볼 수 있는데, 이 개구(400)는 기재 홀더(5)의 연결부(51)를 수용하고 그래서 그 기재 홀더(5)와 연결 요소(4) 간의 플러그 및 회전 연결을 형성하는 역할을 한다.

회전 방지용 세라믹 잠금핀(10)을 위한 보어(101) 및 세라믹 잠금핀을 보어(101) 안에 고정시키기 위한 안전 테이프(11)를 위한 안전 홈(111)을 또한 분명히 확인할 수 있는데, 이에 대해서는 이하 도 6a ∼ 6d 를 참조하여 자세히 언급할 것이다.

도 6a 를 참고하여, 기재 홀더(5)의 연결부(51)와 연결 요소(4) 간에 플러그 및 회전 연결이 어떻게 이루어지는 지를 강조해야 한다. 이미 언급한 바와 같이, 연결 요소는 예컨대 연결 요소가 들어갈 수 있는 대략 직사각형의 개구(400)를 갖는다. 이 개구(400)는 물론 다른 적절한 형상도 가질 수 있다. 이와 관련하여, 연결부(51)는 폐쇄부(511)가 소정의 방향으로 형상 끼워맞춤식으로 연결 요소(4)의 개구(400) 안으로 들어갈 수 있게 해주는 대략 직사각형인 폐쇄부(511) 및/또는 적절한 형태의 다른 유형을 가질 수 있다. 이와 관련하여, 연결부(51)는 본 실시예에서는 중공으로 되어 있으며, 따라서 이 연결부는 개구(400) 안으로 들어갈 때 안내핀(401)에 의해 소정의 위치에서 수용될 수 있다. 안내핀(401)은 예컨대 SiO₂ (용융 석영) 또는 Al₂O₂재료 또는 다른 내고온성 재료로 구성될 수 있다. 연결부(51)가 미리 정해진 깊이로 개구(400) 안으로 들어가면, 기재 홀더(5) 및/또는 연결 부(51)는 소정의 각도, 예컨대 약 90°나 180°또는 다른 각도로 회전하게 되며, 폐쇄부(511)는 그 자체 공지된 방식으로 개구(400)의 내부에 있는 폐쇄 홈과 결합하게 되며, 그래서 연결부(51)가 개구(400)에 고정 연결된다. 이는 연결부(51)가 본질적으로 연결 축선의 방향으로 더 이상 움직일 수 없음을 의미하는 것이다. 이 상태는 도 6b 에 도시되어 있다.

또한 도 6a 에서 볼 수 있는 바와 같이, 안내핀(401)은 중앙 보어(bore)를 갖고 있는데, 이 보어를 통해 냉각 유체(KF)가 연결부(51)를 경유하여 기재 홀더(5) 안으로 안내될 수 있다. 도 6b 에 따른 이 특별한 실시 형태에서, 기재 홀더(5)는, 예컨대 열 코팅 공정 중에 냉각 유체(KF)가 기재(본 실시예에서는 터빈 베인임)의 내부 안으로 더 안내되어 그 기재(2)를 냉각하도록 구성되어 있다. 냉각 유체(KF)는 기재(2)를 관류하여 두개의 화살표 KF 로 나타낸 바와 같이 최종적으로 기재(2)에서 주위, 예컨대 현재 기재(2)가 코팅되고 있는 처리 챔버 안으로 유입하게 된다.

예컨대, 코팅될 기재(2)가 터빈 베인인 경우, 냉각 보어가 빈번하게 그 터빈 베인의 내부에 형성되며, 이 냉각 보어를 통해 냉각 가스가 터빈 베인의 작동 상태에서 빈번히 안내되며, 따라서 베인이 더 잘 냉각된다. 물론 이들 냉각 보어는 코팅 공정 중에 코팅재로 막히지 않는다. 이러한 이유로, 본 발명에 따르면 냉각 유체(KF)는 코팅 공정 중에 상기 냉각 보어를 통해 바람직하게 전달되며, 그래서 터빈 베인의 냉각 보어 밖으로 유출하는 냉각 유체(KF)는 이들 보어를 코팅재로부터 자유롭게 유지한다는 긍정적인 효과가 있게 된다.

연결부(51)는 개구(400)에서 연결 축선(V) 주위로 회전만 안되어야 한다는 것이 분명한데, 이에 대해서는 도 6c 를 참조하여 간단히 설명할 것이다. 그렇지 않으면, 연결부(51)가 개구(400) 안에서 회전하여 다시 그 개구(400) 밖으로 빠질 수 있다.

연결부(51)의 회전을 방지하기 위한 반경 방향 보어(101)가 연결 요소(4)와 연결부(51)에 제공되어 있는데, 연결부(51)가 개구(400)에 결합된 상태에서 이 반경 방향 보어는 서로에 대응하게 되며, 그래서 예컨대 금속 잠금핀 또는 세라믹 잠금핀의 형태로 된 회전 방지부(10)가 연결 요소(4)와 연결부(51)의 보어(101) 안으로 삽입될 수 있으며, 따라서 이들 잠금핀이 연결부(51)가 연결 요소(4)에 대해 연결 축선(V) 주위로 회전하는 것을 방지하게 된다. 잠금핀은 예컨대 CrNi 강 또는 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다.

연결 요소(4)의 상부가 속이 보이게 도시되어 있는 도 6d 에서, 회전 방지부(10), 즉 잠금핀(10)이 어떻게 회전을 방지하는 가를 명확히 알 수 있다. 작동 상태에서 잠금핀이 반경 방향 보어에서 빠지지 않도록, 즉 밖으로 미끄러지지 않도록, 잠금핀은 도 6d 에 따르면 안전 테이프(11)로 고정되는데, 이 테이프는 연결 요소(4) 주위에서 둘레 방향으로 안전 홈(111) 안에 제공되어 잠금핀(10)의 반경 방향 변위를 효과적으로 방지하게 된다.

물론, 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터(1)의 용도에 따라서는 단지 하나 또는 여러개의 기재 홀더(5)가 연결 요소(4)(예컨대 도 6b 에 따르면 회전가능한 연결 요소(4))에 배치되며 그래서 연결 축선(V) 주위로 추가적으로 회전가능하며, 다른 모든 기재 홀더는 그 자체 공지된 기재 홀더로, 요소 매니퓰레이터(1)에 대해 비회전식으로 단순 배치되는데, 즉 연결 축선(V) 주위로 추가적으로 회전할 수 없다. 또는 하지만, 실제로 바람직한 경우로, 모든 기재 홀더(5)는 상기 회전가능한 연결 요소(4)에 배치되고 그래서 예컨대 도 6b 에 따르면 연결 축선(V) 주위로 추가적으로 회전할 수 있다.

도 7 및 도 8 에는, 여러개의 기재(2)(본 실시예에서는 터빈 베인(2))을 동시에 코팅하기 위한 본 발명에 따른 방법이 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터(1)에 의해 개략적으로 도시되어 있다. 명료성을 위해, 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터의 상세 구성은 도 7 및 도 8 의 도시에서 생략하였다. 도 7 및 도 8 의 요소 매니퓰레이터(1)는 예컨대 도 3 에 따른 요소 매니퓰레이터일 수 있는데, 이 경우 3개의 기재(2) 대신에, 이 실시예에서는 예컨대 4개의 기재(2)가 동시에 코팅된다.

도 7 및 도 8 에 따른 터빈 베인(2)은 고부하 항공기 터빈에 사용되는 그 자체 공지되어 있는 소위 더블 베인(2)이다. 명료성을 위해, 처리 챔버(2)는 자세히 도시하지 않았으며, 예컨대 4개의 터빈 베인(2)이 요소 매니퓰레이터(1)에 나타나 있다. 이와 관련하여, 도 8 은 도 7 을 방향 B 에서 본 것으로, 코팅재(200)의 반사 기구를 더 잘 이해하기 위한 것일 뿐이다. 이러한 이유로, 다음 설명은 동시에 7 및 도 8 에 관련된 것이다.

물론, 실제로는 4개 미만의 기재(2)가 요소 매니퓰레이터(1)에 제공될 수도 있다. 그러나, 4개 이상의 기재(2)도 동시에 코팅될 수 있으며 그리 하여 본 발명의 방법이 극히 효율적이다라는 것이 본 발명에 따른 방법 및 요소 매니퓰레이터(1)의 이점이다.

도 7 을 참조하면, 그러므로 기재(2)상에 기능적인 구조화된 층(20)를 만들기 위한 본 발명에 따른 코팅 장치의 바람직한 실시 형태 및/또는 본 발명에 따른 방법이 개략적으로 도시되어 있는데, 본 방법에서는 코팅재(200)가 본 실시예에서는 서두에서 설명한 PS-PVD 법인 플라즈마 분무법에 의해 소정의 낮은 처리 압력(P)에서 처리 챔버내에서 코팅 빔(BS)의 형태로 기재(2)의 기재 표면(211, 212) 상으로 분무된다. 이와 관련하여, 코팅재(200)가 낮은 처리 압력(P)(본 실시예에서는 대략 1 mbar) 에서 코팅 빔(BS)을 디포커싱하는 플라즈마 안으로 분사되며 거기서 부분적으로 또는 완전히 용융되며, 충분히 높은 비 엔탈피를 갖는 플라즈마가 발생되며, 따라서 코팅재(200)의 실질적인 부분이 증기상(vapor phase)으로 변하게 된다. 이 실시예에서 증발된 재료의 실질적인 부분은 60 중량% 이상이다. 기재(2)에 구조화된 층(20)이 형성된다. 이와 관련하여, 본 발명에 따르면, 기재(2)의 제 1 표면(211) 및 기재(2)의 제 2 표면(212)이 요소 매니퓰레이터(1)에서 서로에 대해 정렬되도록, 코팅될 기재(2)는 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터(1)에 배치되며, 따라서 증기상으로 변한 코팅재(200)의 적어도 일부는 플라즈마 분무시 제 1 기재(2)의 제 1 표면(211)으로부터 제 2 기재(212)의 제 2 표면(212) 상으로 방향 전환 및/또는 반사되며, 그래서 제 2 표면(212)은 제 1 표면(211)에 의해 방향 전환 및/또는 반사된 증기상 코팅재(200)에 의해 코팅되며 또한 동시에 열에너지를 공급받아서 충분한 온도로 유지된다.

이와 관련하여, 증기상 코팅재(200)가 반사되는 과정을 도 8 에서 특히 명확히 알 수 있다. 제 1 표면(211)을 포함하는 제 1 터빈 베인(2)과 제 2 표면(212)을 포함하는 제 2 터빈 베인(2)이 서로에 대해 정렬되도록 요소 매니퓰레이터(1)에 어떻게 배치되어 있는가를 명확히 알 수 있으며, 증기상으로 변한 코팅재(200)의 일부는 플라즈마 분무시 제 1 기재(21)의 제 1 표면(211)으로부터 제 2 기재(2)의 제 2 표면(212) 상으로 방향 전환 및/또는 반사되며 따라서 이는 코팅 빔(BS)에 대해 가려진 영역에서 이상적으로 코팅될 수 있다.

이와 관련하여, 전술한 바와 같이 기재(2) 중의 하나 이상은 주 회전 축선(3) 주위로의 요소 매니퓰레이터(1)의 회전에 추가하여, 연결 축선(V) 주위로 추가적으로 회전가능하며, 그래서 선택적으로 상이한 표면(211, 212)이 반사 방식으로 서로 맞은 편에 배치되며, 따라서 제 1 표면(211)으로부터 제 2 표면(212) 상으로의 반사가 상이한 각도에서 차례대로 일어날 수 있으며, 그리 하여 형성되는 기능적인 구조화된 층은 더욱 더 균일하게 또한 더욱 더 높은 품질로 만들어질 수 있다.

용도에 따라서는 단지 하나 또는 여러개의 기재 홀더(5)가 상기 회전가능한 연결 요소(4)에서 예컨대 도 6b에 따라서 본 발명에 따른 요소 매니퓰레이터(1)에 배치되며, 따라서 연결 축선(V) 주위로 추가적으로 회전가능하며, 다른 모든 기재 홀더는 그 자체 공지된 기재 홀더로, 요소 매니퓰레이터(1)에 대해 비회전식으로 단순 배치되는데, 즉 연결 축선(V) 주위로 추가적으로 회전할 수 없다. 또는 하지만, 실제로 바람직한 경우로, 모든 기재 홀더(5)는 예컨대 도 6b에 따라 상기 회전가능한 연결 요소(4)에 배치되고 그래서 연결 축선(V) 주위로 추가적으로 회전할 수 있다.

이와 관련하여, 제 1 표면(211)으로부터 제 2 표면(212)으로 방향 전환 및/또는 반사되는 증기상 코팅재(200)의 양은, 제 2 표면(212)이 소정의 표면 온도로 유지되고 또한 제 2 표면(212)이 코팅빔(BS)을 직접 받지 않을 때 충분히 코팅되도록 설정될 수 있으며, 예컨대 도 7 및 도 8 에서 보는 바와 같이, 요소 매니퓰레이터(1)는 코팅 공정중에 소정의 회전 속도(VD)에서 주 회전 축선(3) 주위로 회전된다.

요소 매니퓰레이터(1)가 주 회전 축선(3) 주위로 회전하고/회전하거나 기재(2)가 연결 축선(V) 주위로 회전하는 것에 추가하여, 예컨대 도 7 및 8 에서 보는 바와 같이 코팅 빔(BS)은 코팅 공정 중에 소정의 각도 공간 범위(Ω)내에서 코팅 대상 기재(2)에 걸쳐 앞뒤로 선회될 수 있으며, 그리 하여 기재(2)는 코팅 빔(BS)을 더욱 더 균일하게 받을 수 있게 되며, 동시에 기재(2)가 코팅 빔(BS)을 직접 받지 않는 시간이 최소화되며, 그래서 기재(2)의 더욱 더 균일한 템퍼링이 이루어진다.

또한, 요소 매니퓰레이터(1)와 플라즈마를 발생시키는 플라즈마원(Q) 간의 하나 이상의 공간 공간 방향으로의 소정의 경로 간격(X, Y)의 분리 거리가 본 실시예에서 설정될 수 있는데, 플라즈마원(Q)이 하나 이상의 공간 방향으로 경로(X)를 따라 변위될 수 있고/있거나 요소 매니퓰레이터의 위치가 하나 이상의 공간 방향으로 변경될 수 있고 매니퓰레이터가 경로(Y)을 따라 하나 이상의 공간 방향으로 변경될 수 있기 때문이다.

또한, 요소 매니퓰레이터(1)는 도 7 및 8 의 특정 실시 형태에서 소정의 선회 범위(Θ)에서 코팅 빔(BS)에 대해 선회될 수 있다.

예컨대, 터빈 베인(2)상에 열 장벽 코팅을 형성하는데 사용되는 그 자체 알려져 있는 미립자 분무 분말이 코팅재(2)로 사용될 수 있으며, 이때 코팅 빔 자체는 음속을 갖는 초음속(본 실시예에서는 대략 2,000 m/s)에서 작용하게 되며, 이 경우 코팅 빔(6)에는 충격파나 충격 상태가 발생될 수 있다. 본 실시예에서 코팅빔(6)은 6,000 K ∼ 10,000 K 의 온도를 갖는다.

물론, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 특히 본 출원에 대해 전술한 본 발명에 따른 실시 형태는 물론 적절한 방식으로 서로 결합될 수 있다.

Claims

열처리 공정에서 처리될 기재(2)의 동적 위치 결정을 위한 요소 매니퓰레이터로서, 주 회전 축선(3) 주위로 회전가능한 주 구동축(30), 연결 요소(4) 및 이 연결 요소(4)에 연결될 수 있는 기재 홀더(5)를 포함하는 상기 요소 매니퓰레이터에 있어서,
상기 연결 요소(4)는 세라믹 연결 요소(4)이고, 기재 홀더(5)의 연결부(51)가 플러그 및 회전 연결의 연결 축선(V)에 대해 그 플러그 및 회전 연결에 의해 내발출성의(pull resistant) 비회전 방식으로 연결 요소(4)에 연결될 수 있고, 기재 홀더(5)는 연결 축선(V) 주위로 회전가능하게 배치되는 요소 매니퓰레이터.
제 1 항에 있어서,
주 구동축(30)에 비회전식으로 연결되어 상기 기재 홀더(5)와 함께 연결 요소(4)를 수용하기 위한 기판(6)이 제공되어 있는 요소 매니퓰레이터.
제 2 항에 있어서,
상기 기판(6)은 냉각 유체(KF)의 공급을 위해 상기 기판(6) 상에 위치하는 연결 요소(32)를 통해 상기 주 구동축(30)에 비회전식으로 연결되어 있는 요소 매니퓰레이터.
제 2 항에 있어서,
복수의 기재 홀더(5)를 수용하기 위한 복수의 연결 요소(4)가 주 회전축선(3)에 대해 편심되어 기판(6)에 제공되어 있는 요소 매니퓰레이터.
제 1 항에 있어서,
상기 연결 요소(4)는 상기 기재 홀더(5)의 회전을 위해 구동 유닛(7)을 통해 접촉 요소(8)에 작동 연결되어 있는 요소 매니퓰레이터.
제 5 항에 있어서,
상기 주 구동축(30)은 상기 접촉 요소(8)에 대해 회전가능하게 배치되는 요소 매니퓰레이터.
제 5 항에 있어서,
상기 접촉 요소(8)는, 주 구동축(30)에 대해 움직이지 않는 샤프트 재킷(31)에 배치되며 구동 유닛(7)에 의한 연결 요소(4)의 구동을 위해 치형화되어 있는 치형 휠(toothed wheel)인 요소 매니퓰레이터.
제 1 항에 있어서,
상기 플러그 및 회전 연결의 연결 축선(V)은 주 회전 축선(3)에 대해 소정의 경사각(α)으로 기울어져 있는 요소 매니퓰레이터.
제 3 항에 있어서,
냉각 유체(KF)가 기판(6)에 배치되어 있는 냉각 분배기(9) 및 냉각 라인(KL)을 통해 연결 요소(4)와 기재 홀더(5)의 연결부(51)에 공급될 수 있는 요소 매니퓰레이터.
제 1 항에 있어서,
상기 연결 요소(4)는 베어링 하우징(41)에서 베어링 요소(42)에 의해 지지되며, 3점 베어링을 형성하는 3개의 베어링 요소(42)가 베어링 하우징(41)에 제공되며, 베어링 요소(42)는 냉각 유체(KF)와의 간접적인 접촉으로 냉각될 수 있는 요소 매니퓰레이터.
제 1 항에 있어서,
상기 연결부(51)는 회전 방지부(10)에 의해 상기 연결 요소(4)에 대해 회전이 안되며, 상기 회전 방지부(10)는 금속재 또는 세라믹재 잠금핀이고, 상기 잠금핀은 상기 연결 요소(4)에 제공되는 안전 테이프에 의해 고정되는 요소 매니퓰레이터.
제 1 항에 따른 요소 매니퓰레이터(1)를 사용하는 코팅 방법.
제 12 항에 있어서,
기재(2)상에 기능적인 구조화된 층(20)을 형성하기 위한 코팅 방법이며, 코팅재(200)가 플라즈마 분무법에 의해 미리 결정된 처리 압력(P)에서 처리 챔버 내에서 코팅 빔(BS)의 형태로 기재(2)의 표면 상으로 분무되며, 상기 코팅재(200)는 200 mbar 미만의 처리 압력(P)에서 코팅 빔(BS)을 디포커싱하는 플라즈마 안으로 분사되고, 플라즈마에 의해 코팅재(200)의 실질적인 부분, 즉 코팅재 양의 적어도 5 중량%가 증기상(vapor phase)으로 변하게 되며, 기재(2)상에 상기 구조화된 층(20)이 형성되고, 기재(2)의 제 1 표면(211) 및 그 기재의 제 2 표면(212)이 서로에 대해 정렬되도록 코팅 대상 기재(2)가 주 회전 축선(3) 주위로 회전가능한 기재 홀더(5)에 배치되며, 따라서 증기상으로 변한 코팅재(200)의 적어도 일부는 플라즈마 분무시 기재(2)의 제 1 표면(211)으로부터 기재(2)의 제 2 표면(212) 상으로 방향 전환되는 코팅 방법.
기재(2)상에 기능적인 구조화된 층(20)을 형성하기 위한 코팅 장치로서, 코팅재(200)가 플라즈마 분무법에 의해 미리 결정된 처리 압력(P)에서 코팅 빔(BS)의 형태로 기재(2)의 표면 상으로 분무될 수 있는 처리 챔버를 포함하며, 상기 코팅재(200)는 200 mbar 미만의 처리 압력(P)에서 코팅 빔(BS)을 디포커싱하는 플라즈마 안으로 분사될 수 있고 또한 거기서 부분적으로 또는 완전히 용융될 수 있으며, 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마원(Q) 및/또는 이 플라즈마원(Q)을 포함하는 분무 피스톨(pistol)이 제공되며, 따라서 코팅재(200)의 실질적인 부분, 즉 코팅재 양의 적어도 5 중량%가 증기상으로 변할 수 있으며, 기재(2)상에 상기 구조화된 층(20)이 형성될 수 있는 상기 코팅 장치에 있어서,
처리될 기재(2)의 동적 위치 결정을 위해 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한항에 따른 요소 매니퓰레이터가 제공되어 있는 코팅 장치.