WO2018041600A1 - Verfahren zur aerosoldeposition und verfahren zur herstellung eines keramikteils und vorrichtung zur herstellung von schichten - Google Patents

Verfahren zur aerosoldeposition und verfahren zur herstellung eines keramikteils und vorrichtung zur herstellung von schichten Download PDF

Info

Publication number
WO2018041600A1
WO2018041600A1 PCT/EP2017/070395 EP2017070395W WO2018041600A1 WO 2018041600 A1 WO2018041600 A1 WO 2018041600A1 EP 2017070395 W EP2017070395 W EP 2017070395W WO 2018041600 A1 WO2018041600 A1 WO 2018041600A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
particles
aerosol
deposition
powder
filtered
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/070395
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Denneler
Philipp Glosse
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2018041600A1 publication Critical patent/WO2018041600A1/de

Links

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
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0856—Manufacture or treatment of devices comprising metal borides, e.g. MgB2

Definitions

  • the invention relates to a method for aerosol deposition and to a method for producing a ceramic part and to an apparatus for producing layers.
  • a starting material for example ceramic
  • a vacuum of about 1 to 20 mb
  • the aerosol-transferred particles are subsequently sprayed onto a substrate.
  • the economic individu ⁇ particles form a dense layer of the starting material.
  • the intended starting material is not in pure form, but the powder contains impurities.
  • impurities particularly in the case of nitridic or non-oxidic materials or in the case of intermetallic compounds, in particular borides, such as magnesium diboride (MgB 2 ), mixed oxides and / or impurities often form during the preparation of the powder or when the powder is handled by contact with oxygen or moisture which, in the case of aerosol deposition, can influence the properties of the forming layer as well as the deposition process itself.
  • a powder with particles of at least two substances is used.
  • the powder is first converted into an aerosol on ⁇ .
  • the powder ie the particles of the Ae ⁇ rosols, subjected to a deposition.
  • particles of at least one substance are filtered in the aerosol and prior to the deposition.
  • the particles are preferably filtered by charging the particles with a charge as a function of the substance of the particle and filtering them based on their charge.
  • the particles are suitably electrically charged by known methods for particle charging, in particular by means of contact charging or by means of field charging or other methods, such as by means of a plasma method or a Ionisationsverfah ⁇ proceedings.
  • the particles are filtered as a function of their mass or their ratio of mass and electrical charge to one another.
  • the filtering of the particles takes place analogously for the filtration of atoms or molecules in the
  • the particles are filtered depending on their size or their ratio of size and mass and / or size and electrical charge to each other.
  • the particles by means of a magnetic and / or elekt ⁇ generic field Particularly preferred are filtered in the method according to the invention.
  • the particles are filtered by means of a gas stream, preferably selectively according to the size or the ratio of particle cross-sectional area to the mass of the particles.
  • the particles are expediently filtered by means of a swirl nozzle.
  • the powder is formed at least with a ceramic powder, in particular a nitridic and / or boridic powder.
  • the particles are, after they have been ge ⁇ filtered, subjected to deposition on a substrate.
  • the substrate is oriented such that the substrate, ie, covers at least one surface of the sub ⁇ strats obliquely, preferably transversely to the direction of movement of the particles.
  • the device according to the invention for the production of layers on substrates is in particular a device for the production of superconducting layers on substrates.
  • the inventive device is formed, a dung OF INVENTION ⁇ method according to the aerosol deposition as described above execute.
  • the device according to the invention comprises an aerosol deposition device, which is designed to first transfer a powder of particles into an aerosol and subsequently to subject it to deposition.
  • the device comprises a separation device, which is designed to filter the particles in the aerosol and before deposition.
  • the separation device of the apparatus according to Inventive ⁇ comprises a gas nozzle, wherein the gas nozzle preference ⁇ as obliquely, in particular horizontal or vertical, is oriented to a beam direction of a nozzle of the aerosol deposition equipment.
  • the separating device comprises a charging device for electrically charging the particles and / or a magnet for separating charged particles, in particular by means of spatial separation due to the Lorentz force, and / or a field generating means for generating an electric electric field, preferably a charging arrangement, in particular a capacitor.
  • the ceramic part is formed by a method for aerosol deposition as has been described above .
  • the ceramic part in particular ⁇ the high-temperature superconductor, easily with high purity and the associated advantages form.
  • FIG. 1 shows an arrangement for carrying out a method according to the invention for aerosol deposition with a particle-selective gas jet and
  • FIG. 2 shows a further arrangement for carrying out a further inventive method for aerosol deposition with a particle-selecting magnetic field schematically in longitudinal section.
  • the arrangement shown in Fig. 1 for carrying out a method according to the invention is an arrangement for aerosol deposition and includes in a conventional manner a not specifically shown carrier gas inlet and not explicitly ⁇ zit shown in the drawing aerosol chamber, wherein by means of the carrier gas supply a carrier gas into the aerosol chamber is initiated.
  • a powder is converted into an aerosol by the carrier gas is so flowed through the Pul ⁇ ver, that the carrier gas entrains the powder due to the flow of the carrier gas with them.
  • the arrangement shown in Fig. 1 is identical to the device, as described in the drawing Figure 1 and the associated description of DE 10 2010 031 741 B4.
  • the disclosure content of the pre ⁇ publication mentioned expressly included in the present Appli ⁇ with dung.
  • the inventive method for aerosol deposition is not performed with a fabric-free powder, but the powder has at least one powder with particles of two different substances.
  • the aerosol 10 is, as described in the above cited document - in the embodiment shown without a conditioner - guided to a nozzle 20, which together with a substrate 30 in a coating chamber (not explicitly shown).
  • a reduced pressure compared to normal pressure of a few, in the illustrated embodiment five millibar (the pressure may be in further embodiments, about a millibar or 20 millibar, for example).
  • the powder flows from the nozzle 20 accelerated into the interior of the coating chamber and is deposited on the substrate 30 by the jet of particles 50, 60 of the powder striking the substrate 30.
  • impact consolidation a dense layer of the material of the respective particles forms on the substrate.
  • the particles 50, 60 of both substances would be deposited on the substrate 30 by the particles of both substances leaving the nozzle 20 along an axis A which forms the axis of symmetry of the nozzle 20.
  • the illustrated arrangement additionally comprises, according to the invention, a gas nozzle 40, by means of which the particles can be deflected from the axis A in a mass and size-selective manner.
  • the gas nozzle 40 is arranged in such a way that the gas nozzle 40 carries gas 45 with it high velocity ⁇ perpendicular to the axis A and along the axis B flows to the particles 50, 60 of both substances.
  • the larger particles 50 of the first substance are only slightly influenced by the flow of the gas 45 of the gas nozzle 40, ie compared to the particles 60 of the second substance, the particles 50 of the first substance move away from the axis A less the particles 50, 60 of the first and second substances separate spatially from deposition and are thus spatially filtered.
  • the particles 50 of the first material impinge on the substrate 30.
  • the substrate 30 is formed as a flat part with each other derive ⁇ facing and parallel to each other extending flat sides.
  • the particles 50 of the first web facing flat side is almost perpendicular to a BEWE ⁇ supply direction T of the particles 50 oriented, that is the included angle between the surface and the direction of movement t is ⁇ at most 90 degrees and at least 80, in the illustrated embodiment at least 85 degrees. In this way, the education the particles 50 efficiently and with high quality and purity material ⁇ a layer of first material from.
  • the particles 60 of the second substance are masked out by means of a blen ⁇ de 70 and collected.
  • the nozzle 20 is not as described above, a kon ⁇ conventional nozzle 20, but a swirl nozzle. in principle However, the principle remains the spatial separation as described above are identical and can be worn directly over ⁇ ⁇ to this more from management for no technical difficulties.
  • FIG. 2 shows by way of example a pair of magnetic pole pieces 340.
  • the pole shoes 340 each have a pole face, the two pole faces in total facing each other and extending parallel to each other in their planar directions.
  • the nozzle 20 is arranged such that it sprays particles 50, 60 along a sol ⁇ Chen axis A, which runs gleichabstuza to the pole ⁇ shoes 340 and parallel to the pole faces.
  • the pole shoes 340 generate a magnetic field 345 which is homogeneous in the space region between the pole shoes and which, in the exemplary embodiment shown in FIG. 2, is directed away from the viewer and perpendicularly into the plane of the drawing.
  • the particles 50, 60 are electrically charged by means not shown separately charging means, ie the particles 50, 60 arrive - at least largely - each electrically charged as aerosol 310 into the nozzle 20.
  • the electric charging device is designed for particle charging.
  • the charging device By means of the charging device, the electrical ⁇ cal charging of the particles 50, 60 in a known per se, in the embodiment shown by Maisaufla ⁇ tion.
  • other charging devices known to the person skilled in the art for the application of known methods may also be used.
  • be used for particle charging for example, for field charging of particles or other methods.
  • the particles 50, 60 are sprayed along the axis A into the space between the pole shoes 340, ie into the homogeneous magnetic field.
  • the particles 50 having a higher mass ratio of the particles 50 for electric charge of the particles 50 leave the space region located between the pole shoes 340 and are guided to a substrate 30 where they are deposited on the substrate 30 as described above.
  • the particles 50 of the first substance meet as in the above embodiment be ⁇ written to the substrate 30.
  • the sub ⁇ strat 30 is remote from the flat part with each other and parallel to each other extending flat sides trained det.
  • the particles 50 of the first web facing flat ⁇ page is almost perpendicular to a moving direction t of the particles 50 oriented. That is, the angle of the direction of movement t includes with the surface of the flat side an angle ⁇ , which is at least 85 degrees and at most 90 degrees. In this way, the particles 50 form a layer of the first material efficiently and with high quality and purity.
  • the particles 60 with a lower ratio of mass of the particles 60 to the electric charge of the particles 60 are blanked out and collected as described with reference to FIG. 1 by means of the diaphragm 70.
  • a separation of the particles 50, 60 by means of an electric field instead of a magnetic field 340 take place.
  • the particles 50, 60 are electrically charged and between the
  • Capacitor plates of an electrically charged capacitor sprayed and spatially separated due to the Coulombkraft are Capacitor plates of an electrically charged capacitor sprayed and spatially separated due to the Coulombkraft.
  • the particles 50 of the first material may be magnesium diboride, which is deposited on the substrate 30 to produce a superconductor, i.
  • a high temperature superconductor is made of magnesium diboride.
  • Stoffs can be, for example, magnesium oxide, which contaminates as known per se magnesium diboride powder during manufacture or handling and complicates the formation of practical superconducting layers ⁇ .
  • the pathways of the first and second substances can also be interchanged with each other, wherein at the same time substrate 30 and aperture 70 are interchanged, so that those particles which deviate more strongly from their actual path predetermined by the nozzle 20 alone, subsequently on the substrate 30 be deposited and diejeni ⁇ gen particles which are deflected less strongly, hidden by means of the aperture 70 and collected.
  • the substances can be other materials, for example instead of a boride material a nitridic ceramic are used ⁇ attracted.
  • FIG. 1 and FIG. 2 represent exemplary embodiments of devices according to the invention for producing layers.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

Bei dem Verfahren zur Aerosoldeposition wird ein Pulver mit Partikeln zumindest zweier Stoffe herangezogen, wobei das Pulver zunächst in ein Aerosol überführt und nachfolgend einer Deposition unterworfen wird, wobei Partikel zumindest eines Stoffs im Aerosol und vor Deposition gefiltert werden. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Keramikteils, insbesondere eines Hochtemperatur-Supraleiters, wird das Keramikteil mit einem solchen Verfahren zur Aerosoldeposition gebildet.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Aerosoldeposition und Verfahren zur Herstellung eines Keramikteils und Vorrichtung zur Herstellung von
Schichten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aerosoldeposition sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikteils und eine Vorrichtung zur Herstellung von Schichten.
Es ist bekannt, dichte Schichten eines Materials mittels Ae¬ rosoldeposition zu fertigen. Dazu wird ein Ausgangsmaterial, beispielsweise Keramik, in Pulverform herangezogen, welches in ein Vakuum von etwa 1 bis 20 mb hinein beschleunigt wird. Die ins Aerosol überführten Partikel werden nachfolgend auf ein Substrat aufgesprüht. Beim Aufprall bilden die individu¬ ellen Partikel eine dichte Schicht des Ausgangsmaterials aus.
In bestimmten Fällen liegt das vorgesehene Ausgangsmaterial nicht in reiner Form vor, sondern das Pulver enthält Verunreinigungen. Insbesondere bei nitridischen oder nichtoxid- ischen Werkstoffen oder im Falle intermetallischer Verbindungen, wie insbesondere Boriden, etwa Magnesiumdiborid (MgB2) , bilden sich häufig bei der Herstellung des Pulvers oder bei der Handhabung des Pulvers durch Kontakt mit Sauerstoff oder Feuchtigkeit Mischoxide und/oder Verunreinigungen aus, welche bei der Aerosoldeposition die Eigenschaften der sich ausbildenden Schicht sowie den Abscheideprozess selbst beeinflussen können .
Insbesondere bei der Fertigung von Hochtemperatur- Supraleitern wie Magnesiumdiborid (MgB2) ist eine Verunreini¬ gung des Magnesiumdiborid-Pulvers durch Magnesiumoxid- Partikel (MgO-Partikel ) kritisch, da sich Magnesiumoxid- schichten bei der Aerosoldeposition ausbilden. Verunreinigungen haben jedoch einen großen Einfluss auf die Eignung der hergestellten Schichten als Supraleiter, so dass die bislang bekannte Aerosoldepositionsmethode kein praxistaugliches Her¬ stellungsverfahren bildet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Aero- soldeposition bereitzustellen, mittels welchem materialreinere Schichten herstellbar sind. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikteils anzugeben, mittels welchem sich das Keramikteil mit einer hohen Reinheit, insbesondere ein Hochtemperatur-Supraleiter mit ei- ner hohen Reinheit, herstellen lässt. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Herstellung von Schichten anzugeben, mit welcher die vorgenannten Verfahren ausführbar sind . Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren zur Aerosoldeposition mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren zur Herstellung eines Keramikteils mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen und mit einer Vorrichtung zur Herstellung von Schichten mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aerosoldeposition wird ein Pulver mit Partikeln zumindest zweier Stoffe herangezogen. Dabei wird das Pulver zunächst in ein Aerosol über¬ führt. Nachfolgend wird das Pulver, d.h. die Partikel des Ae¬ rosols, einer Deposition unterworfen. Erfindungsgemäß werden dabei Partikel zumindest eines Stoffs im Aerosol und vor De- position gefiltert.
Bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Partikel gefiltert, indem die Partikel elektrisch abhängig vom Stoff des Partikels mit einer Ladung geladen werden und auf- grund ihrer Ladung gefiltert werden. Dazu werden die Partikel geeignet mittels bekannter Verfahren zur Partikelaufladung elektrisch geladen, insbesondere mittels Kontaktaufladung oder mittels Feldaufladung oder sonstiger Verfahren, etwa mittels eines Plasma-Verfahrens oder eines Ionisationsverfah¬ rens .
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens werden die Partikel abhängig von ihrer Masse oder ihrem Verhältnis von Masse und elektrischer Ladung zueinander gefiltert. Zweckmäßig erfolgt die Filterung der Partikel ana¬ log zur Filterung von Atomen oder Molekülen in der
Massenspektrometrie .
Vorzugsweise werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Partikel abhängig von ihrer Größe oder ihrem Verhältnis von Größe und Masse und/oder von Größe und elektrischer Ladung zueinander gefiltert.
Besonders bevorzugt werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Partikel mittels eines magnetischen und/oder elekt¬ rischen Feldes gefiltert. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden bei dem Verfahren die Partikel mittels eines Gasstroms gefiltert, vorzugsweise selektiv nach der Größe oder dem Verhältnis von Partikelquerschnittsfläche zur Masse der Partikel. Zweckmäßig werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Partikel mittels einer Dralldüse gefiltert.
Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Pulver zumindest mit einem keramischen Pulver, insbesondere ei- nem nitridischen und/oder boridischen Pulver, gebildet.
Gerade keramische Pulver wie nitridische oder boridische Pul¬ ver sind zur Herstellung von Keramiken wie insbesondere von Hochtemperatursupraleitern in besonders reiner Form er- wünscht, da jede Verunreinigung, etwa durch oxidische Be¬ standteile, die Hochtemperatursupraleiter-Eigenschaften empfindlich stören oder gar verhindern kann. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Partikel, nachdem sie ge¬ filtert worden sind, einer Deposition auf einem Substrat unterzogen. Dabei wird das Substrat derart orientiert, dass sich das Substrat, d.h. zumindest eine Oberfläche des Sub¬ strats, schräg, vorzugsweise quer, zur Bewegungsrichtung der Partikel erstreckt. Vorzugsweise schließt dabei die Bewe¬ gungsrichtung der Partikel mit einer den Partikeln zugewandten Oberfläche einen Winkel ein, welcher zweckmäßig mindes- tens 80 Grad und höchstens 90 Grad, besonders bevorzugt min¬ destens 85 Grad, beträgt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Schichten auf Substraten ist insbesondere eine Vorrichtung zur Her- Stellung von supraleitenden Schichten auf Substraten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ausgebildet, ein erfin¬ dungsgemäßes Verfahren zur Aerosoldeposition wie es zuvor beschrieben ist, auszuführen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst dazu eine Aerosoldepositionseinrichtung, die ausgebildet ist, ein Pulver von Partikeln zunächst in ein Aerosol zu überführen und nachfolgend einer Deposition zu unterwerfen. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Trennvorrichtung, die ausgebildet ist, die Partikel im Aerosol und vor Deposi- tion zu filtern.
Geeigneterweise umfasst die Trennvorrichtung der erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung eine Gasdüse, wobei die Gasdüse vorzugs¬ weise schräg, insbesondere quer oder senkrecht, zu einer Strahlrichtung einer Düse der Aerosoldepositionseinrichtung orientiert ist.
Alternativ oder zusätzlich umfasst die Trennvorrichtung eine Ladeeinrichtung zur elektrischen Ladung der Partikel und/oder einen Magneten zur Trennung geladener Partikel, insbesondere mittels räumlicher Trennung aufgrund der Lorentzkraft, und/oder ein Felderzeugungsmittel zur Erzeugung eines elekt- rischen Feldes, vorzugsweise eine Ladungsanordnung, insbesondere einen Kondensator.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Keramikteils, insbesondere eines Hochtemperatur-Supraleiters, wird das Keramikteil mit einem Verfahren zur Aerosoldepositi¬ on wie es zuvor beschrieben worden ist, gebildet. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich das Keramikteil, ins¬ besondere der Hochtemperatur-Supraleiter, leicht mit hoher Reinheit und den damit verbunden Vorteilen ausbilden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung darge¬ stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aerosoldeposition mit einem partikelselektierenden Gasstrahl sowie
Figur 2 eine weitere Anordnung zur Durchführung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aerosoldeposition mit einem partikelselektierenden Magnetfeld schematisch im Längsschnitt.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Anordnung zur Aerosoldeposition und umfasst in an sich bekannter Weise eine nicht eigens dargestellte Trägergaszuleitung und eine nicht expli¬ zit in der Zeichnung abgebildete Aerosolkammer, wobei mittels der Trägergaszuleitung ein Trägergas in die Aerosolkammer eingeleitet wird. In der Aerosolkammer wird ein Pulver in ein Aerosol überführt, indem das Trägergas derart durch das Pul¬ ver geströmt wird, dass das Trägergas das Pulver infolge der Strömung des Trägergases mit sich reißt. In dieser Hinsicht ist die in Fig. 1 dargestellte Anordnung baugleich mit der Vorrichtung, wie sie in der Zeichnungsfigur 1 und der zugehörigen Beschreibung der DE 10 2010 031 741 B4 beschrieben ist. Insoweit sei der Offenbarungsgehalt der vor¬ genannten Druckschrift ausdrücklich in die vorliegende Anmel¬ dung mit einbezogen.
Im Unterschied zur genannten Druckschrift wird bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung das erfindungsgemäße Verfahren zur Aerosoldeposition nicht mit einem stoffreinen Pulver durchgeführt, sondern das Pulver weist zumindest ein Pulver mit Partikeln zweier voneinander verschiedener Stoffe auf. Die Partikel eines Stoffs unterscheiden sich von jenen Parti- kein des anderen Stoffs neben dem Stoff selbst in der Größe der jeweiligen Partikel sowie der Dichte und Masse der jewei¬ ligen Partikel.
Nachdem das Pulver mit diesen Partikeln zweier Stoffe in ein Aerosol überführt worden ist, wird das Aerosol 10 wie in der oben zitierten Druckschrift beschrieben - im gezeigten Ausführungsbeispiel ohne einen Konditionierer - an eine Düse 20 geführt, welche sich zusammen mit einem Substrat 30 in einer Beschichtungskammer (nicht explizit dargestellt) befindet. In der Beschichtungskammer herrscht ein gegenüber Normaldruck verringerter Druck von einigen wenigen, im gezeigten Ausführungsbeispiel fünf, Millibar (der Druck kann in weiteren Ausführungsbeispielen auch etwa ein Millibar oder beispielsweise 20 Millibar betragen) . Das Pulver strömt aus der Düse 20 be- schleunigt in das Innere der Beschichtungskammer und wird auf das Substrat 30 deponiert, indem der Strahl der Partikel 50, 60 des Pulvers auf das Substrat 30 trifft. Auf dem Substrat kommt es infolge sogenannter „Impact consolidation" zur Ausbildung einer dichten Schicht des Materials der jeweiligen Partikel.
Gemäß dem in der oben zitierten Druckschrift dargelegten Stand der Technik würden die Partikel 50, 60 beider Stoffe auf das Substrat 30 abgeschieden werden, indem die Partikel beider Stoffe die Düse 20 entlang einer Achse A, welche die Symmetrieachse der Düse 20 bildet, verlassen. Gem. Fig. 1 hingegen umfasst die dargestellte Anordnung allerdings erfindungsgemäß zusätzlich eine Gasdüse 40, mittels welcher die Partikel massen- und größenselektiv von der Achse A abgelenkt werden können: Die Gasdüse 40 ist dazu derart an- geordnet, dass die Gasdüse 40 Gas 45 mit hoher Geschwindig¬ keit senkrecht zur Achse A und entlang der Achse B auf die Partikel 50, 60 beider Stoffe einströmt.
Aufgrund der unterschiedlichen Größe der Partikel werden da- bei die kleineren Partikel 60 des zweiten Stoffs leichter durch das Gas 45 von der Achse A fort abgelenkt, sodass sich die kleineren Partikel 60 zunehmend von der Achse A entfer¬ nen. Die größeren Partikel 50 des ersten Stoffs hingegen werden durch den Strom des Gases 45 der Gasdüse 40 nur geringfü- gig beeinflusst, d.h. im Vergleich zu den Partikeln 60 des zweiten Stoffs entfernen sich die Partikel 50 des ersten Stoffs weniger weit von der Achse A. Folglich trennen sich die Partikel 50, 60 von erstem und zweitem Stoff räumlich vor Deposition auf und werden somit räumlich gefiltert.
Die Partikel 50 des ersten Stoffs treffen auf das Substrat 30. Das Substrat 30 ist dabei als Flachteil mit einander ab¬ gewandten und sich zueinander parallel erstreckenden Flachseiten ausgebildet. Die den Partikeln 50 des ersten Stoffs zugewandte Flachseite ist nahezu senkrecht zu einer Bewe¬ gungsrichtung t der Partikel 50 orientiert, d.h. der von Oberfläche und Bewegungsrichtung t eingeschlossene Winkel α beträgt höchstens 90 Grad und mindestens 80, im gezeigten Ausführungsbeispiel mindestens 85, Grad. Auf diese Weise bil- den die Partikel 50 effizient und mit hoher Güte und Stoff¬ reinheit eine Schicht des ersten Materials aus.
Die Partikel 60 des zweiten Stoffs werden mittels einer Blen¬ de 70 ausgeblendet und gesammelt.
In einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Düse 20 nicht wie zuvor beschrieben eine kon¬ ventionelle Düse 20, sondern eine Dralldüse. Grundsätzlich bleibt das Prinzip der räumlichen Trennung wie oben beschrieben jedoch identisch und lässt sich auf dieses weitere Aus¬ führungsbeispiel ohne technische Schwierigkeiten direkt über¬ tragen .
Anstelle eines Stroms eines Gases 45 wie in Fig. 1 darge¬ stellt können auch elektrische oder magnetische Felder zur Trennung der Partikel 50, 60 des Aerosols herangezogen werden :
In Fig. 2 ist beispielhaft ein Paar magnetischer Polschuhe 340 dargestellt. Die Polschuhe 340 weisen je eine Polfläche auf, wobei die insgesamt zwei Polflächen einander zugewandt sind und sich zueinander in ihren flächigen Richtungen paral- lel erstrecken. An diesen Polschuhen 340 ist die Düse 20 derart angeordnet, dass sie Partikel 50, 60 entlang einer sol¬ chen Achse A einsprüht, welche gleichabständig zu den Pol¬ schuhen 340 sowie parallel zu den Polflächen verläuft. Die Polschuhe 340 erzeugen ein in dem Raumbereich zwischen den Polschuhen homogenes Magnetfeld 345, welches im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel vom Betrachter weg und senkrecht in die Zeichenebene hinein gerichtet ist. Bevor die Partikel 50, 60 mittels der Düse 20 in den Raumbe¬ reich zwischen den Polschuhen 340 eingesprüht werden, werden die Partikel 50, 60 mittels einer nicht eigens dargestellten Ladeeinrichtung elektrisch aufgeladen, d.h. die Partikel 50, 60 gelangen - zumindest weitgehend - jeweils elektrisch gela- den als Aerosol 310 in die Düse 20 hinein.
Die elektrische Ladeeinrichtung ist zur Partikelaufladung ausgebildet. Mittels der Ladeeinrichtung erfolgt die elektri¬ sche Aufladung der Partikel 50, 60 in an sich bekannter Wei- se, im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels Kontaktaufla¬ dung. Es können grundsätzlich auch sonstige dem Fachmann geläufige Ladevorrichtungen zur Anwendung von bekannten Metho- den zur Partikelaufladung herangezogen werden, beispielsweise zur Feldaufladung von Partikeln oder sonstigen Verfahren.
Nach der elektrischen Aufladung werden die Partikel 50, 60 entlang der Achse A in den Raumbereich zwischen den Polschuhen 340, mithin in das homogene Magnetfeld, eingesprüht.
Aufgrund der Lorentzkraft wirkt auf die entlang der Achse A eingesprühten Partikel 50, 60 eine auf die Flugrichtung des jeweiligen Partikels stets senkrecht wirkende Kraft, welche die Partikel 50, 60 auf eine Flugbahn in der Art eines Kreis¬ bogens zwingt. Bei einem höheren Verhältnis von Masse der Partikel 50 zur elektrischen Ladung der Partikel 50 werden die Partikel 50 auf einen Kreisbogen mit einem größerem
Kreisradius gezwungen als bei einem niedrigeren Verhältnis von Masse der Partikel 60 zur elektrischen Ladung der Partikel 60.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel verlassen die Partikel 50 mit einem höheren Verhältnis von Masse der Partikel 50 zur elektrischen Ladung der Partikel 50 den zwischen den Polschuhen 340 befindlichen Raumbereich und werden auf ein Substrat 30 geführt, wo sie wie oben beschrieben auf das Substrat 30 deponiert werden.
Die Partikel 50 des ersten Stoffs treffen wie im zuvor be¬ schriebenen Ausführungsbeispiel auf das Substrat 30. Das Sub¬ strat 30 ist dabei als Flachteil mit einander abgewandten und sich zueinander parallel erstreckenden Flachseiten ausgebil- det. Die den Partikeln 50 des ersten Stoffs zugewandte Flach¬ seite ist nahezu senkrecht zu einer Bewegungsrichtung t der Partikel 50 orientiert. D.h. der Winkel der Bewegungsrichtung t schließt mit der Oberfläche der Flachseite einen Winkel α ein, welcher mindestens 85 Grad und höchstens 90 Grad ist. Auf diese Weise bilden die Partikel 50 effizient und mit ho¬ her Güte und Stoffreinheit eine Schicht des ersten Materials aus . Die Partikel 60 mit einem niedrigeren Verhältnis von Masse der Partikel 60 zur elektrischen Ladung der Partikel 60 werden hingegen wie anhand von Fig. 1 beschrieben mittels der Blende 70 ausgeblendet und gesammelt.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann eine Trennung der Partikel 50, 60 mittels eines elektrischen Feldes anstelle eines Magnetfeldes 340 erfolgen. Dazu werden beispielsweise die Partikel 50, 60 elektrisch aufgeladen und zwischen die
Kondensatorplatten eines elektrisch geladenen Kondensators eingesprüht und aufgrund der Coulombkraft räumlich getrennt.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen können die Partikel 50 des ersten Stoffs Magnesiumdiborid sein, welches zur Herstel- lung eines Supraleiters auf das Substrat 30 deponiert wird, d.h. erfindungsgemäß wird ein Hochtemperatursupraleiter aus Magnesiumdiborid gefertigt. Die Partikel 60 des zweiten
Stoffs können beispielsweise Magnesiumoxid sein, welches wie an sich bekannt Magnesiumdiboridpulver bei Herstellung oder Handhabung verunreinigt und die Ausbildung von praxistaugli¬ chen supraleitenden Schichten erschwert.
Grundsätzlich können die Bahnverläufe von ersten und zweitem Stoff auch miteinander vertauscht sein, wobei zugleich Sub- strat 30 und Blende 70 miteinander ausgetauscht sind, sodass diejenigen Partikel, welche stärker von ihrer eigentlichen, durch die Düse 20 allein vorgegebenen Bahn abweichen, anschließend auf dem Substrat 30 deponiert werden und diejeni¬ gen Partikel, welche weniger stark abgelenkt werden, mittels der Blende 70 ausgeblendet und gesammelt werden.
Es versteht sich, dass die vorhergehend beschriebenen Ausfüh¬ rungsbeispiele sich ohne Schwierigkeiten auf Pulver erweitern lassen, welche Partikel von mehr als zwei Stoffen aufweisen.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen können die Stoffe dabei andere Materialien sein, so kann beispielsweise anstelle eines boridischen Materials eine nitridische Keramik herange¬ zogen werden.
Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Anordnungen stellen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen zur Herstellung von Schichten dar.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aerosoldeposition, bei welchem ein Pulver mit Partikeln (50, 60) zumindest zweier Stoffe herangezogen wird, wobei das Pulver zunächst in ein Aerosol überführt und nachfolgend einer Deposition unterworfen wird, wobei Partikel (50, 60) zumindest eines Stoffs im Aerosol und vor Deposition gefiltert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Partikel gefiltert werden, indem die Partikel (50, 60) elektrisch abhängig vom Stoff des Partikels mit einer Ladung geladen werden und aufgrund ihrer Ladung gefiltert werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Partikel (50, 60) abhängig von ihrer Masse oder ihrem Verhältnis von Masse und elektrischer Ladung zueinander gefiltert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Partikel (50, 60) abhängig von ihrer Größe oder ihrem Verhältnis von Größe und Masse und/oder von Größe und elektrischer Ladung zueinander gefiltert werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Partikel (50, 60) mittels eines magnetischen und/oder elektrischen Feldes gefiltert werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Partikel (50, 60) mittels eines Gasstroms gefil¬ tert werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Partikel (50, 60) mittels einer Dralldüse gefil- tert werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Pulver zumindest mit einem keramischen Pulver, insbesondere einem nitridischen und/oder boridischen Pulver, vorzugsweise Magnesiumdiborid, gebildet ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Partikel (50, 60), nachdem sie gefiltert worden sind, einer Deposition auf einem Substrat (30) unterzogen werden, wobei sich das Substrat schräg, vorzugsweise quer, zur Bewegungsrichtung der Partikel (50, 60) erstreckt.
10. Verfahren zur Herstellung eines Keramikteils, insbesondere eines Hochtemperatur-Supraleiters, bei welchem das
Keramikteil mit einem Verfahren zur Aerosoldeposition nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet wird.
11. Vorrichtung zur Herstellung von Schichten, insbesondere supraleitenden Schichten, auf Substraten nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer Aerosoldepositi- onseinrichtung, die ausgebildet ist, ein Pulver von Partikeln zunächst in ein Aerosol zu überführen und nachfolgend einer Deposition zu unterziehen, sowie einer Trennvorrichtung, die ausgebildet ist, die Partikel im Aerosol und vor Deposition zu filtern.
PCT/EP2017/070395 2016-08-30 2017-08-11 Verfahren zur aerosoldeposition und verfahren zur herstellung eines keramikteils und vorrichtung zur herstellung von schichten WO2018041600A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016216278.0 2016-08-30
DE102016216278.0A DE102016216278A1 (de) 2016-08-30 2016-08-30 Verfahren zur Aerosoldeposition und Verfahren zur Herstellung eines Keramikteils und Vorrichtung zur Herstellung von Schichten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018041600A1 true WO2018041600A1 (de) 2018-03-08

Family

ID=59677216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/070395 WO2018041600A1 (de) 2016-08-30 2017-08-11 Verfahren zur aerosoldeposition und verfahren zur herstellung eines keramikteils und vorrichtung zur herstellung von schichten

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102016216278A1 (de)
WO (1) WO2018041600A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1583162A2 (de) * 2004-03-30 2005-10-05 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Films, laminierte Struktur aus Substrat und piezoelektrischem Film, piezoelektrischer Aktor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102010031741A1 (de) * 2010-07-21 2012-01-26 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zur Herstellung von supraleitenden Schichten auf Substraten
DE102012101889A1 (de) * 2012-03-06 2013-09-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip
DE102014201115A1 (de) * 2014-01-22 2015-07-23 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines supraleitfähigen Verbindungselements zum supraleitfähigen Verbinden wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente
DE102015202391A1 (de) * 2015-02-11 2016-08-11 Siemens Aktiengesellschaft Flexibler elektrischer Leiter, Stromzuführung und Herstellungsverfahren

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9409660D0 (en) 1994-05-13 1994-07-06 Merck Patent Gmbh Process for the preparation of multi-element metaloxide powders
US20040210289A1 (en) 2002-03-04 2004-10-21 Xingwu Wang Novel nanomagnetic particles
DE102006030734A1 (de) 2006-06-30 2008-01-03 Gebauer, Gerd, Dr. Abbildungs-Nanopartikel-Ellipsometrie

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1583162A2 (de) * 2004-03-30 2005-10-05 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Films, laminierte Struktur aus Substrat und piezoelektrischem Film, piezoelektrischer Aktor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102010031741A1 (de) * 2010-07-21 2012-01-26 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zur Herstellung von supraleitenden Schichten auf Substraten
DE102010031741B4 (de) 2010-07-21 2012-09-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zur Herstellung von supraleitenden Schichten auf Substraten
DE102012101889A1 (de) * 2012-03-06 2013-09-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip
DE102014201115A1 (de) * 2014-01-22 2015-07-23 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines supraleitfähigen Verbindungselements zum supraleitfähigen Verbinden wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente
DE102015202391A1 (de) * 2015-02-11 2016-08-11 Siemens Aktiengesellschaft Flexibler elektrischer Leiter, Stromzuführung und Herstellungsverfahren

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016216278A1 (de) 2018-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3708717C2 (de)
DE4025396A1 (de) Einrichtung fuer die herstellung eines plasmas
EP0205028A1 (de) Vorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat
EP0021140A1 (de) Ionenquelle in einer Vakuumkammer und Verfahren zum Betrieb derselben
DE102010043410A1 (de) Ionentrichter für die Massenspektrometrie
DE10018015A1 (de) Anordnung zur Durchführung eines plasmabasierten Verfahrens
EP0803587A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Sputterbeschichtung
DE112009001534T5 (de) Sputter-Vorrichtung und Sputter-Verfahren
DE112010002029T5 (de) Filmbildungsverfahren und Filmbildungsvorrichtung
WO2018132854A1 (de) Verfahren zur additiven fertigung
EP3570973B1 (de) Verfahren zur additiven fertigung
WO2018041600A1 (de) Verfahren zur aerosoldeposition und verfahren zur herstellung eines keramikteils und vorrichtung zur herstellung von schichten
WO2013182637A1 (de) Verfahren zur ausbildung geschlossener flächiger schichten aus sp2-hybridisierten kohlenstoffatomen oder graphen auf der oberfläche eines substrats und mit dem verfahren beschichtetes substrat
DE102021001325A1 (de) Verfahren zur herstellung von partikeln enthaltend metall und aktives batteriematerial zur elektrodenfertigung
DD275861A5 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung einer dünnen Schicht auf einem transparenten Stoff, insbesondere auf Glas
DE60005137T2 (de) Magnetische anordnung zur effizienten verwendung eines targets beim zerstäuben eines kegelstumpfförmigen targets
DE68919671T2 (de) Universelle Kaltkathoden-Ionenerzeugungs- und -beschleunigungsvorrichtung.
WO2008012094A2 (de) Ionenquelle zur erzeugung negativ geladener ionen
DE102013103504A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Lithium-Luft-Akkumulatoren mittels Hochdrucksprühen und Vorrichtung dazu
WO2018083322A1 (de) Vorrichtung zur extraktion von elektrischen ladungsträgern aus einem ladungsträgererzeugungsraum
EP0794265A2 (de) Verfahren zur Herstellung von Formteilen
DE102008056968B4 (de) Verfahren zum Abscheiden einer Nanoverbund-Schicht auf einem Substrat mittels chemischer Dampfabscheidung
DE10240337B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Separation von Partikeln aus einem von einem Target zur Beschichtung eines Substrates erzeugten Plasma im Vakuum
WO2019120388A1 (de) Verfahren zur herstellung eines gesinterten gradientenmaterials, gesintertes gradientenmaterial und dessen verwendung
EP3219987A1 (de) Entladungskammer für ein ionentriebwerk

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17754671

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17754671

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1