WO2021008998A1 - Coating assembly and method - Google Patents
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Definitions
- Various exemplary embodiments relate to a coating arrangement and a method.
- a solid e.g. its surface
- Functionalized solids such as particles
- PEM fuel cell
- soot particles graphite
- a lithium-ion battery e.g. a battery based on liquid electrolyte or solid electrolyte (so-called “solid state” or “all solid state”)
- active materials as part of the battery electrodes form the essential components for maximizing the energy storage capacity and thus the volume density, energy density and power density.
- Their ionic or electrical properties are determined by the type of active material selected for the anode or the cathode in conjunction with the
- Active material in the form of particles offers a possibility of influencing this interaction.
- the electrical connection of particles to one another or in interaction with the current collector of the cathode is particularly difficult on the cathode side.
- the surface of the particles in the electrochemical potential of a cell in interaction with the electrolyte must be protected from degradation effects. There is therefore a need for the functionalization of particles, in particular for the
- a free-fall fluidized bed granulator or a sol-gel process is conventionally used, which, for example, coats particles of lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (LNMC) with a very thin LiNb0 3 layer, which is extremely time-consuming .
- a PVD process PVD - physical vapor deposition
- CVD chemical vapor deposition
- ALD atomic layer deposition
- spatial ALD spatial ALD
- Membrane coating plant belongs and essentially a vacuum chamber, a
- This “rebound vibration device” is arranged in such a way that the ion beam from the ion source is directed onto a vibrating crucible (filled with powder) as the target.
- a vibrating powder membrane increases the distance between neighboring particles of the powder so that an almost spherical 3D particle coating can be achieved.
- the wet chemical process is limited in terms of layer thickness and the number of possible material combinations.
- a coating arrangement and a method are provided which enable the coating of particles in a vacuum at low cost, with a high throughput and a large layer thickness, and are accessible for a large number of material combinations.
- the coated particles can, for example, be used to store an energy store, for example a battery (e.g. a
- the coating arrangement and the method essentially enable one
- Coherent and reverse coating (e.g. two-sided or more, i.e. from two or more directions, e.g. three-sided) of particles.
- the coating can be used to functionalize the surface of individual and / or particles isolated from one another. This coating on the reverse side is achieved in that the particles can clearly fall freely. The free fall favors, for example, that the particles are turned over so that they continuously change their orientation and / or are exposed to the coating material on the reverse side. If, on the other hand, the particles clump together, this coating on the reverse side can be more difficult. This can be counteracted by separating the particles.
- the coating arrangement can have: a particle feed and a collecting container facing this, between which a
- Cavity is formed; a source of coating material for vaporizing a
- the cavity has a first region and a second region, the first region extending from the feed gap to the collecting container and surrounding the second region, and wherein the second region is adjacent to the coating material source
- FIG. 1 shows a particle separation device according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view
- Figure 2 shows a coating arrangement according to various embodiments in one
- FIG. 3 shows the kinetics of the electrical isolation according to various embodiments in a schematic flow chart
- FIG. 4, FIG. 5 and FIG. 21A each show a coating arrangement according to various
- Figure 6A, Figure 7, Figure 8, Figure 9A, Figures 11 to 15 each have one
- FIG. 6B and FIG. 6C each show the kinetics of mechanical separation in one
- FIG. 9B, FIG. 10A, FIG. 10B and FIG. 16 each show the kinetics of the electrical isolation in a schematic diagram
- FIGS. 17 to 20 each show a coating arrangement according to various
- FIG. 21B shows the kinetics of the uniformly distributed feed in a schematic diagram
- FIGS. 22 to 24 each show a coating arrangement according to various
- FIGS. 25 and 26 each show a method according to various embodiments in a schematic flow diagram.
- FIGS. 25 and 26 each show a method according to various embodiments in a schematic flow diagram.
- Embodiments are shown in which the invention can be practiced.
- directional terminology such as “top”, “bottom”, “front”, “back”, “front”, “back”, etc. is used with reference to the orientation of the character (s) being described.
- components of embodiments come in a number of different orientations
- Connection e.g. ohmic and / or electrically conductive, e.g. an electrically conductive
- Coupled may be used in the sense of a (e.g. mechanical, hydrostatic, thermal and / or electrical), e.g.
- connection and / or interaction are understood.
- Several elements can, for example, be coupled to one another along an interaction chain, along which the interaction (e.g. a signal) can be transmitted.
- two elements that are coupled to one another can exchange an interaction with one another, e.g. mechanical, hydrostatic, thermal and / or electrical
- Coupled can be understood to mean a mechanical (e.g. physical) coupling, e.g., by means of direct physical contact.
- a clutch can be set up to transmit a mechanical interaction (e.g. force, torque, etc.).
- a gas coupling can enable a gas to be exchanged.
- a vacuum coupling can have a gas coupling that is encapsulated in a vacuum-tight manner.
- Controlling can be understood as an intended influencing of a system.
- the state of the system can be changed according to a specification.
- Rules can be understood as controlling, with a change in the state of the system due to disturbances is counteracted.
- the controller can clearly have a control path directed towards the front and thus clearly implement a sequence control which is a
- the control path can, however, also be part of a control loop, so that regulation is implemented.
- the regulation has a continuous influence of the output variable on the input variable, which is effected by the control loop (feedback).
- a regulation can be used as an alternative or in addition to the control or regulation can take place as an alternative or in addition to the control.
- an actual value of the controlled variable e.g.
- a measured value is compared with a reference value (a setpoint or a specification or a default value) and the controlled variable can be influenced accordingly by means of a manipulated variable (using an actuator) that there is as little deviation as possible of the respective actual value of the controlled variable from the reference value.
- a reference value a setpoint or a specification or a default value
- particles can be understood as bodies (clearly grains) which have a solid or are formed from it, ie matter present in a solid state of aggregation (whereby the matter can have several atoms and / or molecules) .
- a large number of particles can clearly be present as a loose amount (also referred to as a mixture or conglomerate), i.e. isolated, e.g. as granules (e.g. powder).
- the particles can have an extension (clearly particle size) greater than 5 nm (nanometers), for example greater than 0.1 mih (micrometers) and / or less than 1 mm (millimeters), for example in a range from approximately 10 nm to approximately 500 pm or in a range from about 0.1 pm to about 1 mm.
- the particle size of an individual particle can clearly correspond to the diameter of a sphere which has the volume of the particle.
- the particle size related to a large number of particles can correspond to the particle size averaged over the individual particles.
- a single particle is referred to in a simplified manner. What has been described can apply analogously to each particle of the plurality of particles. Depending on the progress of their processing, two or more particles can be individually (i.e. separated from one another) or
- particle clusters adhering to one another (also referred to as particle clusters).
- particle clusters can also apply analogously to each particle cluster of the plurality of particles.
- a plurality of particles can each be coated by means of a coating material, so that each particle is composed of a layer (also referred to as a particle coating)
- Coating material is surrounded (for example enveloped), wherein the coated particles can again be present as a conglomerate (ie isolated).
- the coated particles can again be present as a conglomerate (ie isolated).
- several Particles differ from one another and / or from the coating material in their chemical composition and / or have at least one material of the following materials or be formed from them: a metal, a transition metal, an oxide (eg a
- Metal oxide or a transition metal oxide Metal oxide or a transition metal oxide
- a dielectric Metal oxide or a transition metal oxide
- inorganic polymer e.g. a carbon-based polymer or a silicon-based polymer
- the carbon can be in a carbon configuration, e.g., graphite or nano-crystalline amorphous carbon.
- the coating material can be at least one metal (e.g. aluminum,
- Zirconium, lanthanum, nickel, titanium and / or chromium comprising or formed therefrom) have or be formed therefrom.
- Coating material have a battery active material or be formed therefrom.
- a battery active material also referred to simply as active material
- active material a material can be understood which absorbs or releases electrical charges under a chemical reaction (in other words, which converts electrical energy into chemical energy, and vice versa).
- the active material can be a lithium-ion battery
- Examples of a battery active material of the cathode are for example nickel-manganese-cobalt (NMC), lithium-iron-phosphate (LFP), lithium-nickel-cobalt-aluminum oxide (NCA), lithium manganese oxide (LMO) and / or lithium nickel manganese oxide (LNMO).
- Examples of a battery active material of the anode are graphite (or carbon in a different configuration), nanocrystalline and / or amorphous silicon, a silicon-carbon composite, lithium-titanate (spinel) oxide, metallic lithium or tin dioxide (SnCL ).
- the large number of particles (e.g. to be coated) (also referred to as powder or powder material) are collectively guided and separated in a vertical arrangement of several successive mechanical and / or electrostatic dispersion stages. Alternatively or in addition, a uniform
- a coating device for example a material vapor source.
- the coating device can, for example, provide one or more than one electron beam-induced material vapor, by means of which an almost uniform all-round coating of the particles can be achieved.
- the corresponding material vapor source can alternatively or additionally also be arranged laterally.
- a loosening device can have a particle support and a vibration source.
- the vibration source or one of the vibration sources described herein can be set up to couple a vibration into the particle support (also referred to as a vibratable particle support). The vibration can die
- the loosening device can also have another drive which is set up to mechanically stimulate the particle support (e.g. by means of impacts (from inside or outside), rotation of the particle support or others
- the particle support can, for example, comprise a membrane, a flat plate (e.g. a disk) or an everted plate (e.g. a plate).
- the particle layer can, for example, be deformed periodically, e.g. according to a vibration mode.
- the particles stimulated to move can experience impacts with one another and with the particle support, which increases their distance from one another and thus clearly “loosens” them.
- the loosening can have that binding and / or
- Adhesion forces of the particles to one another and / or to the particle support by means of mechanical excitation are reduced or canceled.
- the loosened particles can behave like a fluid (also referred to as fluidized particles or particle fluid).
- the particles can flow in their entirety (i.e. all of the particle fluid) and the particle fluid can continuously deform under the influence of shear forces.
- the particle fluid can alternatively or additionally (to the transfer of kinetic energy to this) be made available by blowing a gas between the particles.
- the gas can make it difficult to maintain a vacuum.
- the oscillation source can be set up to vary the coupled oscillation (e.g. temporally and / or spatially) so that the oscillation mode of the particle layer oscillates according to several oscillation modes.
- the vibration source can be set up, for example, to generate various frequencies (also referred to as vibration frequencies).
- the vibration source can be set up to couple the vibration at different points (also referred to as coupling points) of the particle support.
- the vibration source can generally have one or more than one actuator (also referred to as a converter) which is set up to transmit an electrical signal (for example an electrical Vibration, e.g. an alternating voltage) into a mechanical vibration.
- the or each actuator can for example have a piezo actuator, an eccentric, an unbalance motor and / or an electrical coil.
- the multiple coupling points (for example supplied from inside or outside) can be provided, for example, by means of multiple actuators.
- the plurality of oscillation frequencies can be provided, for example, by controlling an actuator (for example piezo actuators) with different signals.
- the particle support can be excited by means of an oscillation in accordance with a (e.g. cyclic) scheme, the scheme having several phases that differ from one another in terms of the frequency and / or the location of the coupled-in oscillation.
- a (e.g. cyclic) scheme the scheme having several phases that differ from one another in terms of the frequency and / or the location of the coupled-in oscillation.
- the different frequencies or points do not necessarily have to be coupled in cyclically in a fixed sequence, but can also be varied randomly.
- the particle support can be excited to oscillate in accordance with individual and / or multiple oscillation modes, which, for example, are continuously changed. This prevents the formation of standing wave crests or troughs by changing the oscillation pattern (e.g. the Chladni’s figure) locally and temporally, whereby the fluid-like
- the suspended state of the particles is maintained constant and longer.
- the vibration of the particle support can optionally cause a separation of the particles (or
- the vibration source can be controlled, for example, by means of a control device, for example according to the diagram.
- An electron source described herein can be configured to deliver electrons, e.g., into a vacuum or into a solid.
- the electron source can for example be set up for thermal emission of electrons into the vacuum, for
- the electron source can also have a plasma source or a microwave source.
- the electron source can do this with a power supply be coupled, which supplies the electron source with an electric current so that the electrons released are tracked.
- a coating material can be evaporated by means of an electron beam (also referred to as electron beam evaporation).
- the coating material also referred to as evaporation material
- the coating material can be or will be provided in the form of subliming (or semi-subliming) material, e.g.
- Fig.l illustrates a particle separation device 100 according to various
- Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view.
- the particle singulation device 100 may have an inlet opening 102e and a
- Isolation stages 104 can guide the particles 106 picked up through the inlet opening 102e to the outlet opening 102a, for example along a path 111 (also referred to as a guide path 111).
- the particles 106 can be picked up at the inlet opening 102e continuously or in batches.
- the guide path 111 can describe, for example, the path that the mean center of gravity of the plurality of particles 106 takes.
- the multiple separation stages 104 can be arranged, for example, in series, for example one behind the other. However, immediately successive separation stages 104 can also interlock along the guide path 111 or at least have common components.
- the multiple isolation stages 104 can have at least a first isolation stage 104a and a second isolation stage 104b.
- the first isolation stage 104a can be of the electrical isolation type (also referred to in simplified terms as an electrical isolation stage 104a).
- the second separation stage 104b can be of the mechanical separation type (also referred to in simplified form as a mechanical separation stage 104b).
- Isolation stage 104a and the second isolation stage 104b can optionally be provided by means of a common arrangement in which one or more than one component is optionally a component of the first isolation stage 104a and the second second second
- Isolation stage 104b can be. This will be described in more detail later.
- Electrons 113 can be introduced into the multiplicity of particles 106 by means of the electrical isolation stage 104a, the particles 106 being charged thereby separates from each other (also referred to as electrical isolation lOlv or electrical isolation lOlv).
- electrons can be supplied 101 to the particles (also referred to as electron inflow 101 or “introduction 101 of electrons”).
- the isolation stage 104a can have an electron source, as will be described in more detail below, which provides the electrons 113.
- the electrons can for example be or are provided as free electrons, for example by means of a non-thermal
- the particles 106 can be electrically charged by means of the electrons, so that an electrical force is imparted between them (for example according to Coulomb's law), which repels the particles 106 from one another (also referred to as a repulsive force).
- the electrical power introduced into the particles 106 can be so small that a temperature of the particles 106 remains lower than a temperature at which the particles 106 their
- Change state of aggregation e.g. melt, evaporate and / or sublimate.
- the particles 106 can remain solid during the electrical isolation.
- the particles 106 can be accelerated 103 in the direction of an impact surface 104p.
- kinetic energy can be supplied 103 to the particles 106, which accelerates 103 the particles 106 (also referred to as acceleration 103).
- the acceleration 103 can for example take place obliquely to or against the direction 155 of the gravitational force (also referred to as vertical 155) and / or in addition to an acceleration by the gravitational force.
- the particles 106 can be given a mechanical force (also referred to as impact force) which separates the particles 106 from one another (also referred to as mechanical separation 103v or mechanical separation 103v).
- the particles 106 can remain fixed during the mechanical separation 103v.
- Impact surface 104p can be provided, for example, by means of an impact wall 104p (e.g., an impact plate 104p).
- the (e.g. mechanical and / or electrical) isolation 10lv, 103v can cause two or more particles that adhere to one another to be separated from one another (i.e. separated) (also referred to as the isolation process).
- the individual particles can be preserved in their integrity (also referred to as non-destructive separation).
- Two or more particles adhering to one another are also referred to herein as particle clusters or particle aggregates.
- particle clusters or particle aggregates By means of isolation, one or more than one particle can be detached from a particle cluster, so that a particle cluster with fewer particles or a single particle results.
- isolation By means of isolation, one or more than one particle can be detached from a particle cluster, so that a particle cluster with fewer particles or a single particle results.
- Isolation stages a variety of isolation processes can take place so that the The number and / or size of the particle clusters which are fed to the separation stage is greater than the number or size of the particle clusters which are discharged from the separation stage.
- the number and / or size of the particle clusters can be related to a time interval, for example.
- each isolation stage of the plurality of isolation stages 104 a vacuum can be provided through which the guide path 111 leads.
- the isolation 10lv, 103v can take place in a vacuum.
- the sequence of the isolation stages 104a, 104b shown here can also be different.
- Both mechanical isolation stages 104b can also be connected in parallel to one another.
- the particle singulation device 100 can be more than one electrical
- Separation stage 104a and / or more than one mechanical separation stage 104b e.g. to improve the reliability of the separation.
- the or each mechanical separation stage 104b (also referred to as a mechanical dispersion stage) can bring about the acceleration 103 of the particle clusters by means of a rotational movement, the rotational movement transferring a centrifugal force to a particle or particle cluster (also referred to as an agglomerate), which accelerates 103 causes.
- the particle cluster accelerated in this way can absorb a sufficiently large impulse and can be effectively broken up when it hits the impact surface 104p.
- the separated particles 106 can subsequently be processed, e.g. this material can be added (e.g. by means of coating), this material can be removed (e.g.
- the separated particles 106 can be fed, for example, to a coating arrangement for coating, as will be described below. If the particles are isolated before they are coated, this can result in smaller units that provide a larger functionalized surface. This increases the effect of the coating or the functionalization provided thereby.
- the separation of the particles does not have to be
- FIG. 2 illustrates a coating arrangement 200 according to various
- Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view.
- the coating arrangement 200 can have a particle feed 202 and a collecting container 204, between which a cavity 206 (also referred to as coating space 206) is formed. Furthermore, the coating arrangement 200 can have a coating material source 208 which, for example, has a coating material with which the particles 106 are to be coated.
- the coating material source 208 may generally be a coating material holding device (e.g., a crucible) for holding the
- the coating material source can have a drive for rotating and / or tracking the coating material in order to ensure a stable process.
- the coating material source 208 can be used to perform a
- PVD physical vapor deposition
- the coating material source 208 may be part of a coating device such as a PVD coating device or CVD coating device, as will be described in more detail below.
- Coating apparatus may also include a power supply (e.g. a battery
- Electron beam gun a gas discharge device or a heating device in the form of a boat evaporator, which is set up to evaporate the
- Coating 2600 of particles which are exposed to the coating material emitted by the coating device For example, the
- Coating apparatus can be arranged to provide a gaseous coating material (e.g. material vapor) which, for example, can be deposited on the particles to form a layer.
- a coating device can include at least one of
- a sputtering device e.g., a laser beam evaporator, an arc evaporator, a boat evaporator, an electron beam evaporator, and / or a resistive thermal evaporator.
- a thermal evaporation device e.g., a laser beam evaporator, an arc evaporator, a boat evaporator, an electron beam evaporator, and / or a resistive thermal evaporator.
- Sputtering device can be set up for atomizing the coating material by means of a plasma.
- a thermal evaporation device can be used to evaporate the
- Coating material be set up by means of thermal energy.
- the thermal energy can for example by means of an electron beam and / or by means of a resistive Heating device (eg in the so-called boat evaporation) are fed to the coating material.
- a resistive Heating device eg in the so-called boat evaporation
- thermal energy can for example by means of an electron beam and / or by means of a resistive Heating device (eg in the so-called boat evaporation) are fed to the coating material.
- a resistive Heating device eg in the so-called boat evaporation
- Sublimation i.e. a thermal transfer of a solid state (solid phase) into a gaseous state
- the thermal evaporation device can also sublime the coating material.
- the sputtering device for sputtering can for example be arranged centrally in the coating room, e.g. by means of a vertical arrangement of sputtering targets (e.g. tubular magnetrons which are driven, for example, according to a planetary motion.
- a coating device in the form of a thermal evaporation device (also referred to in simplified terms as an evaporation device). What has been described can also apply analogously to a coating device of another type, as described above.
- the coating material may be vaporized 109 (more generally emitted 109) into cavity 206.
- a subliming or semi-subliming coating material it is also possible to vaporize into the coating room from a lateral direction, e.g. at any angle to the vertical.
- the particle feed 202 can have a feed gap 202s.
- the feed gap 202s can be provided in the form of an annular gap and / or adjoin the outlet opening 102a.
- annular gap can be understood here as a gap which extends along a self-contained path 202p (also referred to as gap path 202p), for example over more than 90% of gap path 202p.
- the annular gap can be contiguous.
- the annular gap can be interrupted one or more than once or have at least several segments separated from one another.
- the annular gap can have at least two sections (e.g., segments separated from one another) arranged on opposite sides of the gap path 202p.
- the cavity 206 may include or be formed from multiple areas, e.g., a first area 206a and a second area 206b.
- the first region 206a can extend from the feed gap 202s to the collecting container 204 and surround the second region 206b (e.g. adjacent thereto).
- the second area 206b also called
- Vapor expansion region 206b can adjoin the coating material source 208.
- the first area 206a also referred to as the fall area 206a
- the steam spreading area 206b can be arranged in the cutout.
- the steam spreading area 206b can for example be cylindrical (for example with the cylinder axis parallel to the vertical 155) or at least have a lateral surface which is completely covered by the falling area 206a.
- a vacuum into which the coating material is evaporated can be formed in the cavity 206.
- a plurality of particles 106 can be introduced into the cavity 206 (e.g. the vacuum therein), e.g. into the drop area 206a and / or through the feed gap 202s.
- the particles 106 can then be accelerated (also referred to as falling) by the force of gravity, e.g.
- Collection container 204 towards and / or along a free fall path 211 which, for example, continues the guide path 111.
- the falling of the particles 106 can cause this on the
- Pass steam expansion area 206b For example, the particles 106 can fall outside of the vapor spreading region 206b. Due to the acceleration, the distances between the particles can increase when they fall, which makes it easier, for example, that they are exposed to the coating material on the reverse side.
- the free fall path 211 may be substantially perpendicular (i.e., parallel to vertical 155) in cavity 206 (e.g., less than 10 degrees therefrom).
- the deviation can arise when electrons and / or the coating material interact with the particles 106, e.g. drive them slightly outwards. Under certain circumstances, this can also be done to a greater extent.
- particularly small particles e.g. nanoparticles with a particle size of much less than 1 ⁇ m, can get into motion and be carried outwards (i.e. towards the chamber wall), right down to areas of lower metal vapor densities. It can also be that with unfavorable material conditions (e.g.
- a ring electrode or an electrical potential can be arranged (for example directly on the insert) in such a way that a force is transmitted downwards to the charged particles.
- the particles 106 can be introduced through the feed gap 202s along the free fall path 211.
- the feed gap 202s can be set up in such a way that the
- Free fall path 211 from gap path 202p leads past steam spreading area 206b and / or is arranged within falling area 206a, for example up into collecting container 204. This achieves that the multiplicity of particles 106 which fall along the free fall path 211 surround the vapor spreading area 206b.
- the coating material evaporated into the vapor spreading area 206b can thus flow radially outward from the steam spreading area 206b through the falling particles 106, so that the plurality of particles 106 is coated 2600 with the coating material (also referred to as coating 2600).
- Feed gap 202s may be essentially statistical (also referred to as statistical distribution) (along gap path 202p).
- the particles 106 can clearly be distributed evenly along the entire feed gap 202s. This achieves the most uniform possible utilization of the coating material in the cavity 206.
- the amount of particles that are summed up over a time interval through the gap section converge towards the same value with increasing length of the time interval.
- the probability that a specific particle 106 will make its way through the gap section can be essentially the same for each gap section (also referred to as uniform distribution).
- This type of feed (also referred to as uniformly distributed feed) of the particles 106 can be provided by means of the particle feed 202, as will be described in more detail below.
- the mean distance between directly adjacent particles in the case also referred to as a particle curtain
- the statistical deviation from this mean distance is minimized. This achieves a coating of the particles that is as homogeneous as possible.
- the particle separation device 100 can be part of the
- Coating arrangement 200 can also be provided separately from one another, e.g. if the individual particles are to be processed otherwise or if particle clusters are to be coated.
- FIG. 3 illustrates the kinetics of the electrical isolation 10lv according to various embodiments in a schematic flow diagram 300, the time profile pointing downwards.
- a particle cluster 106c which consists of two particles 106 (also referred to as a dicluster 106c). What has been described for the dicluster 106c can also apply analogously to a particle cluster composed of more than two particles.
- the electrical separation 10v can for example take place electrostatically (also referred to as electrostatic separation or electrostatic dispersion).
- the electrical isolation can take place by loading the particles 106 with (e.g. free) electrons, so that the particle cluster 106c can be broken down into smaller subunits (e.g. into two particle clusters 106c and / or individual particles).
- the electrical isolation lOlv can be based on Coulomb's repulsion, which describes the driving electrostatic force that drives two or more particles (assumed charge centers) away from each other (through electrostatic charging) and thus stimulates their separation.
- the radius r of a particle of any shape and size can correspond to the radius of a sphere (i.e. a spherical particle) which has the same volume as the particle of any shape and size.
- a spherical (e.g. electrically conductive) particle with the radius r can be considered.
- the electrostatically induced charge q and repulsion force Fc on this particle 106 can satisfy the following relation:
- the repulsive force Fc induced by the charge q counteracts an adhesive force FH, which describes how strongly the particles 106 adhere to one another. If the repulsive force Fc exceeds the adhesive force FH, the particles 106 separate from one another (ie, they are separated from one another).
- the adhesive force FH can be estimated with the Hamaker constant A of the surfaces, the molecular distance s between the surfaces (exemplarily approx. 0.4 nm) as: where with
- FIG. 4 illustrates a coating arrangement 400 according to various
- Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view.
- the vertically extending coating arrangement 400 may have a chamber housing 802k in which one or more than one vacuum chamber 802 is provided.
- Vacuum chambers 802 can, for example, be coupled to one another in terms of vacuum technology and connected to one another by means of an opening 202s (e.g. the feed gap 202s).
- the chamber housing 802k can be configured to be rotationally symmetrical, for example.
- the chamber housing 802k may, for example, be grounded or on another
- each vacuum chamber 802 can provide one or more than one cavity (also referred to as a processing space) through which the particles 106 are passed and in which they are processed (eg coated). Processing in the processing room can take place by means of a processing stage 400a to 400f, which has the respective processing room.
- Material tracking can take place by means of a first processing stage 400a.
- the first processing stage 400a can have a tracking mechanism 402 which is set up to continuously convey powder material into a processing space of a second processing stage 400b or an alternative or additional third processing stage 400c.
- the particles 106 can be separated by means of the second processing stage 400b and the alternative or additional third processing stage 400c.
- the second processing stage 400b can have or be formed from one or more than one mechanical separation stage 104b.
- the third processing stage 400c can have one or more than one electrical isolation stage 104a or be formed therefrom.
- the electrical isolation stage 104a shown here can be used for example
- Be provided emitting free electrons also referred to as electron emitter isolation stage 104a, as will be described in more detail later.
- only one mechanical separation stage 104b or only one electrical separation stage 104a may be sufficient.
- the uniformly distributed supply can take place by means of a fourth processing stage 400d (then also referred to as uniform distribution stage 400d).
- a fourth processing stage 400d (then also referred to as uniform distribution stage 400d).
- Equal distribution stage 400d have the particle feed 202, as described above.
- the uniform distribution stage 400d can clearly show a homogenized powder supply and supply into a processing room 206 (also as a coating room 206 or
- Coating stage 400e designated) provide.
- the uniform distribution stage 400d can optionally have a vibratable and / or rotatable circular membrane 202m or disk 202m (e.g. comprising metal or formed therefrom).
- the membrane 202m e.g. its outer circular contour
- the membrane 202m can delimit the feed gap 202s (e.g. its inner contour).
- the membrane 202m can, for example, have a media feed, cooling water, electrical connection, sensors and / or
- Vibration coupling e.g. inside and / or outside.
- the uniform distribution stage 400d can clearly show a thinly falling through the feed gap 202s
- the coating material source 208 can, for example, be set up for electron beam evaporation (EB evaporation) or be part of another high-rate evaporation device.
- EB evaporation electron beam evaporation
- Coating space 206 can, for example, fall area 206a and / or the
- the coating device can also be provided by means of a PVD chamber (with, for example, vertically arranged tubular magnetrons) or a CVD chamber.
- Coating apparatus can also perform boat evaporation.
- Coating material by means of an electron beam Coating material by means of an electron beam.
- the particles 106 can fall through the coating space 206 into the collecting container 204 (also referred to as a collector) of a sixth processing stage 400f.
- the particles can be collected and / or concentrated and optionally discharged 204a out of or into this.
- the coating device which has the coating material source 208, can furthermore have an electron beam source 404, which is configured to generate an electron beam 23 in the direction of the coating material source 208.
- Electron beam source 404 can also be part of an electron beam gun 404, which further comprises a deflection system 142 a for deflecting the electron beam 23 in the direction of the coating material source 208.
- the deflection system 142a may include one or more than one electrical coil or one or more than one capacitor, for example.
- the electron beam source 404 may include a primary electrode (e.g., a primary cathode, e.g., a hot cathode) and a beam shaping unit (e.g., a primary anode).
- a primary electrode e.g., a primary cathode, e.g., a hot cathode
- a beam shaping unit e.g., a primary anode
- one or more than one electron beam source can be used, of which
- a first electron beam source 404 vaporizes the coating material 208m and a second or the first electron beam source 404 provides electrons for separation.
- the multiple processing stages 400a to 400f can clearly be stacked one on top of the other, so that they are arranged one behind the other along a particle path 111, 211, which has the guide path 111 and / or the free fall path 211.
- Coating material 208m and the coupled functionalization of a flow of falling particles 106 (also referred to as particle flow) take place.
- the Particles 106 can for example be separated before coating, for example by means of the one or more than one separation step 104a, 104b.
- the evaporation 109 of the coating material can take place by means of the electron beam 23.
- the electron beam 23 can be directed onto the coating material 208m to be evaporated.
- the coating material 208m can be evaporated from a crucible (also referred to as an evaporation crucible) and / or consist of a strand. For example, this can
- Coating material can be arranged in the evaporation crucible. If the strand is fed in from below, the evaporation crucible can be of tubular design and extend through the collecting container 204 or be surrounded by it.
- the electron beam 23 can be fed into a channel 406 (also called
- Designated beam guiding channel 406 e.g. a pipeline, also simplified as
- Beam guide tube 406 which for example leads for the most part through the entire structure and / or is arranged centrally in the chamber housing 802k.
- the electron beam 23 can primarily be directed onto the coating material of the coating material source 208 in order to vaporize the coating material which is arranged in the lower part of the chamber housing 802k.
- Provision of free electrons can be used.
- the electrical isolation can take place by means of the free electrons, i.e. adhering (i.e. agglomerated) particles can be electrostatically dispersed.
- adhering i.e. agglomerated particles can be electrostatically dispersed.
- Electron beam 23 optionally the or each electrical isolation stage 104a are electrically supplied.
- one or more than one sacrificial sheet 408 can be arranged within the chamber housing 802k. At least one shield 408 can, for example, between the
- Chamber wall and the fall area 206a be or will be arranged.
- the at least one shield 408 can be conical and / or designed in the form of an exchangeable insert (also referred to as an inlay).
- at least one additional shield can be arranged on other important components and / or can be exchanged.
- Chamber housing seen as an outer jacket, free of the accumulated coating material obese, whereas the insert (e.g. a sheet metal cone) acts as a stray steam victim and can be replaced at regular intervals.
- a fluid chamber can be arranged on the chamber housing, for example its chamber wall, and / or between the chamber wall and the insert 408. The fluid chamber can, for example, to a
- Temperature control device e.g. having a cooling and / or heating circuit
- the coating arrangement 400 can be a
- the depositor or a separate one can be taken into account
- Ringel electrode carry an electrical potential so that the intrinsically (for example via secondary electron bombardment) or separately charged particles can be consciously influenced in their trajectory.
- the intrinsically for example via secondary electron bombardment
- separately charged particles can be consciously influenced in their trajectory.
- a process gas can be supplied to the vacuum chamber housing 802k by means of the gas supply device 1716 in order to form a process atmosphere in the
- the process gas can, for example, comprise a precursor gas, a reactive gas and / or an inert gas or be formed therefrom.
- the inert gas can, for example, comprise argon or be formed from it.
- the reactive gas can for example contain nitrogen or oxygen or be formed from them.
- the precursor gas can, for example, have gas molecules that have more than 4 atoms.
- the gas supply device 1716 can be coupled to a gas source for a chemical-physical reaction process.
- the vacuum chamber housing 802k can be coupled to a pump system 804 (having at least one rough vacuum pump and optionally at least one high vacuum pump).
- the pump system 804 can be configured to withdraw a gas (eg the process gas) from the vacuum chamber housing 802k, so that a vacuum (ie a pressure less than 0.3 bar) and / or a pressure in a range of approximately 1 mbar to about 10 3 mbar (in other words fine vacuum) and / or a pressure in a range from about 10 3 mbar to about 10 7 mbar (in other words high vacuum) or a pressure less than high vacuum, e.g. less than about 10 7 mbar (in other words ultra-high vacuum) be provided or can be provided.
- the process pressure can form from an equilibrium of process gas which is supplied by means of the gas supply device 1716 and withdrawn by means of the pump system 804.
- the coating material source 208 can have a plurality of spatially separated coating materials, each of which coating material is evaporated can for coating the particles 106.
- the coating material source 208 can be or be actively cooled, for example by means of a cooling fluid which flows through the or each crucible 208t of the coating material source 208.
- the lateral extent of the coating material source 208 can be smaller than the distance between opposing sections of the feed gap 202s (e.g. the
- Diameter of the dissemination membrane 202m Diameter of the dissemination membrane 202m). This enables contamination of the coating material source 208 by the particle flow to be inhibited.
- the electron beam 23 collides with the coating material (also referred to as evaporation material), it can (e.g. due to elastic and inelastic collisions with the core atoms or
- Electrons of the coating material also come to the emission of secondary electrons from the coating material.
- the secondary electrons can, for example, electrically charge the particles in the falling region 206a (also referred to as a particle curtain or particle curtain). This allows a
- Electron pressure (clearly also referred to as wind) arise, which drives the particles away from the coating material source 208.
- a high power of the electron beam 23 and the comparatively fast evaporation of the coating material result in a rapid tracking of the material vapor.
- the coating material 208m e.g. a metal rod
- the coating material source can have a magazine (e.g. within the vacuum chamber) in which several rods are removed from the
- Coating material are recorded and can be tracked from this.
- the gas delivery device 1716 may include one or more than one gas inlet valve (e.g., located on the chamber walls of the chamber housing 802k).
- a reactive gas can be fed into the coating space 206, e.g. for a chemical-physical
- Material vapor 109 e.g. metal vapor
- evaporation rate can be controlled and / or regulated (e.g. by means of the control device) via the power of the coupled-in electron beam 23. This allows the thickness of the particle coating (also called
- the coated particles After the coated particles have passed through the coating space 206 (also referred to as the functionalization zone), they can be fed to the sixth processing stage 400f.
- the collecting container 204 (also referred to as a collector) can provide the function of collecting the coated particles 106, concentrating and using a
- the bottom of the receptacle 204 may provide a particle support which is inclined, i.e., inclined in an illustrative manner.
- the particle support can enclose an angle (also referred to as an angle of inclination) with the horizontal.
- the collecting container 204 can be designed to be able to vibrate, for example by means of a vibration source 1704 (see FIG. 18).
- the collection container 204 can provide a loosening device.
- the inclination and certain vibration frequencies can guide the particles in the collecting container 204 in a fluid and gentle manner into a recessed section of the collecting container 204, instead of which they can be discharged by means of the discharging mechanism 1710 through an outlet opening of the collecting container 204.
- the discharge mechanism 1710 can, for example, have a screw conveyor (then also referred to as a screw conveyor) which, for example, compresses the particles and thus helps to maintain the existing vacuum in the chamber housing 802k.
- a screw conveyor herein also referred to as a screw conveyor
- the collecting container 204 can for example by means of a flange connection with the
- Chamber housing 802k be connected so that it can be rotated to one side if necessary. This makes it easier to replace the shield 408 (this can then be removed downwards).
- FIG. 5 illustrates a coating arrangement 500 according to various
- Embodiments in a schematic detailed view e.g. their first processing stage 400a.
- the particles can be removed from a bed 511 (clearly a supply of particles) by means of the feed mechanism 402 and brought through an opening into one of the processing rooms, i.e. fed to it. This can take place, for example, through an opening 102e, 202s.
- the opening 102e, 202s can be the inlet opening 102e or the feed gap 202s.
- the particles can, for example, be fed to one or more than one separation stage 104a, 104b or to the coating stage 400e.
- the opening 102e, 202s can optionally be provided in the form of an annular gap.
- the bed 511 can be arranged in a storage container 504.
- the tracking mechanism 402 can have a screw conveyor 502 (then also referred to as screw conveyor 402).
- the particles 106 which are moved by the screw conveyor 502, are compressed and thereby and due to the structural shape (length, circumference, etc.) of the screw conveyor 502 provide a gas separation from the atmospheric environment 501, so that not
- Conveyor screw 502 for example, the particles 106 can be fed in continuously.
- a so-called stack filling can take place.
- a supply container 404 under negative pressure can be continuously filled with material via an inward and outward transfer mechanism, for example a shorter screw conveyor 502 and / or a conveyor belt transporting the particles from the negative pressure container 504 through the opening 102e, 202s.
- the feed mechanism 402 can have a metering plate (e.g. having the annular gap).
- the powder material to be functionalized can also be - and remain - in the form of a storage and collecting container in a vacuum.
- FIG. 6A illustrates a particle isolation device 600 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example with a view of a mechanical isolation stage 104b thereof.
- FIG. 6B and FIG. 6C each illustrate the kinetics of the mechanical isolation in a schematic diagram 600b, 600c.
- the still partially aggregated particles 106 (clearly the agglomerate-containing powder) can be brought to a mechanical acceleration device 602, for example by means of the feed mechanism 402.
- the mechanical acceleration device 602 can be set up to effect a mechanical acceleration 103 of the particles.
- the mechanical acceleration device 602 can for this purpose a rotatably mounted
- the particle support 602 can, for example, have a flat rotary disk 602 or an uneven rotary plate 602 or be formed therefrom.
- the particle support 602 can be coupled to a vibration source in order to set the particle support 602 in vibration.
- the particle support 602 can be turned out upwards, for example convexly or concavely. in the In the following, reference is made in simplified form to a rotatably mounted rotary disk 602, whereby the same can also apply to a differently shaped particle support 602.
- the baffle 104p can be, for example, a surface of the chamber housing 802k, e.g., a chamber wall thereof, or can be provided by means of a baffle (e.g. a baffle) attached to the chamber housing 802k.
- Diagram 600b shows the speed 601 of the rotating disk 602 (e.g. in 1 / s) above the
- Particle size 603 which causes a separation.
- This mechanical action of the second isolation stage 104b e.g. its rotating disk 602, can be sufficient to effectively break up larger agglomerates, as is illustrated schematically in diagram 600b using the example of a particle cluster 106c consisting of two particles (also referred to as dicluster 106c) different diameter d the
- n 2 is the number
- p is the mass density and thus the molecular distance between the particles 106 of the cluster 106c.
- n can also be greater than 2.
- This speed v can then be converted into a speed 601 based on the design of the rotating disk (e.g. the disk diameter d). So it turns out
- the speed 601 illustrated in diagram 600b decreases with increasing particle size 603 and illustrates the case that the entire kinetic energy of the cluster 106c is expended to overcome the adhesive force Hp (also referred to as energy transfer).
- Hp also referred to as energy transfer
- Speed of the dicluster 106c may be required for dispersing, since the energy transfer does not consume all of the kinetic energy.
- Diagram 600c shows the speed 605 of the dicluster 106c (e.g. in 1 / s) over the particle size 603, to which this is accelerated 103 for separation.
- particle size 603 and the required kinetic energy can furthermore occur microphysical effects which are difficult to determine and which influence the energy transfer predicted by the theory.
- the actual energy transfer i.e. the amount of energy that is converted from the speed when a dicluster 106c hits the impact surface 104p into energy for breaking the adhesion, can also be from
- the impact surface 104p can be uneven.
- the impact surface 104p can have a large number of macroscopic cones, pyramids and / or hemispheres or other protuberances or depressions.
- the rotary disk 602 can be different
- one or more than one mechanical shredding process can take place
- the mechanical isolation stage 104b can be an optional
- Have guide device 604 which, for example, has a plurality of beveled and / or inclined guide surfaces (for example baffles) between which a gap 604s is provided.
- the gap 604s can be in the form of an annular gap, for example.
- the guide surfaces 604 can focus the particles 106 to form a (eg, rotationally symmetrical) particle curtain and / or, more generally, guide them to the next processing stage.
- the guide device 604 can have a switchable vibration source which excites a vibration of the guide surfaces (for example up to ultrasound excitation), which improves the flowability of the powder.
- the mechanical separation stage 104b can be used as
- Pre-isolation stage act and preferably separate larger agglomerates in the macroscopic range.
- FIG. 7 illustrates a particle isolation device 700 according to various
- the electrical isolation stage 104a can have at least one (i.e. one or more than one) electrode 104e, which is provided with a first electrical potential.
- Guide path 111 can lead to the at least one electrode 104e, so that the particles 106 are brought into physical contact with the electrode 104e.
- the particles 106 can absorb electrical charges therefrom, which excites an electrical isolation 110v of the particles 106 electrically charged in this way.
- the mechanical isolation stage 104b can have an electrical acceleration device 602 which is set up to provide an electrical field 602e.
- the electric field 602e can transmit a force to the electrically charged particles 106 which accelerates the particles 106 towards the acceleration device 602 (clearly attracts them).
- the force can be proportional to the charge q received by the particle 106 and proportional to the field strength of the electric field 602e.
- the electrical acceleration device 602 can, for example, have a counter-electrode 602 (e.g. anode) which is assigned to the electrode 104e (e.g. cathode) and to which a second electrical potential is provided.
- the second electrical potential can differ from the first electrical potential (and optionally from the potential of the chamber wall 802k), so that the electrical field 602e (or an electrical voltage) between them
- the counter electrode can have the baffle surface 104p.
- the particles 106 can be mechanically separated upon contact with the impact surface 104p and at the same time at least partially release their electrical charges to them (clearly discharged).
- the particles 106 discharged in this way can ricochet off the impact surface 104p and / or be accelerated by the electric field 602e to the electrode 104e, where they are recharged so that the process begins anew.
- a channel 702 (also referred to as guide channel 702s) can be formed, through which the particles 106 are guided under the action of their weight and alternately makes one or more contact with each channel wall of the two channel walls 104e, 602.
- the guide channel 702s can for example be designed as an annular gap.
- the guide path 111 can be extended through the guide channel 702s.
- the particles can optionally be crushed upon contact with electrode 104e.
- one side of the channel can be or become electrically positively charged and the other electrically negatively charged, so that the particles 106 falling through are each accelerated 103 towards both channel walls 104p and are broken up when they impact.
- the particles fluctuate more or less back and forth between the channel walls 104e, 104p and thus experience a large number of impacts that stimulate isolation.
- FIG. 8 illustrates a particle separation device 800 according to various
- a mechanical isolation stage 104b can have a rotary disk 602 or provide mechanical acceleration of the particles 106 by means of the rotating rotary disk 602.
- An electrical isolation stage 104a can be a
- An additional mechanical isolation stage 114a can have a counter electrode 602 of the guide channel 702s, and by means of this provide an electric field, so that the particles 106 are accelerated by means of the electric field.
- FIG. 9A illustrates a particle separation device 900 according to various embodiments in a schematic detailed view, at least on one electrical separation stage 104a of this.
- the effect of the electrostatic, Coulombic repulsion of two or more charged particles 106 adhering to one another can be provided by means of an electrical isolation stage 104a.
- the electrical isolation stage 104a of the particle isolation device 900 can be provided in electron emitter configuration (then also referred to as electron emitter isolation stage 104a). By means of the electron emitter isolation stage 104a, the particles, which for example fall out of a preceding processing stage, can pass through a vacuum area 911 (also referred to as the charging area 911), in which free electrons are located.
- a vacuum area 911 also referred to as the charging area 911
- the free electrons can be emitted from an electron source 902, for example a glow electrode 902, wound around the beam guiding channel 406 and / or with its full circumference.
- the glow cathode 902 can be set up to provide thermally emitted electrons.
- the hot cathode 902 can, for example, have a heating device which is set up to release thermal energy.
- a field emission cathode can also be used. What is described for the hot cathode 902 can also apply analogously to the field emission cathode.
- the field emission cathode can
- a field emission cathode reduces the generation of heat.
- the glow electrode 902 can, for example, be electrically isolated from the beam guiding channel 406, e.g. by means of a dielectric layer which separates them from one another.
- a dielectric layer which separates them from one another.
- the first electrode 904 associated with the glow electrode 902 (e.g. perforated) is accelerated
- the electrons emitted by the glow electrode 902 outwards (e.g. rotationally symmetrical and / or in a radial direction), e.g. in
- the first electrode 904 (e.g., an accelerating electrode 904) can, for example, comprise or be formed from a metallic extraction grid 904.
- a (e.g. perforated) second electrode 906 (e.g., a delimitation electrode) assigned to the glow electrode 902 and arranged, for example, on the chamber wall 802k, accelerates and limits the free electrons to the charging area 911, through which the guide path 111 extends.
- the first electrode 904 and the second electrode 906 can differ from one another, for example, in terms of their electrical potential.
- FIG. 9B illustrates the kinetics of electrical isolation in a schematic diagram 900b using the glow electrode 902 as an example.
- the one described for this purpose Correlation can also apply analogously to electrical isolation, which introduces electrons into the particles 106 in a different way.
- the electrical voltage 901 of the glow electrode 902 (based on the limiting electrode 906 or a reference potential) is plotted against the particle size 603 of the particles 106, which causes electrical isolation.
- a potential difference 901 of 30 V can already be sufficient to electrostatically separate two 1 mih particles 106 from one another. Because of the great influences of air humidity and surface topology, the adhesive force FH between two or more particles 106 is not always exact
- the consideration of the adhesive force FH can, however, be based on the proportionality of the adhesive force FH to the particle size 603 of the particles 106 (eg their radius r) and their decrease with s 2 .
- the decrease with s 2 reflects that the adhesive force FH or the adhesive constant ⁇ decreases very quickly if the distance s between the particles 106 (or between their surfaces) is increased, as described above.
- 10A and 10B each illustrate the kinetics of electrical isolation in a schematic diagram 1000a, 1000b.
- the electrical charge 1001 introduced per particle 106 of a particle cluster (also referred to as charge, in coulombs) is plotted over the particle size 603 of the particle 106.
- the electric field 1003 (in volts / meter) is between the glow electrode 902 and the
- Boundary electrode 906 applied over the particle size 603 of the particles.
- the particle stream has a throughput rh of 35 g / s (mass m of the particles 106 per
- the glow electrode 902 can be electrically supplied in such a way that it generates enough free electrons to load each particle 106, for example with up to 30 V (or even more).
- Particle of current with mass m (whose time derivative is m), can satisfy the following relation:
- P denotes the mass density of the particles 106 and q denotes the charge per particle (for example in coulombs).
- the example results in a current I of up to 0.03 A (ampere) for a mass flow of 35 g / s, a density P of 2.4 g / cm 3 and an electrical potential of
- the current intensity I represents a temperature of the glow electrode 902 (e.g. a
- Filament such as a filament
- w w
- the Richardson constant Ao can be, for example, 600,000 A / m 2 K 2 (amperes per meter squared and Kelvin squared) for tungsten or, for example, 100 A / m 2 K 2 for barium strontium oxide (BaO-SrO).
- the Boltzmann constant k is 8.617-10 5 eV / K (electron volts per Kelvin).
- D is the diameter of the hot cathode
- H the height of the hot electrode 902 (also referred to in simplified form as hot cathode 902)
- S the wire diameter.
- Hot cathode 902 is supplied, the recommended temperature TA of the hot cathode 902 (also referred to as working temperature, in Kelvin), and the expected service life tL (in hours) of the hot cathode 902.
- the recommended temperature TA of the hot cathode 902 also referred to as working temperature, in Kelvin
- the expected service life tL in hours
- the hot cathode 902 can be supplied with a current I greater than 30 mA until its working temperature TA is reached.
- a tungsten wire can be operated at up to 2600 Kelvin, which can correspond to a current I of up to 8.3 amps.
- the working temperature can correspond to a current I of approximately 3 amperes.
- the current I which corresponds to the working temperature TA, can thus deliver enough free electrons to electrostatically separate (i.e. disperse) a particle flow of 35 g / s.
- FIG. 11 illustrates a particle isolation device 1100 according to various embodiments in a schematic detailed view (for example, looking along the guide path 111 and / or along the vertical 155) onto an electron emitter isolation stage 104a of this.
- the particle singulation device 1100 can have: a beam guiding channel 406 through which an electron beam 23 can be guided, and the
- Electron emitter isolation stage 104a may include: a holding device 1102 for holding the electron emitting
- Glow electrode 902 also referred to as hot cathode 902
- acceleration electrode 904 also referred to as acceleration anode 904
- limiting electrode 906 Between the limiting electrode 906 and the acceleration electrode 904, the
- Charging area 911 may be arranged, e.g., surrounding accelerating electrode 904.
- the glow electrode 902 can for example have a glow wire or be formed from it.
- the charging area 911 can be provided, for example, in the form of an annular gap.
- the acceleration electrode 904 can, for example, have a grid or the like or be formed therefrom.
- the glow electrode 902 can, for example, be coupled to a power supply (not shown), for example by means of a power cable.
- FIG. 12 illustrates a particle separation device 1200 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example of an electron emitter separation stage 104a thereof.
- the electron emitter isolation stage 104a can be set up to emit free electrons in the form of secondary electrons (also referred to as free secondary electrons).
- free secondary electrons can be used for the electrostatic dispersion, which are generated by direct coupling of the electron beam 23 into the electron source 902, for example a secondary electron emitter electrode 902 (also referred to as an electron beam-supplied secondary electrode 902 or secondary electrode 902 for short).
- the emission of secondary electrons can be understood as the emission of electrons from the surface of a solid, which is caused by "primary" electrons (also referred to as primary electrons).
- the primary electrons can be provided by means of the electron beam 23, which is directed onto the secondary electrode 902.
- another radiation can be used, e.g. X-ray or
- the secondary electrons generated by the electron beam 23 can be in the
- Charging area 911 (ie into the particle flow) are emitted.
- the secondary electrode 902 can be set up (for example, beveled, concave, convex and / or conical) in such a way that the electron beam 23 is reflected by means of the secondary electrode 902 in the direction of the charging area 911. Part of the power of the electron beam 23 can thus be used for electrical isolation.
- the secondary electrode 902 can, for example, have or be formed from a metal ring, onto which the electron beam 23 is directed. The charge of the by the in the
- Electrons emitted into charging area 911 may be sufficient to generate a
- the electron emitter isolation stage 104a can have: the secondary electrode 902, the optional beam guidance channel 406, and the
- Electron beam source 404 The electron emitter isolation stage 104a can be configured to emit free electrons 1202 into the charging area 911.
- the free electrons 1202 can electrons of the reflected from the secondary electrode 902
- the metal ring 902 of the electron emitter isolation stage 104a can, for example, have a beveled ring-shaped metal blank.
- the beam guiding channel 406 can have two dielectric segments 1302, between which the secondary electrode 902 is arranged.
- the electron beam 23 can be controlled according to a cycle, the cycle having several phases (for example each of a few milliseconds in duration), of which the electron beam 23 is directed onto the secondary electrode 902 in a first phase, and of which in a second phase the Electron beam 23 is directed onto the coating material source 208 (for example through a passage opening of the secondary electrode 902 or past it).
- the cycle having several phases (for example each of a few milliseconds in duration), of which the electron beam 23 is directed onto the secondary electrode 902 in a first phase, and of which in a second phase the Electron beam 23 is directed onto the coating material source 208 (for example through a passage opening of the secondary electrode 902 or past it).
- FIG. 14 illustrates a particle isolation device 1400 according to various embodiments in a schematic detailed view, e.g. of several isolation stages 104a, 114a thereof.
- particles 106 can be processed particularly well, all of which have a similar particle size (e.g. not
- the electrostatic isolation can take place by means of secondary electrons, which are emitted from a metal ring 902 in that the latter is bombarded with the electron beam 23.
- an additional electrical isolation stage 114a can be used to perform electrostatic isolation by means of thermally emitted electrons from a glow electrode 902.
- an electrostatic selection of the particles 106 can take place.
- the coating arrangement 1400 can have a selection chamber 1401. The still agglomerated particles 106 are guided into the selection chamber 1401, for example by means of a dosing unit of the tracking mechanism 402. The bottom of the selection chamber 1401 can be vibratable and / or electrically conductive
- Particle support 602 (e.g. having a membrane 202m) which is enclosed, for example, in a rigid and / or electrically insulated or electrically conductive and / or electrically insulated or electrically conductive frame.
- the electrostatic emission can make it possible, for example, to supply mainly (or only) dispersed, that is to say completely isolated, particles 106 to the downstream processing space, as will be described in more detail below.
- FIG. 15 illustrates a particle isolation device 1500 according to various embodiments in a schematic detailed view, e.g. of several isolation stages 104a, 114a thereof.
- the particle support 602 can provide a floor of the selection chamber 1401, for example.
- the selection chamber 1401 can, for example, have an oscillating and / or electrically conductive chamber floor 602 (also referred to as emission floor 602).
- the chamber bottom 602 can, for example, have a membrane 202m and / or a plate 602b (e.g. disc, e.g. vibrating disc) or be formed therefrom.
- the particles 106 to be separated can be fed to the selection chamber 1401, for example by means of the tracking mechanism 402.
- the selection chamber 140 e.g. its emission base 602 and / or upper chamber part 1402, can be made by means of one or more than one dielectric (clearly electrically isolated)
- Connection piece 1504 be stored.
- Each connecting piece 1504 can, for example, comprise or be formed from a ceramic. Alternatively or additionally, the
- Emission base 602 and the upper chamber part 1402 can be coupled to one another by means of the one or more than one connecting piece 1504.
- at least one connecting piece 1504 can provide a chamber side wall of the selection chamber 1401, which extends from the emission base 602 to the chamber upper part 1402.
- the at least one chamber side wall can have one or more than one lateral outlet opening 1501.
- the outlet opening 1501 can be provided, for example, in the form of an annular gap.
- the membrane 202m can provide an electrode and the upper chamber part 1402 can provide a counterelectrode, assigned to it, of the additional electrical isolation stage 114a.
- the for this purpose, membrane 202m can be or will be provided with an electrical potential (then also referred to as contact electrode 202m), which, as described above, can be set up as a function of particle size 603 and / or the adhesion constant ⁇ .
- An electrical charge can be introduced into the particles 106 by means of the electrical potential of the membrane 202m.
- the upper chamber part 1402 can for example be electrically grounded (or more generally have the reference potential) and clearly provide the counter potential to the electrically charged membrane 202m.
- the potential difference i.e. electrical voltage
- the electric field inside the chamber can transmit a force to the electrically charged particles 106, so that they move along the field lines of the electric field towards the upper chamber part 1402 (e.g. analogous to the opposing polarity
- the effect of the adhesion of the particles 106 to one another and to the chamber floor 602 has an influence on the kinetics of the charged particles 106. If the particle size exceeds a threshold value, the field strength can no longer decrease coherently with the particle, but above the threshold value depending on the Increase the liability constant.
- Fig. 16 illustrates the kinetics of electrical isolation in a schematic
- Diagram 1600 In diagram 1600 the electric field 1003 (in volts / meter) is im
- a vibration can be coupled into the selection chamber 1401, for example its chamber bottom 602, by means of the vibration disk 602b or, more generally, a vibration source.
- the plate 602b can couple the vibration source with the membrane 202m or have the vibration source (eg a coil).
- the vibration source can be set up to excite the membrane 202m to vibrate.
- the oscillation may be able to move the particles 106 on the chamber floor 602 (for example the
- the electric field E can be
- Electrode spacing and electrical voltage can be used.
- an electrode spacing of 10 cm or more can have the effect that mainly smaller particles are accelerated sufficiently in such a way that they overcome the exemplary electrode spacing of 10 cm.
- the movement of larger particles or particle clusters can be dominated by their weight, whereupon they fall down again after they have lifted off. This clearly makes it possible to control the particle size of the particles 106 brought out of the lateral openings 1501 of the selection chamber 1401 (e.g. by means of the voltage).
- free electrons 1202 can also be emitted into the interior of the chamber (clearly an electron wind is provided), e.g. by means of electron beam bombardment of a metal ring 902 and / or thermally emitted electrons from a glow electrode 902.
- the free electrons 1202 can electrically charge the particles 106 inside the chamber, for example above the emission potential until the Coulomb repulsion is reached.
- Agglomerated particles 106 are thus effectively separated so that they too can now overcome the exemplary electrode spacing (e.g. of 10 cm).
- the gradually provided composition of the particles inside the chamber (clearly a powder mist) can be attracted (also referred to as electrostatic attraction) through the lateral openings 1501 of the selection chamber 1401 by the limiting electrode 906 of the electrical isolation stage 104a (e.g. on the chamber wall 802k).
- a plasma source can be arranged in the interior of the chamber, for example as an alternative or in addition to electrical isolation stage 104a and / or the additional electrical isolation stage 114a.
- the plasma source can for example at the
- Secondary electrode 902 e.g. glow electrode 902
- the falling particles 106 can experience collisions with electrons and / or ions of the plasma by means of a plasma formed inside the chamber (e.g. as an alternative or in addition to the free electrons). This effect supports the dispersion of agglomerates while at the same time
- FIG. 17 illustrates a coating arrangement 1700 according to various
- Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view.
- Coating arrangement 1700 can include rotating disk 602 and a glow electrode 902.
- the coating arrangement 1700 can have a vibration source 1704 (e.g. vibration disk) which is coupled to the collecting container 204 and optionally carries an electrical potential which charges the particles and can thus be influenced in the course of their trajectory.
- the coating arrangement 1700 can furthermore have a holding device 1702 for holding (e.g. screw connection point) the shield 408, which can be introduced into the shield 408 in a form-fitting manner.
- the coating arrangement 1700 can furthermore have a discharge channel 1710 coupled to the collecting container 204 for discharging 204a the particles 106 after they have been coated.
- FIG. 18 illustrates a coating arrangement 1800 according to various
- Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view.
- Coating arrangement 1800 can have the selection chamber 1401, in which the electron beam-supplied secondary electrode 902 and a horizontally extending contact electrode 202m have.
- An electrically charged impact surface 104p can be arranged next to the selection chamber 1401.
- 19 illustrates a coating arrangement 1900 according to various
- Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view.
- Coating arrangement 1900 can have the rotating disk 602 and an electron beam supplied secondary electrode 902.
- FIG. 20 illustrates a coating arrangement 2000 according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view. The
- Coating arrangement 2000 can exemplarily include the rotating disk 602 and a
- a lateral coupling of the electron beam 23 into the vacuum chamber 802 can be provided.
- the beam guiding channel 406 can be arranged on the upper third of the coating space 206.
- Vacuum chamber 802 may not be necessary. This simplifies the upper components of the coating arrangement 2000, e.g. the assemblies for dispersion and / or for dissemination.
- the electron beam 23 When the electron beam 23 is coupled in from the side, it can be guided through the falling area 206a and thereby come into contact with the vertically falling particles 106.
- the particles 106 When the particles 106 come into contact with the electron beam 23, they can be heated strongly, so that there can be an evaporation of material from the particles 106, as a result of which material is partially volatilized and the system or the particle coating can be contaminated. This can be desirable but can also be compensated for by interrupting the feed gap 202s locally above the beam guiding channel 406 so that a narrow shadowing is provided in the particle curtain 106. This reduces the risk of particle-electron collisions.
- 21A illustrates a coating arrangement 2100 according to various
- FIG. 21B illustrates the kinetics of the uniformly distributed feed in a schematic diagram 2100b.
- the uniform distribution stage 400d can have a particle support 1602 which has a membrane 202m, for example.
- the particle support 1602 can delimit the feed gap 202s or the feed gap 202s can surround the particle support 1602.
- Feed gap 202s can be formed, for example, between the particle support 1602 and a wall element 2104 surrounding the particle support 1602.
- the wall element 2104 can be part of the chamber housing 802k, for example.
- the particle support 1602 can have a circular outer edge which delimits the feed gap 202s, i.e. can be rotationally symmetrical.
- Particle pad 1602 may also have a different symmetry.
- the particle support 1602 can be set up to couple a force (also referred to as an output force) into the particles 106 resting thereon, which force is directed towards the feed gap 202s.
- the output force can have the same symmetry as the outer edge of the particle support 1602.
- the output force can, for example, be set up essentially radially symmetrically, wherein the center of symmetry can be arranged in the interior (e.g. in the center of the circular outer edge) of the particle support 1602.
- the output force can be or be provided in various ways, as will be described by way of example below.
- the particle support 1602 can, for example, have a convex (e.g. conical or at least tapering) upper surface, i.e. sloping towards the edge.
- a concave or surface can also be used.
- particles can also move uphill. This can bring dosage benefits.
- the particle support 1602 can form an angle (also referred to as an angle of inclination) with the horizontal 153, 151. This can provide the particles 106 with a downhill force, which can be part of the downhill force.
- the particle support 1602 can, for example, be set in a rotary movement so that the particles revolve around the center of symmetry. This can couple a centrifugal force to the particles 106, which can be part of the output force.
- the uniform distribution stage 400d can have a vibration source 202v which is set up to vibrate the particle support 1602 (e.g. the membrane 202m)
- particles can be fed to the uniform distribution stage 400d from at least one (i.e. one or more than one) isolation stage 104a, 104b, e.g. along the
- the falling stream of particles 106 from the at least one isolation stage 104a, 104b can, for example, fall onto a plane 202m capable of inclining and vibrating in the form of a vibrating membrane 202m.
- the particles 106 emitted by the uniform distribution stage 400d can be fed to the coating space 206, for example by falling into the coating space 206 over the outer edge of the particle support 1602.
- the particle support 1602 can optionally have a clamping frame 2106 (e.g. a rigid frame) in which the membrane 202m is enclosed (also referred to as an edge restraint).
- the tenter frame 2106 may have the outer edge.
- the edge of the membrane 202m, which is coupled to the tensioning frame 2106, can be configured, for example, corrugated and / or profiled (e.g. provided as a bead), as clearly shown in the case of a loudspeaker.
- the edge of the membrane 202m can for example comprise an elastic material, for example an elastomer.
- the edge restraint of the membrane 202m i.e. that the edge of the membrane 202m is not open) can provide defined boundary conditions so that the
- the vibration source 202v can be set up, for example, to vary the coupled vibration over time, i.e. provide the particle support 1602 with multiple vibration modes.
- the vibration source 202v can be set up, for example, to generate different frequencies (also referred to as vibration frequencies).
- the vibration source 202v can be set up to couple the vibration at different points 202e (also referred to as coupling points) of the particle support 1602.
- a continuous, radially symmetrical particle flow to the outer edge of the particle support 1602 (e.g. a disk 1602) can be provided.
- the membrane 202m of the particle support 1602 can be higher in the center than at the edge.
- the particle support 1602 can have a multiplicity of depressions and / or grooves which are systematically or stochastically distributed over their entire surface. In addition to a directed particle flow over the edge of the particle support 1602, this also provides many smaller, locally concentrated particle flows, which increase the particle throughput and thus improve the economy.
- the spatial filling of the particles 106 falling over the outer edge of the particle support 1602 can be controlled and / or regulated, for example by the amount of particles supplied (eg their number and / or mass) is changed per time.
- the space filling of the particles 106 can be controlled and / or regulated by changing the distance between the particle support 1602 or the feed gap 202s from the coating material source 208. This can be done for example by means of
- Control device take place.
- the volume of the particles 106 clearly describes the amount of particles per unit volume.
- the particle support 1602 can, for example, be mounted displaceably (e.g. along the vertical and / or horizontal) and / or inclined so that, for example, its relative position and / or orientation relative to the coating material source 208 can be changed, e.g. their distance from one another. This can be done for example by means of
- Control device take place.
- the diagram 2100b shows a normalized spatial filling 2101 of the particles 106 along the free fall path 211 above the position 2103 on the free fall path for different distances hstart of the particle support 1602 from a reference position. This shows the effect of the linear expansion or the change in the volume of a particle flow caused by the length of the fall.
- 22 illustrates a coating arrangement 2200 according to various
- the particle support 1602 can have a multiplicity of through openings 2204 which, for example, are systematically or stochastically distributed over their entire area.
- the through opening 2204 of the particle support 1602 can, for example, by means of
- Protective plates 2206 are protected from vapor deposition and sealing.
- Through openings 2204 can be provided, for example, in the form of an annular gap and / or concentric to one another.
- the particle support 1602 (e.g. its frame) can optionally be enclosed in a water-cooled housing.
- the lower part of the case can optionally be replaced with a replaceable
- Heat shield 2206 which can additionally function as a sacrificial shield, so that the particle support 1602 (e.g. its dissemination membrane 202m) is shielded from the directed coating steam.
- the sacrificial shield 2206 can also be optional
- the particle support 1602 eg its membrane
- Decoupling and cooling protect the particle support 1602 (eg its membrane 202m) from the material vapor and the temperature resulting therefrom. If the particles 106 get over the outer edge of the particle support 1602, gravity takes hold of them and the particles 106 fall through the material vapor below, the material vapor being the
- Comprises or is formed from coating material also referred to as coating material vapor, e.g. a metal vapor.
- coating material vapor also referred to as coating material vapor, e.g. a metal vapor.
- the thickness of the particle coating also called
- Coating thickness can be influenced by means of at least two parameters.
- the first parameter is the rate at which the coating material is evaporated (also referred to as the evaporation rate), or a corresponding vapor density.
- the second parameter is the distance of the particle support 1602 (e.g. its dissemination membrane 202m) from the coating material source 208 (e.g. evaporation source), which corresponds to the flight or residence time of the particles 106 in the material vapor.
- the beam guide channel 406 (e.g. a central electron beam tube) to which the particle support 1602 is attached or at least arranged (e.g. its dissemination membrane) can for example be set up so as to be adjustable in height, e.g. by means of a telescopic connection.
- the evaporation rate can be controlled and / or regulated by means of the power introduced into the coating material source 208 (e.g. the electron beam 23).
- the particle support 1602 can have a multiplicity of segments, of which segments directly adjacent to one another are separated from one another by means of a feed gap 202s.
- the segments can be arranged concentrically, for example, and / or offset in height relative to one another.
- the segments can, for example, provide two or more particle streams radially symmetrically into the fall region 206a.
- Coating space 206 has, and thus different
- Functionalization areas referred to may be arranged offset in height, such as, for example, over several feed gaps 202s arranged in a stepped manner. It also becomes a free-falling
- the first particle stream can be supplied from a higher position from free fall into the fall region 206a than the second particle streams.
- the second particle stream can in turn be supplied from a higher position than an optional additional third particle stream, etc.
- the material vapor (coating material vapor) can thus flow through the front and less dense first particle and is also able to functionalize one or more than one second particle flow located behind it.
- each particle stream can be exposed to a plasma (e.g. prior to coating) so that additional pretreatment and / or better dispersion can be provided.
- FIG. 23 illustrates a coating arrangement 2300 and FIG. 24 illustrates a coating arrangement 2400 in each case according to various embodiments in a schematic detailed view, which several cascade-like interconnected
- Coating stages 400e of which each coating stage 400e has one
- the coating stages 400e can be mutually by means of a
- Particle feed 202 which for example has the feed gap 202s, and / or a uniform distribution device.
- the or each coating room 206 can clearly be set up for a coating process (or for the formation of precisely one particle coating). In the event that a
- Layer system with several layers is to be applied to the particles 106, several coating stages 400e can also be arranged sequentially. Optionally, after the second coating stage, no additional separation stage may be necessary.
- 25 illustrates a method 2500 (e.g. for singulating 2500 a multiplicity of particles) according to various embodiments in a schematic flow diagram.
- the method 2500 can comprise, in 101, introducing electrons into the plurality of particles, a charge caused thereby separating the particles from one another; and in 103, accelerating the plurality of particles toward an impact surface, an impact thereby caused separating the particles from one another.
- Acceleration 103 can take place in a vacuum, i.e. the particles are arranged in the vacuum during the introduction 101 of electrons and during acceleration 103. After impact, the particles can move away from the impact surface (i.e. it is not necessarily coated with the particles).
- the method 2500 can optionally comprise, in 2600, one-time or more than one-time coating of the plurality of particles after the introduction 101 of electrons and the acceleration 103.
- 26 illustrates a method 2600 (for example for coating 2600 the plurality of particles) according to various embodiments in a schematic flow diagram.
- the method 2600 can optionally include, in 2600, singling out a plurality of particles once or more than once 2500, for example by means of the introduction 101 of electrons and the acceleration 103 of the particles against the impact surface.
- the method 2600 may include, in 107, introducing a plurality of particles into a vacuum, and in 109, evaporating a coating material into the vacuum such that the plurality of particles are coated with the coating material.
- the multitude of particles can move past the vapor expansion area, accelerated by a gravitational force.
- the particles can be introduced into the vacuum, for example, through the feed gap 202s, which extends, for example, along a path that is closed in itself, so that the multiplicity of particles surrounds the vapor expansion area.
- Example 1 is a coating arrangement comprising: a particle feed and a collecting container facing the latter, between which a cavity is formed; a
- Coating material source for emitting (e.g., vaporising and / or atomizing) a coating material into the cavity; the particle feeder having a (e.g.
- the cavity has annular) feed gap; wherein the cavity extends from the feed gap to the collecting container and partially surrounds the source of coating material, for example the feed gap (e.g. in the form of an annular gap) extending along a self-contained path; wherein the cavity has, for example, a first area and / or a second area, wherein the first area extends from the feed gap to the collecting container and surrounds the second area, and wherein, for example, the second area (e.g. an underside thereof) to the coating material source adjoins (which is arranged, for example, at a distance from the first area and / or below the second area).
- the emission can take place, for example, by means of PVD.
- Example 2 is the coating arrangement according to Example 1, with the coating material source extending through the receptacle.
- Example 3 is the coating arrangement according to Example 1 or 2, where the
- Coating material source has an evaporation crucible, which of the Collecting container is surrounded; and / or wherein the particle feed is arranged above the cavity and the cavity is arranged above the collecting container.
- Example 4 is the coating arrangement according to Example 3, wherein the coating material source has a coating material tracking mechanism which is derived from the
- Evaporation crucible is extended through the collecting container.
- Example 5 is the coating arrangement according to one of Examples 1 to 4, the collecting container having an exit opening and / or depression on the bottom.
- Example 6 is the coating arrangement according to Example 5, further comprising: a
- Screw conveyor which is arranged within the bottom exit opening (which is for example channel-shaped) of the collecting container.
- Example 7 is the coating arrangement according to Example 6, further comprising: a first drive (e.g. a vibration source) which is set up, the collecting container
- Example 8 is the coating arrangement according to Example 7, further comprising: the first drive being set up to mechanically excite the collecting container by means of a vibration coupled into it.
- Example 9 is the coating arrangement according to one of Examples 1 to 8, wherein the particle feed is a (e.g. rotatable or fixedly mounted) particle support which the particle feed is a (e.g. rotatable or fixedly mounted) particle support which the particle feed is a (e.g. rotatable or fixedly mounted) particle support which the particle feed is a (e.g. rotatable or fixedly mounted) particle support which the particle feed is a (e.g. rotatable or fixedly mounted) particle support which the
- Feed gap limited eg inside and / or surrounded by this
- has a second drive the second drive being set up to mechanically excite and / or rotate the particle support, so that, for example, particles falling onto the particle support in the direction of an edge of the Particle support are driven.
- Example 10 is the coating arrangement according to Example 9, wherein the particle support is convex (e.g. everted in the direction away from the cavity) and / or wherein the second drive is set up to mechanically excite the particle support by means of an oscillation coupled into it; and / or wherein the drive is set up to rotate the particle support.
- the particle support is convex (e.g. everted in the direction away from the cavity) and / or wherein the second drive is set up to mechanically excite the particle support by means of an oscillation coupled into it; and / or wherein the drive is set up to rotate the particle support.
- Example 11 is the coating arrangement according to any one of Examples 1 to 10, wherein the path is circular and / or wherein the path surrounds the particle support; and / or where the
- Particle feed is set up to convert a flow of particles of the first particle density into a flow of particles of the second particle density (particles per volume) and to feed the flow of particles of the second particle density to the feed gap, the first particle density and the second particle density differ from one another, wherein, for example, the second particle density is smaller than the first particle density (so that the transfer of the flow of particles is a loosening of the flow of particles), wherein, for example, the flow of particles of the first particle density has a larger mean particle distance (e.g. mean particle-to-particle distance) than the flow of particles of second particle density.
- mean particle distance e.g. mean particle-to-particle distance
- Example 12 is the coating arrangement according to any one of Examples 1 to 11, FIGS.
- Coating arrangement further comprising an electron beam gun which is set up to direct an electron beam onto the coating material source; and / or wherein the coating material source has a resistive heating device (e.g. an electro-thermal converter), which is set up, for example, to supply thermal energy to the coating material source; and / or wherein the coating material source is part of a CVD coating device.
- a resistive heating device e.g. an electro-thermal converter
- Example 13 is the coating arrangement according to one of Examples 1 to 12, further comprising: a channel through which the electron beam is directed at the
- Particle singulation device is extended therethrough.
- Example 14 is the coating arrangement according to one of Examples 1 to 13, the particle feed having an additional feed gap which is surrounded by the feed gap and / or follows the feed gap in its course and / or is concentric with it; and / or wherein the particle feed, the cavity and the collecting container are designed to be essentially vertically rotationally symmetrical.
- Example 15 is the coating arrangement according to one of Examples 1 to 14, further comprising: a vacuum chamber in which the cavity is arranged, wherein the
- Vacuum chamber is coupled to the particle separation device, for example by vacuum technology, e.g. by means of the outlet opening.
- Example 16 is the coating arrangement according to one of Examples 1 to 15, furthermore having a particle separation device, for example the particle feeder coupling the particle separation device (eg its outlet opening) to the cavity; the particle singulation device comprising: an entrance opening and an exit opening, the exit opening facing towards the cavity; at least one (ie one or more than one) separation stage which is set up to separate particles guided from the inlet opening to the outlet opening, wherein for example from the at least one separation stage: an optional first separation stage is set up, electrons into the Introducing particles, so that an electrical charge caused thereby separates the particles from one another; and / or an optional second isolation stage has a baffle wall and is set up to accelerate the particles in the direction of a baffle wall, so that an impact of the particles on the baffle wall caused thereby separates them from one another.
- a particle separation device for example the particle feeder coupling the particle separation device (eg its outlet opening) to the cavity
- the particle singulation device comprising: an entrance opening and an exit opening, the exit opening facing towards the cavity
- Example 17 is the coating arrangement according to Example 16, the first being
- Isolation stage has an electron source for providing the electrons, the electron source for example having a hot cathode for providing free electrons (e.g. by means of thermal emission), the electron source for example a
- Gas discharge device e.g. a plasma source for providing a plasma
- Gas discharge e.g. of a plasma
- the electron source for example having a contact electrode (which introduces the electrons on contact with the particles).
- Example 18 is the coating arrangement according to Example 16 or 17, furthermore one
- the electron beam gun is set up to electrically supply the secondary electron emission cathode by means of an electron beam (so that secondary electrons are emitted, for example).
- Example 19 is the coating arrangement according to any one of Examples 16 to 18, wherein the secondary electron emission cathode has a through opening and an (e.g., conical) emission surface surrounding the through opening; and where the
- the electron beam gun is set up to alternately target the electron beam
- Example 20 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 19, the second separation stage having a rotatably mounted support surface by means of which the acceleration takes place, the support surface (e.g. completely) being surrounded by the impact surface.
- Example 21 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 20, the particle coating having a rotationally symmetrical surface.
- Example 22 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 21, the second isolation stage being set up to provide an electric field by means of the (eg positively charged) impact surface to accelerate the particles by means of the electrical field towards the impact surface.
- Example 23 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 22, the first separation stage having, for example, an electron source in the form of an electrode, with a (e.g. annular) gap being provided between the electron source and the impact surface through which the particles are guided.
- Example 24 is the coating arrangement according to any one of Examples 16-23, further comprising: a (e.g. vacuum-tight or open) container having the inlet opening.
- a (e.g. vacuum-tight or open) container having the inlet opening.
- Example 25 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 24, further comprising: a screw conveyor which is arranged within the inlet opening (which is for example channel-shaped).
- Example 26 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 25, further comprising: a vacuum chamber in which the at least one isolation stage is arranged.
- Example 27 is the coating arrangement according to any one of Examples 16 to 26, wherein the inlet opening is arranged (e.g. vertically) above the outlet opening so that a gravitational force acting on the particles moves the particles from the inlet opening to the
- Example 28 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 27, further comprising: a guide device for feeding the particles to the first
- the guide device having at least one funnel-shaped surface and / or a vibration source.
- Example 29 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 28, the first separation stage and / or the second separation stage having a loosening device, the loosening device having a (e.g. rotatably mounted) particle support and a drive, the drive being set up, the particle support mechanically stimulated, so that, for example, particles falling on the loosening device in
- the particle support for example having the electron source or is formed therefrom.
- Example 30 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 29, wherein the particle support is curved (eg convex or concave) and / or the drive is set up to mechanically excite the particle support (eg by means of one of these coupled in mechanical vibration); and / or wherein the drive is set up to rotate the particle support.
- the particle support is curved (eg convex or concave) and / or the drive is set up to mechanically excite the particle support (eg by means of one of these coupled in mechanical vibration); and / or wherein the drive is set up to rotate the particle support.
- Example 31 is a coating arrangement (e.g. the coating arrangement according to any one of Examples 1 to 30), comprising: a particle feeder and a collecting container facing this, between which a cavity is formed; a coating material source for emitting a coating material into the cavity (206); where the
- Particle feed has a feed gap; the cavity of the
- Feed gap extends to the collection container and partially surrounds the source of coating material; a channel through which the electron beam hits the
- Coating material source is directed, wherein the feed gap extends around the channel.
- Example 32 is a coating arrangement (e.g. the coating arrangement according to any one of Examples 1 to 31), comprising: a particle feeder and a collecting container facing this, between which a cavity is formed; a coating material source for emitting a coating material into the cavity; where the
- Particle feed has a feed gap; the cavity of the
- Feed gap extends to the collection container and partially surrounds the source of coating material; wherein the particle feed has an additional feed gap which is surrounded by the feed gap and / or is concentric to it.
- Example 33 is a method (eg for operating the coating arrangement according to one of Examples 1 to 32), comprising: introducing a multiplicity of particles into a vacuum (eg the cavity in which the vacuum is formed) in which the multiplicity of particles of a gravitational force accelerates past a vapor expansion area, the particles being introduced through a gap (which, for example, extends along a self-contained path) so that the plurality of particles surrounds the vapor expansion area; and vaporizing a coating material (e.g., by means of the coating material source) into the vapor spreading area such that the plurality of particles are coated with the coating material.
- a vacuum eg the cavity in which the vacuum is formed
- a gap which, for example, extends along a self-contained path
- Example 34 is the method according to claim 33, further comprising: singulating the plurality of particles before introducing them into the vacuum.
- Example 35 is the method according to claim 34, the singulation comprising: introduction of electrons into the plurality of particles, a charge caused thereby separating the particles from one another; and / or accelerating the multitude of particles towards a baffle plate, an impact caused thereby separating the particles from one another; the introduction of electrons and / or the acceleration taking place, for example, in a vacuum.
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Abstract
According to different embodiments, the coating assembly (200) can have: a particle feed; a collecting container (204) facing the particle feed, a cavity (206) being formed between the particle feed and the collecting container; and a coating material source (208) for evaporating a coating material into the cavity (206); wherein the particle feed (202) has a feed gap (202s) which extends along a closed path, and the cavity (206) extends from the feed gap (202s) to the collecting container (204) and partly surrounds the coating material source (208).
Description
Beschreibung description
Beschichtungsanordnung und Verfahren Coating arrangement and procedure
Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Beschichtungsanordnung und ein Verfahren. Various exemplary embodiments relate to a coating arrangement and a method.
Im Allgemeinen kann ein Festkörper, z.B. dessen Oberfläche, beschichtet werden, um diesen funktionell zu verändern (auch als Funktionalisieren bezeichnet), d.h. dessen Eigenschaften zu verändern. Funktionalisierte Festkörper, wie beispielsweise Partikel, finden beispielsweise Anwendung in verschiedensten technischen Gebieten, wie unter anderem zur Herstellung einer Batterie, beispielsweise vom Typ der Lithium-Ionen-Batterie, aber auch in einer Brennstoffzelle (PEM), z.B. für Rußpartikel (Graphit), die mit Platin beschichtet als Katalysator dienen. In general, a solid, e.g. its surface, can be coated in order to change its function (also known as functionalization), i.e. to change its properties. Functionalized solids, such as particles, are used, for example, in a wide variety of technical areas, such as for the production of a battery, for example of the lithium-ion battery type, but also in a fuel cell (PEM), e.g. for soot particles (graphite), which coated with platinum serve as a catalyst.
In einer Lithium-Ionen-Batterie, z.B. einer in Flüssigelektrolyt- bzw. Feststoffelektrolyt basierenden (sogenannte„Solid State“ oder„All Solid State“) Batterie, bilden mehrere so genannte Aktivmaterialien als Teil der Batterieelektroden die wesentlichen Komponenten zur Maximierung der Energiespeicherkapazität und damit der Volumendichte, Energiedichte und Leistungsdichte. Deren ionische bzw. elektrische Eigenschaften werden von der Art des gewählten Aktivmaterials für die Anode bzw. die Kathode in Zusammenspiel mit dem In a lithium-ion battery, e.g. a battery based on liquid electrolyte or solid electrolyte (so-called "solid state" or "all solid state"), several so-called active materials as part of the battery electrodes form the essential components for maximizing the energy storage capacity and thus the volume density, energy density and power density. Their ionic or electrical properties are determined by the type of active material selected for the anode or the cathode in conjunction with the
Elektrolytmaterial bestimmt. Determined electrolyte material.
Aktivmaterial in Form von Partikeln (DE 10 2015 116 351) bietet eine Möglichkeit, auf dieses Zusammenspiel Einfluss zu nehmen. Allerdings ist insbesondere kathodenseitig die elektrische Anbindung von Partikeln untereinander bzw. in Wechselwirkung mit dem Stromableiter der Kathode erschwert. Zum Weiteren ist die Oberfläche der Partikel im elektrochemischen Potential einer Zelle in Wechselwirkung mit dem Elektrolyten, vor Degradationseffekten zu schützen. Daher besteht Bedarf an der Funktionalisierung von Partikeln, um insbesondere die Active material in the form of particles (DE 10 2015 116 351) offers a possibility of influencing this interaction. However, the electrical connection of particles to one another or in interaction with the current collector of the cathode is particularly difficult on the cathode side. In addition, the surface of the particles in the electrochemical potential of a cell in interaction with the electrolyte must be protected from degradation effects. There is therefore a need for the functionalization of particles, in particular for the
Leistungsdichte der Batterie zu erhöhen. Increase the power density of the battery.
Zur Funktionalisierung von Partikeln wird herkömmlich ein Freifall-Wirbelschichtgranulator oder ein Sol-Gel-Prozess verwendet, der beispielsweise Partikel aus Lithium-Nickel-Mangan- Cobalt-Oxid (LNMC) mit einer sehr dünnen LiNb03-Schicht beschichtet, was allerdings äußerst zeitaufwendig ist. Zu einem solchen nasschemischen Prozess kann grundsätzlich ein PVD- Prozess (PVD - physikalische Gasphasenabscheidung) oder CVD-Prozess (CVD - chemische Gasphasenabscheidung) - im Speziellen ALD (Atomlagenabscheidung) oder Spatial ALD - eine mögliche Alternative bieten. CVD und ALD sind allerdings in ihrer Wahl der To functionalize particles, a free-fall fluidized bed granulator or a sol-gel process is conventionally used, which, for example, coats particles of lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (LNMC) with a very thin LiNb0 3 layer, which is extremely time-consuming . A PVD process (PVD - physical vapor deposition) or a CVD process (CVD - chemical vapor deposition) - in particular ALD (atomic layer deposition) or spatial ALD - can in principle offer a possible alternative to such a wet-chemical process. CVD and ALD are, however, in their choice of
Materialkombination und in ihrem Durchsatz - gemessen an den Aufwendungen - stark beschränkt und daher aus ökonomischer Sicht weniger interessant.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Pulvermembranbeschichtungsvorrichtung Combination of materials and their throughput - measured against the expenditure - severely limited and therefore less interesting from an economic point of view. Alternatively or in addition, a powder membrane coating device can be used
(CN 201 883 142 U) verwendet werden, die zum technischen Gebiet der (CN 201 883 142 U) belonging to the technical field of
Membranbeschichtungsanlage gehört und im Wesentlichen eine Vakuumkammer, eine Membrane coating plant belongs and essentially a vacuum chamber, a
Heißfilamentelektrode (das sogenannte Hot-Wire), ein mehrstufiges Rotationstarget und eine Ionenquelle umfasst. Bei dieser„Rückprall-Vibrationsvorrichtung“ ist der Aufbau so angeordnet, dass der Ionenstrahl der Ionenquelle auf einen vibrierenden (mit Pulver gefüllten) Tiegel als Target gerichtet ist. Eine vibrierende Pulvermembran sorgt für eine Erhöhung des Abstands zwischen benachbarten Partikeln des Pulvers, damit eine nahezu sphärische 3D- Partikelbeschichtung erreicht werden kann. Includes a hot filament electrode (the so-called hot wire), a multi-stage rotation target and an ion source. This “rebound vibration device” is arranged in such a way that the ion beam from the ion source is directed onto a vibrating crucible (filled with powder) as the target. A vibrating powder membrane increases the distance between neighboring particles of the powder so that an almost spherical 3D particle coating can be achieved.
Allerdings ermöglicht es keine der voranstehenden herkömmlichen Prozesse, in einem However, it does not allow any of the foregoing conventional processes to be rolled into one
vergleichbaren Kostenrahmen zu bleiben, wie beispielsweise der etablierte nasschemische Prozess des Wirbelschichtgranulators. Der nasschemische Prozess ist allerdings hinsichtlich der Schichtdicke und der Menge an möglichen Materialkombinationen beschränkt. to stay within a comparable cost framework, such as the established wet chemical process of the fluidized bed granulator. The wet chemical process is limited in terms of layer thickness and the number of possible material combinations.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden eine Beschichtungsanordnung und ein Verfahren bereitgestellt, welche die Beschichtung von Partikeln im Vakuum zu geringen Kosten, bei einem hohen Durchsatz und großer Schichtdicke ermöglichen sowie für eine hohe Menge an Materialkombinationen zugänglich sind. Die beschichteten Partikel können beispielsweise verwendet werden, um einen Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie (z.B. einen According to various embodiments, a coating arrangement and a method are provided which enable the coating of particles in a vacuum at low cost, with a high throughput and a large layer thickness, and are accessible for a large number of material combinations. The coated particles can, for example, be used to store an energy store, for example a battery (e.g. a
Akkumulator), herzustellen. Anschaulich werden eine hochwirtschaftliche kontinuierliche Vereinzelung und Bereitstellung von Partikeln zur Funktionalisierung der Oberfläche Accumulator). A highly economical, continuous separation and provision of particles for the functionalization of the surface become clear
bereitgestellt. provided.
Die Beschichtungsanordnung und das Verfahren ermöglichen eine im Wesentlichen The coating arrangement and the method essentially enable one
zusammenhängende und umseitige Beschichtung (z.B. zweiseitig oder mehr, d.h. aus zwei oder mehr Richtungen, z.B. dreiseitig) von Partikeln. Die Beschichtung kann zur Funktionalisierung der Oberfläche einzelner und/oder voneinander isolierter Partikel erfolgen. Diese umseitige Beschichtung wird erreicht, indem die Partikel anschaulich frei fallen können. Der Freifall begünstigt beispielsweise, dass die Partikel gewendet werden, so dass diese fortlaufend ihre Ausrichtung ändern, und/oder umseitig dem Beschichtungsmaterial ausgesetzt sind. Sind die Partikel hingegen verklumpt, kann diese umseitige Beschichtung erschwert sein. Dem kann mittels einer Vereinzelung der Partikel entgegengewirkt werden. Coherent and reverse coating (e.g. two-sided or more, i.e. from two or more directions, e.g. three-sided) of particles. The coating can be used to functionalize the surface of individual and / or particles isolated from one another. This coating on the reverse side is achieved in that the particles can clearly fall freely. The free fall favors, for example, that the particles are turned over so that they continuously change their orientation and / or are exposed to the coating material on the reverse side. If, on the other hand, the particles clump together, this coating on the reverse side can be more difficult. This can be counteracted by separating the particles.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Beschichtungsanordnung aufweisen: eine Partikelzuführung und einen dieser zugewandten Auffangbehälter, zwischen denen ein According to various embodiments, the coating arrangement can have: a particle feed and a collecting container facing this, between which a
Hohlraum gebildet ist; eine Beschichtungsmaterial-Quelle zum Verdampfen eines Cavity is formed; a source of coating material for vaporizing a
Beschichtungsmaterials in den Hohlraum hinein; wobei die Partikelzuführung einen Coating material into the cavity; wherein the particle feed a
Zuführungsspalt aufweist, welcher entlang eines in sich geschlossenen Pfades erstreckt ist;
wobei der Hohlraum einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei der erste Bereich von dem Zuführungsspalt zu dem Auffangbehälter erstreckt ist und den zweiten Bereich umgibt, und wobei der zweite Bereich an die Beschichtungsmaterial-Quelle angrenzt Having feed gap extending along a self-contained path; wherein the cavity has a first region and a second region, the first region extending from the feed gap to the collecting container and surrounding the second region, and wherein the second region is adjacent to the coating material source
Es zeigen Show it
Figur 1 eine Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht; FIG. 1 shows a particle separation device according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view;
Figur 2 eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer Figure 2 shows a coating arrangement according to various embodiments in one
schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht; schematic side view or cross-sectional view;
Figur 3 die Kinetik der elektrischen Vereinzelung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm; FIG. 3 shows the kinetics of the electrical isolation according to various embodiments in a schematic flow chart;
Figur 4, Figur 5 und Figur 21 A jeweils eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen FIG. 4, FIG. 5 and FIG. 21A each show a coating arrangement according to various
Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten; Embodiments in various schematic views;
Figur 6A, Figur 7, Figur 8, Figur 9A, Figuren 11 bis 15 jeweils eine Figure 6A, Figure 7, Figure 8, Figure 9A, Figures 11 to 15 each have one
Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten Particle singulation device according to various embodiments in various schematic views
Figur 6B und Figur 6C jeweils die Kinetik des mechanischen Vereinzeins in einem FIG. 6B and FIG. 6C each show the kinetics of mechanical separation in one
schematischen Diagramm; schematic diagram;
Figur 9B, Figur 10A, Figur 10B und Figur 16 jeweils die Kinetik des elektrischen Vereinzeins in einem schematischen Diagramm; FIG. 9B, FIG. 10A, FIG. 10B and FIG. 16 each show the kinetics of the electrical isolation in a schematic diagram;
Figuren 17 bis 20 jeweils eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen FIGS. 17 to 20 each show a coating arrangement according to various
Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten; Embodiments in various schematic views;
Figur 21B die Kinetik der gleichverteilten Zuführung in einem schematischen Diagramm; FIG. 21B shows the kinetics of the uniformly distributed feed in a schematic diagram;
Figuren 22 bis 24 jeweils eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen FIGS. 22 to 24 each show a coating arrangement according to various
Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten; und Embodiments in various schematic views; and
Figuren 25 und 26 jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische FIGS. 25 and 26 each show a method according to various embodiments in a schematic flow diagram. In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof and in which specific illustrations are given
Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa„oben“,„unten“,„vorne“,„hinten“,„vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen Embodiments are shown in which the invention can be practiced. In this regard, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "front", "back", etc. is used with reference to the orientation of the character (s) being described. As components of embodiments come in a number of different orientations
positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem position, the directional terminology is used for purposes of illustration and is in no way limiting. It goes without saying that other embodiments can be used and structural or logical changes can be made without relying on the
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche The scope of the present invention. It goes without saying that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another, unless specifically stated otherwise. The following detailed
Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. The description is therefore not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten In the context of this description, the terms “connected”, “connected” and “coupled” are used to describe both a direct and an indirect one
Verbindung (z.B. ohmsch und/oder elektrisch leitfähig, z.B. einer elektrisch leitfähigen Connection (e.g. ohmic and / or electrically conductive, e.g. an electrically conductive
Verbindung), eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Connection), a direct or indirect connection and a direct or indirect coupling. In the figures, identical or similar elements are identified with identical
Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist. Provided reference numerals as far as this is appropriate.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Begriff "gekoppelt" oder "Kopplung" im Sinne einer (z.B. mechanischen, hydrostatischen, thermischen und/oder elektrischen), z.B. According to various embodiments, the term "coupled" or "coupling" may be used in the sense of a (e.g. mechanical, hydrostatic, thermal and / or electrical), e.g.
direkten oder indirekten, Verbindung und/oder Wechselwirkung verstanden werden. Mehrere Elemente können beispielsweise entlang einer Wechselwirkungskette miteinander gekoppelt sein, entlang welcher die Wechselwirkung (z.B. ein Signal) übertragen werden kann. direct or indirect, connection and / or interaction are understood. Several elements can, for example, be coupled to one another along an interaction chain, along which the interaction (e.g. a signal) can be transmitted.
Beispielsweise können zwei miteinander gekoppelte Elemente eine Wechselwirkung miteinander austauschen, z.B. eine mechanische, hydrostatische, thermische und/oder elektrische For example, two elements that are coupled to one another can exchange an interaction with one another, e.g. mechanical, hydrostatic, thermal and / or electrical
Wechselwirkung. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann "gekuppelt" im Sinne einer mechanischen (z.B. körperlichen bzw. physikalischen) Kopplung verstanden werden, z.B. mittels eines direkten körperlichen Kontakts. Eine Kupplung kann eingerichtet sein, eine mechanische Wechselwirkung (z.B. Kraft, Drehmoment, etc.) zu übertragen. Eine gastechnische Kopplung kann das Austauschen eines Gases ermöglichen. Eine vakuumtechnische Kopplung kann eine gastechnische Kopplung aufweisen, die vakuumdicht gekapselt ist. Interaction. According to various embodiments, "coupled" can be understood to mean a mechanical (e.g. physical) coupling, e.g., by means of direct physical contact. A clutch can be set up to transmit a mechanical interaction (e.g. force, torque, etc.). A gas coupling can enable a gas to be exchanged. A vacuum coupling can have a gas coupling that is encapsulated in a vacuum-tight manner.
Das Steuern kann verstanden werden als eine beabsichtigte Beeinflussung eines Systems. Dabei kann der Zustand des Systems gemäß einer Vorgabe verändert werden. Regeln kann als Steuern verstanden werden, wobei zusätzlich einer Zustandsänderung des Systems durch Störungen
entgegengewirkt wird. Anschaulich kann die Steuerung eine nach vom gerichtete Steuerstrecke aufweisen und somit anschaulich eine Ablaufsteuerung implementieren, welche eine Controlling can be understood as an intended influencing of a system. The state of the system can be changed according to a specification. Rules can be understood as controlling, with a change in the state of the system due to disturbances is counteracted. The controller can clearly have a control path directed towards the front and thus clearly implement a sequence control which is a
Eingangsgröße in eine Ausgangsgröße umsetzt. Die Steuerstrecke kann aber auch Teil eines Regelkreises sein, so dass eine Regelung implementiert wird. Die Regelung weist im Gegensatz zu der reinen Vorwärts- Steuerung eine fortlaufende Einflussnahme der Ausgangsgröße auf die Eingangsgröße auf, welche durch den Regelkreis bewirkt wird (Rückführung). Mit anderen Worten kann alternativ oder zusätzlich zu der Steuerung eine Regelung verwendet werden bzw. alternativ oder zusätzlich zu dem Steuern ein Regeln erfolgen. Bei einer Regelung wird ein Ist- Wert der Regelgröße (z.B. basierend auf einem Messwert ermittelt) mit einem Führungswert (einem Sollwert oder einer Vorgabe oder einem Vorgabewert) verglichen und entsprechend kann die Regelgröße mittels einer Stellgröße (unter Verwendung eines Stellglieds) derart beeinflusst werden, dass sich möglichst eine geringe Abweichung des j eweiligen Ist-Werts der Regelgröße vom Führungswert ergibt. Converts input variable into an output variable. The control path can, however, also be part of a control loop, so that regulation is implemented. In contrast to the pure forward control, the regulation has a continuous influence of the output variable on the input variable, which is effected by the control loop (feedback). In other words, a regulation can be used as an alternative or in addition to the control or regulation can take place as an alternative or in addition to the control. In the case of regulation, an actual value of the controlled variable (e.g. determined based on a measured value) is compared with a reference value (a setpoint or a specification or a default value) and the controlled variable can be influenced accordingly by means of a manipulated variable (using an actuator) that there is as little deviation as possible of the respective actual value of the controlled variable from the reference value.
Im Rahmen dieser Beschreibung können Partikel (auch als Feststoffpartikel bezeichnet) als Körper verstanden werden (anschaulich Körner), welche einen Feststoff aufweisen oder daraus gebildet sind, d.h. in einem festen Aggregatzustand vorliegende Materie (wobei die Materie mehrere Atome und/oder Moleküle aufweisen kann). Eine Vielzahl von Partikeln kann anschaulich als lose Menge (auch als Gemenge oder Konglomerat bezeichnet), d.h. vereinzelt, vorliegen, z.B. als Granulat (z.B. Pulver). Die Partikel können eine Ausdehnung (anschaulich Partikelgröße) größer als 5 nm (Nanometer) aufweisen, z.B. größer als 0,1 mih (Mikrometer) und/oder kleiner als 1 mm (Millimeter), z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 pm oder in einem Bereich von ungefähr 0,1 pm bis ungefähr 1 mm. Die Partikelgröße eines einzelnen Partikels kann anschaulich dem Durchmesser einer Kugel entsprechen, welche das Volumen des Partikels aufweist. Die Partikelgröße bezogen auf eine Vielzahl von Partikeln kann der über die einzelnen Partikel gemittelten Partikelgröße entsprechen. Im Folgenden wird vereinfacht unter anderem auf ein einzelnes Partikel Bezug genommen. Das Beschriebene kann in Analogie für jedes Partikel der Vielzahl von Partikeln gelten. Zwei oder mehr Partikel können je nach Fortschritt ihrer Prozessierung einzeln (d.h. voneinander separiert) oder In the context of this description, particles (also referred to as solid particles) can be understood as bodies (clearly grains) which have a solid or are formed from it, ie matter present in a solid state of aggregation (whereby the matter can have several atoms and / or molecules) . A large number of particles can clearly be present as a loose amount (also referred to as a mixture or conglomerate), i.e. isolated, e.g. as granules (e.g. powder). The particles can have an extension (clearly particle size) greater than 5 nm (nanometers), for example greater than 0.1 mih (micrometers) and / or less than 1 mm (millimeters), for example in a range from approximately 10 nm to approximately 500 pm or in a range from about 0.1 pm to about 1 mm. The particle size of an individual particle can clearly correspond to the diameter of a sphere which has the volume of the particle. The particle size related to a large number of particles can correspond to the particle size averaged over the individual particles. In the following, a single particle is referred to in a simplified manner. What has been described can apply analogously to each particle of the plurality of particles. Depending on the progress of their processing, two or more particles can be individually (i.e. separated from one another) or
aneinanderhaftend (auch als Partikelcluster bezeichnet) vorliegen. Beispielsweise kann das Beschriebene auch in Analogie für jeden Partikel cluster der Vielzahl von Partikeln gelten. Es müssen allerdings nicht notwendigerweise alle Partikel, die dem Prozessieren zugeführt werden, auch prozessiert werden. Manche Partikel können auf dem Weg anschaulich auch verloren gehen (anschaulich Verlust). adhering to one another (also referred to as particle clusters). For example, what has been described can also apply analogously to each particle cluster of the plurality of particles. However, it is not necessary that all of the particles that are fed to the processing also be processed. Some particles can also be lost on the way (visual loss).
Mittels eines Beschichtungsmaterials können mehrere Partikel jeweils beschichtet werden, so dass jedes Partikel von einer Schicht (auch als Partikelbeschichtung bezeichnet) aus dem A plurality of particles can each be coated by means of a coating material, so that each particle is composed of a layer (also referred to as a particle coating)
Beschichtungsmaterial umgeben (z.B. eingehüllt) wird, wobei die beschichteten Partikel wieder als Konglomerat (d.h. vereinzelt) vorliegen können. Im Allgemeinen können sich mehrere
Partikel untereinander und/oder von dem Beschichtungsmaterial in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden und/oder zumindest ein Material der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: ein Metall, ein Übergangsmetall, ein Oxid (z.B. ein Coating material is surrounded (for example enveloped), wherein the coated particles can again be present as a conglomerate (ie isolated). In general, several Particles differ from one another and / or from the coating material in their chemical composition and / or have at least one material of the following materials or be formed from them: a metal, a transition metal, an oxide (eg a
Metalloxid oder ein Übergangsmetalloxid), ein Dielektrikum, ein organisches oder Metal oxide or a transition metal oxide), a dielectric, an organic or
anorganisches Polymer (z.B. ein Kohlenstoff-basiertes Polymer oder ein Silizium-basiertes Polymer), ein Oxinitrid, ein Nitrid, ein Karbid, eine Keramik, ein Halbmetall (z.B. Kohlenstoff), ein Perowskit, ein Glas oder glasartiges Material (z.B. ein sulfidisches Glas oder ein super ionisches Glas), ein Halbleiter, ein Halbleiteroxid, ein halborganisches Material und/oder ein organisches Material. Der Kohlenstoff kann beispielsweise in einer Kohlenstoffkonfiguration vorliegen, z.B. als Graphit oder als nano-kristalliner amorpher Kohlenstoff. inorganic polymer (e.g. a carbon-based polymer or a silicon-based polymer), an oxynitride, a nitride, a carbide, a ceramic, a semi-metal (e.g. carbon), a perovskite, a glass or vitreous material (e.g. a sulfidic glass or a super ionic glass), a semiconductor, a semiconductor oxide, a semi-organic material and / or an organic material. For example, the carbon can be in a carbon configuration, e.g., graphite or nano-crystalline amorphous carbon.
Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial zumindest ein Metall (z.B. Aluminium, For example, the coating material can be at least one metal (e.g. aluminum,
Zirkonium, Lanthan, Nickel, Titan und/oder Chrom aufweisend oder daraus gebildet) aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Partikel und/oder das Zirconium, lanthanum, nickel, titanium and / or chromium comprising or formed therefrom) have or be formed therefrom. Alternatively or additionally, the particles and / or the
Beschichtungsmaterial ein Akkumulator-Aktivmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein. Als Akkumulator-Aktivmaterial (auch vereinfacht als Aktivmaterial bezeichnet) kann ein Material verstanden werden, welches unter einer chemischen Reaktion elektrische Ladungen aufnimmt oder abgibt (mit anderen Worten, welches elektrische Energie in chemische Energie umwandelt, und umgekehrt). Für einen Lithium-Ionen-Akkumulator kann das Aktivmaterial eine Coating material have a battery active material or be formed therefrom. As a battery active material (also referred to simply as active material) a material can be understood which absorbs or releases electrical charges under a chemical reaction (in other words, which converts electrical energy into chemical energy, and vice versa). For a lithium-ion battery, the active material can be a
Lithiumverbindung aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispiele für ein Akkumulator- Aktivmaterial der Kathode sind beispielsweise Nickel-Mangan-Kobalt (NMC), Lithium -Eisen- Phosphat (LFP), Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid (NCA), Lithium-Mangan-Oxid (LMO) und/oder Lithium -Ni ekel -Mangan-Oxid (LNMO). Beispiele für ein Akkumulator- Aktivmaterial der Anode sind Graphit (oder Kohlenstoff in einer anderen Konfiguration), nanokri stallines und/oder amorphes Silicium, ein Silizium-Kohlenstoff-Komposit, Lithium- Titanat-(Spinel)-Oxid, metallisches Lithium oder Zinndioxid (SnCL). Have lithium compound or be formed therefrom. Examples of a battery active material of the cathode are for example nickel-manganese-cobalt (NMC), lithium-iron-phosphate (LFP), lithium-nickel-cobalt-aluminum oxide (NCA), lithium manganese oxide (LMO) and / or lithium nickel manganese oxide (LNMO). Examples of a battery active material of the anode are graphite (or carbon in a different configuration), nanocrystalline and / or amorphous silicon, a silicon-carbon composite, lithium-titanate (spinel) oxide, metallic lithium or tin dioxide (SnCL ).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird die (z.B. zu beschichtete) Vielzahl von Partikeln (vereinfacht auch als Pulver oder Pulvermaterial bezeichnet) in einer vertikalen Anordnung mehreren aufeinanderfolgenden Dispersionsstufen mechanischen und/oder elektrostatischen Typs kollektiv geführt und vereinzelt. Alternativ oder zusätzlich kann eine gleichmäßige According to various embodiments, the large number of particles (e.g. to be coated) (also referred to as powder or powder material) are collectively guided and separated in a vertical arrangement of several successive mechanical and / or electrostatic dispersion stages. Alternatively or in addition, a uniform
Verteilung (Dissemination) der Vielzahl von Partikeln über einer Beschichtungsvorrichtung (z.B. einer Materialdampfquelle) erfolgen. Die Beschichtungsvorrichtung kann beispielsweise eine oder mehr als einen elektronenstrahlinduzierte Materialdampf bereitstellen, mittels derer eine nahezu gleichmäßige rundum-Beschichtung der Partikel erreicht werden kann. Im Hinblick auf sublimierende Materialien, wie Kohlenstoff, kann die entsprechende Materialdampfquelle alternativ oder zusätzlich auch seitlich angeordnet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Auflockerungsvorrichtung eine Partikelauflage und eine Schwingungsquelle aufweisen. Die oder eine hierin beschriebene Schwingungsquelle kann zu Einkoppeln einer Schwingung in die Partikelauflage (auch als vibrationsfähige Partikelauflage bezeichnet) eingerichtet sein. Die Schwingung kann die Distribution (dissemination) of the plurality of particles take place over a coating device (for example a material vapor source). The coating device can, for example, provide one or more than one electron beam-induced material vapor, by means of which an almost uniform all-round coating of the particles can be achieved. With regard to subliming materials such as carbon, the corresponding material vapor source can alternatively or additionally also be arranged laterally. According to various embodiments, a loosening device can have a particle support and a vibration source. The vibration source or one of the vibration sources described herein can be set up to couple a vibration into the particle support (also referred to as a vibratable particle support). The vibration can die
Partikelauflage zu einer Vibration (d.h. einer periodischen Bewegung) anregen, welche kinetische Energie auf die Partikel überträgt (d.h. diese zu einer Bewegung anregt). Alternativ oder zusätzlich zu der Schwingungsquelle kann die Auflockerungsvorrichtung auch einen anderen Antrieb aufweisen, welcher eingerichtet ist, die Partikelauflage mechanisch anzuregen (z.B. mittels Stößen (von innen oder außen), Rotation der Partikelauflage oder anderen Stimulate particle support to a vibration (i.e. a periodic movement), which transfers kinetic energy to the particles (i.e. stimulates them to move). As an alternative or in addition to the vibration source, the loosening device can also have another drive which is set up to mechanically stimulate the particle support (e.g. by means of impacts (from inside or outside), rotation of the particle support or others
Bewegungen), so dass die auf der Partikelauflage liegenden Partikel zu einer Bewegung angeregt werden. Die Partikelauflage kann beispielsweise eine Membran, eine ebene Platte (z.B. eine Scheibe) oder eine ausgestülpte Platte (z.B. einen Teller) aufweisen. Bei der Vibration kann sich die Partikelauflage beispielsweise periodisch verformen, z.B. gemäß einer Schwingungsmode. Movements), so that the particles lying on the particle support are excited to move. The particle support can, for example, comprise a membrane, a flat plate (e.g. a disk) or an everted plate (e.g. a plate). In the case of vibration, the particle layer can, for example, be deformed periodically, e.g. according to a vibration mode.
Die zur Bewegung angeregten Partikel können beispielsweise Stöße untereinander sowie mit der Partikelauflage erfahren, was deren Abstand voneinander erhöht und diese so anschaulich „auflockert“. Beispielsweise kann das Auflockem aufweisen, dass Bindungs- und/oder The particles stimulated to move can experience impacts with one another and with the particle support, which increases their distance from one another and thus clearly “loosens” them. For example, the loosening can have that binding and / or
Haftungskräfte der Partikel untereinander und/oder zur Partikelauflage mittels der mechanischen Anregung (z.B. Energieeintrags der Schwingung oder Ähnliches) reduziert bis aufgehoben werden. Adhesion forces of the particles to one another and / or to the particle support by means of mechanical excitation (e.g. energy input from vibration or the like) are reduced or canceled.
Die aufgelockerten Partikel können sich in diesem Zustand wie ein Fluid verhalten (auch als fluidisierte Partikel oder Partikelfluid bezeichnet) verhalten. Beispielsweise können die Partikel in ihrer Gesamtheit (d.h. das gesamte Partikelfluid) strömen und das Partikelfluid kann sich unter dem Einfluss von Scherkräften kontinuierlich verformen. Das Partikelfluid kann alternativ oder zusätzlich (zu der Übertragung von kinetischer Energie auf diese) mittels Einblasens eines Gases zwischen die Partikel bereitgestellt werden. Das Gas kann es allerdings erschweren, ein Vakuum aufrecht zu erhalten. In this state, the loosened particles can behave like a fluid (also referred to as fluidized particles or particle fluid). For example, the particles can flow in their entirety (i.e. all of the particle fluid) and the particle fluid can continuously deform under the influence of shear forces. The particle fluid can alternatively or additionally (to the transfer of kinetic energy to this) be made available by blowing a gas between the particles. However, the gas can make it difficult to maintain a vacuum.
Optional kann die Schwingungsquelle eingerichtet sein, die eingekoppelte Schwingung (z.B. zeitlich und/oder räumlich) zu variieren, so dass die Schwingungsmode der Partikelauflage gemäß mehrerer Schwingungsmoden schwingt. Die Schwingungsquelle kann beispielsweise zur Erzeugung verschiedener Frequenzen (auch als Schwingungsfrequenzen bezeichnet) eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Schwingungsquelle zur Einkopplung der Schwingung an verschiedenen Stellen (auch als Einkopplungsstellen bezeichnet) der Partikelauflage eingerichtet sein. Optionally, the oscillation source can be set up to vary the coupled oscillation (e.g. temporally and / or spatially) so that the oscillation mode of the particle layer oscillates according to several oscillation modes. The vibration source can be set up, for example, to generate various frequencies (also referred to as vibration frequencies). Alternatively or additionally, the vibration source can be set up to couple the vibration at different points (also referred to as coupling points) of the particle support.
Die Schwingungsquelle kann im Allgemeinen einen oder mehr als einen Aktor (auch als Wandler bezeichnet) aufweisen, der eingerichtet ist, ein elektrisches Signal (z.B. eine elektrische
Schwingung, z.B. eine Wechsel Spannung) in eine mechanische Schwingung umzuwandeln. Der oder jeder Aktor kann beispielsweise einen Piezo- Aktor, einen Exzenter, einen Unwuchtmotor und/oder eine elektrische Spule aufweisen. Die mehreren Einkopplungsstellen (z.B. von innen oder außen zugeführt) können beispielsweise mittels mehrerer Aktoren bereitgestellt sein oder werden. Die mehreren Schwingungsfrequenzen können beispielsweise mittels Ansteuerns eines Aktors (z.B. Piezo- Aktoren) mit verschiedenen Signalen bereitgestellt sein oder werden. The vibration source can generally have one or more than one actuator (also referred to as a converter) which is set up to transmit an electrical signal (for example an electrical Vibration, e.g. an alternating voltage) into a mechanical vibration. The or each actuator can for example have a piezo actuator, an eccentric, an unbalance motor and / or an electrical coil. The multiple coupling points (for example supplied from inside or outside) can be provided, for example, by means of multiple actuators. The plurality of oscillation frequencies can be provided, for example, by controlling an actuator (for example piezo actuators) with different signals.
Beispielsweise kann das Anregen der Partikelauflage mittels einer Schwingung gemäß einem (z.B. zyklischen) Schema erfolgen, wobei das Schema mehrere Phasen aufweist, die sich in der Frequenz und/oder der Stelle der eingekoppelten Schwingung voneinander unterscheiden. Die verschiedenen Frequenzen bzw. Stellen müssen nicht notwendigerweise zyklischen in einer festen Reihenfolge nacheinander eingekoppelt werden, sondern können auch zufällig variiert werden. For example, the particle support can be excited by means of an oscillation in accordance with a (e.g. cyclic) scheme, the scheme having several phases that differ from one another in terms of the frequency and / or the location of the coupled-in oscillation. The different frequencies or points do not necessarily have to be coupled in cyclically in a fixed sequence, but can also be varied randomly.
Mittels der mehreren Schwingungsfrequenzen und/oder mehreren Einkopplungsstellen kann die Partikelauflage zu einer Schwingung gemäß einzelner und/oder mehrerer Schwingungsmoden angeregt werden, welche beispielsweise fortwährend verändert werden. Dies verhindert die Bildung von stehenden Wellenbergen bzw. Wellentälern, indem sich das Schwingungsmuster (z.B. die Chladni’sche-Figur) örtlich und zeitlich ändert, wodurch der fluidartige By means of the multiple oscillation frequencies and / or multiple coupling points, the particle support can be excited to oscillate in accordance with individual and / or multiple oscillation modes, which, for example, are continuously changed. This prevents the formation of standing wave crests or troughs by changing the oscillation pattern (e.g. the Chladni’s figure) locally and temporally, whereby the fluid-like
Schwebezustand der Partikel konstant und zeitlich länger aufrechterhalten wird. The suspended state of the particles is maintained constant and longer.
Die Vibration der Partikelauflage kann optional eine Separation der Partikel (bzw. The vibration of the particle support can optionally cause a separation of the particles (or
Partikelcluster) gemäß ihrer Größe und/oder Masse bewirken. Anschaulich kann mit zunehmender Größe und/oder Masse der Partikel (bzw. Partikelcluster) deren Gewichtskraft dominieren, so dass diese träge werden, was die Anregung zur Bewegung hemmt. Somit können vereinzelte, leichtere und/oder kleinere Partikel anschaulich„aufschwimmen“ und so von den größeren bzw. massereicheren Partikel clustern separiert werden. Effect particle clusters) according to their size and / or mass. Clearly, with increasing size and / or mass of the particles (or particle clusters), their weight force can dominate, so that they become inert, which inhibits the stimulation of movement. In this way, isolated, lighter and / or smaller particles can clearly "float" and thus be separated from the larger or more massive particles in clusters.
Das Ansteuern der Schwingungsquelle kann beispielsweise mittels einer Steuervorrichtung erfolgen, z.B. gemäß dem Schema. The vibration source can be controlled, for example, by means of a control device, for example according to the diagram.
Eine hierin beschriebene Elektronenquelle kann eingerichtet sein, Elektronen abzugeben, z.B. in ein Vakuum oder in einen Festkörper hinein. Die Elektronenquelle kann beispielsweise eingerichtet sein zur thermischen Emission von Elektronen in das Vakuum hinein, zur An electron source described herein can be configured to deliver electrons, e.g., into a vacuum or into a solid. The electron source can for example be set up for thermal emission of electrons into the vacuum, for
Sekundäremission von Elektronen in das Vakuum hinein, zur Bildung eines Plasmas (das die Elektronen aufweist), zur Emission von Mikrowellen (welche Elektronen herauslöst) und/oder die Elektronen bei Kontakt mit dem Festkörper auf diesen zu übertragen (d.h. diesen elektrisch aufzuladen). Mit anderen Worten kann die Elektronenquelle auch eine Plasmaquelle oder eine Mikrowellenquelle aufweisen. Dazu kann die Elektronenquelle mit einer Stromversorgung
gekoppelt sein, welche der Elektronenquelle mit einem elektrischen Strom versorgt, so dass die abgegebenen Elektronen nachgeführt werden. Secondary emission of electrons into the vacuum, for the formation of a plasma (which has the electrons), for the emission of microwaves (which releases electrons) and / or to transfer the electrons on contact with the solid body (ie to charge it electrically). In other words, the electron source can also have a plasma source or a microwave source. The electron source can do this with a power supply be coupled, which supplies the electron source with an electric current so that the electrons released are tracked.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verdampfen eines Beschichtungsmaterials mittels eines Elektronenstrahls erfolgen (auch als Elektronenstrahl-Verdampfung bezeichnet). Optional kann das Beschichtungsmaterial (auch als Verdampfungsgut bezeichnet) in Form von sublimierenden (oder semi-sublimierenden) Material bereitgestellt sein oder werden, z.B. In various embodiments, a coating material can be evaporated by means of an electron beam (also referred to as electron beam evaporation). Optionally, the coating material (also referred to as evaporation material) can be or will be provided in the form of subliming (or semi-subliming) material, e.g.
welches unterhalb des Beschichtungsraums und/oder (d.h. alternativ oder zusätzlich dazu) auch beliebig seitlich des Beschichtungsraums angeordnet sein kann. which can be arranged below the coating room and / or (i.e. alternatively or in addition to this) also to the side of the coating room.
Fig.l veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Fig.l illustrates a particle separation device 100 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view.
Die Partikelvereinzelungsvorrichtung 100 kann eine Eingangsöffnung 102e und eine The particle singulation device 100 may have an inlet opening 102e and a
Ausgangsöffnung 102a aufweisen, und mehrere Vereinzelungsstufen 104, welche die Having exit opening 102a, and a plurality of isolation stages 104, which the
Eingangsöffnung 102e mit der Ausgangsöffnung 102a koppeln. Die mehreren Couple inlet port 102e with outlet port 102a. The several
Vereinzelungsstufen 104 können die durch die Eingangsöffnung 102e hindurch aufgenommenen Partikel 106 zu der Ausgangsöffnung 102a führen, z.B. entlang eines Pfades 111 (auch als Führungspfad 111 bezeichnet). Das Aufnehmen der Partikel 106 an der Eingangsöffnung 102e kann kontinuierliche oder auch schubweise erfolgen. Der Führungspfad 111 kann beispielsweise den Pfad beschreiben, den der gemittelte Schwerpunkt der Vielzahl Partikel 106 nimmt. Isolation stages 104 can guide the particles 106 picked up through the inlet opening 102e to the outlet opening 102a, for example along a path 111 (also referred to as a guide path 111). The particles 106 can be picked up at the inlet opening 102e continuously or in batches. The guide path 111 can describe, for example, the path that the mean center of gravity of the plurality of particles 106 takes.
Entlang des Führungspfades 111 können die mehreren Vereinzelungsstufen 104 beispielsweise seriell angeordnet sein, z.B. hintereinander. Es können aber auch entlang des Führungspfades 111 unmittelbar aufeinanderfolgende Vereinzelungsstufen 104 ineinandergreifen oder zumindest gemeinsame Bauteile aufweisen. Along the guide path 111, the multiple separation stages 104 can be arranged, for example, in series, for example one behind the other. However, immediately successive separation stages 104 can also interlock along the guide path 111 or at least have common components.
Die mehreren Vereinzelungsstufen 104 können zumindest eine erste Vereinzelungsstufe 104a und eine zweite Vereinzelungsstufe 104b aufweisen. Die erste Vereinzelungsstufe 104a kann elektrischen Vereinzelungstyps sein (vereinfacht auch als elektrische Vereinzelungsstufe 104a bezeichnet). Die zweite Vereinzelungsstufe 104b kann mechanischen Vereinzelungstyps sein (vereinfacht auch als mechanische Vereinzelungsstufe 104b bezeichnet). Die erste The multiple isolation stages 104 can have at least a first isolation stage 104a and a second isolation stage 104b. The first isolation stage 104a can be of the electrical isolation type (also referred to in simplified terms as an electrical isolation stage 104a). The second separation stage 104b can be of the mechanical separation type (also referred to in simplified form as a mechanical separation stage 104b). The first
Vereinzelungsstufe 104a und die zweite Vereinzelungsstufe 104b können optional mittels einer gemeinsamen Anordnung bereitgestellt sein oder werden, in welcher optional ein oder mehr als ein Bauteil ein Bestandteil der ersten Vereinzelungsstufe 104a und der zweiten zweite Isolation stage 104a and the second isolation stage 104b can optionally be provided by means of a common arrangement in which one or more than one component is optionally a component of the first isolation stage 104a and the second second
Vereinzelungsstufe 104b sein kann. Dies wird später genauer beschrieben. Isolation stage 104b can be. This will be described in more detail later.
Mittels der elektrischen Vereinzelungsstufe 104a können Elektronen 113 in die Vielzahl von Partikel 106 eingebracht werden, wobei eine dadurch bewirkte Aufladung die Partikel 106
voneinander trennt (auch als elektrische Vereinzelung lOlv bzw. elektrisches Vereinzeln lOlv bezeichnet). Mit anderen Worten können den Partikel Elektronen zugeführt 101 werden (auch als Elektronenzufluss 101 oder„Einbringen 101 von Elektronen“ bezeichnet). Dazu kann die Vereinzelungsstufe 104a eine Elektronenquelle aufweisen, wie nachfolgend noch genauer beschrieben wird, welche die Elektronen 113 bereitstellt. Die Elektronen können beispielsweise als freie Elektronen bereitgestellt sein oder werden, z.B. mittels einer nicht-thermalen Electrons 113 can be introduced into the multiplicity of particles 106 by means of the electrical isolation stage 104a, the particles 106 being charged thereby separates from each other (also referred to as electrical isolation lOlv or electrical isolation lOlv). In other words, electrons can be supplied 101 to the particles (also referred to as electron inflow 101 or “introduction 101 of electrons”). For this purpose, the isolation stage 104a can have an electron source, as will be described in more detail below, which provides the electrons 113. The electrons can for example be or are provided as free electrons, for example by means of a non-thermal
Dunkel entladung oder mittels einer Glühkathode. Dark discharge or by means of a hot cathode.
Mittels der Elektronen können die Partikel 106 elektrisch aufgeladen werden, so dass zwischen diesen eine elektrische Kraft vermittelt wird (beispielsweise gemäß dem coulombschen Gesetz), welche die Partikel 106 voneinander abstößt (auch als Abstoßungskraft bezeichnet). Die in die Partikel 106 eingebrachte elektrische Leistung kann dabei derart klein sein, dass eine Temperatur der Partikel 106 kleiner bleibt als eine Temperatur, bei welchen die Partikel 106 ihren The particles 106 can be electrically charged by means of the electrons, so that an electrical force is imparted between them (for example according to Coulomb's law), which repels the particles 106 from one another (also referred to as a repulsive force). The electrical power introduced into the particles 106 can be so small that a temperature of the particles 106 remains lower than a temperature at which the particles 106 their
Aggregatszustand ändern (z.B. schmelzen, verdampfen und/oder sublimieren). Mit anderen Worten können die Partikel 106 während der elektrischen Vereinzelung fest bleiben. Change state of aggregation (e.g. melt, evaporate and / or sublimate). In other words, the particles 106 can remain solid during the electrical isolation.
Mittels der mechanischen Vereinzelungsstufe 104b können die Partikel 106 beschleunigt 103 werden in Richtung zu einer Prallfläche 104p hin. Mit anderen Worten kann den Partikeln 106 kinetische Energie zugeführt 103 werden, welche die Partikeln 106 beschleunigt 103 (auch als Beschleunigen 103 bezeichnet). Das Beschleunigen 103 kann beispielsweise schräg zu oder entgegen der Richtung 155 der Gravitationskraft (auch als Vertikale 155 bezeichnet) und/oder zusätzlich zu einer Beschleunigung durch die Gravitationskraft erfolgen. By means of the mechanical isolation stage 104b, the particles 106 can be accelerated 103 in the direction of an impact surface 104p. In other words, kinetic energy can be supplied 103 to the particles 106, which accelerates 103 the particles 106 (also referred to as acceleration 103). The acceleration 103 can for example take place obliquely to or against the direction 155 of the gravitational force (also referred to as vertical 155) and / or in addition to an acceleration by the gravitational force.
Mittels des Aufpralls auf die Prallfläche 104p kann den Partikeln 106 eine mechanische Kraft (auch als Stoßkraft bezeichnet) vermittelt werden, welche die Partikel 106 voneinander trennt (auch als mechanische Vereinzelung 103v bzw. mechanisches Vereinzeln 103v bezeichnet). Die Partikel 106 können während der mechanischen Vereinzelung 103v fest verbleiben. Die By means of the impact on the impact surface 104p, the particles 106 can be given a mechanical force (also referred to as impact force) which separates the particles 106 from one another (also referred to as mechanical separation 103v or mechanical separation 103v). The particles 106 can remain fixed during the mechanical separation 103v. The
Prallfläche 104p kann beispielsweise mittels einer Prallwand 104p (z.B. einer Prallplatte 104p) bereitgestellt sein oder werden. Impact surface 104p can be provided, for example, by means of an impact wall 104p (e.g., an impact plate 104p).
Allgemein kann das (z.B. mechanische und/oder elektrische) Vereinzeln lOlv, 103v bewirken, dass zwei oder mehr Partikel, die aneinanderhaften, voneinander separiert (d.h. getrennt) werden (auch als Vereinzelungsprozess bezeichnet). Dabei können die individuellen Partikel in ihrer Integrität erhalten bleiben (auch als zerstörungsfreie Vereinzelung bezeichnet). Die In general, the (e.g. mechanical and / or electrical) isolation 10lv, 103v can cause two or more particles that adhere to one another to be separated from one another (i.e. separated) (also referred to as the isolation process). The individual particles can be preserved in their integrity (also referred to as non-destructive separation). The
aneinanderhaftenden zwei oder mehr Partikel werden hierin auch als Partikelcluster oder Partikelaggregat bezeichnet. Mittels des Vereinzeins kann ein oder mehr als ein Partikel aus einem Partikelcluster herausgelöst werden, so dass sich dadurch ein Partikelcluster mit weniger Partikeln oder ein einzelnes Partikel ergibt. In jeder Vereinzelungsstufe der mehreren Two or more particles adhering to one another are also referred to herein as particle clusters or particle aggregates. By means of isolation, one or more than one particle can be detached from a particle cluster, so that a particle cluster with fewer particles or a single particle results. In each level of isolation of the several
Vereinzelungsstufen kann eine Vielzahl von Vereinzelungsprozessen erfolgen, so dass die
Anzahl und/oder Größe der Partikelcluster, welche der Vereinzelungsstufe zugeführt werden, größer ist, als die Anzahl bzw. Größe der Partikelcluster, welche von der Vereinzelungsstufe abgegeben werden. Die Anzahl und/oder Größe der Partikelcluster kann beispielsweise auf ein Zeitintervall bezogen sein. Isolation stages, a variety of isolation processes can take place so that the The number and / or size of the particle clusters which are fed to the separation stage is greater than the number or size of the particle clusters which are discharged from the separation stage. The number and / or size of the particle clusters can be related to a time interval, for example.
Innerhalb jeder Vereinzelungsstufe der mehreren Vereinzelungsstufen 104 kann ein Vakuum bereitgestellt werden, durch welches hindurch der Führungspfad 111 führt. Mit anderen Worten kann das Vereinzeln lOlv, 103v im Vakuum erfolgen. Die hier dargestellte Reihenfolge der Vereinzelungsstufen 104a, 104b kann auch anders ein. Bezüglich des Führungspfads 111 kann die elektrische Vereinzelungsstufe 104a der mechanischen Vereinzelungsstufe 104b Within each isolation stage of the plurality of isolation stages 104, a vacuum can be provided through which the guide path 111 leads. In other words, the isolation 10lv, 103v can take place in a vacuum. The sequence of the isolation stages 104a, 104b shown here can also be different. With regard to the guide path 111, the electrical isolation stage 104a of the mechanical isolation stage 104b
nachgeschaltet sein oder andersherum. Beide mechanische Vereinzelungsstufen 104b können auch parallel zueinander geschaltet sein. be downstream or vice versa. Both mechanical isolation stages 104b can also be connected in parallel to one another.
Optional kann die Partikelvereinzelungsvorrichtung 100 mehr als eine elektrische Optionally, the particle singulation device 100 can be more than one electrical
Vereinzelungsstufe 104a und/oder mehr als eine mechanische Vereinzelungsstufe 104b aufweisen, z.B. um die Zuverlässigkeit der Vereinzelung zu verbessern. Separation stage 104a and / or more than one mechanical separation stage 104b, e.g. to improve the reliability of the separation.
Die oder jede mechanische Vereinzelungsstufe 104b (auch als mechanische Dispersionsstufe bezeichnet), kann das Beschleunigen 103 der Partikel cluster mittels einer Rotationsbewegung bewirken, wobei die Rotationsbewegung eine Fliehkraft auf ein Partikel bzw. Partikelcluster (vereinfacht auch als Agglomerat bezeichnet) überträgt, die das Beschleunigen 103 bewirkt. Der derart beschleunigte Partikelcluster kann einen hinreichend großen Impuls aufnehmen und effektiv zerschlagen werden beim Aufprall auf die Prallfläche 104p. The or each mechanical separation stage 104b (also referred to as a mechanical dispersion stage) can bring about the acceleration 103 of the particle clusters by means of a rotational movement, the rotational movement transferring a centrifugal force to a particle or particle cluster (also referred to as an agglomerate), which accelerates 103 causes. The particle cluster accelerated in this way can absorb a sufficiently large impulse and can be effectively broken up when it hits the impact surface 104p.
Die vereinzelten Partikel 106 können nachfolgend prozessiert werden, z.B. kann diesen Material hinzugefügt werden (z.B. mittels Beschichtens), diesen Material entnommen werden (z.B. The separated particles 106 can subsequently be processed, e.g. this material can be added (e.g. by means of coating), this material can be removed (e.g.
mittels Abtragens), oder diese können chemisch umgewandelt werden (z.B. mittels Erhitzens oder Bestrahlens). Die vereinzelten Partikel 106 lassen sich zum Beschichten beispielsweise einer Beschichtungsanordnung zuführen, wie im Folgenden beschrieben wird. Werden die Partikel vor ihrer Beschichtung vereinzelt, kann dies kleinere Einheiten zu Folge haben, die eine größere funktionalisierte Oberfläche bereitstellen. Dies vergrößert die Wirkung der Beschichtung bzw. der dadurch bereitgestellten Funktionalisierung. by ablation), or they can be chemically converted (e.g. by heating or irradiation). The separated particles 106 can be fed, for example, to a coating arrangement for coating, as will be described below. If the particles are isolated before they are coated, this can result in smaller units that provide a larger functionalized surface. This increases the effect of the coating or the functionalization provided thereby.
Das Vereinzeln der Partikel (z.B. bevor diese beschichtet werden) muss aber nicht The separation of the particles (e.g. before they are coated) does not have to be
notwendigerweise oder kann nur zum Teil erfolgen, je nach vorherrschender Anforderung oder Wirtschaftlichkeit. Beispielsweise können allerdings ebenso nur Partikelcluster oder ein necessarily or can only be done in part, depending on the prevailing requirement or economic efficiency. For example, only particle clusters or a
Gemisch aus Partikeln und Partikelclustern prozessiert (z.B. beschichtet) werden. Im Folgenden wird sich zum vereinfachten Verständnis auf bereits vereinzelte Partikel bezogen. Das für
vereinzelte Partikel Beschriebene kann in Analogie auch für Partikelcluster oder das Gemisch gelten. Mixtures of particles and particle clusters are processed (e.g. coated). In the following, for a simplified understanding, reference is made to already isolated particles. That for isolated particles What has been described can also apply analogously to particle clusters or the mixture.
Fig.2 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 200 gemäß verschiedenen 2 illustrates a coating arrangement 200 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view.
Die Beschichtungsanordnung 200 kann eine Partikelzuführung 202 und einen Auffangbehälter 204 aufweisen, zwischen denen ein Hohlraum 206 (auch als Beschichtungsraum 206 bezeichnet) gebildet ist. Ferner kann die Beschichtungsanordnung 200 eine Beschichtungsmaterial-Quelle 208 aufweisen, welche beispielsweise ein Beschichtungsmaterial aufweist, mit dem die Partikel 106 beschichtet werden sollen. Die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 kann im Allgemeinen eine Beschichtungsmaterial-Haltevorrichtung (z.B. einen Tiegel) zum Halten des The coating arrangement 200 can have a particle feed 202 and a collecting container 204, between which a cavity 206 (also referred to as coating space 206) is formed. Furthermore, the coating arrangement 200 can have a coating material source 208 which, for example, has a coating material with which the particles 106 are to be coated. The coating material source 208 may generally be a coating material holding device (e.g., a crucible) for holding the
Beschichtungsmaterials aufweisen. Optional kann die Beschichtungsmaterial-Quelle einen Antrieb zum Drehen und/oder Nachzuführen des Beschichtungsmaterials aufweisen, um einen stabilen Prozess zu gewährleisten. Have coating material. Optionally, the coating material source can have a drive for rotating and / or tracking the coating material in order to ensure a stable process.
Beispielsweise kann die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 zur Durchführung einer For example, the coating material source 208 can be used to perform a
physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) eingerichtet sein, beispielsweise mittels physical vapor deposition (PVD) be set up, for example by means of
Verdampfens des Beschichtungsmaterials. Beispielsweise kann die Beschichtungsmaterial- Quelle 208 Teil einer Beschichtungsvorrichtung sein, z.B. einer PVD-Beschichtungsvorrichtung oder CVD-Beschichtungsvorrichtung, wie später noch genauer beschrieben wird. Die Evaporation of the coating material. For example, the coating material source 208 may be part of a coating device such as a PVD coating device or CVD coating device, as will be described in more detail below. The
Beschichtungsvorrichtung kann ferner eine Leistungszuführung (z.B. eine Coating apparatus may also include a power supply (e.g. a
Elektronenstrahlkanone, eine Gasentladungsvorrichtung oder eine Heizvorrichtung in Form eines Schiffchenverdampfers) aufweisen, welche eingerichtet ist, die zum Verdampfen des Electron beam gun, a gas discharge device or a heating device in the form of a boat evaporator), which is set up to evaporate the
Beschichtungsmaterials benötigte Leistung zuzuführen. To supply the coating material required power.
Eine Beschichtungsvorrichtung kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen zum A coating device can according to various embodiments for
Beschichten 2600 von Partikeln eingerichtet sein, welche dem von der Beschichtungsvorrichtung emittierten Beschichtungsmaterial ausgesetzt werden. Beispielsweise kann die Coating 2600 of particles which are exposed to the coating material emitted by the coating device. For example, the
Beschichtungsvorrichtung zum Bereitstellen eines gasförmigen Beschichtungsmaterials (z.B. Material dampf) eingerichtet sein, welches z.B. auf den Partikeln zum Bilden einer Schicht abgeschieden werden kann. Eine Beschichtungsvorrichtung kann zumindest eines von Coating apparatus can be arranged to provide a gaseous coating material (e.g. material vapor) which, for example, can be deposited on the particles to form a layer. A coating device can include at least one of
Folgendem aufweisen: eine Sputtervorrichtung, eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung (z.B. einen Laserstrahlverdampfer, einen Lichtbogenverdampfer, einen Schiffchenverdampfer, einen Elektronenstrahlverdampfer und/oder einen resistiv-thermi sehen Verdampfer). Eine Include: a sputtering device, a thermal evaporation device (e.g., a laser beam evaporator, an arc evaporator, a boat evaporator, an electron beam evaporator, and / or a resistive thermal evaporator). A
Sputtervorrichtung kann zum Zerstäuben des Beschichtungsmaterials mittels eines Plasmas eingerichtet sein. Eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung kann zum Verdampfen des Sputtering device can be set up for atomizing the coating material by means of a plasma. A thermal evaporation device can be used to evaporate the
Beschichtungsmaterials mittels thermischer Energie eingerichtet sein. Die thermische Energie kann beispielsweise mittels eines Elektronenstrahls und/oder mittels einer resistiven
Heizvorrichtung (z.B. bei der sogenannten Schiffchenverdampfung) dem Beschichtungsmaterial zugeführt werden. Je nach der Beschaffenheit des Beschichtungsmaterials kann alternativ oder zusätzlich zu dem thermischen Verdampfen, d.h. ein thermisches Überführen eines flüssigen Zustands (flüssige Phase) in einen gasförmigen Zustand (gasförmige Phase), auch ein Coating material be set up by means of thermal energy. The thermal energy can for example by means of an electron beam and / or by means of a resistive Heating device (eg in the so-called boat evaporation) are fed to the coating material. Depending on the nature of the coating material, alternatively or in addition to thermal evaporation, ie thermal conversion of a liquid state (liquid phase) into a gaseous state (gaseous phase), a
Sublimieren, d.h. ein thermisches Überführen eines festen Zustands (feste Phase) in einen gasförmigen Zustand, auftreten. Mit anderen Worten kann die thermisch- Verdampfungsvorrichtung das Beschichtungsmaterial auch sublimieren. Die Sputtervorrichtung zum Sputtern kann beispielsweise zentrisch in dem Beschichtungsraum angeordnet sein oder werden, z.B. mittels einer vertikalen Anordnung von Sputtertargets (z.B. Rohrmagnetrons die beispielsweise gemäß einer Planetenbewegung angetrieben werden. Sublimation, i.e. a thermal transfer of a solid state (solid phase) into a gaseous state, occur. In other words, the thermal evaporation device can also sublime the coating material. The sputtering device for sputtering can for example be arranged centrally in the coating room, e.g. by means of a vertical arrangement of sputtering targets (e.g. tubular magnetrons which are driven, for example, according to a planetary motion.
Im Folgenden wird auf eine Beschichtungsvorrichtung in Form einer thermisch- Verdampfungsvorrichtung (vereinfacht auch als Verdampfungsvorrichtung bezeichnet) Bezug genommen. Das Beschriebene kann in Analogie auch für eine Beschichtungsvorrichtung anderen Typs, wie vorstehend beschrieben ist, gelten. Das Beschichtungsmaterial kann in den Hohlraum 206 hinein verdampft 109 (allgemeiner emittiert 109) werden. Im Sinne eines sublimierenden oder semi-sublimierenden Beschichtungsmaterials kann auch aus einer seitlichen Richtung, z.B. mit beliebigem Winkel zur Vertikalen, in den Beschichtungsraum hinein verdampft werden. In the following, reference is made to a coating device in the form of a thermal evaporation device (also referred to in simplified terms as an evaporation device). What has been described can also apply analogously to a coating device of another type, as described above. The coating material may be vaporized 109 (more generally emitted 109) into cavity 206. In the sense of a subliming or semi-subliming coating material, it is also possible to vaporize into the coating room from a lateral direction, e.g. at any angle to the vertical.
Die Partikelzuführung 202 kann einen Zuführungsspalt 202s aufweisen. Der Zuführungsspalt 202s kann in Form eines Ringspalts bereitgestellt sein und/oder an die Ausgangsöffnung 102a angrenzen. The particle feed 202 can have a feed gap 202s. The feed gap 202s can be provided in the form of an annular gap and / or adjoin the outlet opening 102a.
Als Ringspalt kann hierin ein Spalt verstanden werden, der entlang eines in sich geschlossenen Pfades 202p (auch als Spaltpfad 202p bezeichnet) erstreckt ist, z.B. über mehr als 90% des Spaltpfads 202p. Beispielsweise kann der Ringspalt zusammenhängend sein. Alternativ kann der Ringspalt ein oder mehr als einmal unterbrochen sein oder zumindest mehrere voneinander separierte Segmente aufweisen. Beispielsweise kann der Ringspalt zumindest zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des Spaltpfads 202p angeordnete Abschnitte (z.B. voneinander separierte Segmente aufweisen). An annular gap can be understood here as a gap which extends along a self-contained path 202p (also referred to as gap path 202p), for example over more than 90% of gap path 202p. For example, the annular gap can be contiguous. Alternatively, the annular gap can be interrupted one or more than once or have at least several segments separated from one another. For example, the annular gap can have at least two sections (e.g., segments separated from one another) arranged on opposite sides of the gap path 202p.
Der Hohlraum 206 kann mehrere Bereiche, z.B. einen ersten Bereich 206a und einen zweiten Bereich 206b, aufweisen oder daraus gebildet sein. Der erste Bereich 206a kann von dem Zuführungsspalt 202s zu dem Auffangbehälter 204 erstreckt sein und den zweiten Bereich 206b umgeben (z.B. an diesen angrenzend). Der zweite Bereich 206b (auch als The cavity 206 may include or be formed from multiple areas, e.g., a first area 206a and a second area 206b. The first region 206a can extend from the feed gap 202s to the collecting container 204 and surround the second region 206b (e.g. adjacent thereto). The second area 206b (also called
Dampfausbreitungsbereich 206b bezeichnet) kann an die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 angrenzen.
Anschaulich kann der erste Bereich 206a (auch als Fallbereich 206a bezeichnet) innen ausgespart sein, und in der Aussparung kann der Dampfausbreitungsbereich 206b angeordnet sein. Der Dampfausbreitungsbereich 206b kann beispielsweise zylinderförmig (z.B. mit der Zylinderachse parallel zur Vertikalen 155) sein oder zumindest eine Mantelfläche aufweisen, welche von dem Fallbereich 206a vollständig bedeckt wird. Vapor expansion region 206b) can adjoin the coating material source 208. Clearly, the first area 206a (also referred to as the fall area 206a) can be cut out on the inside, and the steam spreading area 206b can be arranged in the cutout. The steam spreading area 206b can for example be cylindrical (for example with the cylinder axis parallel to the vertical 155) or at least have a lateral surface which is completely covered by the falling area 206a.
In dem Hohlraum 206 kann beispielsweise im Betrieb ein Vakuum gebildet sein, in welches das Beschichtungsmaterial hinein verdampft wird. During operation, for example, a vacuum into which the coating material is evaporated can be formed in the cavity 206.
Mittels der Partikelzuführung 202 kann eine Vielzahl von Partikeln 106 in den Hohlraum 206 (z.B. das Vakuum darin) eingebracht werden, z.B. in den Fallbereich 206a hinein und/oder durch den Zuführungsspalt 202s hindurch. In dem Hohlraum 206 können die Partikeln 106 dann von der Gravitationskraft beschleunigt werden (auch als Fallen bezeichnet), z.B. zu dem By means of the particle feed 202, a plurality of particles 106 can be introduced into the cavity 206 (e.g. the vacuum therein), e.g. into the drop area 206a and / or through the feed gap 202s. In the cavity 206, the particles 106 can then be accelerated (also referred to as falling) by the force of gravity, e.g.
Auffangbehälter 204 hin und/oder entlang eines Freifallpfads 211, der beispielsweise den Führungspfad 111 fortsetzt. Das Fallen der Partikel 106 kann diese an dem Collection container 204 towards and / or along a free fall path 211 which, for example, continues the guide path 111. The falling of the particles 106 can cause this on the
Dampfausbreitungsbereich 206b vorbei führen. Beispielsweise können die Partikel 106 außen an dem Dampfausbreitungsbereich 206b vorbei fallen. Aufgrund der Beschleunigung können die Abstände zwischen den Partikeln beim Fallen zunehmen, was es beispielsweise erleichtert, dass diese umseitig dem Beschichtungsmaterial ausgesetzt sind. Pass steam expansion area 206b. For example, the particles 106 can fall outside of the vapor spreading region 206b. Due to the acceleration, the distances between the particles can increase when they fall, which makes it easier, for example, that they are exposed to the coating material on the reverse side.
Der Freifallpfad 211 kann in dem Hohlraum 206 im Wesentlichen senkrecht (d.h. parallel zur Vertikalen 155) verlaufen (z.B. mit weniger als 10° Abweichung davon). Beispielsweise kann die Abweichung zustande kommen, wenn Elektronen und/oder das Beschichtungsmaterial mit den Partikeln 106 wechselwirken, z.B. diese leicht nach außen treiben. Dies kann auch unter Umständen im größeren Maße geschehen. Beispielsweise können besonders kleine Partikel, z.B. Nanopartikel mit einer Partikelgröße von sehr viel weniger als 1 pm in Schwebung geraten und nach außen (d.h. in Richtung zu Kammerwand hin) getragen werden, bis in Bereiche geringerer Metalldampfdichten. Es kann auch sein, dass bei ungünstigen Materialverhältnissen (z.B. ein hohe Rate, schwere Atome, mit hohen spezifischen Verdampfungsenergien zusammen mit leichten Partikeln (z.B. Graphit) und kleinen Volumina) ein Hochtreiben der Partikel erfolgen kann. Für diesen Fall, kann eine Ringelektrode bzw. ein elektrisches Potential derart angeordnet sein oder werden, (beispielsweise direkt am/der Einleger), dass auf die geladenen Partikel eine Kraft nach unten übertragen wird. The free fall path 211 may be substantially perpendicular (i.e., parallel to vertical 155) in cavity 206 (e.g., less than 10 degrees therefrom). For example, the deviation can arise when electrons and / or the coating material interact with the particles 106, e.g. drive them slightly outwards. Under certain circumstances, this can also be done to a greater extent. For example, particularly small particles, e.g. nanoparticles with a particle size of much less than 1 μm, can get into motion and be carried outwards (i.e. towards the chamber wall), right down to areas of lower metal vapor densities. It can also be that with unfavorable material conditions (e.g. a high rate, heavy atoms, with high specific evaporation energies together with light particles (e.g. graphite) and small volumes) the particles can be blown up. For this case, a ring electrode or an electrical potential can be arranged (for example directly on the insert) in such a way that a force is transmitted downwards to the charged particles.
Das Einbringen der Partikel 106 kann durch den Zuführungsspalt 202s hindurch erfolgen entlang des Freifallpfads 211. Der Zuführungsspalt 202s kann derart eingerichtet sein, dass der The particles 106 can be introduced through the feed gap 202s along the free fall path 211. The feed gap 202s can be set up in such a way that the
Freifallpfad 211 von dem Spaltpfad 202p (z.B. von jedem Punkt des Spaltpfades 202p) aus an dem Dampfausbreitungsbereich 206b vorbeiführt und/oder innerhalb des Fallbereichs 206a angeordnet ist, z.B. bis in den Auffangbehälter 204 hinein.
Dies erreicht, dass die Vielzahl von Partikeln 106, welche entlang des Freifallpfads 211 fallen, den Dampfausbreitungsbereich 206b umgibt. Das in den Dampfausbreitungsbereich 206b hinein verdampfte Beschichtungsmaterial kann somit von dem Dampfausbreitungsbereich 206b aus radial nach außen strömen durch die fallenden Partikel 106 hindurch, so dass die Vielzahl von Partikeln 106 mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet 2600 wird (auch als Beschichten 2600 bezeichnet). Free fall path 211 from gap path 202p (for example from any point of gap path 202p) leads past steam spreading area 206b and / or is arranged within falling area 206a, for example up into collecting container 204. This achieves that the multiplicity of particles 106 which fall along the free fall path 211 surround the vapor spreading area 206b. The coating material evaporated into the vapor spreading area 206b can thus flow radially outward from the steam spreading area 206b through the falling particles 106, so that the plurality of particles 106 is coated 2600 with the coating material (also referred to as coating 2600).
Die räumliche Verteilung der Vielzahl von Partikeln 106, mit der diese durch den The spatial distribution of the plurality of particles 106 with which they are transported by the
Zuführungsspalt 202s zugeführt werden, kann (entlang des Spaltpfads 202p) im Wesentlichen statistisch sein (auch als statistische Verteilung bezeichnet). Anschaulich können die Partikeln 106 entlang des gesamten Zuführungsspalts 202s gleichmäßig verteilt werden. Dies erreicht eine möglichst gleichmäßige Ausnutzung des Beschichtungsmaterials in dem Hohlraum 206. Feed gap 202s may be essentially statistical (also referred to as statistical distribution) (along gap path 202p). The particles 106 can clearly be distributed evenly along the entire feed gap 202s. This achieves the most uniform possible utilization of the coating material in the cavity 206.
Beispielsweise kann für jeden Spaltabschnitt des Zuführungsspalts 202s (z.B. gleicher Größe) die Menge an Partikeln, die über ein Zeitintervall summiert durch den Spaltabschnitt geführt werden, gegen denselben Wert konvergieren mit zunehmender Länge des Zeitintervalls. For example, for each gap section of the feed gap 202s (e.g. of the same size), the amount of particles that are summed up over a time interval through the gap section converge towards the same value with increasing length of the time interval.
Vereinfacht ausgedrückt, kann die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmtes Partikel 106 den Weg durch den Spaltabschnitt nimmt für jeden Spaltabschnitt im Wesentlichen gleich groß sein (auch als Gleichverteilung bezeichnet). Diese Art der Zuführung (auch als gleichverteilte Zuführung bezeichnet) der Partikel 106 kann mittels der Partikelzuführung 202 bereitgestellt sein oder werden, wie im Folgenden noch genauer beschrieben wird. In simple terms, the probability that a specific particle 106 will make its way through the gap section can be essentially the same for each gap section (also referred to as uniform distribution). This type of feed (also referred to as uniformly distributed feed) of the particles 106 can be provided by means of the particle feed 202, as will be described in more detail below.
Mittels der gleichverteilten Zuführung kann erreicht werden, dass der mittlere Abstand einander unmittelbar benachbarter Partikel im Fall (auch als Partikelvorhang bezeichnet) minimiert wird und/oder die statistische Abweichung von diesem mittleren Abstand minimiert wird. Dies erreicht eine möglichst homogene Beschichtung der Partikel. By means of the uniformly distributed supply, it can be achieved that the mean distance between directly adjacent particles in the case (also referred to as a particle curtain) is minimized and / or the statistical deviation from this mean distance is minimized. This achieves a coating of the particles that is as homogeneous as possible.
Im Folgenden werden die Mechanismen der voranstehend beschriebenen Vereinzelung, der Beschichtung und deren Zusammenwirken dieser anhand exemplarischer Ausführungsformen beschrieben. Die Partikelvereinzelungsvorrichtung 100 kann dabei Teil der In the following, the mechanisms of the above-described separation, the coating and their interaction are described with the aid of exemplary embodiments. The particle separation device 100 can be part of the
Beschichtungsanordnung 200 sein. Diese können allerdings auch separat voneinander bereitgestellt werden, z.B. wenn die vereinzelten Partikel anderweitig prozessiert werden sollen oder wenn Partikelcluster beschichtet werden sollen. Coating arrangement 200. However, these can also be provided separately from one another, e.g. if the individual particles are to be processed otherwise or if particle clusters are to be coated.
Der Dampfausbreitungsbereich 206b kann beispielsweise frei von Partikeln bleiben und/oder zumindest neben dem Freifallpfad angeordnet sein.
Fig.3 veranschaulicht die Kinetik der elektrischen Vereinzelung lOlv gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm 300, wobei der Zeitverlauf nach unten gerichtet ist. Hier und im Folgenden wird auf ein Partikel cluster 106c Bezug genommen, das aus zwei Partikeln 106 besteht (auch als Dicluster 106c bezeichnet). Das für das Dicluster 106c Beschriebene kann in Analogie auch für einen Partikel clusters aus mehr als zwei Partikeln gelten. The vapor spread area 206b can, for example, remain free of particles and / or at least be arranged next to the free fall path. FIG. 3 illustrates the kinetics of the electrical isolation 10lv according to various embodiments in a schematic flow diagram 300, the time profile pointing downwards. Here and below, reference is made to a particle cluster 106c, which consists of two particles 106 (also referred to as a dicluster 106c). What has been described for the dicluster 106c can also apply analogously to a particle cluster composed of more than two particles.
Die elektrische Vereinzelung lOlv kann beispielsweise elektrostatisch erfolgen (auch als elektrostatische Vereinzelung oder elektrostatische Dispersion bezeichnet). Die elektrische Vereinzelung kann mittels Beladens der Partikel 106 mit (z.B. freien) Elektronen erfolgen, so das Partikelclusters 106c in kleinere Untereinheiten (z.B. in zwei Partikelcluster 106c und/oder einzelne Partikel) zerlegt werden kann. Die elektrische Vereinzelung lOlv kann dabei auf der Coulombschen Abstoßung beruhen, welche die treibende elektrostatische Kraft beschreibt, die zwei oder mehrere aneinanderhaftende Partikel (angenommene Ladungsschwerpunkte) voneinander weg treibt (durch elektrostatische Aufladung dieser) und so ein Voneinanderlösen dieser anregt. The electrical separation 10v can for example take place electrostatically (also referred to as electrostatic separation or electrostatic dispersion). The electrical isolation can take place by loading the particles 106 with (e.g. free) electrons, so that the particle cluster 106c can be broken down into smaller subunits (e.g. into two particle clusters 106c and / or individual particles). The electrical isolation lOlv can be based on Coulomb's repulsion, which describes the driving electrostatic force that drives two or more particles (assumed charge centers) away from each other (through electrostatic charging) and thus stimulates their separation.
Der Radius r eines Partikels beliebiger Form und Größe kann dem Radius einer Kugel (d.h. eines sphärischen Partikels) entsprechen, welche dasselbe Volumen aufweist, wie das Partikel beliebiger Form und Größe. Vereinfacht kann daher ein sphärisches (z.B. elektrisch leitfähiges) Partikel mit dem Radius r betrachtet werden. The radius r of a particle of any shape and size can correspond to the radius of a sphere (i.e. a spherical particle) which has the same volume as the particle of any shape and size. In simplified terms, a spherical (e.g. electrically conductive) particle with the radius r can be considered.
Die elektrostatisch induzierte Ladung q und Abstoßungskraft Fc auf dieses Partikel 106 kann folgender Relation genügen: The electrostatically induced charge q and repulsion force Fc on this particle 106 can satisfy the following relation:
Fc = 0,6 wobeiF c = 0.6 where
Hier ist e0 die elektrische Feldkonstante. Die mittels der Ladung q induzierte Abstoßungskraft Fc wirkt einer Haftkraft FH entgegen, die beschreibt, wie stark die Partikel 106 aneinanderhaften. Überschreitet die Abstoßungskraft Fc die Haftkraft FH, lösen sich die Partikel 106 voneinander (d.h. diese werden voneinander getrennt). Die Haftkraft FH lässt sich mit der Hamakerkonstante A der Oberflächen, dem molekularen Abstand s der Oberflächen (exemplarisch ungefähr 0.4 nm) ab schätzen als: wobei sich mitHere e 0 is the electric field constant. The repulsive force Fc induced by the charge q counteracts an adhesive force FH, which describes how strongly the particles 106 adhere to one another. If the repulsive force Fc exceeds the adhesive force FH, the particles 106 separate from one another (ie, they are separated from one another). The adhesive force FH can be estimated with the Hamaker constant A of the surfaces, the molecular distance s between the surfaces (exemplarily approx. 0.4 nm) as: where with
FH = ßr. F H = ßr.
Setzt man die induzierte Abstoßungskraft Fc gleich der Haftkraft FH, erhält man aus den obigen Relationen die Spannung U, oberhalb der Partikel des Radius r und der Haftkonstante ß voneinander elektrostatisch getrennt werden, wobei
If the induced repulsive force Fc is set equal to the adhesive force FH, the voltage U, above the particles of the radius r and the adhesive constant ß are electrostatically separated from one another from the above relations
Neben der numerischen Bestimmung einer Haftgröße existieren ebenso experimentell bestimmte Abschätzungen, welche sich auf ein Verhältnis von Gewichtskraft zu Haftkraft FH beziehen. So kann angenommen werden, dass die Haftkraft FH im Allgemeinen um einen Faktor von bis zu 109 höher ist als die Gewichtskraft eines Partikels 106. Dies entspricht einer exemplarischen Haftkonstante von ß=0,3 kg/s2 (Kilogramm pro Sekunde zum Quadrat). Diese exemplarische Haftkonstante kann der folgenden Beschreibung zugrunde liegen. In addition to the numerical determination of an adhesive size, there are also experimentally determined estimates that relate to a ratio of weight force to adhesive force FH. It can thus be assumed that the adhesive force FH is generally a factor of up to 10 9 higher than the weight of a particle 106. This corresponds to an exemplary adhesive constant of ß = 0.3 kg / s 2 (kilograms per second squared) . The following description can be based on this exemplary sticking constant.
Die Vereinzelung und Beschichtung werden im Folgenden exemplarisch gemeinsam anhand verschiedener Beschichtungsanordnungen beschrieben, können aber auch separat voneinander bereitgestellt sein oder werden. The separation and coating are described below by way of example together with the aid of different coating arrangements, but can also be provided separately from one another.
Fig.4 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 400 gemäß verschiedenen 4 illustrates a coating arrangement 400 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view.
Die vertikal erstreckte Beschichtungsanordnung 400 kann ein Kammergehäuse 802k aufweisen, in welchem eine oder mehr als eine Vakuumkammer 802 bereitgestellt ist. Mehrere The vertically extending coating arrangement 400 may have a chamber housing 802k in which one or more than one vacuum chamber 802 is provided. Several
Vakuumkammern 802 können beispielsweise vakuumtechnisch miteinander gekoppelt sein und mittels einer Öffnung 202s (z.B. dem Zuführungsspalt 202s) miteinander verbunden sein. Vacuum chambers 802 can, for example, be coupled to one another in terms of vacuum technology and connected to one another by means of an opening 202s (e.g. the feed gap 202s).
Das Kammergehäuse 802k kann beispielsweise rotationssymmetrisch eingerichtet sein. Das Kammergehäuse 802k kann beispielsweise geerdet sein oder auf einem anderen The chamber housing 802k can be configured to be rotationally symmetrical, for example. The chamber housing 802k may, for example, be grounded or on another
Referenzpotential liegen. Mit anderen Worten kann das Referenzpotential beispielsweise elektrische Erde sein. Eine hierin beschriebene elektrische Spannung kann beispielsweise auf das Referenzpotential bezogen sein. Die elektrische Spannung kann beispielsweise zu einem elektrischen Potential korrespondieren, welches eine Differenz zu dem Referenzpotential in Höhe der Spannung aufweist.
Jede Vakuumkammer 802 kann einen oder mehr als einen Hohlraum (auch als Prozessierraum bezeichnet) bereitstellen, durch welchen die Partikel 106 hindurchgeführt und in welchem diese prozessiert (z.B. beschichtet) werden. Das Prozessieren in dem Prozessierraum kann mittels einer Prozessierstufe 400a bis 400f erfolgen, die den jeweiligen Prozessierraum aufweist. Reference potential. In other words, the reference potential can be electrical earth, for example. An electrical voltage described herein can be related to the reference potential, for example. The electrical voltage can correspond, for example, to an electrical potential which has a difference from the reference potential in the amount of the voltage. Each vacuum chamber 802 can provide one or more than one cavity (also referred to as a processing space) through which the particles 106 are passed and in which they are processed (eg coated). Processing in the processing room can take place by means of a processing stage 400a to 400f, which has the respective processing room.
Mittels einer ersten Prozessierstufe 400a kann eine Materialnachführung erfolgen. Dazu kann in die erste Prozessierstufe 400a einen Nachführmechanismus 402 aufweisen, der eingerichtet ist, kontinuierlich Pulvermaterial in einen Prozessierraum einer zweiten Prozessierstufe 400b oder einer dazu alternativen oder zusätzlichen dritten Prozessierstufe 400c zu fördern. Material tracking can take place by means of a first processing stage 400a. For this purpose, the first processing stage 400a can have a tracking mechanism 402 which is set up to continuously convey powder material into a processing space of a second processing stage 400b or an alternative or additional third processing stage 400c.
Mittels der zweiten Prozessierstufe 400b und der dazu alternativen oder zusätzlichen dritten Prozessierstufe 400c kann ein Vereinzeln der Partikel 106 erfolgen. Beispielsweise kann die zweite Prozessierstufe 400b eine oder mehr als eine mechanische Vereinzelungsstufe 104b aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die dritte Prozessierstufe 400c eine oder mehr als eine elektrische Vereinzelungsstufe 104a aufweisen oder daraus gebildet sein. Die hier dargestellte elektrische Vereinzelungsstufe 104a kann beispielsweise zum The particles 106 can be separated by means of the second processing stage 400b and the alternative or additional third processing stage 400c. For example, the second processing stage 400b can have or be formed from one or more than one mechanical separation stage 104b. Alternatively or in addition, the third processing stage 400c can have one or more than one electrical isolation stage 104a or be formed therefrom. The electrical isolation stage 104a shown here can be used for example
Emittieren freier Elektronen bereitgestellt sein (auch als Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a bezeichnet), wie später noch genauer beschrieben wird. Be provided emitting free electrons (also referred to as electron emitter isolation stage 104a), as will be described in more detail later.
Je nach Fall und Gegebenheit, wie beispielsweise dem Material, der Morphologie und/oder der Partikelgröße der Partikel 106, kann auch nur eine mechanische Vereinzelungsstufe 104b oder nur eine elektrische Vereinzelungsstufe 104a ausreichend sein. Depending on the case and circumstances, such as the material, the morphology and / or the particle size of the particles 106, only one mechanical separation stage 104b or only one electrical separation stage 104a may be sufficient.
Mittels einer vierten Prozessierstufe 400d kann die gleichverteilte Zuführung erfolgen (dann auch als Gleichverteilungsstufe 400d bezeichnet). Beispielsweise kann die The uniformly distributed supply can take place by means of a fourth processing stage 400d (then also referred to as uniform distribution stage 400d). For example, the
Gleichverteilungsstufe 400d die Partikelzuführung 202 aufweisen, wie vorstehend beschrieben ist. Anschaulich kann die Gleichverteilungsstufe 400d eine homogenisierte Pulverbereitstellung und Zuführung in einen Prozessierraum 206 (auch als Beschichtungsraum 206 oder Equal distribution stage 400d have the particle feed 202, as described above. The uniform distribution stage 400d can clearly show a homogenized powder supply and supply into a processing room 206 (also as a coating room 206 or
Beschichtungszone 206 bezeichnet) einer fünften Prozessierstufe 400e (auch als Coating zone 206 referred to) of a fifth processing stage 400e (also as
Beschichtungsstufe 400e bezeichnet) bereitstellen. Coating stage 400e designated) provide.
Die Gleichverteilungsstufe 400d kann optional eine vibrationsfähige und/oder rotationsfähige kreisrunde Membran 202m oder Scheibe 202m (z.B. Metall aufweisend oder daraus gebildet) aufweisen. Die Membran 202m (z.B. deren äußere kreisrunde Kontur) kann den Zuführungsspalt 202s (z.B. dessen innere Kontur) begrenzen. Die Membran 202m kann beispielsweise mit einer Medienzuführung, Kühlwasser, elektrische Anbindung, Sensorik und/oder The uniform distribution stage 400d can optionally have a vibratable and / or rotatable circular membrane 202m or disk 202m (e.g. comprising metal or formed therefrom). The membrane 202m (e.g. its outer circular contour) can delimit the feed gap 202s (e.g. its inner contour). The membrane 202m can, for example, have a media feed, cooling water, electrical connection, sensors and / or
Vibrationseinkopplung (z.B. innen und/oder außen) gekoppelt sein. Die Gleichverteilungsstufe 400d kann anschaulich einen durch den Zuführungsspalt 202s hindurch dünn-fallenden Vibration coupling (e.g. inside and / or outside). The uniform distribution stage 400d can clearly show a thinly falling through the feed gap 202s
Partikelvorhang bereitstellen.
In dem Beschichtungsraum 206 der Beschichtungsstufe 400e kann die Funktionalisierung der Partikel 106 erfolgen mittels der Beschichtungsmaterial-Quelle 208. Die Beschichtungsmaterial- Quelle 208 kann beispielsweise zur Elektronenstrahlverdampfung (EB -Verdampfung) eingerichtet sein oder Teil einer anderen Hochrate-Verdampfungsvorrichtung sein. Der Provide particle curtain. In the coating room 206 of the coating stage 400e, the functionalization of the particles 106 can take place by means of the coating material source 208. The coating material source 208 can, for example, be set up for electron beam evaporation (EB evaporation) or be part of another high-rate evaporation device. The
Beschichtungsraum 206 kann beispielsweise den Fallbereich 206a und/oder den Coating space 206 can, for example, fall area 206a and / or the
Dampfausbreitungsbereich 206b aufweisen. Have vapor spreading area 206b.
Die Beschichtungsvorrichtung kann auch mittels einer PVD-Kammer (mit beispielsweise vertikal angeordneten Rohrmagnetrons) oder eine CVD-Kammer bereitgestellt sein. Die The coating device can also be provided by means of a PVD chamber (with, for example, vertically arranged tubular magnetrons) or a CVD chamber. The
Beschichtungsvorrichtung kann auch eine Schiffchenverdampfung durchführen. Bei der Coating apparatus can also perform boat evaporation. In the
Schiffchenverdampfung erfolgt nicht notwendigerweise ein Bestrahlen des Boat evaporation does not necessarily involve irradiating the
Beschichtungsmaterials mittels eines Elektronenstrahls. Coating material by means of an electron beam.
Durch den Beschichtungsraum 206 hindurch können die Partikel 106 den Auffangbehälter 204 (auch als Kollektor bezeichnet) einer sechsten Prozessierstufe 400f hineinfallen. Mittels des Auffangbehälters 204 können die Partikel gesammelt und/oder konzentriert und optional aus diesem heraus bzw. in diesem ausgeschleust 204a werden. The particles 106 can fall through the coating space 206 into the collecting container 204 (also referred to as a collector) of a sixth processing stage 400f. By means of the collecting container 204, the particles can be collected and / or concentrated and optionally discharged 204a out of or into this.
Die Beschichtungsvorrichtung, welche die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 aufweist, kann ferner eine Elektronenstrahlquelle 404 aufweisen, welche eingerichtet ist, einen Elektronenstrahl 23 zu erzeugen in Richtung zu der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 hin. Die The coating device, which has the coating material source 208, can furthermore have an electron beam source 404, which is configured to generate an electron beam 23 in the direction of the coating material source 208. The
Elektronenstrahl quelle 404 kann auch Teil einer Elektronenstrahlkanone 404 sein, welche ferner ein Ablenksystem 142a aufweist zum Ablenken des Elektronenstrahls 23 in Richtung zu der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 hin. Das Ablenksystem 142a kann beispielsweise eine oder mehr als eine elektrische Spule oder einen oder mehr als einen Kondensator aufweisen. Die Elektronenstrahlquelle 404 kann eine Primärelektrode (z.B. eine Primärkathode, z.B. eine Glühkathode) und eine Strahlformeinheit (z.B. eine Primäranode) aufweisen. Im Allgemeinen kann eine oder mehr als eine Elektronenstrahlquelle verwendet werden, von denen Electron beam source 404 can also be part of an electron beam gun 404, which further comprises a deflection system 142 a for deflecting the electron beam 23 in the direction of the coating material source 208. The deflection system 142a may include one or more than one electrical coil or one or more than one capacitor, for example. The electron beam source 404 may include a primary electrode (e.g., a primary cathode, e.g., a hot cathode) and a beam shaping unit (e.g., a primary anode). In general, one or more than one electron beam source can be used, of which
beispielsweise eine erste Elektronenstrahlquelle 404 das Beschichtungsmaterial 208m verdampft und eine zweite oder die erste Elektronenstrahlquelle 404 Elektronen zum Vereinzeln bereitstellt. For example, a first electron beam source 404 vaporizes the coating material 208m and a second or the first electron beam source 404 provides electrons for separation.
Die mehreren Prozessierstufen 400a bis 400f können anschaulich übereinandergestapelt angeordnet sein, so dass diese entlang eines Partikelpfads 111, 211, der den Führungspfad 111 und/oder den Freifallpfad 211 aufweist, hintereinander angeordnet sind. The multiple processing stages 400a to 400f can clearly be stacked one on top of the other, so that they are arranged one behind the other along a particle path 111, 211, which has the guide path 111 and / or the free fall path 211.
Mittels der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 können die Verdampfung des By means of the coating material source 208, the evaporation of the
Beschichtungsmaterials 208m und die gekoppelte Funktionalisierung eines Stroms aus herabfallenden Partikeln 106 (auch als Partikelstrom bezeichnet) erfolgen. Die Partikel 106
können beispielsweise vor dem Beschichten vereinzelt werden, z.B. mittels der einen oder mehr als einen Vereinzelungsstufe 104a, 104b. Coating material 208m and the coupled functionalization of a flow of falling particles 106 (also referred to as particle flow) take place. The Particles 106 can for example be separated before coating, for example by means of the one or more than one separation step 104a, 104b.
Das Verdampfen 109 des Beschichtungsmaterials (auch als Bilden von Materialdampf bezeichnet) kann mittels des Elektronenstrahls 23 erfolgen. Der Elektronen strahl 23 kann dazu auf das zu verdampfende Beschichtungsmaterial 208m gerichtet sein oder werden. Optional kann das Beschichtungsmaterial 208m aus einem Tiegel (auch als Verdampfungstiegel bezeichnet) heraus verdampft werden und/oder aus einem Strang bestehen. Beispielsweise kann das The evaporation 109 of the coating material (also referred to as the formation of material vapor) can take place by means of the electron beam 23. For this purpose, the electron beam 23 can be directed onto the coating material 208m to be evaporated. Optionally, the coating material 208m can be evaporated from a crucible (also referred to as an evaporation crucible) and / or consist of a strand. For example, this can
Beschichtungsmaterial in dem Verdampfungstiegel angeordnet sein. Wird der Strang von unten nachgeführt, kann der Verdampfungstiegel rohrförmig eingerichtet sein und sich durch den Auffangbehälter 204 hindurch erstrecken oder von diesem umgeben sein. Coating material can be arranged in the evaporation crucible. If the strand is fed in from below, the evaporation crucible can be of tubular design and extend through the collecting container 204 or be surrounded by it.
Aufgrund dieser Bauform kann der Elektronenstrahl 23 in einen Kanal 406 (auch als Due to this design, the electron beam 23 can be fed into a channel 406 (also called
Strahlführungskanal 406 bezeichnet, z.B. eine Rohrleitung, vereinfacht auch als Designated beam guiding channel 406, e.g. a pipeline, also simplified as
Strahlführungsrohr 406 bezeichnet) hindurchgeführt werden, welche beispielsweise zum größten Teil durch den gesamten Aufbau führt und/oder zentral in dem Kammergehäuse 802k angeordnet ist. Beam guide tube 406), which for example leads for the most part through the entire structure and / or is arranged centrally in the chamber housing 802k.
Primär kann der Elektronenstrahl 23 auf das Beschichtungsmaterial der Beschichtungsmaterial- Quelle 208 gerichtet sein zur Verdampfung des Beschichtungsmaterials, welches im unteren Teil des Kammergehäuses 802k angeordnet ist. Optional kann der Elektronenstrahl 23 zur The electron beam 23 can primarily be directed onto the coating material of the coating material source 208 in order to vaporize the coating material which is arranged in the lower part of the chamber housing 802k. Optionally, the electron beam 23 for
Bereitstellung von freien Elektronen verwendet werden. Mittels der freien Elektronen kann die elektrische Vereinzelung erfolgen, d.h. es können aneinanderheftende (d.h. agglomerierte) Partikel elektrostatisch dispergiert werden. Mit anderen Worten kann mittels des Provision of free electrons can be used. The electrical isolation can take place by means of the free electrons, i.e. adhering (i.e. agglomerated) particles can be electrostatically dispersed. In other words, the
Elektronenstrahls 23 optional die oder jede elektrische Vereinzelungsstufe 104a elektrisch versorgt werden. Electron beam 23 optionally the or each electrical isolation stage 104a are electrically supplied.
Elm ein ungewolltes dauerhaftes parasitäres Beschichten des Kammergehäuses 802k (z.B. dessen Kammerwand) und/oder anderer darin angeordneter Bauteile zu hemmen, kann ein oder mehr als ein Opferblech 408 (oder allgemeiner Abschirmung 408) innerhalb des Kammergehäuses 802k angeordnet sein. Zumindest eine Abschirmung 408 kann beispielsweise zwischen der In order to prevent unwanted permanent parasitic coating of the chamber housing 802k (e.g. its chamber wall) and / or other components arranged therein, one or more than one sacrificial sheet 408 (or more generally shielding 408) can be arranged within the chamber housing 802k. At least one shield 408 can, for example, between the
Kammerwand und dem Fallbereich 206a angeordnet sein oder werden. Beispielsweise kann die zumindest eine Abschirmung 408 kegelförmig sein und/oder in Form eines wechselbaren Einlegers (auch als Inlay bezeichnet) eingerichtet sein. In Analogie kann zumindest eine zusätzliche Abschirmung an anderen wichtigen Bauteilen angeordnet sein und/oder wechselbar sein. Chamber wall and the fall area 206a be or will be arranged. For example, the at least one shield 408 can be conical and / or designed in the form of an exchangeable insert (also referred to as an inlay). By analogy, at least one additional shield can be arranged on other important components and / or can be exchanged.
Anschaulich kann mittels des Einlegers 408 erreicht werden, dass das Innere des It can clearly be achieved by means of the insert 408 that the interior of the
Kammergehäuses, gesehen als Außenmantel, frei vom angelagertem Beschichtungsmaterial
beleibt, wohingegen der Einleger (z.B. ein Blechkegel) als Streudampfopfer fungiert und in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden kann. Optional kann eine Fluidkammer auf dem Kammergehäuse, z.B. dessen Kammerwand, und/oder zwischen der Kammerwand und dem Einleger 408 angeordnet sein. Die Fluidkammer kann beispielsweise an eine Chamber housing, seen as an outer jacket, free of the accumulated coating material obese, whereas the insert (e.g. a sheet metal cone) acts as a stray steam victim and can be replaced at regular intervals. Optionally, a fluid chamber can be arranged on the chamber housing, for example its chamber wall, and / or between the chamber wall and the insert 408. The fluid chamber can, for example, to a
Temperiervorrichtung (z.B. einen Kühl- und/oder ein Wärmekreislauf aufweisend) Temperature control device (e.g. having a cooling and / or heating circuit)
angeschlossen sein oder werden. Optional kann die Beschichtungsanordnung 400 eine be or will be connected. Optionally, the coating arrangement 400 can be a
Gaszuführungsvorrichtung 1716 aufweisen zum Zuführen eines Gases in das Kammergehäuse 802k hinein aufweisen. Optional kann der Einleger oder eine gesondert-berücksichtige Have gas supply device 1716 for supplying a gas into the chamber housing 802k. Optionally, the depositor or a separate one can be taken into account
Ringelelektrode ein elektrisches Potential tragen, damit die intrinsisch (beispielsweise via Sekundärelektronenbeschuss) oder gesondert geladene Partikel in ihrer Trajektorie bewusst beeinflusst werden können. Beispielsweise können bei sehr hohen gerichteten Ringel electrode carry an electrical potential so that the intrinsically (for example via secondary electron bombardment) or separately charged particles can be consciously influenced in their trajectory. For example, can be directional at very high
Beschichtungsraten via Atomstoßprozessen und kleinen Partikelmassen, die Partikel zum Schweben gebracht werden - bis hin, dass die leichteste Fraktion einer entsprechenden Coating rates via atomic impact processes and small particle masses that cause the particles to float - up to the lightest fraction of a corresponding one
Partikelverteilung (« 1 pm) nach oben bewegt werden. Particle distribution («1 pm) are moved upwards.
Mittels der Gaszuführungsvorrichtung 1716 kann dem Vakuumkammergehäuse 802k ein Prozessgas zugeführt werden zum Bilden einer Prozessatmosphäre in dem A process gas can be supplied to the vacuum chamber housing 802k by means of the gas supply device 1716 in order to form a process atmosphere in the
Vakuumkammergehäuse 802k. Das Prozessgas kann beispielsweise ein Präkursorgas, ein Reaktivgas und/oder ein Inertgas aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Inertgas kann beispielsweise Argon aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Reaktivgas kann beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoff aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Präkursorgas kann beispielsweise Gasmoleküle aufweisen, die mehr als 4 Atome aufweisen. Beispielsweise kann die Gaszuführungsvorrichtung 1716 mit einer Gasquelle gekoppelt sein für einen chemisch physikalischen Reaktionsprozess. Vacuum chamber housing 802k. The process gas can, for example, comprise a precursor gas, a reactive gas and / or an inert gas or be formed therefrom. The inert gas can, for example, comprise argon or be formed from it. The reactive gas can for example contain nitrogen or oxygen or be formed from them. The precursor gas can, for example, have gas molecules that have more than 4 atoms. For example, the gas supply device 1716 can be coupled to a gas source for a chemical-physical reaction process.
Ferner kann das Vakuumkammergehäuse 802k mit einem Pumpensystem 804 (aufweisend zumindest eine Grobvakuumpumpe und optional zumindest eine Hochvakuumpumpe) gekoppelt sein. Das Pumpensystem 804 kann eingerichtet sein, dem Vakuumkammergehäuse 802k ein Gas (z.B. das Prozessgas) zu entziehen, so dass innerhalb des Vakuumkammergehäuses 802k ein Vakuum (d.h. ein Druck kleiner als 0,3 bar) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10 3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10 3 mbar bis ungefähr 10 7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z.B. kleiner als ungefähr 10 7 mbar (mit anderen Worten Ultrahochvakuum) bereitgestellt sein oder werden kann. Der Prozessdruck kann sich aus einem Gleichgewicht an Prozessgas bilden, welches mittels der Gaszuführungsvorrichtung 1716 zugeführt und mittels des Pumpensystems 804 entzogen wird. Furthermore, the vacuum chamber housing 802k can be coupled to a pump system 804 (having at least one rough vacuum pump and optionally at least one high vacuum pump). The pump system 804 can be configured to withdraw a gas (eg the process gas) from the vacuum chamber housing 802k, so that a vacuum (ie a pressure less than 0.3 bar) and / or a pressure in a range of approximately 1 mbar to about 10 3 mbar (in other words fine vacuum) and / or a pressure in a range from about 10 3 mbar to about 10 7 mbar (in other words high vacuum) or a pressure less than high vacuum, e.g. less than about 10 7 mbar (in other words ultra-high vacuum) be provided or can be provided. The process pressure can form from an equilibrium of process gas which is supplied by means of the gas supply device 1716 and withdrawn by means of the pump system 804.
Optional kann die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 mehrere räumlich voneinander separierte Beschichtungsmaterialien aufweisen, von denen jedes Beschichtungsmaterial verdampft werden
kann zum Beschichten der Partikel 106. Optional kann die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 aktive gekühlt sein oder werden, z.B. mittels eines Kühlfluids, welches den oder jeden Tiegel 208t der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 durchfließt. Optionally, the coating material source 208 can have a plurality of spatially separated coating materials, each of which coating material is evaporated can for coating the particles 106. Optionally, the coating material source 208 can be or be actively cooled, for example by means of a cooling fluid which flows through the or each crucible 208t of the coating material source 208.
Die laterale Ausdehnung der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 kann dabei kleiner sein, als der Abstand einander gegenüberliegender Abschnitte des Zuführungsspaltes 202s (z.B. der The lateral extent of the coating material source 208 can be smaller than the distance between opposing sections of the feed gap 202s (e.g. the
Durchmesser der Disseminationsmembran 202m). Dies ermöglicht, dass eine Kontamination der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 durch den Partikelstrom gehemmt wird. Bei der Kollision des Elektronenstrahls 23 mit dem Beschichtungsmaterial (auch als Verdampfungsgut bezeichnet), kann es (z.B. aufgrund elastischer und unelastischer Stöße mit den Rumpfatomen bzw. Diameter of the dissemination membrane 202m). This enables contamination of the coating material source 208 by the particle flow to be inhibited. When the electron beam 23 collides with the coating material (also referred to as evaporation material), it can (e.g. due to elastic and inelastic collisions with the core atoms or
Elektronen des Beschichtungsmaterials) auch zur Emission von Sekundärelektronen aus dem Beschichtungsmaterial kommen. Electrons of the coating material) also come to the emission of secondary electrons from the coating material.
Die Sekundärelektronen können beispielsweise die Partikel in dem Fallbereich 206a (auch als Partikelschleier oder Partikelvorhang bezeichnet) elektrisch aufladen. Dadurch kann ein The secondary electrons can, for example, electrically charge the particles in the falling region 206a (also referred to as a particle curtain or particle curtain). This allows a
Elektronendruck (anschaulich auch als Wind bezeichnet) entstehen, der die Partikel von der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 wegtreibt. Eine hohe Leistung des Elektronenstrahls 23 und die vergleichsweise schnelle Verdampfung des Beschichtungsmaterials (z.B. eines Metallstabes) bewirken eine zügige Nachführung des Material dampf s. Electron pressure (clearly also referred to as wind) arise, which drives the particles away from the coating material source 208. A high power of the electron beam 23 and the comparatively fast evaporation of the coating material (e.g. a metal rod) result in a rapid tracking of the material vapor.
Wie vorstehend beschrieben kann die Nachfütterung des Beschichtungsmaterials 208m (z.B. eines Metallstabes) durch die Kammerwand hindurch in den Beschichtungsraum 206 hinein erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtungsmaterial-Quelle ein Magazin (z.B. innerhalb der Vakuumkammer) aufweisen, in welchem mehrere Stäbe aus dem As described above, the coating material 208m (e.g. a metal rod) can be replenished through the chamber wall into the coating space 206. Alternatively or additionally, the coating material source can have a magazine (e.g. within the vacuum chamber) in which several rods are removed from the
Beschichtungsmaterial aufgenommen werden und aus diesem nachgeführt werden können. Coating material are recorded and can be tracked from this.
Wie vorstehend beschrieben kann die Gaszuführungsvorrichtung 1716 ein oder mehr als ein Gaseinlassventil (z.B. an den Kammerwänden des Kammergehäuses 802k angeordnet) aufweisen. Mittels des einen oder mehr als einen Gaseinlassventils kann ein Reaktivgas in den Beschichtungsraum 206 hinein zugeführt werden, z.B. für eine chemisch-physikalische As described above, the gas delivery device 1716 may include one or more than one gas inlet valve (e.g., located on the chamber walls of the chamber housing 802k). By means of the one or more than one gas inlet valve, a reactive gas can be fed into the coating space 206, e.g. for a chemical-physical
Reaktionen mit den Partikeln 106 und/oder dem Materialdampf 109. Die Menge an Reactions with the particles 106 and / or the material vapor 109. The amount of
Materialdampf 109 (z.B. Metalldampf) und/oder die Verdampfungsrate kann über die Leistung des eingekoppelten Elektronenstrahls 23 gesteuert und/oder geregelt werden (z.B. mittels der Steuervorrichtung). Dies ermöglicht es, die Dicke der Partikelbeschichtung (auch als Material vapor 109 (e.g. metal vapor) and / or the evaporation rate can be controlled and / or regulated (e.g. by means of the control device) via the power of the coupled-in electron beam 23. This allows the thickness of the particle coating (also called
Beschichtungsstärke bezeichnet) zu kontrollieren. Nachdem die beschichteten Partikel den Beschichtungsraum 206 (auch als Funktionalisierungszone bezeichnet) durchquert haben, können diese der sechsten Prozessierstufe 400f zugeführt werden.
Der Auffangbehälter 204 (auch als Kollektor bezeichnet) kann die Funktion bereitstellen, die beschichteten Partikel 106 zu sammeln, zu konzentrieren und mittels eines Coating thickness). After the coated particles have passed through the coating space 206 (also referred to as the functionalization zone), they can be fed to the sixth processing stage 400f. The collecting container 204 (also referred to as a collector) can provide the function of collecting the coated particles 106, concentrating and using a
Ausschleusungsmechanismus 1710 kontinuierlich abzuführen. Der Boden des Auffangbehälters 204 kann eine Partikelauflage bereitstellen, welche schräg ist, d.h. anschaulich geneigt. Im Betrieb kann die Partikelauflage einen Winkel (auch als Neigungswinkel bezeichnet) mit der Horizontalen einschließen. Discharge mechanism 1710 continuously. The bottom of the receptacle 204 may provide a particle support which is inclined, i.e., inclined in an illustrative manner. During operation, the particle support can enclose an angle (also referred to as an angle of inclination) with the horizontal.
Optional kann der Auffangbehälter 204 vibrationsfähig eingerichtet sein, z.B. mittels einer Schwingungsquelle 1704 (vgl. Fig. 18). Beispielsweise kann der Auffangbehälter 204 eine Aufl ockerungsvorri chtung b ereitstell en . Optionally, the collecting container 204 can be designed to be able to vibrate, for example by means of a vibration source 1704 (see FIG. 18). For example, the collection container 204 can provide a loosening device.
Die Neigung und bestimmte Vibrationsfrequenzen können die Partikel in dem Auffangbehälter 204 fluidartig und schonend in einen vertieften Abschnitt des Auffangbehälters 204 führen, an dessen Stelle die Ausschleusung mittels des Ausschleusungsmechanismus 1710 erfolgen kann durch eine Ausgangsöffnung des Auffangbehälters 204 hindurch. Der The inclination and certain vibration frequencies can guide the particles in the collecting container 204 in a fluid and gentle manner into a recessed section of the collecting container 204, instead of which they can be discharged by means of the discharging mechanism 1710 through an outlet opening of the collecting container 204. The
Ausschleusungsmechanismus 1710 kann beispielsweise eine Förderschnecke (dann auch als Schneckenförderer bezeichnet) aufweisen, die beispielsweise die Partikel verdichtet, und so dazu beiträgt, das bestehende Vakuum in dem Kammergehäuse 802k aufrechtzuerhalten. The discharge mechanism 1710 can, for example, have a screw conveyor (then also referred to as a screw conveyor) which, for example, compresses the particles and thus helps to maintain the existing vacuum in the chamber housing 802k.
Der Auffangbehälter 204 kann beispielsweise mittels einer Flanschverbindung mit dem The collecting container 204 can for example by means of a flange connection with the
Kammergehäuse 802k verbunden sein, so dass dieser bei Bedarf zu einer Seite hin weggedreht werden kann. Dies erleichtert den Austausch der Abschirmung 408 (diese kann dann nach unten hin herausgenommen werden). Chamber housing 802k be connected so that it can be rotated to one side if necessary. This makes it easier to replace the shield 408 (this can then be removed downwards).
Fig.5 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 500 gemäß verschiedenen 5 illustrates a coating arrangement 500 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. deren erste Prozessierstufe 400a. Embodiments in a schematic detailed view, e.g. their first processing stage 400a.
Im Allgemeinen können die Partikel mittels des Zuführmechanismus 402 aus einer Schüttung 511 (anschaulich ein Vorrat an Partikeln) heraus entnommen werden, und durch eine Öffnung hindurch in einen der Prozessierräume hinein gebracht, d.h. diesem zugeführt, werden. Dies kann beispielsweise durch eine Öffnung 102e, 202s hindurch erfolgen. Die Öffnung 102e, 202s kann die Eingangsöffnung 102e oder der Zuführungsspalt 202s sein. Mit anderen Worten können die Partikel beispielsweise der einen oder mehr als einen Vereinzelungsstufe 104a, 104b zugeführt werden oder der Beschichtungsstufe 400e. Die Öffnung 102e, 202s kann optional in Form eines Ringspalts bereitgestellt sein. In general, the particles can be removed from a bed 511 (clearly a supply of particles) by means of the feed mechanism 402 and brought through an opening into one of the processing rooms, i.e. fed to it. This can take place, for example, through an opening 102e, 202s. The opening 102e, 202s can be the inlet opening 102e or the feed gap 202s. In other words, the particles can, for example, be fed to one or more than one separation stage 104a, 104b or to the coating stage 400e. The opening 102e, 202s can optionally be provided in the form of an annular gap.
Die Schüttung 511 kann in einem Vorratsbehälter 504 angeordnet sein oder werden.
Zur Erreichung einer kontinuierlichen Materialnachführung und dem Transfer von Partikeln aus einer atmosphärischen Umgebung 501 in ein Vakuum hinein, kann der Nachführmechanismus 402 Förderschnecke 502 aufweisen (dann auch als Schneckenförderer 402 bezeichnet). Die Partikel 106, welche von der Förderschnecke 502 bewegt werden, werden verdichtet und stellen dadurch und aufgrund der konstruktiven Bauform (Länge, Umfang usw.) der Förderschnecke 502 eine Gasseparation zu der atmosphärischen Umgebung 501 bereit, so dass nicht The bed 511 can be arranged in a storage container 504. In order to achieve continuous material tracking and the transfer of particles from an atmospheric environment 501 into a vacuum, the tracking mechanism 402 can have a screw conveyor 502 (then also referred to as screw conveyor 402). The particles 106, which are moved by the screw conveyor 502, are compressed and thereby and due to the structural shape (length, circumference, etc.) of the screw conveyor 502 provide a gas separation from the atmospheric environment 501, so that not
notwendigerweise ein getaktetes Ein- und Ausschleusen benötigt wird. Mittels der a clocked inward and outward transfer is necessary. Using the
Förderschnecke 502 kann beispielsweise eine kontinuierliche Zuführung der Partikel 106 erfolgen. Conveyor screw 502, for example, the particles 106 can be fed in continuously.
Alternativ oder zusätzlich kann eine sogenannte Stapel-Befüllung erfolgen. Dazu kann ein unter Unterdrück stehender Vorratsbehälter 404 über einen Ein- und Ausschleusmechanismus stetig mit Material befüllt werden, wobei beispielsweise eine kürzere Förderschnecke 502 und/oder ein Laufband die Partikel aus dem Unterdruckbehälter 504 durch die Öffnung 102e, 202s hindurch transportiert. Alternatively or in addition, a so-called stack filling can take place. For this purpose, a supply container 404 under negative pressure can be continuously filled with material via an inward and outward transfer mechanism, for example a shorter screw conveyor 502 and / or a conveyor belt transporting the particles from the negative pressure container 504 through the opening 102e, 202s.
Alternativ oder zusätzlich zu der Förderschnecke 502 kann der Zuführmechanismus 402 eine Dosierplatte (z.B. den Ringspalt aufweisend) aufweisen. As an alternative or in addition to the screw conveyor 502, the feed mechanism 402 can have a metering plate (e.g. having the annular gap).
Alternativ oder zusätzlich kann das zu funktionalisierende Pulvermaterial auch in Form eines Vorrats- und Auffangbehälters im Vakuum befindlich sein - und bleiben. Alternatively or additionally, the powder material to be functionalized can also be - and remain - in the form of a storage and collecting container in a vacuum.
Fig.6A veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 600 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. mit Blick auf eine mechanische Vereinzelungsstufe 104b dieser. Fig.6B und Fig.6C veranschaulichen jeweils die Kinetik des mechanischen Vereinzeins jeweils in einem schematischen Diagramm 600b, 600c. 6A illustrates a particle isolation device 600 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example with a view of a mechanical isolation stage 104b thereof. FIG. 6B and FIG. 6C each illustrate the kinetics of the mechanical isolation in a schematic diagram 600b, 600c.
Die noch teilweise aggregierten Partikel 106 (anschaulich das agglomerathaltige Pulver) kann, z.B. mittels des Zuführmechanismus 402 zu einer mechanischen Beschleunigungsvorrichtung 602 gebracht werden. Die mechanische Beschleunigungsvorrichtung 602 kann eingerichtet sein, ein mechanisches Beschleunigen 103 der Partikel zu bewirken. The still partially aggregated particles 106 (clearly the agglomerate-containing powder) can be brought to a mechanical acceleration device 602, for example by means of the feed mechanism 402. The mechanical acceleration device 602 can be set up to effect a mechanical acceleration 103 of the particles.
Die mechanische Beschleunigungsvorrichtung 602 kann dazu eine drehbar gelagerte The mechanical acceleration device 602 can for this purpose a rotatably mounted
Partikelauflage 602 aufweisen, auf welche die Partikel gebracht werden (z.B. darauf Have particle support 602 on which the particles are placed (e.g. on
herabfallen). Die Partikelauflage 602 kann beispielsweise eine ebene Rotationsscheibe 602 oder einen unebenen Drehteller 602 aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Partikelauflage 602 kann alternativ oder zusätzlich zu der drehbaren Lagerung mit einer Schwingungsquelle gekoppelt sein, um die Partikelauflage 602 in Vibration zu versetzen. In dem Fall kann die Partikelauflage 602 nach oben ausgestülpt sein, z.B. konvex, oder konkav gekrümmt sein. Im
Folgenden wird vereinfacht auf eine drehbar gelagerte Rotationsscheibe 602 Bezug genommen, wobei analoges auch für eine anders geformte Partikelauflage 602 gelten kann. fall down). The particle support 602 can, for example, have a flat rotary disk 602 or an uneven rotary plate 602 or be formed therefrom. As an alternative or in addition to the rotatable mounting, the particle support 602 can be coupled to a vibration source in order to set the particle support 602 in vibration. In that case, the particle support 602 can be turned out upwards, for example convexly or concavely. in the In the following, reference is made in simplified form to a rotatably mounted rotary disk 602, whereby the same can also apply to a differently shaped particle support 602.
Mittels Drehens 601 der Rotationsscheibe 602 können die darauf aufliegenden Partikel mit der Drehung mitgenommen werden und somit eine die Rotationsachse der Rotationsscheibe 602 umkreisende Bewegung ausführen. Aufgrund der umkreisenden Bewegung kann auf die Partikel eine Fliehkraft wirken, welche die Partikel 106 von der Drehachse weg beschleunigt 103, so dass diese kinetische Energie aufnehmen. Die beschleunigten 103 Partikel 106 können gegen die Prallfläche 104p geschleudert werden. Die Prallfläche 104p kann beispielsweise eine Oberfläche des Kammergehäuses 802k sein, z.B. eine Kammerwand dessen, oder mittels einer an dem Kammergehäuse 802k befestigten Prallwand (z.B. eines Prallblechs) bereitgestellt werden. By rotating 601 the rotating disk 602, the particles lying thereon can be carried along with the rotation and thus execute a movement that encircles the axis of rotation of the rotating disk 602. Because of the orbiting movement, a centrifugal force can act on the particles, which accelerates 103 the particles 106 away from the axis of rotation, so that they absorb kinetic energy. The accelerated 103 particles 106 can be thrown against the impact surface 104p. The baffle 104p can be, for example, a surface of the chamber housing 802k, e.g., a chamber wall thereof, or can be provided by means of a baffle (e.g. a baffle) attached to the chamber housing 802k.
Diagramm 600b stellt die Drehzahl 601 der Rotationsscheibe 602 (z.B. in 1/s) über der Diagram 600b shows the speed 601 of the rotating disk 602 (e.g. in 1 / s) above the
Partikelgröße 603 dar die eine Vereinzelung bewirkt. Diese mechanische Einwirkung der zweiten Vereinzelungsstufe 104b, z.B. deren Rotationsscheibe 602, kann genügen, um größere Agglomerate effektiv aufzubrechen, wie in Diagramm 600b schematisch am Beispiel eines aus zwei Partikeln bestehenden Partikel clusters 106c (auch als Dicluster 106c bezeichnet) veranschaulicht ist dieselbe Haftkonstante ß bei verschiedenem Durchmesser d der Particle size 603 which causes a separation. This mechanical action of the second isolation stage 104b, e.g. its rotating disk 602, can be sufficient to effectively break up larger agglomerates, as is illustrated schematically in diagram 600b using the example of a particle cluster 106c consisting of two particles (also referred to as dicluster 106c) different diameter d the
Rotationsscheibe 602. Rotating disk 602.
Zum Aufbrechen des Diclusters 106c (z.B. aus zwei aneinanderhaftenden gleichgroßen sphärischen Partikeln bestehend) kann eine kinetische Energie benötigt werden, welche in eine Geschwindigkeit v übersetzt werden kann. Für diese kann folgende Relation gelten:
To break up the dicluster 106c (for example consisting of two spherical particles of the same size adhering to one another), kinetic energy may be required which can be translated into a velocity v. The following relation can apply to this:
Hier ist n=2 die Anzahl, p die Massendichte und so der molekulare Abstand der Partikel 106 des Diclusters 106c. Für einen Partikel cluster mit mehr Partikeln kann n auch größer als 2 sein. Here n = 2 is the number, p is the mass density and thus the molecular distance between the particles 106 of the cluster 106c. For a particle cluster with more particles, n can also be greater than 2.
Diese Geschwindigkeit v lässt sich anschließend in eine Drehzahl 601 basierend auf der Bauform der Rotationsscheibe (z.B. des Scheibendurchmessers d) überführen. So ergibt sich This speed v can then be converted into a speed 601 based on the design of the rotating disk (e.g. the disk diameter d). So it turns out
beispielsweise eine Umdrehungszahl von rund 2,5 s für einen Fall mit einer verhältnismäßig großen Haftkonstante von ß=0,5 kg/s2, einem Scheibendurchmesser d von 20 cm und 100 nm großen Partikeln. for example a speed of rotation of around 2.5 s for a case with a relatively large adhesion constant of β = 0.5 kg / s 2 , a disk diameter d of 20 cm and 100 nm particles.
Die im Diagramm 600b veranschaulichte Drehzahl 601 nimmt mit zunehmender Partikel große 603 ab und veranschaulicht den Fall, dass die gesamte kinetische Energie des Diclusters 106c zum Überwinden der Haftkraft Hp aufgewendet wird (auch als Energieübertrag bezeichnet). Für
eine kleinere Partikelgröße 603 kann eine höhere kinetische Energie bzw. eine höhere The speed 601 illustrated in diagram 600b decreases with increasing particle size 603 and illustrates the case that the entire kinetic energy of the cluster 106c is expended to overcome the adhesive force Hp (also referred to as energy transfer). For a smaller particle size 603 can have a higher kinetic energy or a higher one
Geschwindigkeit des Diclusters 106c zum Dispergieren erforderlich sein, da der Energieübertrag nicht die gesamte kinetische Energie verbraucht. Speed of the dicluster 106c may be required for dispersing, since the energy transfer does not consume all of the kinetic energy.
Demgegenüber können im Experiment schon geringere Geschwindigkeiten zum Vereinzeln größerer makroskopischer Agglomerate (> 1 mm) ausreichen. Dies muss aber nicht In contrast, in the experiment, even lower speeds can be sufficient to separate larger macroscopic agglomerates (> 1 mm). But this does not have to be
notwendigerweise oder kann nur zum Teil für mikroskopische Agglomerate (< 100 pm) zutreffen. necessarily or can only partially apply to microscopic agglomerates (<100 pm).
Der im Diagramm 600b veranschaulichte Zusammenhang zwischen der Partikelgröße 603 und der benötigten Drehzahl 601 ist in Diagramm 600c verallgemeinert veranschaulicht, The relationship between the particle size 603 and the required speed 601 illustrated in diagram 600b is illustrated in a generalized manner in diagram 600c,
beispielsweise für eine zweite Vereinzelungsstufe 104b, die nicht notwendigerweise eine Rotationsscheibe 602 aufweisen muss. Diagramm 600c stellt die Geschwindigkeit 605 des Diclusters 106c (z.B. in 1/s) über der Partikelgröße 603 dar, auf welchen dieser zum Vereinzeln beschleunigt 103 wird. for example for a second isolation stage 104b, which does not necessarily have to have a rotary disk 602. Diagram 600c shows the speed 605 of the dicluster 106c (e.g. in 1 / s) over the particle size 603, to which this is accelerated 103 for separation.
Neben dem in den Diagrammen 600b, 600c veranschaulichte Zusammenhang zwischen In addition to the relationship illustrated in the diagrams 600b, 600c between
Partikelgröße 603 und der benötigten kinetischen Energie können bei einem mikroskopischen Agglomerat 106c ferner schwer erfassbare mikrophysikalische Effekte auftreten, die den von der Theorie vorhergesagten Energieübertrag beeinflussen. Der tatsächliche Energieübertrag, d.h. Menge an Energie, die aus der Geschwindigkeit beim Aufprall eines Diclusters 106c auf die Prallfläche 104p in Energie zum Aufbrechen der Haftung übergeht, kann ferner vom In the case of a microscopic agglomerate 106c, particle size 603 and the required kinetic energy can furthermore occur microphysical effects which are difficult to determine and which influence the energy transfer predicted by the theory. The actual energy transfer, i.e. the amount of energy that is converted from the speed when a dicluster 106c hits the impact surface 104p into energy for breaking the adhesion, can also be from
Aufprallwinkel abhängig sein. Be dependent on the angle of impact.
Um möglichst verschiedene Aufprallwinkel und Wahrscheinlichkeiten zum Lösen der Haftung abzudecken, kann die Prallfläche 104p uneben sein. Beispielsweise kann die Prallfläche 104p eine Vielzahl von makroskopischen Kegeln, Pyramiden und/oder Halbkugeln oder anderen Ausstülpungen bzw. Vertiefungen aufweisen. In order to cover as different angles of impact and probabilities of loosening the adhesion as possible, the impact surface 104p can be uneven. For example, the impact surface 104p can have a large number of macroscopic cones, pyramids and / or hemispheres or other protuberances or depressions.
Je nach Material und Ausnutzungsgrad kann die Rotationsscheibe 602 verschiedene Depending on the material and degree of utilization, the rotary disk 602 can be different
Oberflächenprofile, Neigungswinkel und/oder spiralförmige Führungsrillen aufweisen, um die Partikel 106 mit hohem Energieübertrag gegen die Prallfläche 104p zu beschleunigen. Have surface profiles, angles of inclination and / or spiral guide grooves in order to accelerate the particles 106 with a high energy transfer against the impact surface 104p.
Optional kann ein oder mehr als ein mechanischer Zerkleinerungsprozess erfolgen, Optionally, one or more than one mechanical shredding process can take place,
beispielsweise mittels eines rotierenden Messerblocks auf der Rotationsscheibe 602 oder darüber, z.B. an der Eingangsöffnung 102e. for example by means of a rotating knife block on the rotating disk 602 or above, for example at the entrance opening 102e.
Ausgangsseitig kann die mechanische Vereinzelungsstufe 104b eine optionale On the output side, the mechanical isolation stage 104b can be an optional
Führungsvorrichtung 604 aufweisen, welche beispielsweise mehrere abgeschrägte und/oder schräg zueinander verlaufende Führungsflächen (z.B. Ablenkbleche) aufweist, zwischen denen
ein Spalt 604s bereitgestellt ist. Der Spalt 604s kann beispielsweise in Form eines Ringspalts sein. Die Führungsflächen 604 können die Partikel 106 zu einem (z.B. rotationssymmetrischen) Partikelvorhang fokussieren und/oder allgemeiner zur nächsten Prozessierstufe führen. Optional kann die Führungsvorrichtung 604 eine zuschaltbare Schwingungsquelle aufweisen, die eine Vibration der Führungsflächen anregt (z.B. bis zur Ultraschallanregung), was die Fließfähigkeit des Pulvers verbessert. Die mechanische Vereinzelungsstufe 104b kann als Have guide device 604 which, for example, has a plurality of beveled and / or inclined guide surfaces (for example baffles) between which a gap 604s is provided. The gap 604s can be in the form of an annular gap, for example. The guide surfaces 604 can focus the particles 106 to form a (eg, rotationally symmetrical) particle curtain and / or, more generally, guide them to the next processing stage. Optionally, the guide device 604 can have a switchable vibration source which excites a vibration of the guide surfaces (for example up to ultrasound excitation), which improves the flowability of the powder. The mechanical separation stage 104b can be used as
Vorvereinzelungsstufe wirken und bevorzugt größere Agglomerate im makroskopischen Bereich vereinzelt. Pre-isolation stage act and preferably separate larger agglomerates in the macroscopic range.
Fig.7 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 700 gemäß verschiedenen 7 illustrates a particle isolation device 700 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht und einer Detailansicht 700a, auf mehrere Vereinzelungsstufen 104a, 104b dieser. Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view and a detailed view 700a, on a plurality of isolation stages 104a, 104b of these.
Die elektrische Vereinzelungsstufe 104a kann zumindest eine (d.h. eine oder mehr als eine) Elektrode 104e aufweisen, welcher ein erstes elektrisches Potential bereitgestellt ist. Der The electrical isolation stage 104a can have at least one (i.e. one or more than one) electrode 104e, which is provided with a first electrical potential. The
Führungspfad 111 kann zu der zumindest einen Elektrode 104e hinführen, so dass die Partikel 106 in einen physischen Kontakt mit der Elektrode 104e gebracht werden. Die Partikel 106 können bei Kontakt mit der zumindest einen Elektrode 104e von dieser elektrische Ladungen aufnehmen, welche eine elektrische Vereinzelung lOlv der so elektrisch aufgeladenen Partikel 106 anregt. Guide path 111 can lead to the at least one electrode 104e, so that the particles 106 are brought into physical contact with the electrode 104e. When in contact with the at least one electrode 104e, the particles 106 can absorb electrical charges therefrom, which excites an electrical isolation 110v of the particles 106 electrically charged in this way.
Die mechanische Vereinzelungsstufe 104b kann eine elektrische Beschleunigungsvorrichtung 602 aufweisen, welche eingerichtet ist, ein elektrisches Feld 602e bereitzustellen. Das elektrische Feld 602e kann eine Kraft auf die elektrisch aufgeladenen Partikel 106 übertragen, welche die Partikel 106 zu der Beschleunigungsvorrichtung 602 hin beschleunig (anschaulich diese anzieht). Die Kraft kann proportional zu der von dem Partikel 106 aufgenommenen Ladung q und proportional zu der Feldstärke des elektrischen Felds 602e sein. The mechanical isolation stage 104b can have an electrical acceleration device 602 which is set up to provide an electrical field 602e. The electric field 602e can transmit a force to the electrically charged particles 106 which accelerates the particles 106 towards the acceleration device 602 (clearly attracts them). The force can be proportional to the charge q received by the particle 106 and proportional to the field strength of the electric field 602e.
Die elektrische Beschleunigungsvorrichtung 602 kann beispielsweise eine der Elektrode 104e (z.B. Kathode) zugeordnete Gegenelektrode 602 (z.B. Anode) aufweisen, der ein zweites elektrisches Potential bereitgestellt ist. Das zweite elektrische Potential kann sich von dem ersten elektrischen Potential unterscheiden (und optional von dem Potential der Kammerwand 802k), so dass zwischen diesen das elektrische Feld 602e (bzw. eine elektrische Spannung) The electrical acceleration device 602 can, for example, have a counter-electrode 602 (e.g. anode) which is assigned to the electrode 104e (e.g. cathode) and to which a second electrical potential is provided. The second electrical potential can differ from the first electrical potential (and optionally from the potential of the chamber wall 802k), so that the electrical field 602e (or an electrical voltage) between them
bereitgestellt ist. Die Gegenelektrode kann die Prallfläche 104p aufweisen. Die Partikel 106 können bei Kontakt mit der Prallfläche 104p mechanisch vereinzelt werden und gleichzeitig ihre elektrische Ladungen zumindest teilweise an diese abgeben (anschaulich entladen werden). Die so entladenen Partikel 106 können von der Prallfläche 104p abprallen und/oder von dem elektrischen Feld 602e beschleunigt werden zu der Elektrode 104e hin, wo diese wieder aufgeladen werden, so dass der Prozess von neuem beginnt.
Zwischen der Elektrode 104e und der Gegenelektrode 602 (auch als Kanalwände 104e, 602 oder Kontaktelektroden 104e, 602 bezeichnet) kann ein Kanal 702 (auch als Führungskanal 702s bezeichnet) gebildet sein, durch welchen die Partikel 106 unter Einwirkung ihrer Gewichtskraft hindurchgeführt werden und dabei abwechselnd einen oder mehr als einen Kontakt mit der jeder Kanalwand der zwei Kanalwände 104e, 602 durchführt. Der Führungskanal 702s kann beispielsweise als Ringspalt ausgebildet sein. Durch den Führungskanal 702s hindurch kann der Führungspfad 111 erstreckt sein. is provided. The counter electrode can have the baffle surface 104p. The particles 106 can be mechanically separated upon contact with the impact surface 104p and at the same time at least partially release their electrical charges to them (clearly discharged). The particles 106 discharged in this way can ricochet off the impact surface 104p and / or be accelerated by the electric field 602e to the electrode 104e, where they are recharged so that the process begins anew. Between the electrode 104e and the counterelectrode 602 (also referred to as channel walls 104e, 602 or contact electrodes 104e, 602), a channel 702 (also referred to as guide channel 702s) can be formed, through which the particles 106 are guided under the action of their weight and alternately makes one or more contact with each channel wall of the two channel walls 104e, 602. The guide channel 702s can for example be designed as an annular gap. The guide path 111 can be extended through the guide channel 702s.
In dem gegenpoligen Führungskanal 702s kann somit eine mechanische und elektrische In the opposite pole guide channel 702s, a mechanical and electrical
Vereinzelung erfolgen. In ähnlicher Weise können die Partikel optional bei Kontakt mit der Elektrode 104e zerschlagen werden. Beispielsweise kann eine Kanalseite elektrisch positiv und die andere elektrisch negativ geladen sein oder werden, so dass die hindurchfallenden Partikel 106 jeweils zu beiden Kanalwänden 104p hin beschleunigt 103 und beim Aufprall an diesen zerschlagen werden. Je nach elektrischer Spannung und Partikelgrößenverteilung fluktuieren die Partikel stärker oder schwächer zwischen den Kanal wänden 104e, 104p hin und her und erfahren dadurch eine Vielzahl an Stößen, die eine Vereinzelung anregen. Isolation take place. Similarly, the particles can optionally be crushed upon contact with electrode 104e. For example, one side of the channel can be or become electrically positively charged and the other electrically negatively charged, so that the particles 106 falling through are each accelerated 103 towards both channel walls 104p and are broken up when they impact. Depending on the electrical voltage and particle size distribution, the particles fluctuate more or less back and forth between the channel walls 104e, 104p and thus experience a large number of impacts that stimulate isolation.
Fig.8 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 800 gemäß verschiedenen 8 illustrates a particle separation device 800 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf mehrere Prozessierstufen 400b, 400c dieser. Eine mechanische Vereinzelungsstufe 104b kann eine Rotationsscheibe 602 aufweisen bzw. eine mechanische Beschleunigung der Partikel 106 mittels der rotierenden Rotationsscheibe 602 bereitstellen. Eine elektrische Vereinzelungsstufe 104a kann eine Embodiments in a schematic detailed view, e.g. on several processing stages 400b, 400c of these. A mechanical isolation stage 104b can have a rotary disk 602 or provide mechanical acceleration of the particles 106 by means of the rotating rotary disk 602. An electrical isolation stage 104a can be a
Elektrode 104e aufweisen, mittels welcher Elektronen in die Partikel 106 eingebracht werden. Eine zusätzliche mechanische Vereinzelungsstufe 114a kann eine Gegenelektrode 602 des Führungskanals 702s aufweisen, und mittels dieser ein elektrisches Feld bereitstellen, so dass eine Beschleunigung der Partikel 106 mittels des elektrischen Feldes erfolgt. Have electrode 104e, by means of which electrons are introduced into the particles 106. An additional mechanical isolation stage 114a can have a counter electrode 602 of the guide channel 702s, and by means of this provide an electric field, so that the particles 106 are accelerated by means of the electric field.
Fig.9A veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 900 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, zumindest auf eine elektrische Vereinzelungsstufe 104a dieser. Wie voranstehend beschrieben, kann mittels einer elektrischen Vereinzelungsstufe 104a der Effekt der elektrostatischen, coulombschen Abstoßung zweier oder mehrerer geladener aneinanderhaftender Partikel 106 voneinander bereitgestellt werden. 9A illustrates a particle separation device 900 according to various embodiments in a schematic detailed view, at least on one electrical separation stage 104a of this. As described above, the effect of the electrostatic, Coulombic repulsion of two or more charged particles 106 adhering to one another can be provided by means of an electrical isolation stage 104a.
Die elektrische Vereinzelungsstufe 104a der Partikelvereinzelungsvorrichtung 900 kann in Elektronenemitter-Konfiguration (dann auch als Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a bezeichnet) bereitgestellt sein. Mittels der Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a können die Partikel, welche beispielsweise aus einer vorangestellten Prozessierstufe herausfallen, durch
einen Vakuumbereich 911 (auch als Aufladungsbereich 911 bezeichnet) geführt werden, in dem sich freie Elektronen aufhalten. The electrical isolation stage 104a of the particle isolation device 900 can be provided in electron emitter configuration (then also referred to as electron emitter isolation stage 104a). By means of the electron emitter isolation stage 104a, the particles, which for example fall out of a preceding processing stage, can pass through a vacuum area 911 (also referred to as the charging area 911), in which free electrons are located.
Die freien Elektronen können emittiert werden aus einer um den Strahlführungskanal 406 gewickelten und/oder vollumfänglichen Elektronenquelle 902, z.B. einer Glühelektrode 902. Die Glühkathode 902 kann eingerichtet sein, thermisch-emittierte Elektronen bereitzustellen. Die Glühkathode 902 kann beispielsweise eine Heizvorrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, thermische Energie freizusetzen. Alternativ oder zusätzlich zu der Glühkathode 902 kann auch eine Feldemissionskathode verwendet werden. Das für die Glühkathode 902 Beschreiben kann in Analogie auch für die Feldemissionskathode gelten. Die Feldemissionskathode kann The free electrons can be emitted from an electron source 902, for example a glow electrode 902, wound around the beam guiding channel 406 and / or with its full circumference. The glow cathode 902 can be set up to provide thermally emitted electrons. The hot cathode 902 can, for example, have a heating device which is set up to release thermal energy. As an alternative or in addition to the hot cathode 902, a field emission cathode can also be used. What is described for the hot cathode 902 can also apply analogously to the field emission cathode. The field emission cathode can
beispielsweise ein oder mehr als ein Siliziumfeldemissionsarray aufweisen. Gegenüber der Glühkathode reduziert eine Feldemissionskathode die Wärmeentwicklung. for example have one or more than one silicon field emission array. Compared to the hot cathode, a field emission cathode reduces the generation of heat.
Die Glühelektrode 902 kann beispielsweise elektrisch vom Strahlführungskanal 406 isoliert sein, z.B. mittels einer dielektrischen Schicht, welche diese voneinander separiert. Eine der The glow electrode 902 can, for example, be electrically isolated from the beam guiding channel 406, e.g. by means of a dielectric layer which separates them from one another. One of the
Glühelektrode 902 zugeordnete (z.B. perforierte) erste Elektrode 904 beschleunigt The first electrode 904 associated with the glow electrode 902 (e.g. perforated) is accelerated
(beispielsweise über eine Extraktionselektrode) die von der Glühelektrode 902 emittierten Elektronen nach außen (z.B. rotationssymmetrisch und/oder in radiale Richtung), z.B. in (for example via an extraction electrode) the electrons emitted by the glow electrode 902 outwards (e.g. rotationally symmetrical and / or in a radial direction), e.g. in
Richtung zu dem Aufladungsbereich 911 hin, durch den der Führungspfad 111 erstreckt ist bzw. die (z.B. vertikal) fallenden Partikel 106 angeordnet sind. Direction towards the charging area 911 through which the guide path 111 extends or the (e.g. vertically) falling particles 106 are arranged.
Die erste Elektrode 904 (z.B. eine Beschleunigungselektrode 904) kann z.B. ein metallisches Extraktionsgitter 904 aufweisen oder daraus gebildet sein. The first electrode 904 (e.g., an accelerating electrode 904) can, for example, comprise or be formed from a metallic extraction grid 904.
Eine der Glühelektrode 902 zugeordnete (z.B. perforierte) zweite Elektrode 906 (anschaulich eine Begrenzungselektrode), die beispielsweise an der Kammerwand 802k angeordnet ist, beschleunigt und begrenzt die freien Elektronen auf den Aufladungsbereich 911, durch welchen hindurch der Führungspfad 111 erstreckt ist. Die erste Elektrode 904 und die zweite Elektrode 906 können sich beispielsweise in ihrem elektrischen Potential voneinander unterscheiden. A (e.g. perforated) second electrode 906 (e.g., a delimitation electrode) assigned to the glow electrode 902 and arranged, for example, on the chamber wall 802k, accelerates and limits the free electrons to the charging area 911, through which the guide path 111 extends. The first electrode 904 and the second electrode 906 can differ from one another, for example, in terms of their electrical potential.
Damit werden die Elektronen anschaulich durch den Pulvervorhang hindurch geleitet. Die beschleunigten Elektronen kollidieren mit den Partikeln 106, dringen in diese ein und induzieren somit eine elektrische Aufladung in die Partikel 106. Ist eine hinreichend große elektrische Aufladung erreicht, stoßen sich gleichgeladene und aneinanderhaftende Partikel 106 auf Grund der Coulombschen Abstoßung voneinander ab. In this way, the electrons are clearly guided through the powder curtain. The accelerated electrons collide with the particles 106, penetrate them and thus induce an electrical charge in the particles 106. If a sufficiently high electrical charge has been achieved, particles 106 with the same charge and sticking together repel each other due to the Coulomb repulsion.
Fig.9B veranschaulicht die Kinetik des elektrischen Vereinzeins in einem schematischen Diagramm 900b exemplarisch anhand der Glühelektrode 902. Der hierzu beschriebene
Zusammenhang kann in Analogie auch für ein elektrisches Vereinzeln gelten, das auf anderem Weg Elektronen in die Partikel 106 einbringt. 9B illustrates the kinetics of electrical isolation in a schematic diagram 900b using the glow electrode 902 as an example. The one described for this purpose Correlation can also apply analogously to electrical isolation, which introduces electrons into the particles 106 in a different way.
Im Diagramm 900b ist die elektrische Spannung 901 der Glühelektrode 902 (bezogen auf die Begrenzungselektrode 906 oder ein Referenzpotential) über der Partikelgröße 603 der Partikel 106 aufgetragen, welches ein elektrisches Vereinzeln bewirkt. Wie zu sehen ist, kann bereits ein Potentialunterschied 901 von 30 V ausreichen, um zwei 1 mih große Partikel 106 elektrostatisch voneinander zu trennen. Wegen großer Einflüsse von Luftfeuchtigkeit und Oberflächentopologie ist die Haftkraft FH zwischen zwei oder mehreren Partikeln 106 nicht immer exakt In the diagram 900b, the electrical voltage 901 of the glow electrode 902 (based on the limiting electrode 906 or a reference potential) is plotted against the particle size 603 of the particles 106, which causes electrical isolation. As can be seen, a potential difference 901 of 30 V can already be sufficient to electrostatically separate two 1 mih particles 106 from one another. Because of the great influences of air humidity and surface topology, the adhesive force FH between two or more particles 106 is not always exact
vorherzusagen. Der Betrachtung der Haftkraft FH kann allerdings die Proportionalität der Haftkraft FH ZU der Partikelgröße 603 der Partikel 106 (z.B. deren Radius r) und deren Abnahme mit s2 zugrunde gelegt werden. Die Abnahme mit s2 reflektiert, dass die Haftkraft FH bzw. die Haftkonstante ß sehr schnell abnimmt, wenn man den Abstand s zwischen den Partikeln 106 (bzw. zwischen deren Oberflächen) vergrößert, wie oben beschrieben ist. to predict. The consideration of the adhesive force FH can, however, be based on the proportionality of the adhesive force FH to the particle size 603 of the particles 106 (eg their radius r) and their decrease with s 2 . The decrease with s 2 reflects that the adhesive force FH or the adhesive constant β decreases very quickly if the distance s between the particles 106 (or between their surfaces) is increased, as described above.
Im Diagramm 900b ist der Zusammenhang für verschieden große Haftkonstanten (ß = 0,00015 kg/s2; ß = 0,0087 kg/s2 und ß = 0,5 kg/s2) dargestellt. Darauf basierend ergeben sich die Diagram 900b shows the relationship for different sizes of adhesion constants (ß = 0.00015 kg / s 2 ; ß = 0.0087 kg / s 2 and ß = 0.5 kg / s 2 ). Based on this, the
Ladungen und Spannung, die ein elektrisches Vereinzeln der aneinanderhaftenden Partikel 106 bewirkten, d.h. dass die Partikel 106 einer bestimmten Partikelgröße 603 voneinander gelöst werden. Derselbe Zusammenhang ist in Fig.lOA und Fig.lOB verallgemeinert veranschaulicht. Charges and voltage, which caused an electrical isolation of the adhering particles 106, i.e. that the particles 106 of a certain particle size 603 are detached from one another. The same relationship is illustrated in a generalized manner in FIGS. 10A and 10B.
Fig.lOA und Fig.lOB veranschaulichen jeweils die Kinetik des elektrischen Vereinzeins in einem schematischen Diagramm 1000a, 1000b. Im Diagramm 1000a ist die pro Partikel 106 eines Partikel clusters eingebrachte elektrische Ladung 1001 (auch als Aufladung bezeichnet, in Coulomb) über der Partikelgröße 603 des Partikels 106 aufgetragen. Im Diagramm 1000b ist das elektrische Feld 1003 (in Volt/Meter) zwischen der Glühelektrode 902 und der 10A and 10B each illustrate the kinetics of electrical isolation in a schematic diagram 1000a, 1000b. In the diagram 1000a, the electrical charge 1001 introduced per particle 106 of a particle cluster (also referred to as charge, in coulombs) is plotted over the particle size 603 of the particle 106. In the diagram 1000b, the electric field 1003 (in volts / meter) is between the glow electrode 902 and the
Begrenzungselektrode 906 über der Partikelgröße 603 der Partikel aufgetragen. Boundary electrode 906 applied over the particle size 603 of the particles.
Weist der Partikel ströme einen Durchsatz rh von 35 g/s (Masse m der Partikel 106 pro If the particle stream has a throughput rh of 35 g / s (mass m of the particles 106 per
Zeitintervall, in Gramm pro Sekunde) auf, durchlaufen ungefähr 1000 Partikel (z.B. einen Durchmesser von ungefähr 1 pm aufweisend) pro Sekunde den Aufladungsbereich 911 an der Glühelektrode 902. Die Glühelektrode 902 kann derart elektrisch versorgt werden, dass diese genügend freie Elektronen erzeugt, um jedes Partikel 106 zu beladen, beispielsweise mit bis zu 30 V (oder auch mehr). Time interval, in grams per second), about 1000 particles (e.g. having a diameter of about 1 μm) per second pass through the charging area 911 on the glow electrode 902. The glow electrode 902 can be electrically supplied in such a way that it generates enough free electrons to load each particle 106, for example with up to 30 V (or even more).
Die Stromstärke I, mit der die Glühelektrode 902 versorgt wird zum Vereinzeln eines The current strength I with which the glow electrode 902 is supplied for separating one
Partikel Stromes mit der Masse m (dessen zeitliche Ableitung m ist), kann folgender Relation genügen:
Hier bezeichnet P die Massendichte der Partikel 106 und q die Aufladung pro Partikel (z.B. in Coulomb). In dem Beispiel ergibt sich eine Stromstärke I von bis zu 0,03 A (Ampere) für einen Massenstrom von 35 g/s, einer Dichte P von 2,4 g/cm3 und einem elektrischen Potential vonParticle of current with mass m (whose time derivative is m), can satisfy the following relation: Here, P denotes the mass density of the particles 106 and q denotes the charge per particle (for example in coulombs). The example results in a current I of up to 0.03 A (ampere) for a mass flow of 35 g / s, a density P of 2.4 g / cm 3 and an electrical potential of
30 V. Die Stromstärke I repräsentiert in Abhängigkeit des Materials der Glühelektrode 902 (auch als Elektrodenmaterial bezeichnet) eine Temperatur der Glühelektrode 902 (z.B. einem 30 V. Depending on the material of the glow electrode 902 (also referred to as electrode material), the current intensity I represents a temperature of the glow electrode 902 (e.g. a
Glühdraht, wie beispielsweise einer Glühwendel), die genügend freie thermisch emittierte Elektronen erzeugt, was durch folgende Relation beschrieben ist. w Filament, such as a filament), which generates enough free thermally emitted electrons, which is described by the following relation. w
l = A * Ae * T2 * e' kr l = A * A e * T 2 * e 'kr
Die Richardsonkonstante Ao kann beispielsweise 600.000 A/m2K2 (Ampere pro Meter zum Quadrat und Kelvin zum Quadrat) für Wolfram oder beispielsweise 100 A/m2K2 für Barium- Strontiumoxid (BaO-SrO) sein. Die Boltzmannkonstante k ist 8,617-10 5 eV/K (Elektronenvolt pro Kelvin). In folgender Tabelle ist eine Übersicht verschiedener Elektrodenmaterialien in verschiedenen exemplarische Konfigurationen 1 bis 4 gelistet. The Richardson constant Ao can be, for example, 600,000 A / m 2 K 2 (amperes per meter squared and Kelvin squared) for tungsten or, for example, 100 A / m 2 K 2 for barium strontium oxide (BaO-SrO). The Boltzmann constant k is 8.617-10 5 eV / K (electron volts per Kelvin). The following table provides an overview of various electrode materials in various exemplary configurations 1 to 4.
Hier ist D der Durchmesser der Glühkathode, H die Höhe der Glühelektrode 902 (vereinfacht auch als Glühkathode 902 bezeichnet) und S der Drahtdurchmesser.
Für die verschiedenen Konfigurationen sind in folgender Tabelle mehrere Parameter dargestellt, wie die Stromstärke I (in Milliampere), mit der die Glühkathode 902 versorgt wird, die Here, D is the diameter of the hot cathode, H the height of the hot electrode 902 (also referred to in simplified form as hot cathode 902) and S the wire diameter. Several parameters are shown in the following table for the various configurations, such as the current I (in milliamps) with which the hot cathode 902 is supplied
Temperatur T (in Kelvin) der Glühkathode 902, die Leistung P (in Watt), mit der die Temperature T (in Kelvin) of the hot cathode 902, the power P (in watts) with which the
Glühkathode 902 versorgt wird, die empfohlene Temperatur TA der Glühkathode 902 (auch als Arbeitstemperatur bezeichnet, in Kelvin), und die zu erwartende Lebensdauer tL (in Stunden) der Glühkathode 902. Hot cathode 902 is supplied, the recommended temperature TA of the hot cathode 902 (also referred to as working temperature, in Kelvin), and the expected service life tL (in hours) of the hot cathode 902.
Anhand der Tabellen lässt sich erkennen, dass eine Stromstärke von 30 mA (Milliampere) nicht notwendigerweise ausreicht, um die empfohlene Arbeitstemperatur TA der Glühkathode 902 zu erreichen. Um diese zu erreichen, kann der Glühkathode 902 eine größere Stromstärke I als 30 mA zugeführt werden, bis deren Arbeitstemperatur TA erreicht wird. Einen Wolframdraht kann bei bis zu 2600 Kelvin betrieben werden, was zu einer Stromstärke I von bis zu 8,3 Ampere korrespondieren kann. Bei einem Barium-Strontiumoxid-Drahtring kann die Arbeitstemperatur zu einer Stromstärke I von ungefähr 3 Ampere korrespondieren. Die zu der Arbeitstemperatur TA korrespondieren Stromstärke I kann somit ausreichend freie Elektronen liefern, um einen Partikelstrom von 35 g/s elektrostatisch zu vereinzeln (d.h. zu dispergieren). The tables show that a current intensity of 30 mA (milliamps) is not necessarily sufficient to reach the recommended working temperature TA of the hot cathode 902. In order to achieve this, the hot cathode 902 can be supplied with a current I greater than 30 mA until its working temperature TA is reached. A tungsten wire can be operated at up to 2600 Kelvin, which can correspond to a current I of up to 8.3 amps. In the case of a barium-strontium oxide wire ring, the working temperature can correspond to a current I of approximately 3 amperes. The current I, which corresponds to the working temperature TA, can thus deliver enough free electrons to electrostatically separate (i.e. disperse) a particle flow of 35 g / s.
Fig.ll veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 1100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang des Führungspfades 111 und/oder entlang der Vertikalen 155), auf eine Elektronenemitter- Vereinzelungsstufe 104a dieser.
Die Partikelvereinzelungsvorrichtung 1100 kann aufweisen: einen Strahlführungskanal 406, durch welchen hindurch ein Elektronenstrahl 23 geführt werden kann, und die FIG. 11 illustrates a particle isolation device 1100 according to various embodiments in a schematic detailed view (for example, looking along the guide path 111 and / or along the vertical 155) onto an electron emitter isolation stage 104a of this. The particle singulation device 1100 can have: a beam guiding channel 406 through which an electron beam 23 can be guided, and the
Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a. Die Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a kann aufweisen: eine Haltevorrichtung 1102 zum Halten der elektronenemittierenden Electron emitter isolation stage 104a. The electron emitter isolation stage 104a may include: a holding device 1102 for holding the electron emitting
Glühelektrode 902 (auch als Glühkathode 902 bezeichnet), die Beschleunigungselektrode 904 (auch als Beschleunigungsanode 904 bezeichnet) und die Begrenzungselektrode 906. Zwischen der Begrenzungselektrode 906 und der Beschleunigungselektrode 904 kann der Glow electrode 902 (also referred to as hot cathode 902), acceleration electrode 904 (also referred to as acceleration anode 904) and limiting electrode 906. Between the limiting electrode 906 and the acceleration electrode 904, the
Aufladungsbereich 911 angeordnet sein, z.B. die Beschleunigungselektrode 904 umgebend. Charging area 911 may be arranged, e.g., surrounding accelerating electrode 904.
Die Glühelektrode 902 kann beispielsweise einen Glühdraht aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Aufladungsbereich 911 kann beispielsweise in Form eines Ringspalts bereitgestellt sein oder werden. Die Beschleunigungselektrode 904 kann beispielsweise ein Gitter oder Ähnliches aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Glühelektrode 902 kann beispielsweise mit einer Stromversorgung (nicht dargestellt) gekoppelt sein, z.B. mittels eines Stromkabels. The glow electrode 902 can for example have a glow wire or be formed from it. The charging area 911 can be provided, for example, in the form of an annular gap. The acceleration electrode 904 can, for example, have a grid or the like or be formed therefrom. The glow electrode 902 can, for example, be coupled to a power supply (not shown), for example by means of a power cable.
Fig.12 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 1200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf eine Elektronenemitter- Vereinzelungsstufe 104a dieser. Die Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a kann zum Emittieren freier Elektronen in Form von Sekundärelektronen eingerichtet sein (auch als freie Sekundärelektronen bezeichnet). Beispielsweise können für die elektrostatische Dispersion freie Sekundärelektronen genutzt werden, welche erzeugt werden mittels einer direkten Einkopplung des Elektronenstrahls 23 in die Elektronenquelle 902, beispielsweise einer Sekundärelektronen- Emitter-Elektrode 902 (auch als elektronenstrahlversorgte Sekundärelektrode 902 oder kurz Sekundärelektrode 902 bezeichnet). FIG. 12 illustrates a particle separation device 1200 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example of an electron emitter separation stage 104a thereof. The electron emitter isolation stage 104a can be set up to emit free electrons in the form of secondary electrons (also referred to as free secondary electrons). For example, free secondary electrons can be used for the electrostatic dispersion, which are generated by direct coupling of the electron beam 23 into the electron source 902, for example a secondary electron emitter electrode 902 (also referred to as an electron beam-supplied secondary electrode 902 or secondary electrode 902 for short).
Die Emission von Sekundärelektronen (auch als Sekundäremission bezeichnet) kann verstanden werden als Aussendung von Elektronen aus der Oberfläche eines Festkörpers, die durch auftreffende„primäre“ Elektronen (auch als Primärelektronen bezeichnet) hervorgerufen wird. Die Primärelektronen können mittels des Elektronenstrahls 23 bereitgestellt sein oder werden, welcher auf die Sekundärelektrode 902 gerichtet wird. Es kann alternativ oder zusätzlich zu den Primärelektronen auch eine andere Strahlung verwendet werden, z.B. Röntgen- oder The emission of secondary electrons (also referred to as secondary emission) can be understood as the emission of electrons from the surface of a solid, which is caused by "primary" electrons (also referred to as primary electrons). The primary electrons can be provided by means of the electron beam 23, which is directed onto the secondary electrode 902. Alternatively or in addition to the primary electrons, another radiation can be used, e.g. X-ray or
Gammastrahlung. Gamma radiation.
Die mittels des Elektronenstrahls 23 erzeugten Sekundärelektronen können in den The secondary electrons generated by the electron beam 23 can be in the
Aufladungsbereich 911 (d.h. in den Partikelfluss) hinein emittiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Sekundärelektrode 902 derart (z.B. abgeschrägt, konkav, konvex und/oder konisch) eingerichtet sein, dass der Elektronenstrahl 23 mittels der Sekundärelektrode 902 in Richtung des Aufladungsbereichs 911 reflektiert wird. Damit kann ein Teil der Leistung des Elektronenstrahls 23 zur elektrischen Vereinzelung verwendet werden.
Die Sekundärelektrode 902 kann beispielsweise einen Metallring aufweisen oder daraus gebildet sein, auf welchen der Elektronenstrahl 23 gerichtet wird. Die Ladung der von den in den Charging area 911 (ie into the particle flow) are emitted. As an alternative or in addition, the secondary electrode 902 can be set up (for example, beveled, concave, convex and / or conical) in such a way that the electron beam 23 is reflected by means of the secondary electrode 902 in the direction of the charging area 911. Part of the power of the electron beam 23 can thus be used for electrical isolation. The secondary electrode 902 can, for example, have or be formed from a metal ring, onto which the electron beam 23 is directed. The charge of the by the in the
Aufladungsbereich 911 hinein emittierten Elektronen kann ausreichend sein, um einen Electrons emitted into charging area 911 may be sufficient to generate a
Partikelstrom von 35 g/s mit bis zu 30 Volt aufzuladen, so dass eine elektrostatische Dispersion erfolgen kann. Particle flow of 35 g / s to be charged with up to 30 volts, so that electrostatic dispersion can take place.
Fig.13 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 1300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf eine Elektronenemitter- Vereinzelungsstufe 104a dieser. Die Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a kann aufweisen: die Sekundärelektrode 902, den optionalen Strahlführungskanal 406, und die 13 illustrates a particle separation device 1300 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example of an electron emitter separation stage 104a thereof. The electron emitter isolation stage 104a can have: the secondary electrode 902, the optional beam guidance channel 406, and the
Elektronenstrahlquelle 404. Die Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a kann eingerichtet sein, freie Elektronen 1202 in den Aufladungsbereich 911 hinein zu emittieren. Die freien Elektronen 1202 können von der Sekundärelektrode 902 reflektierte Elektronen des Electron beam source 404. The electron emitter isolation stage 104a can be configured to emit free electrons 1202 into the charging area 911. The free electrons 1202 can electrons of the reflected from the secondary electrode 902
Elektronenstrahls 23 und/oder von der Sekundärelektrode 902 emittierte Sekundärelektronen aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Metallring 902 der Elektronenemitter- Vereinzelungsstufe 104a kann beispielsweise eine abgeschrägte ringförmige Metallronde aufweisen. Optional kann der Strahlführungskanal 406 zweie dielektrische Segmente 1302 aufweisen, zwischen denen die Sekundärelektrode 902 angeordnet ist. Electron beam 23 and / or secondary electrons emitted by the secondary electrode 902 or be formed therefrom. The metal ring 902 of the electron emitter isolation stage 104a can, for example, have a beveled ring-shaped metal blank. Optionally, the beam guiding channel 406 can have two dielectric segments 1302, between which the secondary electrode 902 is arranged.
Beispielsweise kann der Elektronenstrahl 23 gemäß einem Zyklus angesteuert werden, wobei der Zyklus mehrere Phasen (z.B. jeweils von wenigen Millisekunden Dauer) aufweist, von denen in einer erster Phase der Elektronenstrahl 23 auf die Sekundärelektrode 902 gerichtet wird, und von denen in einer zweiten Phase der Elektronenstrahl 23 auf die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 gerichtet wird (z.B. durch eine Durchgangsöffnung der Sekundärelektrode 902 hindurch oder an dieser vorbei). For example, the electron beam 23 can be controlled according to a cycle, the cycle having several phases (for example each of a few milliseconds in duration), of which the electron beam 23 is directed onto the secondary electrode 902 in a first phase, and of which in a second phase the Electron beam 23 is directed onto the coating material source 208 (for example through a passage opening of the secondary electrode 902 or past it).
Fig.14 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 1400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf mehrere Vereinzelungsstufen 104a, 114a dieser. Mittels der Beschichtungsanordnung 1400 können beispielsweise besonders gut Partikel 106 prozessiert werden, die alle eine ähnliche Partikel große (z.B. nicht 14 illustrates a particle isolation device 1400 according to various embodiments in a schematic detailed view, e.g. of several isolation stages 104a, 114a thereof. By means of the coating arrangement 1400, for example, particles 106 can be processed particularly well, all of which have a similar particle size (e.g. not
notwendigerweise einer Größenverteilung aufweisend) aufweisen. necessarily having a size distribution).
Mittels der elektrischen Vereinzelungsstufe 104a kann die elektrostatische Vereinzelung mittels Sekundärelektronen erfolgen, die aus einem Metallring 902 emittiert werden, indem dieser mit dem Elektronenstrahl 23 beschossen wird. Alternativ oder zusätzlich kann mittels einer zusätzlichen elektrischen Vereinzelungsstufe 114a eine elektrostatische Vereinzelung mittels thermisch emittierter Elektronen aus einer Glühelektrode 902 erfolgen.
Ferner kann mittels der Beschichtungsanordnung 1400 eine elektrostatische Selektion der Partikel 106 erfolgen. Dazu kann die Beschichtungsanordnung 1400 eine Selektionskammer 1401 aufweisen. Die noch agglomerierten Partikel 106 werden beispielsweise mittels einer Dosiereinheit des Nachführmechanismus 402 in die Selektionskammer 1401 geleitet. Der Boden der Selektionskammer 1401 kann eine vibrationsfähige und/oder elektrisch leitfähige By means of the electrical isolation stage 104a, the electrostatic isolation can take place by means of secondary electrons, which are emitted from a metal ring 902 in that the latter is bombarded with the electron beam 23. Alternatively or additionally, an additional electrical isolation stage 114a can be used to perform electrostatic isolation by means of thermally emitted electrons from a glow electrode 902. Furthermore, by means of the coating arrangement 1400, an electrostatic selection of the particles 106 can take place. For this purpose, the coating arrangement 1400 can have a selection chamber 1401. The still agglomerated particles 106 are guided into the selection chamber 1401, for example by means of a dosing unit of the tracking mechanism 402. The bottom of the selection chamber 1401 can be vibratable and / or electrically conductive
Partikelauflage 602 (z.B. eine Membran 202m aufweisend) aufweisen, welche beispielsweise in einen starren und/oder elektrisch isolierten oder elektrisch leitenden und/oder elektrisch isolierten oder elektrisch leitenden Rahmen eingefasst ist. Die elektrostatische Emission kann es beispielsweise ermöglichen, dem nachfolgenden Prozessierraum hauptsächlich (oder nur) dispergierte, sprich vollständig vereinzelte, Partikel 106 zuzuführen, wie im Folgenden genauer beschrieben wird. Particle support 602 (e.g. having a membrane 202m) which is enclosed, for example, in a rigid and / or electrically insulated or electrically conductive and / or electrically insulated or electrically conductive frame. The electrostatic emission can make it possible, for example, to supply mainly (or only) dispersed, that is to say completely isolated, particles 106 to the downstream processing space, as will be described in more detail below.
Fig.15 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 1500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf mehrere Vereinzelungsstufen 104a, 114a dieser. FIG. 15 illustrates a particle isolation device 1500 according to various embodiments in a schematic detailed view, e.g. of several isolation stages 104a, 114a thereof.
Die Partikelauflage 602 kann beispielsweise einen Boden der Selektionskammer 1401 bereitstellen. Die Selektionskammer 1401 kann beispielsweise einen schwingungsfähigen und/oder elektrisch leitfähigen Kammerboden 602 (auch als Emissionsboden 602 bezeichnet) aufweisen. Der Kammerboden 602 kann beispielsweise eine Membran 202m und/oder eine Platte 602b (z.B. Scheibe, z.B. Vibrationsscheibe) aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Selektionskammer 1401 können die zu vereinzelnden Partikel 106 zugeführt werden, z.B. mittels des Nachführmechanismus 402. The particle support 602 can provide a floor of the selection chamber 1401, for example. The selection chamber 1401 can, for example, have an oscillating and / or electrically conductive chamber floor 602 (also referred to as emission floor 602). The chamber bottom 602 can, for example, have a membrane 202m and / or a plate 602b (e.g. disc, e.g. vibrating disc) or be formed therefrom. The particles 106 to be separated can be fed to the selection chamber 1401, for example by means of the tracking mechanism 402.
Die Selektionskammer 1401, z.B. deren Emissionsboden 602 und/oder Kammeroberteil 1402, kann mittels eines oder mehr als eines dielektrischen (anschaulich elektrisch isolierte) The selection chamber 1401, e.g. its emission base 602 and / or upper chamber part 1402, can be made by means of one or more than one dielectric (clearly electrically isolated)
Verbindungsstücks 1504 gelagert sein. Jedes Verbindungsstück 1504 kann beispielsweise eine Keramik aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können der Connection piece 1504 be stored. Each connecting piece 1504 can, for example, comprise or be formed from a ceramic. Alternatively or additionally, the
Emissionsboden 602 und das Kammeroberteil 1402 mittels des einen oder mehr als einen Verbindungsstücks 1504 miteinander gekoppelt sein. Beispielsweise kann zumindest ein Verbindungsstück 1504 eine Kammerseitenwand der Selektionskammer 1401 bereitstellen, welche sich von dem Emissionsboden 602 zu dem Kammeroberteil 1402 erstreckt. Emission base 602 and the upper chamber part 1402 can be coupled to one another by means of the one or more than one connecting piece 1504. For example, at least one connecting piece 1504 can provide a chamber side wall of the selection chamber 1401, which extends from the emission base 602 to the chamber upper part 1402.
Beispielsweise kann die mindestens eine Kammerseitenwand eine oder mehr als eine seitliche Auslassöffnung 1501 aufweisen. Die Auslassöffnung 1501 kann beispielsweise in Form eines Ringspalts bereitgestellt sein oder werden. For example, the at least one chamber side wall can have one or more than one lateral outlet opening 1501. The outlet opening 1501 can be provided, for example, in the form of an annular gap.
Die Membran 202m kann eine Elektrode und das Kammeroberteil 1402 eine dieser zugeordnete Gegenelektrode der zusätzlichen elektrischen Vereinzelungsstufe 114a bereitstellen. Der
Membran 202m kann dazu ein elektrisches Potential bereitgestellt sein oder werden (dann auch als Kontaktelektrode 202m bezeichnet), das, wie vorstehend beschrieben, abhängig von der Partikelgröße 603 und/oder der Haftungskonstante ß eingerichtet sein kann. Mittels des elektrischen Potentials der Membran 202m kann eine elektrische Ladung in die Partikel 106 eingebracht werden. The membrane 202m can provide an electrode and the upper chamber part 1402 can provide a counterelectrode, assigned to it, of the additional electrical isolation stage 114a. The For this purpose, membrane 202m can be or will be provided with an electrical potential (then also referred to as contact electrode 202m), which, as described above, can be set up as a function of particle size 603 and / or the adhesion constant β. An electrical charge can be introduced into the particles 106 by means of the electrical potential of the membrane 202m.
Das Kammeroberteil 1402 kann für den Selektionseffekt beispielsweise elektrisch geerdet sein (oder allgemeiner das Referenzpotential aufweisen) und anschaulich das Gegenpotential zur elektrisch geladenen Membran 202m bereitstellen. Die Potenzialdifferenz (d.h. elektrische Spannung) zwischen der Membran 202m und dem dazu räumlich und/oder elektrisch separierten Kammeroberteil 1402 kann zwischen diesen ein elektrisches Feld im Kammerinneren bereitstellen. Das elektrische Feld im Kammerinneren kann eine Kraft auf die elektrisch aufgeladenen Partikel 106 übertragen, so dass sich diese entlang der Feldlinien des elektrischen Felds zu dem Kammeroberteil 1402 hin bewegen (z.B. analog zu den gegenpoligen For the selection effect, the upper chamber part 1402 can for example be electrically grounded (or more generally have the reference potential) and clearly provide the counter potential to the electrically charged membrane 202m. The potential difference (i.e. electrical voltage) between the membrane 202m and the chamber top 1402, which is spatially and / or electrically separated for this purpose, can provide an electrical field in the chamber interior between them. The electric field inside the chamber can transmit a force to the electrically charged particles 106, so that they move along the field lines of the electric field towards the upper chamber part 1402 (e.g. analogous to the opposing polarity
Kanalwänden 104e, 104p). Channel walls 104e, 104p).
Für ideal sphärische Partikel 106 kann folgende Relation den Zusammenhang zwischen der Kinetik und der Partikelgröße in Abhängigkeit der Haftung beschreiben:
For ideally spherical particles 106, the following relation can describe the relationship between the kinetics and the particle size as a function of the adhesion:
Hierbei hat der Effekt der Haftung der Partikel 106 untereinander und zu dem Kammerboden 602 einen Einfluss auf die Kinetik der aufgeladenen Partikel 106. Überschreitet die Partikelgröße einen Schwellenwert, kann die Feldstärke nicht mehr mit der Partikel große kohärent abnehmen, sondern oberhalb des Schwellenwerts abhängig von der Haftungskonstante ansteigen. The effect of the adhesion of the particles 106 to one another and to the chamber floor 602 has an influence on the kinetics of the charged particles 106. If the particle size exceeds a threshold value, the field strength can no longer decrease coherently with the particle, but above the threshold value depending on the Increase the liability constant.
Dieser Zusammenhang ist in Fig.16 veranschaulicht. This relationship is illustrated in Fig. 16.
Fig.16 veranschaulicht die Kinetik des elektrischen Vereinzeins in einem schematischen Fig. 16 illustrates the kinetics of electrical isolation in a schematic
Diagramm 1600. Im Diagramm 1600 ist das elektrische Feld 1003 (in Volt/Meter) im Diagram 1600. In diagram 1600 the electric field 1003 (in volts / meter) is im
Kammerinneren über der Partikelgröße 603 der Partikel aufgetragen für verschiedene verschiedenen Haftungskonstanten. Optional kann mittels der Vibrationsscheibe 602b oder allgemeiner einer Schwingungsquelle eine Schwingung in die Selektionskammer 1401, z.B. deren Kammerboden 602, eingekoppelt werden. Beispielsweise kann die Platte 602b die Schwingungsquelle mit der Membran 202m koppeln oder die Schwingungsquelle aufweisen (z.B. eine Spule). Beispielsweise kann die Schwingungsquelle eingerichtet sein, die Membran 202m zur Vibration anzuregen.
Abhängig von der Frequenz der Schwingung (auch als Schwingungsfrequenz bezeichnet) kann die Schwingung in der Lage sein, die Partikel 106 auf dem Kammerboden 602 (z.B. der Chamber interior applied over the particle size 603 of the particles for various different adhesion constants. Optionally, a vibration can be coupled into the selection chamber 1401, for example its chamber bottom 602, by means of the vibration disk 602b or, more generally, a vibration source. For example, the plate 602b can couple the vibration source with the membrane 202m or have the vibration source (eg a coil). For example, the vibration source can be set up to excite the membrane 202m to vibrate. Depending on the frequency of the oscillation (also referred to as oscillation frequency), the oscillation may be able to move the particles 106 on the chamber floor 602 (for example the
Membran 202m) in einem fluidartigen Schwebezustand zu versetzen und dadurch der Einfluss der Haftung zu dem Kammerboden 602 zu reduzieren. Dies ermöglicht es, eine geringere Feldstärke zu verwenden. To put membrane 202m) in a fluid-like state of suspension and thereby reduce the influence of the adhesion to the chamber bottom 602. This makes it possible to use a lower field strength.
Beispielsweise kann der fluidartige Schwebezustand von Partikeln (z.B. mit einer Partikelgröße zwischen 10 pm und 100 pm) einsetzen bei einem elektrischen Feld E von ungefähr 2-105 V/m für eine Haftkonstante von ungefähr ß = 0,00015 kg/s2. Das elektrische Feld E kann For example, the fluid-like state of suspension of particles (for example with a particle size between 10 μm and 100 μm) can set in at an electrical field E of approximately 2-10 5 V / m for an adhesion constant of approximately β = 0.00015 kg / s 2 . The electric field E can
beispielsweise mittels einer elektrisch Spannung von ungefähr 20 Kilovolt (kV) bei einem Abstand der Partikelauflage 602 von dem Kammeroberteil 1402 (oder allgemeiner Elektrode 202m von Gegenelektrode 1402) von 10 cm (auch als Elektrodenabstand bezeichnet) bereitgestellt sein oder werden. Es können aber auch andere Kombinationen von for example by means of an electrical voltage of approximately 20 kilovolts (kV) at a distance of the particle support 602 from the upper chamber part 1402 (or more generally electrode 202m from counter electrode 1402) of 10 cm (also referred to as electrode distance). However, other combinations of
Elektrodenabstand und elektrischer Spannung verwendet werden. Electrode spacing and electrical voltage can be used.
Beispielsweise kann ein Elektrodenabstand von 10 cm oder mehr bewirken, dass hauptsächlich kleinere Partikel ausreichend derart beschleunigt werden, dass diese den exemplarischen Elektrodenabstand von 10 cm überwinden. Die Bewegung größerer Partikel oder Partikel cluster kann von ihrer Gewichtskraft dominiert werden, woraufhin diese anschaulich nach dem Abheben wieder herabfallen. Dies ermöglicht es anschaulich, die Partikelgröße der aus den seitlichen Öffnungen 1501 der Selektionskammer 1401 heraus gebrachten Partikel 106 zu steuern (z.B. mittels der Spannung). For example, an electrode spacing of 10 cm or more can have the effect that mainly smaller particles are accelerated sufficiently in such a way that they overcome the exemplary electrode spacing of 10 cm. The movement of larger particles or particle clusters can be dominated by their weight, whereupon they fall down again after they have lifted off. This clearly makes it possible to control the particle size of the particles 106 brought out of the lateral openings 1501 of the selection chamber 1401 (e.g. by means of the voltage).
Optional können zusätzlich freie Elektronen 1202 in das Kammerinnere emittiert (anschaulich ein Elektronenwind bereitgestellt) werden, z.B. mittels Elektronenstrahlbeschusses eines Metallrings 902 und/oder thermisch emittierter Elektronen aus einer Glühelektrode 902. Optionally, free electrons 1202 can also be emitted into the interior of the chamber (clearly an electron wind is provided), e.g. by means of electron beam bombardment of a metal ring 902 and / or thermally emitted electrons from a glow electrode 902.
Die freien Elektronen 1202 können die Partikel 106 im Kammerinneren elektrisch aufladen, z.B. über das Emissionspotential hinaus bis zum Erreichen der Coulombschen Abstoßung. The free electrons 1202 can electrically charge the particles 106 inside the chamber, for example above the emission potential until the Coulomb repulsion is reached.
Agglomerierte Partikel 106 werden somit effektiv vereinzelt, so dass auch diese nun den exemplarischen Elektrodenabstand (z.B. von 10 cm) überwinden können. Die nach und nach bereitgestellte Zusammensetzung der Partikel im Kammerinneren (anschaulich ein Pulvernebel) kann durch die seitlichen Öffnungen 1501 der Selektionskammer 1401 hindurch von der Begrenzungselektrode 906 der elektrischen Vereinzelungsstufe 104a (z.B. an der Kammerwand 802k) angezogen werden (auch als elektrostatische Anziehung bezeichnet). Die von der Agglomerated particles 106 are thus effectively separated so that they too can now overcome the exemplary electrode spacing (e.g. of 10 cm). The gradually provided composition of the particles inside the chamber (clearly a powder mist) can be attracted (also referred to as electrostatic attraction) through the lateral openings 1501 of the selection chamber 1401 by the limiting electrode 906 of the electrical isolation stage 104a (e.g. on the chamber wall 802k). The one from the
Selektionskammer 1401 abgegebenen Partikel treffen auf eine Prallfläche 104p der Particles emitted from the selection chamber 1401 hit an impact surface 104p of the
Begrenzungselektrode 906, an welche diese ihre elektrische Ladung abgeben und im Folgenden herabfallen und in den nächsten Prozessraum geführt werden können.
Optional kann sich in dem Kammerinneren, beispielsweise alternativ oder zusätzlich zu elektrischen Vereinzelungsstufe 104a und/oder der zusätzlichen elektrischen Vereinzelungsstufe 114a, eine Plasmaquelle angeordnet sein. Die Plasmaquelle kann beispielsweise an der Limiting electrode 906, to which they give off their electrical charge and then fall down and can be guided into the next process space. Optionally, a plasma source can be arranged in the interior of the chamber, for example as an alternative or in addition to electrical isolation stage 104a and / or the additional electrical isolation stage 114a. The plasma source can for example at the
Sekundärelektrode 902 (z.B. Glühelektrode 902) angeordnet sein. Die herabfallenden Partikel 106 können dabei mittels eines im Kammerinneren gebildeten Plasmas (z.B. alternativ oder zusätzlich zu den freien Elektronen) Stöße mit Elektronen und/oder Ionen des Plasmas erfahren. Dieser Effekt unterstützt die Dispersion von Agglomeraten bei gleichzeitiger Secondary electrode 902 (e.g. glow electrode 902). The falling particles 106 can experience collisions with electrons and / or ions of the plasma by means of a plasma formed inside the chamber (e.g. as an alternative or in addition to the free electrons). This effect supports the dispersion of agglomerates while at the same time
Oberflächenbehandlung zur Reduzierung von möglichen Oxiden, Karbiden, Nitriden und zur Verbesserung der Haftfestigkeit sowie der elektrischen Eigenschaften in Wechselwirkung mit der darauf abzuscheidenden Funktionsschicht. Surface treatment to reduce possible oxides, carbides, nitrides and to improve the adhesive strength and electrical properties in interaction with the functional layer to be deposited.
Fig.17 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 1700 gemäß verschiedenen 17 illustrates a coating arrangement 1700 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Die Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view. The
Beschichtungsanordnung 1700 kann die Rotationsscheibe 602 und eine Glühelektrode 902 aufweisen. Coating arrangement 1700 can include rotating disk 602 and a glow electrode 902.
Die Beschichtungsanordnung 1700 kann eine Schwingungsquelle 1704 (z.B. Vibrationsscheibe) aufweisen, die mit dem Auffangbehälter 204 gekoppelt ist und optional ein elektrisches Potential trägt, welches die Partikel auflädt, und damit im Verlauf ihrer Trajektorie beeinflusst werden können. Die Beschichtungsanordnung 1700 kann ferner eine Haltevorrichtung 1702 zum Halten (z.B. Verschraubungspunkt) der Abschirmung 408 aufweisen, welche formschlüssig in die Abschirmung 408 eingebracht werden kann. The coating arrangement 1700 can have a vibration source 1704 (e.g. vibration disk) which is coupled to the collecting container 204 and optionally carries an electrical potential which charges the particles and can thus be influenced in the course of their trajectory. The coating arrangement 1700 can furthermore have a holding device 1702 for holding (e.g. screw connection point) the shield 408, which can be introduced into the shield 408 in a form-fitting manner.
Die Beschichtungsanordnung 1700 kann ferner einen mit dem Auffangbehälter 204 gekoppelten Ausschleusungskanal 1710 aufweisen zum Ausschleusen 204a der Partikel 106 nach dem Beschichten dieser. The coating arrangement 1700 can furthermore have a discharge channel 1710 coupled to the collecting container 204 for discharging 204a the particles 106 after they have been coated.
Fig.18 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 1800 gemäß verschiedenen 18 illustrates a coating arrangement 1800 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Die Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view. The
Beschichtungsanordnung 1800 kann die Selektionskammer 1401 aufweisen, in welcher die elektronenstrahlversorgte Sekundärelektrode 902 und eine horizontal erstreckte Kontaktelektrode 202m aufweisen. Neben der Selektionskammer 1401 kann eine elektrisch geladene Prallfläche 104p angeordnet sein. Coating arrangement 1800 can have the selection chamber 1401, in which the electron beam-supplied secondary electrode 902 and a horizontally extending contact electrode 202m have. An electrically charged impact surface 104p can be arranged next to the selection chamber 1401.
Fig.19 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 1900 gemäß verschiedenen 19 illustrates a coating arrangement 1900 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Die Embodiments in a schematic side view or cross-sectional view. The
Beschichtungsanordnung 1900 kann die Rotationsscheibe 602 und eine elektronenstrahlversorgte Sekundärelektrode 902 aufweisen.
Fig.20 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 2000 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Die Coating arrangement 1900 can have the rotating disk 602 and an electron beam supplied secondary electrode 902. FIG. 20 illustrates a coating arrangement 2000 according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view. The
Beschichtungsanordnung 2000 kann exemplarisch die Rotationsscheibe 602 und eine Coating arrangement 2000 can exemplarily include the rotating disk 602 and a
Glühelektrode 902 aufweisen, kann aber auch eingerichtet sein eine der voranstehenden Have glow electrode 902, but can also be set up one of the preceding
Beschichtungsanordnungen. Coating arrangements.
Bei der Beschichtungsanordnung 2000 kann eine seitliche Einkopplung des Elektronenstrahls 23 in die Vakuumkammer 802 vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Strahlführungskanal 406 am oberen Drittel des Beschichtungsraums 206 angeordnet sein. Bei der seitlichen Einkopplung des Elektronenstrahls 23 kann eine zentrische Führung des Elektronenstrahls 23 in der In the case of the coating arrangement 2000, a lateral coupling of the electron beam 23 into the vacuum chamber 802 can be provided. For example, the beam guiding channel 406 can be arranged on the upper third of the coating space 206. With the lateral coupling of the electron beam 23, a central guidance of the electron beam 23 in the
Vakuumkammer 802 nicht notwendig sein. Dies vereinfacht die oberen Komponenten der Beschichtungsanordnung 2000, z.B. die Baugruppen zur Dispersion und/oder zur Dissemination. Vacuum chamber 802 may not be necessary. This simplifies the upper components of the coating arrangement 2000, e.g. the assemblies for dispersion and / or for dissemination.
Bei der seitlichen Einkopplung des Elektronenstrahls 23 kann dieser durch den Fallbereich 206a hindurch geführt sein oder werden und dadurch mit den vertikal fallenden Partikeln 106 in Kontakt kommen. Bei Kontakt der Partikel 106 mit dem Elektronenstrahl 23 können diese stark erhitzt werden, so dass es zu einer Verdampfung von Material aus den Partikeln 106 kommen kann, wodurch sich partiell Material verflüchtigt und eine Kontamination der Anlage, bzw. der Partikelbeschichtung erfolgen kann. Dies kann erwünscht sein aber auch kompensiert werden, indem der Zuführungsspalt 202s lokal über dem Strahlführungskanal 406 unterbrochen ist, so dass eine schmale Abschattung in dem Partikelvorhang 106 bereitgestellt wird. Dies verringert das Risiko einer Partikel-Elektronen-Kollision. When the electron beam 23 is coupled in from the side, it can be guided through the falling area 206a and thereby come into contact with the vertically falling particles 106. When the particles 106 come into contact with the electron beam 23, they can be heated strongly, so that there can be an evaporation of material from the particles 106, as a result of which material is partially volatilized and the system or the particle coating can be contaminated. This can be desirable but can also be compensated for by interrupting the feed gap 202s locally above the beam guiding channel 406 so that a narrow shadowing is provided in the particle curtain 106. This reduces the risk of particle-electron collisions.
Fig.21A veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 2100 gemäß verschiedenen 21A illustrates a coating arrangement 2100 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf eine Gleichverteilungsstufe 400d dieser. Fig. 21B veranschaulicht die Kinetik der gleichverteilten Zuführung in einem schematischen Diagramm 2100b. Embodiments in a schematic detailed view, e.g. of a uniform distribution stage 400d of this. FIG. 21B illustrates the kinetics of the uniformly distributed feed in a schematic diagram 2100b.
Die Gleichverteilungsstufe 400d kann eine Partikelauflage 1602 aufweisen, die beispielsweise eine Membran 202m aufweist. Die Partikelauflage 1602 kann den Zuführungsspalt 202s begrenzen bzw. kann der Zuführungsspalt 202s die Partikelauflage 1602 umgeben. Der The uniform distribution stage 400d can have a particle support 1602 which has a membrane 202m, for example. The particle support 1602 can delimit the feed gap 202s or the feed gap 202s can surround the particle support 1602. The
Zuführungsspalt 202s kann beispielsweise zwischen der Partikelauflage 1602 und einem die Partikelauflage 1602 umgebenden Wandelement 2104 gebildet sein. Das Wandelement 2104 kann beispielsweise Teil des Kammergehäuses 802k sein. Feed gap 202s can be formed, for example, between the particle support 1602 and a wall element 2104 surrounding the particle support 1602. The wall element 2104 can be part of the chamber housing 802k, for example.
Beispielsweise kann die Partikelauflage 1602 eine kreisrunde Außenkante aufweisen, welche den Zuführungsspalt 202s begrenzt, d.h. rotationssymmetrisch sein. Die Außenkante der For example, the particle support 1602 can have a circular outer edge which delimits the feed gap 202s, i.e. can be rotationally symmetrical. The outer edge of the
Partikelauflage 1602 kann auch eine andere Symmetrie aufweisen.
Die Partikelauflage 1602 kann eingerichtet sein, in die darauf aufliegenden Partikeln 106 eine Kraft (auch als Abtriebskraft bezeichnet) einzukoppeln, welche zu dem Zuführungsspalt 202s gerichtet ist. Particle pad 1602 may also have a different symmetry. The particle support 1602 can be set up to couple a force (also referred to as an output force) into the particles 106 resting thereon, which force is directed towards the feed gap 202s.
Die Abtriebskraft kann dieselbe Symmetrie aufweisen, wie die Außenkante der Partikelauflage 1602. Die Abtriebskraft kann beispielsweise im Wesentlichen radialsymmetrisch eingerichtet sein, wobei das Symmetriezentrum beispielsweise im Inneren (z.B. im Mittelpunkt der kreisrunden Außenkante) der Partikelauflage 1602 angeordnet sein kann. The output force can have the same symmetry as the outer edge of the particle support 1602. The output force can, for example, be set up essentially radially symmetrically, wherein the center of symmetry can be arranged in the interior (e.g. in the center of the circular outer edge) of the particle support 1602.
Je weniger die Symmetrie der Abtriebskraft und der Außenkante der Partikelauflage 1602 voneinander abweichen, umso gleichverteilter kann die Zuführung der Partikel durch den Zuführungsspalt 202s sein. The less the symmetry of the output force and the outer edge of the particle support 1602 deviate from one another, the more evenly distributed the supply of the particles through the supply gap 202s can be.
Die Abtriebskraft kann auf verschiedene Arten bereitgestellt sein oder werden, wie im Folgenden exemplarisch beschrieben wird. The output force can be or be provided in various ways, as will be described by way of example below.
Zur Bereitstellung der Abtriebskraft kann die Partikelauflage 1602 beispielsweise eine konvexe (z.B. konisch oder zumindest spitz zulaufende) obere Oberfläche aufweisen, d.h. zum Rand hin abfallen. Es kann auch eine konkave oder Oberfläche verwendet werden. Beispielsweise können sich bei bestimmten wellenartigen Oszillationen einer Membran oder Scheibe Partikel auch bergauf bewegen. Dies kann Dosierungsvorteile bringen. Im Betrieb kann die Partikelauflage 1602 einen Winkel (auch als Neigungswinkel bezeichnet) mit der Horizontalen 153, 151 einschließen. Diese kann den Partikeln 106 eine Hangabtriebskraft bereitstellen, welcher Teil der Abtriebskraft sein kann. To provide the downforce, the particle support 1602 can, for example, have a convex (e.g. conical or at least tapering) upper surface, i.e. sloping towards the edge. A concave or surface can also be used. For example, with certain wave-like oscillations of a membrane or disk, particles can also move uphill. This can bring dosage benefits. In operation, the particle support 1602 can form an angle (also referred to as an angle of inclination) with the horizontal 153, 151. This can provide the particles 106 with a downhill force, which can be part of the downhill force.
Zur Bereitstellung der Abtriebskraft kann die Partikelauflage 1602 beispielsweise in einer Drehbewegung versetzt werden, so dass auf die Partikel um das Symmetriezentrum kreisen. Dies kann den Partikeln 106 eine Fliehkraft einkoppeln, welche Teil der Abtriebskraft sein kann. Optional kann die Gleichverteilungsstufe 400d eine Schwingungsquelle 202v aufweisen, welche eingerichtet ist, der Partikelauflage 1602 (z.B. der Membran 202m) eine Schwingung To provide the output force, the particle support 1602 can, for example, be set in a rotary movement so that the particles revolve around the center of symmetry. This can couple a centrifugal force to the particles 106, which can be part of the output force. Optionally, the uniform distribution stage 400d can have a vibration source 202v which is set up to vibrate the particle support 1602 (e.g. the membrane 202m)
einzukoppeln, so dass eine Auflockerungsvorrichtung 202v, 1602 bereitgestellt ist. Dies kann die Bewegung der Partikel gemäß der Abtriebskraft anregen und/oder beispielsweise eine flachere Oberfläche ermöglichen. to be coupled, so that a loosening device 202v, 1602 is provided. This can stimulate the movement of the particles according to the output force and / or, for example, enable a flatter surface.
Beispielsweise können der Gleichverteilungsstufe 400d Partikel aus zumindest einer (d.h. einer oder mehr als einer) Vereinzelungsstufe 104a, 104b zugeführt werden, z.B. entlang des For example, particles can be fed to the uniform distribution stage 400d from at least one (i.e. one or more than one) isolation stage 104a, 104b, e.g. along the
Führungspfads 111. Mittels der zumindest einen Vereinzelungsstufe 104a, 104b kann Guide path 111. By means of the at least one isolation stage 104a, 104b
beispielsweise eine elektrische und/oder mechanische Vereinzelung der Partikel erfolgen, bevor
diese der Gleichverteilungsstufe 400d zugeführt werden. Der herabfallende Strom aus Partikeln 106 aus der zumindest einen Vereinzelungsstufe 104a, 104b kann beispielsweise auf eine neigungs- und vibrationsfähige Ebene 202m in Form einer schwingungsfähigen Membran 202m fallen. for example, electrical and / or mechanical separation of the particles takes place before these are fed to the uniform distribution stage 400d. The falling stream of particles 106 from the at least one isolation stage 104a, 104b can, for example, fall onto a plane 202m capable of inclining and vibrating in the form of a vibrating membrane 202m.
Alternativ oder zusätzlich können die von der Gleichverteilungsstufe 400d abgegebenen Partikel 106 dem Beschichtungsraum 206 zugeführt werden, z.B. indem diese über die Außenkante der Partikelauflage 1602 in den Beschichtungsraum 206 hineinfallen. As an alternative or in addition, the particles 106 emitted by the uniform distribution stage 400d can be fed to the coating space 206, for example by falling into the coating space 206 over the outer edge of the particle support 1602.
Die Partikelauflage 1602 kann optional einen Spannrahmen 2106 (z.B. einen starren Rahmen) aufweisen, in welchen die Membran 202m eingefasst ist (auch als Randeinspannung bezeichnet). Der Spannrahmen 2106 kann die Außenkante aufweisen. Der Rand der Membran 202m, der mit dem Spannrahmen 2106 gekuppelt ist, kann beispielsweise gewellt und/oder profiliert (z.B. als Sicke bereitgestellt) eingerichtet sein, wie anschaulich bei einem Lautsprecher. Alternativ oder zusätzlich kann der Rand der Membran 202m beispielsweise ein elastisches Material aufweisen, z.B. ein Elastomer. Die Randeinspannung der Membran 202m (d.h. dass der Rand der Membran 202m nicht offen ist) kann definierte Randbedingungen bereitstellen, so dass die The particle support 1602 can optionally have a clamping frame 2106 (e.g. a rigid frame) in which the membrane 202m is enclosed (also referred to as an edge restraint). The tenter frame 2106 may have the outer edge. The edge of the membrane 202m, which is coupled to the tensioning frame 2106, can be configured, for example, corrugated and / or profiled (e.g. provided as a bead), as clearly shown in the case of a loudspeaker. Alternatively or in addition, the edge of the membrane 202m can for example comprise an elastic material, for example an elastomer. The edge restraint of the membrane 202m (i.e. that the edge of the membrane 202m is not open) can provide defined boundary conditions so that the
Differentialgleichungen der eingekoppelten Schwingung (z.B. die Bessel-Funktion) eine technische Lösung liefert. Differential equations of the coupled vibration (e.g. the Bessel function) provide a technical solution.
Die Schwingungsquelle 202v kann beispielsweise zur zeitlichen Variation der eingekoppelten Schwingung eingerichtet sein, d.h. der Partikelauflage 1602 mehrere Schwingungsmoden bereitstellen. Die Schwingungsquelle 202v kann beispielsweise zur Erzeugung verschiedener Frequenzen (auch als Schwingungsfrequenzen bezeichnet) eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Schwingungsquelle 202v zur Einkopplung der Schwingung an verschiedenen Stellen 202e (auch als Einkopplungsstellen bezeichnet) der Partikelauflage 1602 eingerichtet sein. The vibration source 202v can be set up, for example, to vary the coupled vibration over time, i.e. provide the particle support 1602 with multiple vibration modes. The vibration source 202v can be set up, for example, to generate different frequencies (also referred to as vibration frequencies). As an alternative or in addition, the vibration source 202v can be set up to couple the vibration at different points 202e (also referred to as coupling points) of the particle support 1602.
Durch den Neigungswinkel der Partikelauflage kann ein kontinuierlicher radialsymmetrischer Partikelstrom zum äußeren Rand der Partikelauflage 1602 (z.B. eine Scheibe 1602) bereitgestellt sein oder werden. Beispielsweise kann die Membran 202m der Partikelauflage 1602 im Zentrum höher sein als am Rand. Optional kann die Partikelauflage 1602 eine Vielzahl von Vertiefungen und/oder Nuten aufweisen, welche über deren gesamte Fläche systematisch oder stochastisch verteilt sind. Dies stellt neben einem gerichteten Partikelstrom über die Kante der Partikelauflage 1602 ferner viele kleinere lokal konzentrierte Partikel ströme bereit, welche den Partikel durchsatz erhöhen und damit die Wirtschaftlichkeit verbessern. Due to the angle of inclination of the particle support, a continuous, radially symmetrical particle flow to the outer edge of the particle support 1602 (e.g. a disk 1602) can be provided. For example, the membrane 202m of the particle support 1602 can be higher in the center than at the edge. Optionally, the particle support 1602 can have a multiplicity of depressions and / or grooves which are systematically or stochastically distributed over their entire surface. In addition to a directed particle flow over the edge of the particle support 1602, this also provides many smaller, locally concentrated particle flows, which increase the particle throughput and thus improve the economy.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Raumfüllung der über die Außenkannte der Partikelauflage 1602 herabfallenden Partikel 106 gesteuert und/oder geregelt werden, z.B. indem
die Menge an zugeführten Partikeln (z.B. deren Anzahl und/oder Masse) pro Zeit verändert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Raumfüllung der Partikel 106 gesteuert und/oder geregelt werden, indem der Abstand der Partikelauflage 1602 bzw. des Zuführungsspaltes 202s von der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 verändert wird. Dies kann beispielsweise mittels der According to various embodiments, the spatial filling of the particles 106 falling over the outer edge of the particle support 1602 can be controlled and / or regulated, for example by the amount of particles supplied (eg their number and / or mass) is changed per time. Alternatively or additionally, the space filling of the particles 106 can be controlled and / or regulated by changing the distance between the particle support 1602 or the feed gap 202s from the coating material source 208. This can be done for example by means of
Steuervorrichtung erfolgen. Die Raumfüllung der Partikel 106 beschreibt anschaulich die Menge der Partikel pro Einheitsvolumen. Control device take place. The volume of the particles 106 clearly describes the amount of particles per unit volume.
Dazu kann die Partikelauflage 1602 beispielsweise verschiebbar (z.B. entlang der Vertikalen und/oder Horizontalen) und/oder neigbar gelagert sein, so dass beispielsweise deren relative Position und/oder Ausrichtung relativ zu der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 verändert werden kann, z.B. deren Abstand voneinander. Dies kann beispielsweise mittels der For this purpose, the particle support 1602 can, for example, be mounted displaceably (e.g. along the vertical and / or horizontal) and / or inclined so that, for example, its relative position and / or orientation relative to the coating material source 208 can be changed, e.g. their distance from one another. This can be done for example by means of
Steuervorrichtung erfolgen. Control device take place.
In dem Diagramm 2100b ist eine normierte Raumfüllung 2101 der Partikel 106 entlang des Freifallpfads 211 über der Position 2103 auf dem Freifallpfad dargestellt für verschiedene Abstände hstart der Partikelauflage 1602 zu einer Referenzposition. Darin ist der Effekt der Längenausdehnung bzw. die über die Falllänge hervorgerufene Änderung der Raumfüllung eines Partikel Stromes zu erkennen. The diagram 2100b shows a normalized spatial filling 2101 of the particles 106 along the free fall path 211 above the position 2103 on the free fall path for different distances hstart of the particle support 1602 from a reference position. This shows the effect of the linear expansion or the change in the volume of a particle flow caused by the length of the fall.
Fig.22 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 2200 gemäß verschiedenen 22 illustrates a coating arrangement 2200 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf einen Beschichtungsraum 400e dieser. Embodiments in a schematic detailed view, e.g. of a coating room 400e of this.
Optional kann die Partikelauflage 1602 eine Vielzahl von Durchgangsöffnung 2204 aufweisen, welche beispielsweise über deren gesamte Fläche systematisch oder stochastisch verteilt sind. Die Durchgangsöffnung 2204 der Partikelauflage 1602 können beispielsweise mittels Optionally, the particle support 1602 can have a multiplicity of through openings 2204 which, for example, are systematically or stochastically distributed over their entire area. The through opening 2204 of the particle support 1602 can, for example, by means of
Schutzblechen 2206 vor dem Bedampfen und Verschließen geschützt werden. Die Protective plates 2206 are protected from vapor deposition and sealing. The
Durchgangsöffnung 2204 können beispielsweise in Form eines Ringspalts und/oder konzentrisch zueinander bereitgestellt sein oder werden. Through openings 2204 can be provided, for example, in the form of an annular gap and / or concentric to one another.
Die Partikelauflage 1602 (z.B. deren Rahmen) kann optional in einem wassergekühlten Gehäuse eingefasst sein. Der untere Teil des Gehäuses kann optional mit einem austauschbaren The particle support 1602 (e.g. its frame) can optionally be enclosed in a water-cooled housing. The lower part of the case can optionally be replaced with a replaceable
Hitzeschild 2206 abgeschirmt sein, welches zusätzlich die Funktion als Opferschild aufweisen kann, so dass die Partikelauflage 1602 (z.B. deren Disseminationsmembran 202m) vor dem gerichteten Beschichtungsdampf abgeschirmt wird. Zusätzlich zu dem wassergekühlten Gehäuse (auch als Membrangehäuse bezeichnet), kann ebenso das Opferschild 2206 optional Heat shield 2206, which can additionally function as a sacrificial shield, so that the particle support 1602 (e.g. its dissemination membrane 202m) is shielded from the directed coating steam. In addition to the water-cooled housing (also referred to as the membrane housing), the sacrificial shield 2206 can also be optional
wassergekühlt und/oder optional schwingungsentkoppelt zur Partikelauflage 1602 (z.B. deren Membran) befestigt werden.
Entkopplung und Kühlung schützen dabei die Partikelauflage 1602 (z.B. deren Membran 202m) vor dem Materialdampf und der davon ausgehenden Temperatur. Gelangen die Partikel 106 über die Außenkante der Partikelauflage 1602, ergreift sie die Schwerkraft und die Partikel 106 fallen durch den darunter befindlichen Materialdampf hindurch, wobei der Materialdampf das water-cooled and / or optionally vibration-decoupled to the particle support 1602 (eg its membrane). Decoupling and cooling protect the particle support 1602 (eg its membrane 202m) from the material vapor and the temperature resulting therefrom. If the particles 106 get over the outer edge of the particle support 1602, gravity takes hold of them and the particles 106 fall through the material vapor below, the material vapor being the
Beschichtungsmaterial aufweist oder daraus gebildet ist (auch als Beschichtungsmaterial-Dampf bezeichnet, z.B. ein Metalldampf). Die Dicke der Partikelbeschichtung (auch als Comprises or is formed from coating material (also referred to as coating material vapor, e.g. a metal vapor). The thickness of the particle coating (also called
Beschichtungsdicke bezeichnet) kann mittels zumindest zweier Parameter beeinflusst werden. Der erste Parameter ist die Rate, mit der das Beschichtungsmaterial verdampft wird (auch als Verdampfungsrate bezeichnet), bzw. eine dazu korrespondierende Dampfdichte. Der zweite Parameter ist der Abstand der Partikelauflage 1602 (z.B. deren Disseminationsmembran 202m) von der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 (z.B. Verdampfungsquelle), welche zu der Flug- bzw. Verweilzeit der Partikel 106 in dem Materialdampf korrespondiert. Der optionale Coating thickness) can be influenced by means of at least two parameters. The first parameter is the rate at which the coating material is evaporated (also referred to as the evaporation rate), or a corresponding vapor density. The second parameter is the distance of the particle support 1602 (e.g. its dissemination membrane 202m) from the coating material source 208 (e.g. evaporation source), which corresponds to the flight or residence time of the particles 106 in the material vapor. The optional
Strahlführungskanal 406 (z.B. ein zentrales Elektronenstrahl-Rohr), an dem die Partikelauflage 1602 befestigt oder zumindest angeordnet ist (z.B. deren Disseminationsmembran), kann beispielsweise höhenverstellbar eingerichtet sein, z.B. mittels einer Teleskopverbindung. Die Verdampfungsrate kann mittels der in die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 eingebrachten Leistung (z.B. des Elektronenstrahls 23) gesteuert und/oder geregelt sein oder werden. The beam guide channel 406 (e.g. a central electron beam tube) to which the particle support 1602 is attached or at least arranged (e.g. its dissemination membrane) can for example be set up so as to be adjustable in height, e.g. by means of a telescopic connection. The evaporation rate can be controlled and / or regulated by means of the power introduced into the coating material source 208 (e.g. the electron beam 23).
Optional kann die Partikelauflage 1602 eine Vielzahl von Segmenten aufweisen, von denen einander unmittelbar benachbarte Segmente mittels eines Zuführungsspalts 202s voneinander separiert sind. Die Segmente können beispielsweise konzentrisch angeordnet sein und/oder zueinander höhenversetzt sein. Die Segmente können beispielsweise radialsymmetrisch zwei oder mehrere Partikel ströme in den Fallbereich 206a hinein bereitstellen. Optionally, the particle support 1602 can have a multiplicity of segments, of which segments directly adjacent to one another are separated from one another by means of a feed gap 202s. The segments can be arranged concentrically, for example, and / or offset in height relative to one another. The segments can, for example, provide two or more particle streams radially symmetrically into the fall region 206a.
Um den Effekt zu kompensieren, dass der Materialdampf im vertikalen Verlauf in Abhängigkeit vom Abstand zu der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 eine variable Dampfdichte im To compensate for the effect that the material vapor has a variable vapor density in the vertical course depending on the distance from the coating material source 208
Beschichtungsraum 206 aufweist, und sich damit unterschiedliche Coating space 206 has, and thus different
Wechselwirkungswahrscheinlichkeiten zwischen dem Partikelstrom und dem Materialdampf ergeben, können die Partikel ströme mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch den Interaction probabilities between the particle flow and the material vapor result, the particles can flow through the at different speeds
Materialdampf geführt werden. Dazu können die Segmente (auch als Material vapor are guided. The segments (also as
Funktionalisierungsbereiche bezeichnet) höhenversetzt angeordnet sein, wie beispielsweise über mehrere stufenartig angeordnete Zuführungsspalte 202s. Zudem wird ein freifallender Functionalization areas referred to) may be arranged offset in height, such as, for example, over several feed gaps 202s arranged in a stepped manner. It also becomes a free-falling
Partikelstrom über die Länge seines Falls auseinandergezogen bzw. der Abstand von Partikel 106 zum nächsten Partikel vergrößert sich. Um zu hemmen, dass ein erster Partikelstrom einen dahinter befindlichen zweiten Partikelstrom von dem Materialdampf abschattet, kann der erste Partikelstrom von einer höheren Position aus dem freien Fall in den Fallbereich 206a zugeführt werden, als der zweite Partikel ström. Der zweite Partikelstrom kann wiederum aus einer höheren Lage zugeführt werden als ein optionaler zusätzlicher dritter Partikel ström, usw.
Der Materialdampf (Beschichtungsmaterialdampf) kann so durch den vorderen und weniger dichteren ersten Partikel ström hindurchdringen und ist in der Lage, einen oder mehr als einen dahinterliegenden zweiten Partikelstrom ebenso zu funktionalisieren. Particle stream pulled apart over the length of its fall or the distance from particle 106 to the next particle increases. In order to prevent a first particle stream from shading a second particle stream located behind it from the material vapor, the first particle stream can be supplied from a higher position from free fall into the fall region 206a than the second particle streams. The second particle stream can in turn be supplied from a higher position than an optional additional third particle stream, etc. The material vapor (coating material vapor) can thus flow through the front and less dense first particle and is also able to functionalize one or more than one second particle flow located behind it.
Optional kann jeder Partikelstrom einem Plasma ausgesetzt sein oder werden (z.B. vor dem Beschichten), so dass eine zusätzliche Vorbehandlung und/oder eine bessere Dispersion bereitgestellt werden kann. Optionally, each particle stream can be exposed to a plasma (e.g. prior to coating) so that additional pretreatment and / or better dispersion can be provided.
Fig.23 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 2300 und Fig.24 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 2400 jeweils gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, welche mehrere kaskadenartige miteinander verbundene FIG. 23 illustrates a coating arrangement 2300 and FIG. 24 illustrates a coating arrangement 2400 in each case according to various embodiments in a schematic detailed view, which several cascade-like interconnected
Beschichtungsstufen 400e aufweist, von denen jede Beschichtungsstufe 400e einen Coating stages 400e, of which each coating stage 400e has one
Beschichtungsraum 206 und eine diesen mit Materialdampf versorgende Beschichtungsmaterial- Quelle 208 aufweist. Die Beschichtungsstufen 400e können untereinander mittels einer Coating space 206 and a coating material source 208 supplying this with material vapor. The coating stages 400e can be mutually by means of a
Partikelzuführung 202 verbunden sein, welche beispielsweise den Zuführungsspalt 202s aufweist und/oder eine Gleichverteilungsvorrichtung. Particle feed 202, which for example has the feed gap 202s, and / or a uniform distribution device.
Anschaulich kann der oder jeder Beschichtungsraum 206 für einen Beschichtungsvorgang (bzw. für das Bilden genau einer Partikelbeschichtung) eingerichtet sein. Für den Fall, dass ein The or each coating room 206 can clearly be set up for a coating process (or for the formation of precisely one particle coating). In the event that a
Schichtsystem mit mehreren Schichten auf den Partikeln 106 aufgebracht werden soll, können auch mehrere Beschichtungsstufen 400e sequentiell angeordnet sein. Optional kann ab der zweiten Beschichtungsstufe keine zusätzliche Vereinzelungsstufe nötig sein. Layer system with several layers is to be applied to the particles 106, several coating stages 400e can also be arranged sequentially. Optionally, after the second coating stage, no additional separation stage may be necessary.
Fig.25 veranschaulicht ein Verfahren 2500 (z.B. zum Vereinzeln 2500 einer Vielzahl von Partikeln) gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm. 25 illustrates a method 2500 (e.g. for singulating 2500 a multiplicity of particles) according to various embodiments in a schematic flow diagram.
Das Verfahren 2500 kann aufweisen, in 101, Einbringen von Elektronen in die Vielzahl von Partikeln, wobei eine dadurch bewirkte Aufladung die Partikel voneinander trennt; und in 103, Beschleunigen der Vielzahl von Partikeln zu einer Prallfläche hin, wobei ein dadurch bewirkter Aufprall die Partikel voneinander trennt. Das Einbringen 101 von Elektronen und das The method 2500 can comprise, in 101, introducing electrons into the plurality of particles, a charge caused thereby separating the particles from one another; and in 103, accelerating the plurality of particles toward an impact surface, an impact thereby caused separating the particles from one another. The introduction of 101 electrons and that
Beschleunigen 103 können in einem Vakuum erfolgen, d.h. dass die Partikel beim Einbringen 101 von Elektronen und beim Beschleunigen 103 in dem Vakuum angeordnet sind. Nach dem Aufprall können sich die Partikel von der Prallfläche wegbewegen (d.h. diese wird nicht notwendigerweise mit den Partikeln beschichtet). Acceleration 103 can take place in a vacuum, i.e. the particles are arranged in the vacuum during the introduction 101 of electrons and during acceleration 103. After impact, the particles can move away from the impact surface (i.e. it is not necessarily coated with the particles).
Das Verfahren 2500 kann optional aufweisen, in 2600, einmaliges oder mehr als einmaliges Beschichten der Vielzahl von Partikeln nach dem Einbringen 101 von Elektronen und dem Beschleunigen 103.
Fig.26 veranschaulicht ein Verfahren 2600 (z.B. zum Beschichten 2600 der Vielzahl von Partikeln) gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm. The method 2500 can optionally comprise, in 2600, one-time or more than one-time coating of the plurality of particles after the introduction 101 of electrons and the acceleration 103. 26 illustrates a method 2600 (for example for coating 2600 the plurality of particles) according to various embodiments in a schematic flow diagram.
Das Verfahren 2600 kann optional aufweisen, in 2600, einmaliges oder mehr als einmaliges Vereinzeln 2500 einer Vielzahl von Partikeln, z.B. mittels des Einbringen 101 von Elektronen und des Beschleunigens 103 der Partikel gegen die Prallfläche. The method 2600 can optionally include, in 2600, singling out a plurality of particles once or more than once 2500, for example by means of the introduction 101 of electrons and the acceleration 103 of the particles against the impact surface.
Das Verfahren 2600 kann aufweisen, in 107, Einbringen einer Vielzahl von Partikeln in ein Vakuum, und in 109, Verdampfen eines Beschichtungsmaterials in das Vakuum hinein, so dass die Vielzahl von Partikeln mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet wird. The method 2600 may include, in 107, introducing a plurality of particles into a vacuum, and in 109, evaporating a coating material into the vacuum such that the plurality of particles are coated with the coating material.
In dem Vakuum kann sich die Vielzahl von Partikeln von einer Gravitationskraft beschleunigt an dem Dampfausbreitungsbereich vorbei bewegen. Das Einbringen der Partikel in das Vakuum kann beispielsweise durch den Zuführungsspalt 202s hindurch erfolgen, welcher beispielsweise entlang eines in sich geschlossenen Pfades erstreckt ist, so dass die Vielzahl von Partikeln den Dampfausbreitungsbereich umgibt. In the vacuum, the multitude of particles can move past the vapor expansion area, accelerated by a gravitational force. The particles can be introduced into the vacuum, for example, through the feed gap 202s, which extends, for example, along a path that is closed in itself, so that the multiplicity of particles surrounds the vapor expansion area.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf vorangehend Various examples are described below that relate to the preceding
Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen. Described and shown in the figures refer to.
Beispiel 1 ist eine Beschichtungsanordnung, aufweisend: eine Partikelzuführung und einen dieser zugewandten Auffangbehälter, zwischen denen ein Hohlraum gebildet ist; eine Example 1 is a coating arrangement comprising: a particle feed and a collecting container facing the latter, between which a cavity is formed; a
Beschichtungsmaterial-Quelle zum Emittieren (z.B. Verdampfen und/oder Zerstäuben) eines Beschichtungsmaterials in den Hohlraum hinein; wobei die Partikelzuführung einen (z.B. Coating material source for emitting (e.g., vaporising and / or atomizing) a coating material into the cavity; the particle feeder having a (e.g.
ringförmigen) Zuführungsspalt aufweist; wobei der Hohlraum von dem Zuführungsspalt zu dem Auffangbehälter erstreckt ist und die Beschichtungsmaterial-Quelle teilweise umgibt, wobei beispielsweise der Zuführungsspalt (z.B. in Form eines Ringspalts) entlang eines in sich geschlossenen Pfades erstreckt ist; wobei der Hohlraum beispielsweise einen ersten Bereich und/oder einen zweiten Bereich aufweist, wobei der erste Bereich von dem Zuführungsspalt zu dem Auffangbehälter erstreckt ist und den zweiten Bereich umgibt, und wobei beispielsweise der zweite Bereich (z.B. eine Unterseite dessen) an die Beschichtungsmaterial-Quelle angrenzt (welche beispielsweise in einem Abstand von dem ersten Bereich und/oder unterhalb des zweiten Bereichs angeordnet ist). Das Emittieren kann beispielsweise mittels PVD erfolgen. has annular) feed gap; wherein the cavity extends from the feed gap to the collecting container and partially surrounds the source of coating material, for example the feed gap (e.g. in the form of an annular gap) extending along a self-contained path; wherein the cavity has, for example, a first area and / or a second area, wherein the first area extends from the feed gap to the collecting container and surrounds the second area, and wherein, for example, the second area (e.g. an underside thereof) to the coating material source adjoins (which is arranged, for example, at a distance from the first area and / or below the second area). The emission can take place, for example, by means of PVD.
Beispiel 2 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 1, wobei die Beschichtungsmaterial- Quelle durch den Auffangbehälter hindurch erstreckt ist. Example 2 is the coating arrangement according to Example 1, with the coating material source extending through the receptacle.
Beispiel 3 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 1 oder 2, wobei die Example 3 is the coating arrangement according to Example 1 or 2, where the
Beschichtungsmaterial-Quelle einen Verdampfungstiegel aufweist, welcher von dem
Auffangbehälter umgeben ist; und/oder wobei die Partikelzuführung über dem Hohlraum und der Hohlraum über dem Auffangbehälter angeordnet sind. Coating material source has an evaporation crucible, which of the Collecting container is surrounded; and / or wherein the particle feed is arranged above the cavity and the cavity is arranged above the collecting container.
Beispiel 4 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 3, wobei die Beschichtungsmaterial- Quelle einen Beschichtungsmaterial-Nachführmechanismus aufweist, welcher von dem Example 4 is the coating arrangement according to Example 3, wherein the coating material source has a coating material tracking mechanism which is derived from the
Verdampfungstiegel durch den Auffangbehälter hindurch erstreckt ist. Evaporation crucible is extended through the collecting container.
Beispiel 5 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, wobei der Auffangbehälter eine bodenseitige Ausgangsöffnung und/oder Vertiefung aufweist. Example 5 is the coating arrangement according to one of Examples 1 to 4, the collecting container having an exit opening and / or depression on the bottom.
Beispiel 6 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 5, ferner aufweisend: einen Example 6 is the coating arrangement according to Example 5, further comprising: a
Schneckenförderer, der innerhalb der bodenseitigen Ausgangsöffnung (die beispielsweise kanalförmig ist) des Auffangbehälters angeordnet ist. Screw conveyor, which is arranged within the bottom exit opening (which is for example channel-shaped) of the collecting container.
Beispiel 7 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 6, ferner aufweisend: einen ersten Antrieb (z.B. eine Schwingungsquelle), welcher eingerichtet ist, den Auffangbehälter Example 7 is the coating arrangement according to Example 6, further comprising: a first drive (e.g. a vibration source) which is set up, the collecting container
mechanisch anzuregen. mechanically stimulated.
Beispiel 8 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 7, ferner aufweisend: wobei der erste Antrieb eingerichtet ist, den Auffangbehälter mittels einer in diesen eingekoppelten Schwingung mechanisch anzuregen. Example 8 is the coating arrangement according to Example 7, further comprising: the first drive being set up to mechanically excite the collecting container by means of a vibration coupled into it.
Beispiel 9 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, wobei die Partikelzuführung eine (z.B. drehbar oder ortsfest gelagerte) Partikelauflage, welche den Example 9 is the coating arrangement according to one of Examples 1 to 8, wherein the particle feed is a (e.g. rotatable or fixedly mounted) particle support which the
Zuführungsspalt begrenzt (z.B. innen und/oder von diesem umgeben ist), und einen zweiten Antrieb aufweist, wobei der zweite Antrieb eingerichtet ist, die Partikelauflage mechanisch anzuregen und/oder zu drehen, so dass beispielsweise auf die Partikelauflage fallende Partikel in Richtung eines Randes der Partikelauflage getrieben werden. Feed gap limited (eg inside and / or surrounded by this), and has a second drive, the second drive being set up to mechanically excite and / or rotate the particle support, so that, for example, particles falling onto the particle support in the direction of an edge of the Particle support are driven.
Beispiel 10 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 9, wobei die Partikelauflage konvex ist (z.B. in Richtung von dem Hohlraum weg ausgestülpt) und/oder wobei der zweite Antrieb eingerichtet ist, die Partikelauflage mittels einer in diesen eingekoppelten Schwingung mechanisch anzuregen; und/oder wobei der Antrieb eingerichtet ist, die Partikelauflage zu drehen. Example 10 is the coating arrangement according to Example 9, wherein the particle support is convex (e.g. everted in the direction away from the cavity) and / or wherein the second drive is set up to mechanically excite the particle support by means of an oscillation coupled into it; and / or wherein the drive is set up to rotate the particle support.
Beispiel 11 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, wobei der Pfad kreisförmig ist und/oder wobei der Pfad die Partikelauflage umgibt; und/oder wobei die Example 11 is the coating arrangement according to any one of Examples 1 to 10, wherein the path is circular and / or wherein the path surrounds the particle support; and / or where the
Partikelzuführung eingerichtet ist, einen Strom von Partikeln erster Partikeldichte in einen Strom von Partikeln zweiter Partikeldichte (Partikel pro Volumen) zu überführen und den Strom von Partikeln zweiter Partikeldichte dem Zuführungsspalt zuzuführen, wobei die erste Partikeldichte
und die zweite Partikeldichte sich voneinander unterscheiden, wobei beispielsweise die zweite Partikeldichte kleiner ist als die erste Partikeldichte (so dass das Überführen des Stroms von Partikeln ein Auflockem des Stroms von Partikeln ist), wobei beispielsweise der Strom von Partikeln erster Partikeldichte einen größeren mittleren Partikelabstand (z.B. gemittelter Partikel- zu-Partikel-Abstand) aufweist als der Strom von Partikeln zweiter Partikeldichte. Particle feed is set up to convert a flow of particles of the first particle density into a flow of particles of the second particle density (particles per volume) and to feed the flow of particles of the second particle density to the feed gap, the first particle density and the second particle density differ from one another, wherein, for example, the second particle density is smaller than the first particle density (so that the transfer of the flow of particles is a loosening of the flow of particles), wherein, for example, the flow of particles of the first particle density has a larger mean particle distance ( e.g. mean particle-to-particle distance) than the flow of particles of second particle density.
Beispiel 12 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 11, die Example 12 is the coating arrangement according to any one of Examples 1 to 11, FIGS
Beschichtungsanordnung ferner eine Elektronenstrahlkanone, welche eingerichtet ist, einen Elektronenstrahl auf die Beschichtungsmaterial-Quelle zu richten, aufweisend; und/oder wobei die Beschichtungsmaterial-Quelle eine resistive Heizvorrichtung aufweist (z.B. einen elektro- thermischen Wandler), welche beispielsweise eingerichtet ist, der Beschichtungsmaterial-Quelle thermische Energie zuzuführen; und/oder wobei die Beschichtungsmaterial-Quelle Teil einer CVD-Beschichtungsvorrichtung ist. Coating arrangement further comprising an electron beam gun which is set up to direct an electron beam onto the coating material source; and / or wherein the coating material source has a resistive heating device (e.g. an electro-thermal converter), which is set up, for example, to supply thermal energy to the coating material source; and / or wherein the coating material source is part of a CVD coating device.
Beispiel 13 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 12, ferner aufweisend: einen Kanal, durch welchen hindurch der Elektronenstrahl auf die Example 13 is the coating arrangement according to one of Examples 1 to 12, further comprising: a channel through which the electron beam is directed at the
Beschichtungsmaterial-Quelle gerichtet wird, wobei sich der Zuführungsspalt um den Kanal herum erstreckt; und/oder wobei der Kanal durch die Partikelzuführung und/oder die Directing the source of coating material with the feed gap extending around the channel; and / or wherein the channel through the particle feed and / or the
Partikelvereinzelungsvorrichtung hindurch erstreckt ist. Particle singulation device is extended therethrough.
Beispiel 14 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 13, wobei die Partikelzuführung einen zusätzlichen Zuführungsspalt aufweist, der von dem Zuführungsspalt umgeben ist und/oder in seinem Verlauf dem Zuführungsspalt folgt und/oder konzentrisch zu diesem ist; und/oder wobei die Partikelzuführung, der Hohlraum und der Auffangbehälter im Wesentlichen vertikal rotationssymmetrisch gestaltet sind. Example 14 is the coating arrangement according to one of Examples 1 to 13, the particle feed having an additional feed gap which is surrounded by the feed gap and / or follows the feed gap in its course and / or is concentric with it; and / or wherein the particle feed, the cavity and the collecting container are designed to be essentially vertically rotationally symmetrical.
Beispiel 15 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 14, ferner aufweisend: eine Vakuumkammer, in welcher der Hohlraum angeordnet ist, wobei die Example 15 is the coating arrangement according to one of Examples 1 to 14, further comprising: a vacuum chamber in which the cavity is arranged, wherein the
Vakuumkammer mit der Partikelvereinzelungsvorrichtung beispielsweise vakuumtechnisch gekoppelt ist, z.B. mittels der Ausgangsöffnung. Vacuum chamber is coupled to the particle separation device, for example by vacuum technology, e.g. by means of the outlet opening.
Beispiel 16 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 15, ferner eine Partikelvereinzelungsvorrichtung aufweisend, wobei beispielsweise die Partikelzuführung die Partikelvereinzelungsvorrichtung (z.B. deren Ausgangsöffnung) mit dem Hohlraum koppelt; die Partikelvereinzelungsvorrichtung aufweisend: eine Eingangsöffnung und eine Ausgangsöffnung, wobei die Ausgangsöffnung zu dem Hohlraum hin gerichtet ist; zumindest eine (d.h. eine oder mehr als eine) Vereinzelungsstufe, welche eingerichtet ist, von der Eingangsöffnung zu der Ausgangsöffnung geführte Partikel zu vereinzeln, wobei beispielsweise von der zumindest einen Vereinzelungsstufe: eine optionale erste Vereinzelungsstufe eingerichtet ist, Elektronen in die
Partikel einzubringen, so dass eine dadurch bewirkte elektrische Aufladung der Partikel diese voneinander trennt; und/oder eine optionale zweite Vereinzelungsstufe eine Prallwand aufweist und eingerichtet ist, die Partikel in Richtung zu einer Prallwand hin zu beschleunigen, so dass ein dadurch bewirkter Aufprall der Partikel auf die Prallwand diese voneinander trennt. Example 16 is the coating arrangement according to one of Examples 1 to 15, furthermore having a particle separation device, for example the particle feeder coupling the particle separation device (eg its outlet opening) to the cavity; the particle singulation device comprising: an entrance opening and an exit opening, the exit opening facing towards the cavity; at least one (ie one or more than one) separation stage which is set up to separate particles guided from the inlet opening to the outlet opening, wherein for example from the at least one separation stage: an optional first separation stage is set up, electrons into the Introducing particles, so that an electrical charge caused thereby separates the particles from one another; and / or an optional second isolation stage has a baffle wall and is set up to accelerate the particles in the direction of a baffle wall, so that an impact of the particles on the baffle wall caused thereby separates them from one another.
Beispiel 17 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 16, wobei die erste Example 17 is the coating arrangement according to Example 16, the first being
Vereinzelungsstufe eine Elektronenquelle aufweist zum Bereitstellen der Elektronen, wobei die Elektronenquelle beispielsweise eine Glühkathode aufweist zum Bereitstellen freier Elektronen (z.B. mittels thermischer Emission), wobei die Elektronenquelle beispielsweise eine Isolation stage has an electron source for providing the electrons, the electron source for example having a hot cathode for providing free electrons (e.g. by means of thermal emission), the electron source for example a
Gasentladungsvorrichtung (z.B. eine Plasmaquelle) aufweist zum Bereitstellen einer Gas discharge device (e.g. a plasma source) for providing a
Gasentladung (z.B. eines Plasmas), das die Elektronen aufweist, wobei die Elektronenquelle beispielsweise eine Kontaktelektrode aufweist (welche die Elektronen bei Kontakt mit den Partikeln einbringt). Gas discharge (e.g. of a plasma) that contains the electrons, the electron source for example having a contact electrode (which introduces the electrons on contact with the particles).
Beispiel 18 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 16 oder 17, ferner eine Example 18 is the coating arrangement according to Example 16 or 17, furthermore one
Elektronenstrahlkanone aufweisend und wobei die Elektronenquelle eine Sekundärelektronen- Emissionskathode aufweist, wobei die Elektronenstrahlkanone eingerichtet ist zum elektrischen Versorgen der Sekundärelektronen-Emissionskathode mittels eines Elektronenstrahls (so dass beispielsweise von dieser Sekundärelektronen emittiert werden). Having electron beam gun and wherein the electron source has a secondary electron emission cathode, the electron beam gun is set up to electrically supply the secondary electron emission cathode by means of an electron beam (so that secondary electrons are emitted, for example).
Beispiel 19 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 16 bis 18, wobei die Sekundärelektronen-Emissionskathode eine Durchgangsöffnung und eine (z.B. konische) Emissionsfläche aufweist, welche die Durchgangsöffnung umgibt; und wobei die Example 19 is the coating arrangement according to any one of Examples 16 to 18, wherein the secondary electron emission cathode has a through opening and an (e.g., conical) emission surface surrounding the through opening; and where the
Elektronenstrahlkanone eingerichtet ist, den Elektronenstrahl abwechselnd auf die The electron beam gun is set up to alternately target the electron beam
Durchgangsöffnung und auf die Emissionsfläche zu richten. Through opening and to be directed at the emission surface.
Beispiel 20 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 16 bis 19, wobei die zweite Vereinzelungsstufe eine drehbar gelagerte Auflagefläche aufweist, mittels welcher das Beschleunigen erfolgt, wobei die Auflagefläche (z.B. vollständig) von der Prallfläche umgeben ist. Example 20 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 19, the second separation stage having a rotatably mounted support surface by means of which the acceleration takes place, the support surface (e.g. completely) being surrounded by the impact surface.
Beispiel 21 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 16 bis 20, wobei die Partikelauflage eine rotationssymmetrische Oberfläche aufweist. Example 21 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 20, the particle coating having a rotationally symmetrical surface.
Beispiel 22 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 16 bis 21, wobei die zweite Vereinzelungsstufe eingerichtet ist, mittels der (z.B. positiv geladenen) Prallfläche ein elektrisches Feld bereitzustellen zum Beschleunigen der Partikel mittels des elektrischen Felds zu der Prallfläche hin.
Beispiel 23 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 16 bis 22, wobei die erste Vereinzelungsstufe beispielsweise eine Elektronenquelle in Form einer Elektrode aufweist, wobei zwischen der Elektronenquelle und der Prallfläche ein (z.B. ringförmiger) Spalt bereitgestellt ist, durch welchen hindurch die Partikel geführt werden. Example 22 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 21, the second isolation stage being set up to provide an electric field by means of the (eg positively charged) impact surface to accelerate the particles by means of the electrical field towards the impact surface. Example 23 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 22, the first separation stage having, for example, an electron source in the form of an electrode, with a (e.g. annular) gap being provided between the electron source and the impact surface through which the particles are guided.
Beispiel 24 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 16 bis 23, ferner aufweisend: einen (z.B. vakuumdichten oder offenen) Behälter, welcher die Eingangsöffnung aufweist. Example 24 is the coating arrangement according to any one of Examples 16-23, further comprising: a (e.g. vacuum-tight or open) container having the inlet opening.
Beispiel 25 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 16 bis 24, ferner aufweisend: einen Schneckenförderer, der innerhalb der Eingangsöffnung (die beispielsweise kanalförmig ist) angeordnet ist. Example 25 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 24, further comprising: a screw conveyor which is arranged within the inlet opening (which is for example channel-shaped).
Beispiel 26 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 16 bis 25, ferner aufweisend: eine Vakuumkammer, in welcher die zumindest eine Vereinzelungsstufe angeordnet ist. Example 26 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 25, further comprising: a vacuum chamber in which the at least one isolation stage is arranged.
Beispiel 27 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 16 bis 26, wobei die Eingangsöffnung (z.B. vertikal) oberhalb der Ausgangsöffnung angeordnet ist, so dass eine auf die Partikel wirkende Gravitationskraft die Partikel von der Eingangsöffnung zu der Example 27 is the coating arrangement according to any one of Examples 16 to 26, wherein the inlet opening is arranged (e.g. vertically) above the outlet opening so that a gravitational force acting on the particles moves the particles from the inlet opening to the
Ausgangsöffnung hinführt. Exit opening.
Beispiel 28 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 16 bis 27, ferner aufweisend: eine Führungsvorrichtung zum Zuführen der Partikel zu der ersten Example 28 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 27, further comprising: a guide device for feeding the particles to the first
Vereinzelungsstufe und/oder der zweiten Vereinzelungsstufe, wobei die Führungsvorrichtung zumindest eine trichterförmige Oberfläche und/oder eine Schwingungsquelle aufweist. Isolation stage and / or the second isolation stage, the guide device having at least one funnel-shaped surface and / or a vibration source.
Beispiel 29 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 16 bis 28, wobei die erste Vereinzelungsstufe und/oder die zweite Vereinzelungsstufe eine Auflockerungsvorrichtung aufweisen, wobei die Auflockerungsvorrichtung eine (z.B. drehbar gelagerte) Partikelauflage und einen Antrieb aufweist, wobei der Antrieb eingerichtet ist, die Partikelauflage mechanisch anzuregen, so dass beispielsweise auf die Auflockerungsvorrichtung fallende Partikel in Example 29 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 28, the first separation stage and / or the second separation stage having a loosening device, the loosening device having a (e.g. rotatably mounted) particle support and a drive, the drive being set up, the particle support mechanically stimulated, so that, for example, particles falling on the loosening device in
Richtung eines Randes der Partikelauflage getrieben werden, wobei die Partikelauflage beispielsweise die Elektronenquelle aufweist oder daraus gebildet ist. Are driven towards an edge of the particle support, the particle support for example having the electron source or is formed therefrom.
Beispiel 30 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 16 bis 29, wobei die Partikelauflage gekrümmt (z.B. konvex oder konkav) ist und/oder wobei der Antrieb eingerichtet ist, die Partikelauflage mechanisch anzuregen (z.B. mittels einer dieser eingekoppelten
mechanischen Schwingung); und/oder wobei der Antrieb eingerichtet ist, die Partikelauflage zu drehen. Example 30 is the coating arrangement according to one of Examples 16 to 29, wherein the particle support is curved (eg convex or concave) and / or the drive is set up to mechanically excite the particle support (eg by means of one of these coupled in mechanical vibration); and / or wherein the drive is set up to rotate the particle support.
Beispiel 31 ist eine Beschichtungsanordnung (z.B. die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 30), aufweisend: eine Partikelzuführung und einen dieser zugewandten Auffangbehälter, zwischen denen ein Hohlraum gebildet ist; eine Beschichtungsmaterial-Quelle zum Emittieren eines Beschichtungsmaterials in den Hohlraum (206) hinein; wobei die Example 31 is a coating arrangement (e.g. the coating arrangement according to any one of Examples 1 to 30), comprising: a particle feeder and a collecting container facing this, between which a cavity is formed; a coating material source for emitting a coating material into the cavity (206); where the
Partikelzuführung einen Zuführungsspalt aufweist; wobei der Hohlraum von dem Particle feed has a feed gap; the cavity of the
Zuführungsspalt zu dem Auffangbehälter erstreckt ist und die Beschichtungsmaterial-Quelle teilweise umgibt; einen Kanal, durch welchen hindurch der Elektronenstrahl auf die Feed gap extends to the collection container and partially surrounds the source of coating material; a channel through which the electron beam hits the
Beschichtungsmaterial-Quelle gerichtet wird, wobei sich der Zuführungsspalt um den Kanal herum erstreckt. Coating material source is directed, wherein the feed gap extends around the channel.
Beispiel 32 ist eine Beschichtungsanordnung (z.B. die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 31), aufweisend: eine Partikelzuführung und einen dieser zugewandten Auffangbehälter, zwischen denen ein Hohlraum gebildet ist; eine Beschichtungsmaterial-Quelle zum Emittieren eines Beschichtungsmaterials in den Hohlraum hinein; wobei die Example 32 is a coating arrangement (e.g. the coating arrangement according to any one of Examples 1 to 31), comprising: a particle feeder and a collecting container facing this, between which a cavity is formed; a coating material source for emitting a coating material into the cavity; where the
Partikelzuführung einen Zuführungsspalt aufweist; wobei der Hohlraum von dem Particle feed has a feed gap; the cavity of the
Zuführungsspalt zu dem Auffangbehälter erstreckt ist und die Beschichtungsmaterial-Quelle teilweise umgibt; wobei die Partikelzuführung einen zusätzlichen Zuführungsspalt aufweist, der von dem Zuführungsspalt umgeben ist und/oder konzentrisch zu diesem ist. Feed gap extends to the collection container and partially surrounds the source of coating material; wherein the particle feed has an additional feed gap which is surrounded by the feed gap and / or is concentric to it.
Beispiel 33 ist ein Verfahren (z.B. zum Betreiben der Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 32), aufweisend: Einbringen einer Vielzahl von Partikeln in ein Vakuum (z.B. den Hohlraum, in dem das Vakuum gebildet ist), in welchem die Vielzahl von Partikeln von einer Gravitationskraft beschleunigt sich an einem Dampfausbreitungsbereich vorbei bewegen, wobei das Einbringen der Partikel durch einen Spalt hindurch erfolgt (welcher beispielsweise entlang eines in sich geschlossenen Pfades erstreckt ist), so dass die Vielzahl von Partikeln den Dampfausbreitungsbereich umgibt; und Verdampfen eines Beschichtungsmaterials (z.B. mittels der Beschichtungsmaterial-Quelle) in den Dampfausbreitungsbereich hinein, so dass die Vielzahl von Partikeln mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet wird. Example 33 is a method (eg for operating the coating arrangement according to one of Examples 1 to 32), comprising: introducing a multiplicity of particles into a vacuum (eg the cavity in which the vacuum is formed) in which the multiplicity of particles of a gravitational force accelerates past a vapor expansion area, the particles being introduced through a gap (which, for example, extends along a self-contained path) so that the plurality of particles surrounds the vapor expansion area; and vaporizing a coating material (e.g., by means of the coating material source) into the vapor spreading area such that the plurality of particles are coated with the coating material.
Beispiel 34 ist das Verfahren gemäß Anspruch 33, ferner aufweisend: Vereinzeln der Vielzahl von Partikeln vor dem Einbringen in das Vakuum. Example 34 is the method according to claim 33, further comprising: singulating the plurality of particles before introducing them into the vacuum.
Beispiel 35 ist das Verfahren gemäß Anspruch 34, das Vereinzeln aufweisend: Einbringen von Elektronen in die Vielzahl von Partikeln, wobei eine dadurch bewirkte Aufladung die Partikel voneinander trennt; und/oder Beschleunigen der Vielzahl von Partikeln zu einer Prallplatte hin,
wobei ein dadurch bewirkter Aufprall die Partikel voneinander trennt; wobei das Einbringen von Elektronen und/oder das Beschleunigen beispielsweise in einem Vakuum erfolgen.
Example 35 is the method according to claim 34, the singulation comprising: introduction of electrons into the plurality of particles, a charge caused thereby separating the particles from one another; and / or accelerating the multitude of particles towards a baffle plate, an impact caused thereby separating the particles from one another; the introduction of electrons and / or the acceleration taking place, for example, in a vacuum.
Claims
1. Beschichtungsanordnung (200), aufweisend: 1. Coating arrangement (200), comprising:
• eine Partikelzuführung (202) und einen dieser zugewandten Auffangbehälter (204), zwischen denen ein Hohlraum (206) gebildet ist; • a particle feed (202) and a collecting container (204) facing this, between which a cavity (206) is formed;
• eine Beschichtungsmaterial-Quelle (208) zum Emittieren eines A coating material source (208) for emitting a
Beschichtungsmaterials in den Hohlraum (206) hinein; Coating material into the cavity (206);
• wobei die Partikelzuführung (202) einen Zuführungsspalt (202s) in Form eines Ringspalts aufweist; • wherein the particle feed (202) has a feed gap (202s) in the form of an annular gap;
• wobei der Hohlraum (206) von dem Zuführungsspalt (202s) zu dem • wherein the cavity (206) from the feed gap (202s) to the
Auffangbehälter (204) erstreckt ist und die Beschichtungsmaterial-Quelle (208) teilweise umgibt. Collection container (204) is extended and the coating material source (208) partially surrounds.
2. Beschichtungsanordnung (200) gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtungsmaterial- Quelle (208) durch den Auffangbehälter (204) hindurch erstreckt ist. 2. The coating arrangement (200) according to claim 1, wherein the coating material source (208) extends through the collecting container (204).
3. Beschichtungsanordnung (200) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Auffangbehälter (204) eine bodenseitige Ausgangsöffnung aufweist. 3. Coating arrangement (200) according to claim 1 or 2, wherein the collecting container (204) has an exit opening on the bottom.
4. Beschichtungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: einen ersten Antrieb (1704), welcher eingerichtet ist, den Auffangbehälter (204) mechanisch anzuregen. 4. Coating arrangement (200) according to one of claims 1 to 3, further comprising: a first drive (1704) which is set up to mechanically excite the collecting container (204).
5. Beschichtungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Coating arrangement (200) according to one of claims 1 to 4,
wobei die Partikelzuführung (202) über dem Hohlraum (206) und der Hohlraum über dem Auffangbehälter (204) angeordnet sind derart, dass der Zuführungsspalt (202s) nach unten auf den Auffangbehälter (204) projiziert, von dem Auffangbehälter (204) teilweise oder vollständig überlappt wird. wherein the particle feed (202) above the cavity (206) and the cavity above the collecting container (204) are arranged such that the feed gap (202s) projects down onto the collecting container (204), partially or completely from the collecting container (204) is overlapped.
6. Beschichtungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. Coating arrangement (200) according to one of claims 1 to 5,
wobei die Partikelzuführung (202) eine Partikelauflage (602), welche den wherein the particle supply (202) comprises a particle support (602) which the
Zuführungsspalt (202s) begrenzt, und einen zweiten Antrieb (202v) aufweist, welcher eingerichtet ist, die Partikelauflage (1602) mechanisch anzuregen und/oder zu drehen. Feed gap (202s), and has a second drive (202v) which is set up to mechanically excite and / or rotate the particle support (1602).
7. Beschichtungsanordnung (200) gemäß Ansprüche 1 bis 6, 7. Coating arrangement (200) according to claims 1 to 6,
wobei die Partikelzuführung (202), der Hohlraum (206) und der Auffangbehälter (204) im Wesentlichen vertikal rotationssymmetrisch gestaltet sind.
wherein the particle feed (202), the cavity (206) and the collecting container (204) are designed to be essentially vertically rotationally symmetrical.
8. Beschichtungsanordnung (200) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Partikelauflage (1602) gekrümmt ist. 8. Coating arrangement (200) according to claim 6 or 7, wherein the particle support (1602) is curved.
9. Beschichtungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der 9. coating arrangement (200) according to any one of claims 1 to 8, wherein the
Zuführungsspalt umlaufend geschlossen und/oder kreisförmig ist. Feed gap is closed all around and / or circular.
10. Beschichtungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. Coating arrangement (200) according to one of claims 1 to 9,
die Beschichtungsanordnung ferner eine Elektronenstrahlkanone (404), welche eingerichtet ist, einen Elektronenstrahl (23) auf die Beschichtungsmaterial-Quelle (208) zu richten, aufweisend; oder the coating arrangement further comprising an electron beam gun (404) which is configured to direct an electron beam (23) onto the coating material source (208); or
wobei die Beschichtungsmaterial-Quelle eine resistive Heizvorrichtung aufweist; oder wobei die Beschichtungsmaterial-Quelle Teil einer CVD-Beschichtungsvorrichtung ist. wherein the source of coating material comprises a resistive heater; or wherein the coating material source is part of a CVD coating device.
11. Beschichtungsanordnung (200) gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend: 11. Coating arrangement (200) according to claim 10, further comprising:
• einen Kanal (406), durch welchen hindurch der Elektronenstrahl (23) auf die • a channel (406) through which the electron beam (23) hits the
Beschichtungsmaterial-Quelle (208) gerichtet wird, Coating material source (208) is directed,
• wobei sich der Zuführungsspalt (202s) um den Kanal (406) herum erstreckt. • wherein the feed gap (202s) extends around the channel (406).
12. Beschichtungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die 12. Coating arrangement (200) according to one of claims 1 to 11, wherein the
Partikelzuführung (202) einen zusätzlichen Zuführungsspalt (202s) aufweist, der von dem Zuführungsspalt (202s) umgeben ist und/oder konzentrisch zu diesem ist. Particle feed (202) has an additional feed gap (202s) which is surrounded by the feed gap (202s) and / or is concentric to it.
13. Beschichtungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend: eine Vakuumkammer (802), in welcher der Hohlraum (206) angeordnet ist. 13. Coating arrangement (200) according to one of claims 1 to 12, further comprising: a vacuum chamber (802) in which the cavity (206) is arranged.
14. Beschichtungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner eine 14. Coating arrangement (200) according to one of claims 1 to 13, further a
Partikelvereinzelungsvorrichtung (100) aufweisend, die Partikelvereinzelungsvorrichtung (100) aufweisend: Having particle separation device (100), the particle separation device (100) having:
• eine Eingangsöffnung (102e) und eine Ausgangsöffnung (102a), wobei die • an inlet opening (102e) and an outlet opening (102a), wherein the
Ausgangsöffnung (102a) zu dem Hohlraum (206) hin gerichtet ist; Exit opening (102a) is directed towards the cavity (206);
• zumindest eine Vereinzelungsstufe (104), welche eingerichtet ist, von der • at least one isolation stage (104) which is set up by the
Eingangsöffnung (102e) zu der Ausgangsöffnung (102a) geführte Partikel zu vereinzeln. Inlet opening (102e) to separate particles guided to the outlet opening (102a).
15. Verfahren (2500, 2600), aufweisend: 15. Method (2500, 2600), comprising:
• Einbringen (107) einer Vielzahl von Partikeln (106) in ein Vakuum, in welchem die Vielzahl von Partikeln (106) von einer Gravitationskraft (105) beschleunigt sich an einem Dampfausbreitungsbereich (206b) vorbei bewegen, wobei das Einbringen
der Partikel (106) durch einen Spalt (202s) hindurch erfolgt, so dass die Vielzahl von Partikeln (106) den Dampfausbreitungsbereich (206b) umgibt; und • Verdampfen (109) eines Beschichtungsmaterials in den Dampfausbreitungsbereich (206b) hinein, so dass die Vielzahl von Partikeln (106) mit dem • Introducing (107) a large number of particles (106) into a vacuum, in which the large number of particles (106) accelerated by a gravitational force (105) move past a vapor expansion region (206b), the introduction the particle (106) passes through a gap (202s) so that the plurality of particles (106) surrounds the vapor propagation region (206b); and • vaporizing (109) a coating material into the vapor spreading area (206b), so that the plurality of particles (106) with the
Beschichtungsmaterial beschichtet wird.
Coating material is coated.
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