RU2741042C1 - Устройство для вакуумного нанесения покрытия и способ нанесения покрытия на подложку - Google Patents
Устройство для вакуумного нанесения покрытия и способ нанесения покрытия на подложку Download PDFInfo
- Publication number
- RU2741042C1 RU2741042C1 RU2020123166A RU2020123166A RU2741042C1 RU 2741042 C1 RU2741042 C1 RU 2741042C1 RU 2020123166 A RU2020123166 A RU 2020123166A RU 2020123166 A RU2020123166 A RU 2020123166A RU 2741042 C1 RU2741042 C1 RU 2741042C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- metal
- central body
- steam
- vapor
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 48
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 21
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 21
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 abstract 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 19
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 19
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 9
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- PGTXKIZLOWULDJ-UHFFFAOYSA-N [Mg].[Zn] Chemical compound [Mg].[Zn] PGTXKIZLOWULDJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000001912 gas jet deposition Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000826860 Trapezium Species 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005339 levitation Methods 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
- C23C14/564—Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
-
- 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
- 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
- C23C14/56—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
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к устройству для непрерывного вакуумного нанесения на движущуюся подложку покрытий, образованных из металла или металлического сплава, способу нанесения указанных покрытий и комплекту для сборки указанного устройства. Упомянутое устройство содержит вакуумную камеру и средства перемещения подложки через вакуумную камеру вдоль заданного пути. Вакуумная камера содержит центральный корпус, имеющий входное и выходное отверстия для подложки, расположенные на двух противоположных сторонах центрального корпуса, и устройство для нанесения покрытия струей пара. Внутренние стенки центрального корпуса приспособлены для нагревания при температуре выше температуры конденсации паров металла или металлического сплава. Пароотделитель в виде внешнего корпуса размещен на выходном отверстии для подложки центрального корпуса. Внутренние стенки пароотделителя приспособлены поддерживаться при температуре ниже температуры конденсации паров металла или металлического сплава. Обеспечивается предотвращение конденсации паров металла или металлических сплавов снаружи камеры осаждения, уменьшается опасность засорения отверстия центрального корпуса вследствие осаждения металла на холодных стенках пароотделителя. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к устройству для вакуумного нанесения на подложку покрытий, образованных из металла или металлических сплавов, например, из цинка или магний-цинковых сплавов. Более конкретно, указанное устройство предназначено для нанесения покрытия на стальную полосу, не ограничиваясь данным применением. Изобретение относится также к способу нанесения покрытия на подложку.
Известны различные способы нанесения металлических покрытий, обычно образованных из сплавов, на подложку, например, на стальную полосу. Среди известных способов можно упомянуть нанесение покрытий погружением в расплав, электролитическое осаждение, а также различные способы вакуумного осаждения, такие как вакуумное напыление и магнетронное напыление.
Из патентного документа WO97/47782 известен способ непрерывного нанесения покрытия на стальную подложку, в соответствии с которым струя паров металла, инжектируемая со скоростью более 500 м/с, входит в контакт с подложкой. Для повышения эффективности этого способа соответствующее устройство для вакуумного нанесения покрытия содержит камеру осаждения, внутренние стенки которой приспособлены для нагревания до температуры достаточно высокой, что позволяет предотвратить конденсацию металла или металлических сплавов на этих стенках.
Однако, несмотря на это, наблюдались случаи, когда пары цинка имели тенденцию выходить из камеры осаждения и конденсироваться в устройстве для вакуумного нанесения покрытия снаружи камеры осаждения, что в значительной степени уменьшает эффективность процесса нанесения покрытия и усложняет очистку устройства для вакуумного нанесения покрытия.
В связи с изложенным задача изобретения заключается в устранении недостатков известных в уровне техники устройств и способов за счет создания устройства для вакуумного нанесения покрытия, которое позволяет предотвратить конденсацию паров металла или металлических сплавов снаружи камеры осаждения.
Первым объектом изобретения для решения этой задачи является устройство для непрерывного вакуумного нанесения на движущуюся подложку покрытий, образованных из металла или металлического сплава, при этом устройство содержит вакуумную камеру, через которую подложка способна перемещаться по заданной траектории движения, при этом вакуумная камера дополнительно содержит:
центральный корпус, имеющий входное отверстие для подложки и выходное отверстие для подложки, расположенные на двух противоположных сторонах центрального корпуса, и устройство для нанесения покрытия струей пара, при этом внутренние стенки центрального корпуса приспособлены к нагреванию при температуре, превышающей температуру конденсации паров металла или металлического сплава;
пароотделитель в виде внешнего корпуса, размещенного на выходном отверстии для подложки центрального корпуса, при этом указанный пароотделитель содержит обращенное внутрь отверстие, примыкающее к центральному корпусу, и обращенное наружу отверстие, расположенное с противоположной стороны пароотделителя, причем внутренние стенки пароотделителя приспособлены поддерживаться при температуре ниже температуры конденсации паров металла или металлического сплава.
Устройство в соответствии с изобретением может также характеризоваться перечисленными далее дополнительными особенностями, взятыми по отдельности или в сочетании, а именно:
устройство для вакуумного нанесения покрытий, кроме того, содержит второй пароотделитель, размещенный на входном отверстии для подложки центрального корпуса;
длина пароотделителя в направлении движения подложки составляет от 0,5 до 3,5 ширины подложки;
стенки пароотделителя вокруг обращенного внутрь отверстия перпендикулярны траектории движения подложки;
нижняя и верхняя стенки пароотделителя сближаются в направлении наружу;
пароотделитель имеет, в продольном сечении, форму трапеции, ориентированной в направлении, противоположном центральному корпусу;
внутренние стенки пароотделителя выполнены съемными;
терморегулирование пароотделителя обеспечивается контуром охлаждения, питаемого теплоносителем, выбранным из воды и азота.
Вторым объектом изобретения является способ непрерывного нанесения на движущуюся подложку покрытий, образованных из металла или металлического сплава, при этом способ включает в себя:
первый этап, на котором пары металла выпускают в направлении, по меньшей мере, одной стороны движущейся подложки, и на указанной стороне образуется первый слой металла или металлического сплава за счет конденсации первой части выпускаемых паров, и этот первый этап осуществляют в центральном корпусе, содержащем входное отверстие для подложки, выходное отверстие для подложки, расположенные на двух противоположных сторонах центрального корпуса, и внутренние стенки, нагретые при температуре выше температуры конденсации паров металла или металлического сплава;
второй этап, на котором на указанной стороне подложки формируют второй слой металла или металлического сплава за счет конденсации второй части выпускаемых паров, при этом второй этап осуществляют в пароотделителе, выполненном в виде внешнего корпуса, размещенного на выходном отверстии для подложки центрального корпуса и содержащего внутренние стенки, которые поддерживают при температуре ниже температуры конденсации паров металла или металлического сплава.
Второй этап в соответствии с изобретением может, кроме того, дополнительно осуществляться во втором пароотделителе, размещенном на выходном отверстии для подложки центрального корпуса.
Третьим объектом изобретения является комплект для сборки устройства для непрерывного нанесения на движущуюся подложку покрытий, образованных из металла или металлического сплава, при этом указанный комплект включает в себя:
центральный корпус, содержащий входное отверстие для подложки и выходное отверстие для подложки, расположенные на двух противоположных сторонах центрального корпуса, и выходное отверстие устройства для нанесения покрытия струей пара, при этом внутренние стенки центрального корпуса приспособлены к нагреванию при температуре выше температуры конденсации паров металла или металлического сплава;
пароотделитель в виде внешнего корпуса, приспособленного для размещения на выходном отверстии для подложки центрального корпуса, при этом указанный пароотделитель содержит обращенное внутрь отверстие, примыкающее к центральному корпусу, и обращенное наружу отверстие, расположенное с противоположной стороны пароотделителя, причем внутренние стенки пароотделителя способны поддерживаться при температуре ниже температуры конденсации паров металла или металлического сплава.
В соответствии с приведенными далее пояснениями изобретение основано на дополнении устройства пароотделителем, размещенным на выходном отверстии центрального корпуса так, что пары, выходящие из центрального корпуса, конденсируются как на подложке, так и на внутренних стенках пароотделителя, который, с одной стороны, повышает выход осаждения и, с другой стороны, предотвращает конденсацию паров на стенках вакуумной камеры.
Другие характерные особенности и преимущества изобретения будут описаны более подробно в приведенном далее описании изобретения.
Изобретение будет более понятным из последующего описания со ссылками на сопровождающие чертежи. Следует отметить, что описание приведено лишь в целях пояснения, и его никаким образом не следует рассматривать как ограничивающее изобретение.
На фиг.1 показано устройство согласно варианту осуществления изобретения, вид в разрезе;
на фиг.2 – вакуумная камера согласно варианту осуществления изобретения, вид, отображающий внутреннюю часть устройства.
Следует отметить, что используемые в настоящем описании понятия «нижний», «ниже», «обращенный внутрь», «внутрь», «обращенный наружу», «наружу, за пределы», «выше по направлению движения», «ниже по направлению движения», относятся к позициям и ориентациям различных составляющих элементов устройства, когда последнее установлено на линии вакуумного нанесения покрытия.
Задача изобретения заключается в нанесении на подложку покрытий, образованных из металла или металлических сплавов. В частности, задача заключается в получении цинковых или магний-цинковых покрытий. Однако способ не ограничивается этими покрытиями, но предпочтительно охватывает любые покрытия на основе одного единственного металла или металлического сплава, элементы которого имеют давления паров при температуре электролита в ванне, которые не отличается более чем на 10%, что облегчает контроль их соответствующего относительного содержания.
Что касается покрытий, то они могут быть образованы из цинка, используемого в качестве основного элемента, и дополнительного элемента (элементов), такого как хром, никель, титан, марганец, магний, кремний и алюминий, взятых по отдельности или в комбинации.
Толщина покрытия предпочтительно находится в интервале от 0,1 до 20 мкм. С одной стороны, при толщине покрытия менее 0,1 мкм защита подложки от коррозии может быть недостаточной. С другой стороны, для того чтобы обеспечить необходимый уровень коррозионной стойкости эта толщина не обязательно должна превышать 20 мкм, в частности, в автомобильной или строительной областях. Обычно при использовании в автомобильной отрасти толщина покрытия может быть ограничена величиной 10 мкм.
Как показано на фиг.1, устройство 1 в соответствии с изобретением содержит, в первую очередь, вакуумную камеру 2 и средства для перемещения подложки через камеру.
Эта вакуумная камера 2 представляет собой герметично уплотненный короб, который поддерживается при давлении в интервале от 10-8 до 10-3 бар. Указанный короб содержит входную шлюзовую камеру и выходную шлюзовую камеру (не показаны), между которыми может перемещаться подложка S, например, стальная полоса, по заданной траектории Р в направлении движения.
Подложка S может быть приспособлена для перемещения с помощью любых подходящих средств, в зависимости от свойств и формы указанной подложки. Может быть использован, в частности, вращающийся опорный ролик 3, несущий стальную полосу.
Вакуумная камера 2 содержит центральный корпус 4. Указанный корпус представляет собой короб, охватывающий траекторию Р движения подложки на заданной длине, как правило на длине от 2 до 8 м. Стенки корпуса ограничивают полость. Корпус содержит два отверстия, т.е. входное отверстие 5 для подложки и выходное отверстие 6 для подложки, размещенные с двух противоположных сторон центрального корпуса. Предпочтительно центральный корпус имеет форму параллелепипеда, ширина которого немного больше ширины подложек, подлежащих покрытию.
Стенки центрального корпуса приспособлены для того, чтобы быть нагретыми. Нагрев может быть обеспечен с помощью любых подходящих средств, таких, например, как индукционный нагреватель, нагреватели сопротивления, пучок электронов. Указанные средства нагревания приспособлены для нагревания внутренних стенок центрального корпуса до температуры достаточно высокой, чтобы предотвратить конденсацию на них паров металла или металлического сплава. Предпочтительно стенки центрального корпуса приспособлены для нагревания до температуры выше температуры конденсации металлических элементов, образующих наносимое покрытие, обычно до температуры выше 500°С, например, в интервале от 500°С до 700°С так, чтобы предотвратить конденсацию паров цинка или паров магний-цинкового сплава. Благодаря таким средствам нагрева внутренние стенки центрального корпуса не засоряются, и отсутствует необходимость в частом прекращении работы устройства для его очистки.
Как показано на фиг.2, в центральном корпусе 4, кроме того, размещено устройство 7 для нанесения покрытия струей пара, предпочтительно установленное на одной стороне центрального корпуса, ориентированной параллельно траектории движения подложки, вблизи поверхности подложки S, подлежащей покрыванию. Упомянутое устройство для нанесения покрытия приспособлено для напыления паров металла или металлического сплава на движущуюся подложку S. Устройство для нанесения покрытия предпочтительно содержит выходную камеру, содержащую узкое отверстие 71 для выпуска паров, длина которого близка к ширине покрываемой подложки.
Отверстие 71 для выпуска паров может иметь подходящую форму, например, форму щели, которая может быть выполнена, например, с регулируемой длиной и шириной. Возможность приспосабливания длины щели к ширине подложки, на которую наносится покрытие, позволяет минимизировать потери испаренного металла.
Устройство для нанесения покрытия представляет собой устройство для нанесения покрытия струей пара, выпускаемой со скоростью звука, т.е. устройство, способное генерировать струю пара со скоростью звука. Такой тип устройства для нанесения покрытий также обычно именуется JVD (Jet Vapor Deposition – струйное нанесение покрытий осаждением паров) устройством.
Более полное описание одного варианта устройства такого типа приведено в патентном документе WO97/47782. Устройство для нанесения покрытий может быть присоединено к любому виду генератора металлических паров, такому, например, как испарительный тигель с индукционным нагревом или генератор паров с магнитной левитацией.
Предпочтительно центральный корпус заключен в изоляционные панели, которые снаружи охвачены охлаждающими панелями. Это обеспечивает уменьшение тепловых потерь в вакуумной камере 2 и улучшение энергетической эффективности процесса, осуществляемого в центральном корпусе.
Благодаря описанной конструкции центрального корпуса, в частности, средств нагрева и устройства 7 для нанесения покрытий струей пара, пары металла или металлического сплава выпускаются в направлении, по меньшей мере, одной стороны подложки, и первый слой металла или металлического сплава формируется на этой стороне за счет конденсации первой части выпущенного пара, при отсутствии конденсации пара на внутренних стенках центрального корпуса.
Вакуумная камера 2, кроме того, содержит пароотделитель 8 в виде внешнего корпуса, размещенного на выходном отверстии 6 для подложки центрального корпуса 4, т.е. размещенного ниже по ходу движения относительно центрального корпуса в направлении движения подложки.
Предпочтительно вакуумная камера 2, кроме того, содержит второй пароотделитель 8 в виде внешнего корпуса, размещенного на входном отверстии 5 для подложки центрального корпуса 4, т.е. размещенного выше по ходу движения относительно центрального корпуса в направлении движения подложки.
Каждый пароотделитель 8 представляет собой короб, охватывающий траекторию движения подложки на заданной длине в направлении движения, обычно на длине в интервале от 0,2 до 7 м, например, на длине, составляющей от 0,5 до 3,5 ширины подложки. Стенки пароотделителя ограничивают полость. Пароотделитель содержит отверстие 9, обращенное внутрь, и отверстие 10, обращенное наружу, которые расположены на двух противоположных сторонах пароотделителя и обеспечивают возможность входа и выхода подложки из пароотделителя. Обращенное внутрь отверстие 9 примыкает к центральному корпусу, в то время как отверстие 10, обращенное наружу, находится с противоположной стороны.
Стенки пароотделителя приспособлены для терморегулирования. Терморегулирование может быть осуществлено с помощью любых подходящих средств, таких, например, как контур охлаждения, в котором циркулирует теплоноситель, например, вода или азот. Указанные средства терморегулирования приспособлены для поддерживания внутренних стенок пароотделителя при температуре достаточно низкой, что способствует конденсации паров металла или металлических сплавов на внутренних стенках, обычно при температуре ниже 100°С. Благодаря этим средствам терморегулирования пары металла или металлических сплавов, которые выходят из центрального корпуса, улавливаются и не выпускаются в вакуумную камеру, которая противном случае может быть засорена.
Благодаря наличию пароотделителя 8 часть выпущенных паров, которая не сконденсировалась на подложке в центральном корпусе 4, после выхода из центрального корпуса улавливается в полости небольшого размера по сравнению с внутренней полостью вакуумной камеры 2, что облегчает очистку устройства. Кроме того, выпущенные пары этой части располагают немного большим промежутком времени для конденсации и осаждения на подложке в виде второго слоя металла или металлического сплава, что повышает эффективность процесса нанесения покрытия за счет увеличения количества осажденных паров.
Каждый пароотделитель 8 находится в контакте с центральным корпусом 4. При этом обращенные внутрь отверстия 9 первого пароотделителя и второго пароотделителя выровнены с входным отверстием 5 для подложки центрального корпуса и выходным отверстием 6 для подложки центрального корпуса, соответственно, в результате чего образуется соответствующий канал, соединяющий центральный корпус с каждым пароотделителем.
В соответствии с одним вариантом изобретения пароотделитель имеет прямоугольную форму.
Предпочтительно стенки пароотделителя вокруг обращенного внутрь отверстия перпендикулярны траектории Р движения подложки. Благодаря такому расположению эти стенки находятся на максимально возможном расстоянии от упомянутых отверстий 5, 6 центрального корпуса, что уменьшает опасность засорения отверстий вследствие осаждения металла на холодных стенках пароотделителя вблизи отверстий. Благодаря такому расположению пар, поступающий в пароотделитель, кроме того, более предпочтительно конденсируются на подложке, а не на этих стенках, что дополнительно повышает эффективность процесса нанесения покрытия. Предпочтительно расстояние между нижней и верхней стенками пароотделителя уменьшается в направлении наружу, т.е. высота обращенной наружу стенки меньше высоты обращенной внутрь стенки. В результате пары захватываются более эффективно прежде, чем достигнут отверстия 10, обращенного наружу.
Более предпочтительно пароотделитель 8 имеет в продольном сечении трапецеидальную форму, при этом трапеция сужается в направлении противоположном расположению центрального корпуса. В такой конструкции основание трапеции расположено вертикально и прилегает к центральному корпусу. За счет такого расположения основания стенки пароотделителя вокруг отверстия центрального корпуса находятся на допустимо максимальном расстоянии от отверстия, что дополнительно уменьшает опасность засорения отверстия вследствие осаждения металла на холодных стенках пароотделителя, находящихся в непосредственной близости от отверстия. При такой конструкции края трапеции сближаются в направлении наружу, что позволяет захватить как можно большее количество паров до выхода этих паров через обращенное наружу отверстие 10.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения внутренние стенки пароотделителя 8 выполнен съемными для того чтобы облегчить их очистку. Вместо остановки технологической линии осаждения покрытия на продолжительный период времени для очистки устройства, засоренные внутренние стенки могут быть быстро удалены и заменены очищенными внутренними стенками.
На устройстве вакуумного нанесения покрытия были проведены испытания, чтобы оценить эффективность устройства, содержащего два пароотделителя, при испарении цинка.
Количество испаренного цинка определяли путем взвешивания испарительного тигеля, питающего устройство для нанесения покрытий струей паров, до и после проведения испытания. Количество осажденного цинка получено при контактировании пароотделителей с кислым раствором для растворения цинка. Растворенное количество затем измеряли с помощью индуктивно связанной плазмы. Отсутствие цинка, осажденного в вакуумной камере, было установлено визуально.
Первый опыт, проведенный со стальной подложкой шириной 500 мм, с выпускным отверстием 71 для паров, ширина которого была на 10 мм больше ширины стальной подложки с каждой её стороны, при давлении 10-1 мбар, показал, что при испарении 13,5 кг цинка в пароотделителе было осаждено 1,835 г цинка и отсутствовало осаждение цинка в вакуумной камере. Это соответствует выходу осаждения 99,99%.
Второй опыт, проведенный со стальной подложкой шириной 300 мм в менее благоприятных условиях, т.е. с выпускным отверстием для паров на 50 мм шире, чем ширина стальной подложки с каждой стороны подложки при давлении 10-1 мбар, показал, что при испарении 10,5 кг цинка в обращенном внутрь отверстии 9 пароотделителя было осаждено 4,915 г цинка и отсутствовало осаждение цинка в вакуумной камере. Это соответствует выходу осаждения 99,95%.
Сравнительное испытание, проведенное на устройстве в таких же условиях без пароотделителей, показало, что выход осаждения составляет 99,5%. Несмотря на указанную достаточно высокую величину, такой выход осаждения не может быть приемлемым на линии промышленной установки, поскольку количество осажденного цинка, за час работы промышленной установки, может составлять 6 кг, иначе говоря, после двухнедельной производственной кампании масса осажденного цинка составляет 2 тонны. Такому выходу осаждения соответствует выход нарастания 0,5%, что от 10 до 50 раз больше, чем выход нарастания, наблюдаемый при осуществлении изобретения.
Устройство в соответствии с изобретением применимо, в частности, но не только, к обработке металлических полос, независимо от того, были они покрыты предварительно или совсем не покрыты. Способ в соответствии с изобретением может быть, безусловно, использован для любых покрытых или непокрытых подложек, таких, например, как алюминиевая полоса, цинковая полоса, медная полоса, стеклянная полоса или полоса из керамики.
Claims (17)
1. Устройство (1) для непрерывного вакуумного нанесения на движущуюся подложку (S) покрытий, образованных из металла или металлического сплава, содержащее вакуумную камеру (2), через которую способна перемещаться подложка (S) по заданной траектории (Р), при этом вакуумная камера дополнительно содержит:
центральный корпус (4), имеющий входное отверстие (5) для подложки и выходное отверстие (6) для подложки, расположенные на двух противоположных сторонах центрального корпуса, и устройство (7) для нанесения покрытия струей пара, при этом внутренние стенки центрального корпуса приспособлены к нагреванию при температуре, превышающей температуру конденсации паров металла или металлического сплава;
пароотделитель (8) в виде внешнего корпуса, размещенного на выходном отверстии (6) для подложки центрального корпуса, содержащий обращенное внутрь отверстие (9), примыкающее к центральному корпусу, и обращенное наружу отверстие (10), расположенное с противоположной стороны пароотделителя, причем внутренние стенки пароотделителя приспособлены поддерживаться при температуре ниже температуры конденсации паров металла или металлического сплава.
2. Устройство для вакуумного нанесения покрытий по п.1, дополнительно содержащее второй пароотделитель (8), размещенный на входном отверстии (5) для подложки центрального корпуса.
3. Устройство для вакуумного нанесения покрытий по п.1 или 2, в котором длина пароотделителя (8) в направлении движения подложки составляет от 0,5 до 3,5 ширины подложки.
4. Устройство для вакуумного нанесения покрытий по любому из пп. 1-3, в котором стенки пароотделителя (8) вокруг обращенного внутрь отверстия (9) расположены перпендикулярно траектории (Р) движения подложки.
5. Устройство для вакуумного нанесения покрытий по любому из пп. 1-4, в котором нижняя и верхняя стенки пароотделителя сближаются в направлении наружу.
6. Устройство для вакуумного нанесения покрытий по любому из пп. 1-5, в котором пароотделитель (8) имеет в продольном сечении форму трапеции, ориентированной в направлении, противоположном центральному корпусу (4).
7. Устройство для вакуумного нанесения покрытий по любому из пп. 1-6, в котором внутренние стенки пароотделителя (8) выполнены съемными.
8. Устройство для вакуумного нанесения покрытий по любому из пп. 1-7, в котором терморегулирование пароотделителя (8) осуществляется с помощью контура охлаждения, питаемого теплоносителем, выбранным из воды и азота.
9. Способ непрерывного нанесения на движущуюся подложку (S) покрытий, образованных из металла или металлического сплава, при этом способ включает:
первый этап, на котором пары металла выпускают в направлении по меньшей мере одной стороны движущейся подложки, и на указанной стороне образуется первый слой металла или металлического сплава за счет конденсации первой части выпускаемого пара, и этот первый этап осуществляют в центральном корпусе (4), содержащем входное отверстие (5) для подложки и выходное отверстие (6) для подложки, расположенные на двух противоположных сторонах центрального корпуса, и внутренние стенки, нагретые при температуре выше температуры конденсации паров металла или металлического сплава;
второй этап, на котором на указанной стороне формируют второй слой металла или металлического сплава за счет конденсации второй части выпускаемого пара, при этом второй этап осуществляют в пароотделителе (8), выполненном в виде внешнего корпуса, размещенного на выходном отверстии (6) для подложки центрального корпуса и содержащего внутренние стенки, которые поддерживают при температуре ниже температуры конденсации паров металла или металлического сплава.
10. Способ по п.9, в котором второй этап дополнительно осуществляют во втором пароотделителе (8), размещенном на входном отверстии (5) центрального корпуса.
11. Комплект для сборки устройства для непрерывного вакуумного нанесения на движущуюся подложку (S) покрытий, образованных из металла или металлического сплава, включающий:
центральный корпус (4), содержащий входное отверстие (5) для подложки и выходное отверстие (6) для подложки, расположенные на двух противоположных сторонах центрального корпуса, и выпускное отверстие (71) для паров устройства (7) для нанесения покрытия струей пара, при этом внутренние стенки центрального корпуса приспособлены для нагревания при температуре выше температуры конденсации паров металла или металлического сплава;
пароотделитель (8) в виде внешнего корпуса, приспособленного для размещения на выходном отверстии (6) для подложки центрального корпуса, содержащего обращенное внутрь отверстие (9), примыкающее к центральному корпусу, и обращенное наружу отверстие (10), расположенное с противоположной стороны пароотделителя, при этом внутренние стенки пароотделителя приспособлены поддерживаться при температуре ниже температуры конденсации паров металла или металлического сплава.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/IB2017/057943 WO2019116081A1 (en) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | Vacuum deposition facility and method for coating a substrate |
| IBPCT/IB2017/057943 | 2017-12-14 | ||
| PCT/IB2018/059856 WO2019116214A1 (en) | 2017-12-14 | 2018-12-11 | Vacuum deposition facility and method for coating a substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2741042C1 true RU2741042C1 (ru) | 2021-01-22 |
Family
ID=60937822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020123166A RU2741042C1 (ru) | 2017-12-14 | 2018-12-11 | Устройство для вакуумного нанесения покрытия и способ нанесения покрытия на подложку |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US12054821B2 (ru) |
| EP (1) | EP3724367A1 (ru) |
| JP (1) | JP7089031B2 (ru) |
| KR (1) | KR102503599B1 (ru) |
| CN (1) | CN111479950A (ru) |
| AU (1) | AU2018385554B2 (ru) |
| CA (1) | CA3084328C (ru) |
| MA (1) | MA51143A (ru) |
| MX (1) | MX2020006058A (ru) |
| RU (1) | RU2741042C1 (ru) |
| UA (1) | UA125835C2 (ru) |
| WO (2) | WO2019116081A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA202003072B (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102021101383A1 (de) | 2021-01-22 | 2022-07-28 | Thyssenkrupp Steel Europe Ag | Verfahren zur kontinuierlichen Beschichtung eines Bands und Beschichtungsanlage |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997047782A1 (fr) * | 1996-06-13 | 1997-12-18 | Centre De Recherches Metallurgiques-Centrum Voor Research In De Metallurgie | Procede et dispositif pour revetir en continu un substrat en mouvement au moyen d'une vapeur metallique |
| RU2388846C2 (ru) * | 2005-05-31 | 2010-05-10 | Корус Текнолоджи Бв | Устройство и способ для нанесения покрытия на подложку |
| US20110142746A1 (en) * | 2009-12-15 | 2011-06-16 | Primestar Solar, Inc. | SYSTEM AND PROCESS FOR CADMIUM TELLURIDE (CdTe) RECLAMATION IN A VAPOR DEPOSITION CONVEYOR ASSEMBLY |
| US20120291708A1 (en) * | 2010-01-27 | 2012-11-22 | Byeong Min Bak | Vacuum deposition apparatus |
| RU2471015C2 (ru) * | 2007-03-02 | 2012-12-27 | Эрликон Солар АГ | Вакуумная установка для нанесения покрытий |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002294456A (ja) | 2001-03-30 | 2002-10-09 | Oki Electric Ind Co Ltd | 膜の形成方法及びその方法を実施するためのｃｖｄ装置 |
| JP3694470B2 (ja) * | 2001-05-31 | 2005-09-14 | 沖電気工業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US7122221B2 (en) * | 2001-08-01 | 2006-10-17 | Danieli Technology, Inc. | Method and apparatus for metal vapor coating |
| DE102004041855B4 (de) * | 2004-04-27 | 2007-09-13 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen thermischen Vakuumbeschichtung |
| DE102004041854B4 (de) * | 2004-04-27 | 2008-11-13 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Vakuumbeschichtung |
| EP1945830A1 (en) * | 2005-11-08 | 2008-07-23 | Hilmar Weinert | Carrier with porous vacuum coating |
| US20080072822A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | White John M | System and method including a particle trap/filter for recirculating a dilution gas |
| JP5730496B2 (ja) * | 2009-05-01 | 2015-06-10 | 株式会社日立国際電気 | 熱処理装置、半導体デバイスの製造方法および基板処理方法 |
| CN101608301B (zh) * | 2009-06-24 | 2011-12-07 | 江苏常松机械集团有限公司 | 连续真空等离子蒸发金属复合材料生产线 |
| US20120034733A1 (en) * | 2010-08-05 | 2012-02-09 | Aventa Technologies Llc | System and method for fabricating thin-film photovoltaic devices |
| KR101114832B1 (ko) * | 2011-05-31 | 2012-03-06 | 에스엔유 프리시젼 주식회사 | 진공증착장치 |
| JP6559423B2 (ja) * | 2011-08-05 | 2019-08-14 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 蒸気を処理するためのシステム及び方法 |
| KR101184679B1 (ko) * | 2012-04-26 | 2012-09-24 | (주)이화 | 엘씨디 유기물 처리용 콜드트랩 장치 |
| UA116262C2 (uk) * | 2013-08-01 | 2018-02-26 | Арселорміттал | Сталевий лист з цинковим покриттям |
| CN108026630B (zh) * | 2015-09-24 | 2020-07-07 | 夏普株式会社 | 蒸镀源和蒸镀装置以及蒸镀膜制造方法 |
| CN106198125A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-12-07 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 一种气体提取与收集装置 |
| WO2019239185A1 (en) * | 2018-06-13 | 2019-12-19 | Arcelormittal | Vacuum deposition facility and method for coating a substrate |
-
2017
- 2017-12-14 WO PCT/IB2017/057943 patent/WO2019116081A1/en active Application Filing
-
2018
- 2018-12-11 WO PCT/IB2018/059856 patent/WO2019116214A1/en active Application Filing
- 2018-12-11 EP EP18833519.4A patent/EP3724367A1/en active Pending
- 2018-12-11 RU RU2020123166A patent/RU2741042C1/ru active
- 2018-12-11 MX MX2020006058A patent/MX2020006058A/es unknown
- 2018-12-11 CA CA3084328A patent/CA3084328C/en active Active
- 2018-12-11 JP JP2020532619A patent/JP7089031B2/ja active Active
- 2018-12-11 CN CN201880080355.2A patent/CN111479950A/zh active Pending
- 2018-12-11 UA UAA202004225A patent/UA125835C2/uk unknown
- 2018-12-11 MA MA051143A patent/MA51143A/fr unknown
- 2018-12-11 US US16/770,850 patent/US12054821B2/en active Active
- 2018-12-11 KR KR1020207018127A patent/KR102503599B1/ko active IP Right Grant
- 2018-12-11 AU AU2018385554A patent/AU2018385554B2/en active Active
-
2020
- 2020-05-25 ZA ZA2020/03072A patent/ZA202003072B/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997047782A1 (fr) * | 1996-06-13 | 1997-12-18 | Centre De Recherches Metallurgiques-Centrum Voor Research In De Metallurgie | Procede et dispositif pour revetir en continu un substrat en mouvement au moyen d'une vapeur metallique |
| RU2388846C2 (ru) * | 2005-05-31 | 2010-05-10 | Корус Текнолоджи Бв | Устройство и способ для нанесения покрытия на подложку |
| RU2471015C2 (ru) * | 2007-03-02 | 2012-12-27 | Эрликон Солар АГ | Вакуумная установка для нанесения покрытий |
| US20110142746A1 (en) * | 2009-12-15 | 2011-06-16 | Primestar Solar, Inc. | SYSTEM AND PROCESS FOR CADMIUM TELLURIDE (CdTe) RECLAMATION IN A VAPOR DEPOSITION CONVEYOR ASSEMBLY |
| US20120291708A1 (en) * | 2010-01-27 | 2012-11-22 | Byeong Min Bak | Vacuum deposition apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2018385554A1 (en) | 2020-06-11 |
| CA3084328C (en) | 2022-05-31 |
| WO2019116214A1 (en) | 2019-06-20 |
| MA51143A (fr) | 2021-03-24 |
| MX2020006058A (es) | 2020-08-20 |
| JP2021507101A (ja) | 2021-02-22 |
| CA3084328A1 (en) | 2019-06-20 |
| US12054821B2 (en) | 2024-08-06 |
| KR20200092996A (ko) | 2020-08-04 |
| KR102503599B1 (ko) | 2023-02-23 |
| JP7089031B2 (ja) | 2022-06-21 |
| ZA202003072B (en) | 2021-08-25 |
| UA125835C2 (uk) | 2022-06-15 |
| AU2018385554B2 (en) | 2021-02-25 |
| US20210164088A1 (en) | 2021-06-03 |
| CN111479950A (zh) | 2020-07-31 |
| BR112020010757A2 (pt) | 2020-11-17 |
| EP3724367A1 (en) | 2020-10-21 |
| WO2019116081A1 (en) | 2019-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107109626B (zh) | 用于在部件的表面上形成涂层的装置 | |
| KR101235457B1 (ko) | 기판 코팅장치 및 방법 | |
| US3690635A (en) | Condensate collection means | |
| RU2741042C1 (ru) | Устройство для вакуумного нанесения покрытия и способ нанесения покрытия на подложку | |
| UA128404C2 (uk) | Установка для вакуумного осадження покриттів і спосіб нанесення покриттів на підкладку | |
| WO1997037052A1 (fr) | Procede et dispositif de deposition de revetement poreux et feuille cathodique de condensateur electrolytique | |
| JP2018501406A (ja) | 蒸気流から粒子を除去するためのフィルターデバイス | |
| KR101777777B1 (ko) | 고속 코팅용 진공 증착 장치 | |
| RU2744334C1 (ru) | Устройство для вакуумного нанесения покрытия и способ нанесения покрытия на подложку | |
| RU2775991C1 (ru) | Установка для вакуумного осаждения покрытий и способ нанесения покрытий на подложку | |
| JPS63238264A (ja) | 蒸着物質の蒸気およびクラスタ−噴出装置 | |
| BR112020010757B1 (pt) | Instalação de deposição a vácuo, processo para depositar continuamente e kit para montagem de uma instalação de deposição a vácuo | |
| KR20180073961A (ko) | 원료 공급장치 및 이를 포함하는 진공 증착장치 |