WO2023011782A1 - Beschichtungsanlage zur beschichtung eines gegenstands, verfahren zum beschichten eines gegenstands sowie verwendung - Google Patents
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Definitions
- Coating system for coating an object for coating an object
- the invention is aimed at a coating system for coating an object.
- the invention is also directed to a method for coating an object and to a use.
- a coating installation to which the invention is directed has a coating chamber through which the object to be coated can be passed.
- the coating chamber preferably has a heated coating channel.
- the coating installation has a device for the gas phase deposition of material.
- the device for the gas phase deposition of material has at least one evaporation section.
- the evaporation section serves to prepare a material provided as a starting material by evaporation in such a way that it is partially or completely in the gas phase.
- the material brought into the gas phase by evaporation can then reach the surface of the object to be coated that is intended for the coating, in order to contribute to the layer formation there.
- the device for the vapor deposition of material also has a nozzle section which is coupled to the evaporation section.
- the nozzle section serves the function of directing the material brought into the vapor phase in the vaporization section in the direction of the surface to be coated.
- the material in the gas phase is directed toward a surface of the article to be coated and out from within the coating chamber opening nozzle outlet of the nozzle section left out of this.
- the surface of the object to be coated is coated by the object being guided through the coating chamber past the nozzle outlet and being coated with material present in the gas phase flowing out of the nozzle outlet, by the material present in the gas phase condensing on the surface of the object and thereby forms the desired coating.
- a conceptually simple approach is to thermally vaporize a feedstock, which is then fed to and through the nozzle section.
- a pressure difference between the evaporation section and the coating chamber contributes to the movement of the material present in the gas phase.
- a carrier gas stream for example an inert gas, can also be used through the vaporization section and then through the nozzle section to transport the vaporized material.
- An example of a device for the gas phase deposition of material is a jet vapor deposition system, by which the person skilled in the art understands a system in which the coating material is brought into the gas phase by means of thermal evaporation and it is then, for example, typically, but not necessarily - Is transported to the substrate with a carrier gas flow of inert gas, preferably with a gas flow rate above the speed of sound, preferably above 500 m / s.
- the way it works is explained, for example, in the overview article in the Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings (Third Edition), Science, Applications and Technology, 2010, pages 881-901, https://doi. org/ 10 . 1016/B978- 0- 8155-2031- 3 . 00018-1 (linked on the filing date).
- the present invention can also be implemented with such jet vapor deposition systems.
- the present invention can be used very generally for all coating devices of the type mentioned at the outset, i.e. for all coating devices in which the material intended for coating is brought into its gas phase within an evaporation section having a crucible and the material in the gas phase is then passed through is discharged through a nozzle section and out the exit of the nozzle section toward a surface of the article to be coated.
- the present invention is intended for the subgenus of such coating devices in which a carrier gas flow feed leads into the evaporation section for feeding a carrier gas flow of a carrier gas into the evaporation section and through it for entraining the coating material towards the substrate surface.
- a coating device of this type is known, for example, from WO 2016/042079 A1.
- two wires are continuously fed as coating material.
- the coating material arrives at a spray head, in which the two material wires are connected to an electrical DC voltage source as the cathode and as the anode.
- an electric arc forms between the two material wires, as a result of which the supplied starting material is vaporized and/or liquefied in the form of the two material wires.
- a gas stream is guided through the spray head, which carries the vaporized and/or liquefied coating material with it and transports it via an injector tube into a crucible.
- the coating material conveyed into the crucible then evaporates completely within the heated crucible and is led out of the crucible and directed towards the substrate to be coated.
- This coating device has a combination of elements that are also known from jet vapor deposition systems and elements that are known from systems that work on the principle of arc evaporation.
- the device is based on transporting the coating material with a flow of carrier gas.
- this coating device uses an evaporation section which is composed of a pre-evaporation section and a post-evaporation section designed as a crucible.
- the pre-evaporation section prepares the material in the spray head and the injector tube and prepares it for post-evaporation, ie bringing the solid or liquid components still present to the crucible, at least for the most part, into the gas phase.
- the systems of the type mentioned at the outset all have in common that, due to their conceptual implementation with a coating chamber for carrying out the object to be coated, they can be used in particular for large-scale implementations and develop their advantages.
- the resulting boundary conditions such as the corresponding size of the coating chamber as well as time and cost-dependent limits in the provision of a technical vacuum
- the invention is based on the object of improving the process reliability of the operation of a coating system of the type mentioned at the outset.
- the object is achieved with a coating installation having the features of claim 1 , with a method having the features of claim 10 and with a use having the features of claim 13 .
- the coating system serves to coat an object, preferably a strip.
- the object can be a metal strip, for example, preferably a steel strip.
- the coating process within the coating chamber preferably takes place in a technical vacuum, optionally with the addition of inert gas.
- the coating plant includes:
- an apparatus for the vapor deposition of material comprising an evaporation section for evaporating the material into the vapor phase, and
- a nozzle section coupled to the evaporation section, the nozzle section having a nozzle with a nozzle outlet opening into the coating chamber.
- the nozzle section serves to direct and discharge the gaseous phase material out of the nozzle exit to a surface of the article to be coated, for example strip, which is fed through the coating chamber past the nozzle exit. This ensures that the surface is continuously coated, in that material present in the gas phase and flowing out of the nozzle outlet condenses on the surface and thereby forms the coating.
- the evaporation section is the entirety of all equipment of the coating system, which Reconciliation of the intended for the coating
- Evaporation section on a feed for the starting material, through which the evaporation section is supplied with the starting material to evaporate it.
- gas phase and vaporization are used throughout the description because they are common in the field of technology described.
- the concept of the gas phase includes a small proportion by weight, for example up to 30% by weight. -%, preferably not more than 10 wt. -%, of the material present in the gas phase may not exist as a pure gas in the physical sense, but instead as vapor constituents such as, for example, as an aerosol and/or as a cluster.
- vaporization includes the fact that, depending on the material used and the technology used, the transition of the particles into the gas phase also takes place at least partially by means of other mechanisms, for example by sublimation.
- the concept of evaporation thus also includes evaporation in the strictly physical sense, ie a transition to liquid Gas phase, also other mechanisms, such as sublimation in particular.
- the coating chamber preferably has an entry passage and an exit passage as well as a coating channel, which is particularly preferably arranged inside the coating chamber and has an entry opening and an exit opening for introducing and removing the object.
- the coating chamber can be a strip coating system with transport and support rollers arranged outside the coating chamber, so that the strip is guided through the coating chamber.
- the nozzle section is designed to overheat the material. The overheating takes place in such a way that the material which, after evaporation in the evaporation section, reaches the nozzle section as material in the gas phase from there, overheats after flowing through the nozzle section, i.e. exits the nozzle section as superheated gas.
- the evaporation section serves to evaporate the material.
- the vaporization takes place in such a way that part of the material present in the gas phase is not in the gas phase in the physical sense, but is present as an aerosol and/or as a cluster; Strictly speaking, one would say in this case that at the end of the evaporation section there is a material vapor in the sense that liquid and solid components of the material are still present or at least the material vapor is always at or near the phase boundary to the liquid and/or solid state is .
- This is equivalent to the temperature of the material in the gas phase being equal to or not significantly different from the vaporization temperature.
- the overheating takes place in such a way that an overheated material is present after exiting the nozzle outlet of the nozzle of the nozzle section.
- overheated material present in the gas phase prevents or at least can largely prevent the premature formation of liquid or solid condensation in the form of droplets or dust.
- a degradation of the product quality and the associated costs due to the lack of cleaning/disposal measures can be avoided.
- the nozzle section for overheating the material is preferably designed in such a way that the material which, after evaporation in the evaporation section, reaches the nozzle section from there, after flowing through the nozzle section and until it reaches the surface of the object to be coated, for example strips, is overheated and condensation only takes place at this point.
- the overheating temperature is selected sufficiently high so that not only is overheated material present at the nozzle outlet, but also that overheated gas is present during the entire transport to the surface to be coated.
- the overheating temperature required for this is to be selected professionally, as it depends on a large number of parameters and circumstances, for example the distance to be covered and the flow conditions prevailing within the coating chamber.
- the overheating temperature must be increased sufficiently by the person skilled in the art entrusted with implementing the invention so that no more condensation takes place at any undesired point in the coating chamber. It is therefore essential that the material which, after evaporation in the evaporation section, comes out of the nozzle cut-out, exits superheated after flowing through the nozzle section; the overheating temperature to be selected itself must be chosen professionally.
- the nozzle section for overheating the material is designed in such a way that the material which, after evaporation in the evaporation section, reaches the nozzle section from there, has a temperature of 10 to 50% after flowing through the nozzle section, particularly preferably between 20 and 40% superheated, above its vaporization temperature on the Kelvin scale, exits the nozzle section.
- the invention therefore provides in particular, downstream of the evaporation section, i.e. within the nozzle section, the partially or completely evaporated material emerging from the evaporation section, which has the evaporation temperature approximately, for example +/- 5% of the evaporation temperature in Kelvin, above this value out is overheated, so that an overheated material present in the gas phase emerges from the nozzle section, more precisely, from the nozzle outlet of the nozzle of the nozzle section.
- the evaporation section consists of a crucible.
- the nozzle section consists of a nozzle with a nozzle outlet.
- the nozzle section preferably has a nozzle and a coupling member arranged between the evaporation section and the nozzle.
- the advantage of the presence of a coupling element is that different nozzles can be arranged on an existing evaporation section.
- the nozzle section has a nozzle and a coupling element arranged between the evaporation section and the nozzle, the nozzle optionally being arranged with the coupling element on the evaporation section such that it can rotate.
- the coating becomes more flexible.
- a superheater is arranged in the coupling member or is formed by the coupling member; in this case, the superheater is referred to as a coupling member superheater in the context of this application.
- a superheater is arranged in the nozzle or is formed by the nozzle; in this case, the superheater is referred to as a nozzle superheater in the context of this application.
- a heat exchanger is arranged within the coupling member.
- the heat exchanger can be designed, for example, as a tube bundle heat exchanger, as a perforated plate heat exchanger, as a material block having a cavity, preferably made of tile or sintered material, it also being possible for several of the aforementioned to be arranged sequentially within the coupling member.
- the perforated plate heat exchanger is preferred with staggered openings provided.
- the heat exchanger is heated, for example by combustion, or by chemical processes, or by induction, or electrically resistively, and is thereby used to superheat the gas. It goes without saying that the temperature must be correspondingly high. In other words, it can be provided that the overheating takes place partially or completely within the coupling element. This has the advantage that the nozzle itself remains interchangeable and as such remains an object that is particularly easy to design structurally.
- a resistive heat exchanger and/or an inductive heat exchanger is arranged within the coupling element.
- the resistive heat exchanger can be, for example, an electrical current heated resistance heat source.
- the inductive heat exchanger can be designed, for example, as an electrically conductive object, preferably made of graphite, which can be heated with an induction coil, for example located outside the coupling element.
- the induction coil is part of the coating system.
- the coupling member itself can be partially or completely made of an electrically conductive material, into which an induction field generated by the induction coil can be coupled, resulting in heating of the coupling member.
- the coupling member has an inner shell that consists partly or entirely of graphite.
- the overheating takes place in the coupling member
- the superheating takes place partially or completely within the nozzle, that is to say that a nozzle superheater is present.
- a resistively heatable heat exchanger can be arranged inside the nozzle, which can be designed in the same way as described above in connection with the coupling member.
- a resistive heat exchanger, an inductive heat exchanger and/or the nozzle itself being made of metallic material, preferably graphite, and capable of being coupled with an induction coil as in the manner described above can also be provided.
- the evaporation section includes a pre-evaporation section with in particular a spray head and an injector tube from the spray head to the crucible designed as a post-evaporation section.
- the starting material is fed to the extrusion head, preferably in the form of wire or strip.
- the starting material is processed in the spray head, which means that components of the starting material are vaporized and/or separated from the starting material as particles present in the liquid phase, preferably by means of arc evaporation between the starting material connected as a cathode and the starting material connected as an anode.
- the processed starting material is not completely in the gas phase, but consists of a mixture, in particular of gas phase and liquid or partially liquid particles, which is suitable for being guided through the crucible in order to be post-evaporated there, i.e.: by heating taking place there completely or to go largely completely into the gas phase.
- the pre-evaporation section comprises in particular a spray head for preparing the coating material present as the starting material and an injector tube.
- the injector tube is coupled to the crucible and designed to direct the coating material prepared in the spray head to the crucible.
- the prepared coating material enters the crucible. Constituents of the coating material that are not yet in the gas phase vaporize within the crucible, which for this purpose is heated to a temperature that is above the vaporization temperature of the starting material.
- the crucible is heated to vaporize the processed feedstock.
- the temperature to which the crucible is heated depends on the coating material. As long as liquid evaporating material is still present, a temperature close to the vaporization temperature of the liquid material that is still to be vaporized occurs on contact with the crucible on the surface of the crucible. Therefore, when implementing the invention or its developments, it must be taken into account that the starting temperature, i.e. the temperature at the point of energy supply, for example by induction current inside or radiation on the outer wall of the crucible, must be set to a value that is greater than the evaporation temperature of the starting material .
- the crucible is preferably designed as a cyclone, since a cyclone shape is a space-saving design that allows the gas flow to be guided efficiently through the crucible.
- Another advantage of a crucible designed in the form of a cyclone is its high reliability in the almost complete evaporation of the material flowing through, which ensures a high quality of the deposited coating, since a bombardment of the strip with coating material that is still in the liquid phase can be almost completely ruled out if used properly.
- every cyclone has a so-called lower selectivity, i.e. a minimum diameter of retained droplets, so that in operational reality some - albeit small - liquid particles always leave the crucible.
- the inventive The procedure starts precisely with this problem, in that these liquid particles are also largely or completely evaporated by suitable overheating in the manner described.
- a carrier gas flow feed pointing into the evaporation section is arranged on the evaporation section for feeding a carrier gas flow of a carrier gas into the evaporation section and through it for entraining the coating material.
- the pre-evaporation section has a spray head, with the carrier gas flow supply being arranged in the spray head, so that the carrier gas is passed through the spray head and processed starting material there, for example in the form of particles or clusters, with tears and directs it through the injector tube into the crucible.
- the spray head can be designed as a wire syringe, which describes a spray head into which the starting material is introduced in the form of a wire or strip in order to then prepare it within the spray head by means of arc melting and/or arc vaporization, i.e. to prepare it for further vaporization.
- a further idea of the invention which can be carried out in connection with the coating systems explained so far as well as on its own, is aimed at a method for coating the object, preferably by operating a coating system of the type mentioned at the outset or its development.
- the following steps are provided: a) Introduction of a coating material into a
- the vaporized coating material may still contain liquid and/or solid components, for example up to 10% by weight. -%, optionally also up to 30 wt. -%, and in particular the material vapor with a temperature approximately corresponding to the evaporation temperature (for example, at most 20% deviation, preferably between 2 and 15% deviation, particularly preferably between 5 and 10% deviation, from the evaporation temperature on the Kelvin scale); c ) conducting the vaporized coating material into a nozzle section coupled to the vaporization section with a nozzle ; d) Overheating of the vaporized coating material by means of the nozzle section, for example with a target temperature that is preferably between 10 and 50%, particularly preferably between 20 and 40%, above the vaporization temperature on the Kelvin scale, with the values mentioned being in tests carried out as have shown a good compromise between sufficient superheat capacity and technical feasibility; e) Conducting the overheated vaporized coating material out of a nozzle outlet of
- the person responsible for implementing the invention must empirically determine whether condensation of the superheated vaporized material in a given system in their operation with all tolerated operating parameters, for example within the tolerated pressure and temperature corridors, avoided or largely avoided. It must therefore be determined which temperature and which pressure conditions can be expected in the coating chamber; the design basis for the locally minimum tolerated temperatures and/or the highest tolerated pressures result from the phase diagram of the material to be evaporated.
- an empirical approach can be taken by examining the temperatures considered possible during operation of the plant (at experimentally meaningful intervals), above which critical overheating temperature at the nozzle outlet or, speaking in the direction of steam movement, behind the nozzle outlet, an observation of undesirable condensation does not occur takes place more or no longer above a level considered acceptable by a person skilled in the art in the specific case;
- This critical overheating temperature optionally plus a safety margin (of, for example, a flat rate of 50 K), can then be used to set the overheating in step d) above.
- the invention is also aimed at using a coating system to coat a strip, preferably a metal strip, particularly preferably a steel strip.
- Fig. la exemplary embodiment of a coating system
- figs . 1b and 1c exemplary designs of the nozzle section of the coating system in FIG. la .
- Fig. 1a shows an exemplary embodiment of a coating system 1 for coating an object 2 , which is designed here as a strip 2 .
- the coating system 1 designed as a strip coating system has a coating chamber 4 in which a technical vacuum prevails and through which the strip 2 is guided in the direction of the arrow 5 by means of the transport rollers 3a and 3b.
- the coating system has a device for gas phase deposition of material 6 . This consists of an evaporation section 7 for evaporating the material into the gas phase and a nozzle section 8 , 9 , which is composed of a nozzle 8 and a coupling member 9 serving as an adapter.
- Material evaporated in the evaporation section 7 embodied as a crucible, for example, is guided through the nozzle section 8 , 9 into the coating chamber 4 , where it reaches the strip 2 and thereby forms the coating.
- the nozzle section 8 , 9 is designed to superheat the material evaporated in the evaporation section 7 .
- FIG. 1 b shows an embodiment according to which a coupling element superheater 9 ′ is arranged within the coupling element 9 .
- Fig. 1c shows an embodiment according to which a nozzle superheater 8' is arranged inside the nozzle 8.
- FIG. Tests were carried out with a
- Coating systems have a device for gas-phase deposition of material, as was mentioned, for example, at the beginning and is known from WO 2016/042079.
- the device for the vapor phase deposition of material has an evaporation section with a pre-evaporation section and a post-evaporation section designed as a crucible, the crucible being designed as a cyclone.
- the pre-evaporation section has an injection head for preparing the coating material present as the starting material and an injector tube, the injector pipe being designed to conduct the coating material prepared in the injection head to the post-evaporation section and being coupled to the post-evaporation section.
- Zinc was chosen as the starting material.
- the pre-evaporation was carried out in such a way that the zinc inside the injector tube never fell below its melting point of 419.53 degrees Celsius; to ensure this, a temperature of 600 degrees Celsius was maintained inside the injector tube.
- Pre-tempered nitrogen was used as the spray gas.
- the crucible and the nozzle are connected with a coupling member designed as a tube. To overheat, its walls must be above the temperature determined above. In this case, 1200 degrees Celsius was empirically used for the local pressure conditions present both in the crucible and in the nozzle determined to be sufficient, which corresponds to between 20 and 30 percent above the vaporization temperature of Zn on the Kelvin scale.
- the connected nozzle is also heated to 1200 degrees Celsius in the connection to the coupling member. Zn then emerges superheated from the nozzle outlet of the nozzle and it was observed that premature condensation of Zn before it hits the object to be coated could be effectively avoided.
- a technical vacuum with a gas pressure of approximately 50 mbar N 2 was present inside the coating chamber after the spray gas had been switched on.
- the tube and the nozzle used consisted of graphite and were inductively heated from the outside.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage (1) zur Beschichtung eines Gegenstands (2), beispielsweise eines Stahlbands. Die Beschichtungsanlage (1) weist auf: - eine Beschichtungskammer (4) und - eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material (6), aufweisend einen Verdampfungsabschnitt (7) und einen Düsenabschnitt (8, 9). Das Stahlband wird beispielsweise mit Hilfe von Transportrollen (3a, 3b) in Richtung des Pfeils (5) durch die Beschichtungskammer (4) geführt. Der Düsenabschnitt (8, 9) ist zum Überhitzen des Materials ausgebildet, das in überhitzter Gasphase aus diesem austritt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Beschichten eines Gegenstands sowie eine Verwendung.
Description
Beschichtungsanlage zur Beschichtung eines Gegenstands ,
Verfahren zum Beschichten eines Gegenstands sowie Verwendung
Die Erfindung ist auf eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung eines Gegenstands gerichtet . Die Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zum Beschichten eines Gegenstands sowie auf eine Verwendung gerichtet .
Eine Beschichtungsanlage , auf welche die Erfindung gerichtet ist , weist eine Beschichtungskammer auf , durch welche der zu beschichtende Gegenstand durchgeführt werden kann . Bevorzugt weist die Beschichtungskammer hierzu einen gehei zten Beschichtungskanal auf .
Zur Bereitstellung des in Gasphase befindlichen Materials weist die Beschichtungsanlage eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material auf . Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material weist zumindest einen Verdampfungsabschnitt auf . Der Verdampfungsabschnitt dient dazu, ein als Ausgangsmaterial bereitgestelltes Material durch Verdampfen derart auf zubereiten, dass es teilweise oder vollständig in Gasphase vorliegt . Das durch Verdampfen in Gasphase gebrachte Material kann sodann in Richtung der für die Beschichtung vorgesehene Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstands gelangen, um dort zur Schichtbildung bei zutragen .
Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material wei st zudem einen Düsenabschnitt auf , der mit dem Verdampfungsabschnitt gekoppelt ist . Der Düsenabschnitt dient der Funktion, das in dem Verdampfungsabschnitt in Gasphase gebrachte Material in die Richtung der zu beschichtenden Oberfläche zu führen . Das in Gasphase vorliegende Material wird also in die Richtung einer zu beschichtenden Oberfläche des Gegenstands hingeführt und aus einem in der Beschichtungskammer
mündenden Düsenausgang des Düsenabschnitts heraus aus diesem heraus ausgelassen .
Die zu beschichtende Oberfläche des Gegenstands wird beschichtet , indem der Gegenstand durch die Beschichtungskammer hindurch an den Düsenausgang vorbeigeführt wird und mit aus dem Düsenausgang ausströmendem, in Gasphase vorliegendem, Material beschichtet wird, indem das in Gasphase vorliegende Material auf der Oberfläche des Gegenstands kondensiert und dadurch die gewünschte Beschichtung bildet .
Für das Verdampfen des Materials in dem Verdampfungsabschnitt können unterschiedliche Mechanismen genutzt werden . Eine konzeptionell einfache Vorgehensweise ist das thermische Verdampfen eines Ausgangsmaterials , welches sodann zum Düsenabschnitt und durch diesen hindurchgeführt wird . Zur Bewegung des in Gasphase vorliegenden Materials trägt beispielsweise ein Druckunterschied zwischen Verdampfungsabschnitt und Beschichtungskammer bei . Optional kann zudem ein Trägergasstrom, beispielsweise aus einem Inertgas , durch den Verdampfungsabschnitt und hiernach durch den Düsenabschnitt hindurch für die Beförderung des verdampften Materials eingesetzt werden .
Ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material ist eine Jet -Vapour-Deposi ti on-Anlage , unter welcher der Fachmann eine Anlage versteht , in welcher das Beschichtungsmaterial mittels thermischen Verdampfens in Gasphase gebracht wird und es sodann beispielsweise - typischerweise , aber nicht zwingend - mit einem Trägergasstrom aus Inertgas zu dem Substrat transportiert wird, bevorzugt mit einer Gasstromgeschwindigkeit oberhalb der Schallgeschwindigkeit , bevorzugt oberhalb 500 m/ s . Die Funktionsweise geht beispielsweise aus dem Übersichtsartikel im Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings ( Third Edition) , Science , Applications and Technology, 2010 , Seiten 881- 901 , https : / /doi . org/ 10 . 1016/B978- 0- 8155-2031-
3 . 00018- 1 (verlinkt am Anmeldetag) hervor . Die vorliegende Erfindung ist auch mit derartigen Jet -Vapour-Deposi ti on-Anlagen umsetzbar .
Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung aber ganz allgemein für sämtliche Beschichtungsvorrichtungen der eingangs genannten Art nutzbar, also für alle Beschichtungsvorrichtungen, bei denen das für die Beschichtung vorgesehene Material innerhalb eines einen Tiegel aufweisenden Verdampfungsabschnitts in seine Gasphase gebracht wird und das in Gasphase befindliche Material sodann durch einen Düsenabschnitt hindurch und aus dem Ausgang des Düsenabschnitts hinaus zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Gegenstandes hin gerichtet ausgelassen wird .
Insbesondere ist die vorliegende Erfindung für die Untergattung solcher Beschichtungsvorrichtungen vorgesehen, bei denen eine Trägergastromzufuhr in den Verdampfungsabschnitt hineinführt zum Zuführen eines Trägergasstroms eines Trägergases in den Verdampfungsabschnitt und durch diesen hindurch zum Mitführen des Beschichtungsmaterials zu der Substratoberfläche hin . Eine Variante einer Beschichtungsvorrichtung dieser genannten Art ist zum Beispiel aus der WO 2016/ 042079 Al bekannt . Bei dieser Beschichtungsvorrichtung werden kontinuierlich zwei Drähte als Beschichtungsmaterial zugeführt . Das Beschichtungsmaterial gelangt zu einem Spritzkopf , bei welchem die beiden Materialdrähte als Kathode und als Anode an eine elektrische Gleichspannungsquelle angeschlossen sind . Infolge der elektrischen Gleichspannung zwischen Kathode und Anode bildet sich zwischen den beiden Materialdrähten ein elektrischer Lichtbogen, wodurch das zugeführte Ausgangsmaterial in Form der beiden Materialdrähte verdampft und/oder verflüssigt wird . Durch den Spritzkopf hindurch wird ein Gasstrom geführt , welcher das verdampfte und/oder verflüssigte Beschichtungsmaterial mit sich reißt und über ein Inj ektorrohr in einen Tiegel transportiert . Das in den Tiegel beförderte Beschichtungsmaterial verdampft sodann vollständig innerhalb des
behei zten Tiegels und wird aus dem Tiegel herausgeführt und zu dem zu beschichtenden Substrat hin weisend gerichtet . Diese Beschichtungsvorrichtung weist eine Kombination aus Elementen auf , die auch von Jet -Vapour-Deposi ti on-Anlagen bekannt sind, sowie aus Elementen, die aus Anlagen bekannt sind, die nach dem Prinzip der Arc Evapora ti on arbeiten . Die Vorrichtung basiert auf der Beförderung des Beschichtungsmaterials mit einem Trägergasstrom . Für die Bereitstellung des Beschichtungsmaterials als in Gasphase vorliegendes Material nutzt diese Beschichtungsvorrichtung einen Verdampfungsabschnitt , der sich aus einem Vorverdampfungsabschnitt und einem als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt zusammensetzt . Der Vorverdampfungsabschnitt bereitet das Material in dem Spritzkopf und dem Inj ektorrohr auf und stellt es für die Nachverdampfung, das heißt : das zumindest größtenteils in Gasphase bringen von noch vorhandenen festen oder flüssigen Anteilen, dem Tiegel bereit .
Die Anlagen der eingangs genannten Art haben alle gemeinsam, dass sie aufgrund ihrer konzeptionellen Umsetzung mit einer Beschichtungskammer zur Durchführung des zu beschichtenden Gegenstands insbesondere für großtechnische Umsetzungen nutzbar sind und ihre Vorteile entfalten . Unter anderem auch aufgrund der dadurch sich ergebenden Randbedingungen, wie beispielsweise der entsprechenden Größe der Beschichtungskammer sowie aufwands- und kostenabhängigen Grenzen in der Bereitstellung eines technischen Vakuums , besteht bei einem Betrieb der Beschichtungsanlage eine besondere Heraus forderung darin, bei der Beschichtung der Gegenstände eine hohe Prozesssicherheit gewährleisten zu können . Beispielsweise ist wünschenswert , eine hohe Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der hergestellten Beschichtungen und/oder einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage und/oder eine hohe Qualität der hergestellten Schichten gewährleisten zu können .
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde , die Prozesssicherheit des Betriebs einer Beschichtungsanlage der eingangs genannten Art zu verbessern .
Die Aufgabe wird mit einer Beschichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie mit einer Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst . Die Beschichtungsanlage dient der Beschichtung eines Gegenstands , bevorzugt eines Bands . Bei dem Gegenstand kann es sich beispielsweise um ein metallisches Band, bevorzugt um ein Stahlband handeln . Zur Vermeidung von unterwünschten Reaktionsprozessen des zur Beschichtung vorgesehenen Materials , beispielsweise von Oxidation mit Atmosphärensauerstof f , findet der Beschichtungsprozess innerhalb der Beschichtungskammer bevorzugt in einem technischen Vakuum, gegebenenfalls unter Zugabe von Inertgas , statt .
Die Beschichtungsanlage umfasst :
- Eine Beschichtungskammer zur Durchführung des Gegenstands ;
- eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material , aufweisend einen Verdampfungsabschnitt zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein, und
- einen mit dem Verdampfungsabschnitt gekoppelten Düsenabschnitt , wobei der Düsenabschnitt eine Düse mit einem in der Beschichtungskammer mündenden Düsenausgang aufweist .
Der Düsenabschnitt dient dem gerichteten Führen und Auslassen des in Gasphase vorliegenden Materials aus dem Düsenausgang hinaus zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Gegenstands , beispielsweise Bands , der durch die Beschichtungskammer hindurch an dem Düsenausgang vorbeigeführt wird . Dadurch wird erreicht , dass eine kontinuierliche Beschichtung der Oberfläche erfolgt , indem aus dem Düsenausgang ausströmendes , in Gasphase vorliegendes Material auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Beschichtung bildet .
Der Verdampfungsabschnitt ist die Gesamtheit aller apparativen Einrichtungen der Beschichtungsanlage , welche die
Überleitung des für die Beschichtung vorgesehenen
Ausgangsmaterials in die Gasphase bewirken . Hierzu weist der
Verdampfungsabschnitt eine Zuführung für das Ausgangsmaterial auf , durch die der Verdampfungsabschnitt mit dem Ausgangsmaterial versorgt wird, um dieses zu verdampfen .
Im Rahmen der gesamten Beschreibung werden die Begri f fe der Gasphase und des Verdampfens verwendet , da sie im Bereich der beschriebenen Technologie üblich sind . Der Begri f f der Gasphase umfasst dabei , dass ein geringer Gewichtsanteil , beispielsweise bis zu 30 Gew . -% , bevorzugt nicht mehr als 10 Gew . -% , des in Gasphase vorliegenden Materials nicht als reines Gas im physikalischen Sinne , sondern stattdessen als Dampfbestanteile wie zum Beispiel als Aerosol und/oder als Cluster vorliegen kann . Der Begri f f des Verdampfens umfasst , dass j e nach verwendetem Material und nach verwendeter Technologie der Übergang der Teilchen in die Gasphase zumindest teilweise auch mittels anderer Mechanismen erfolgt , beispielsweise durch Sublimation . Der Begri f f des Verdampfens umfasst somit zusätzlich zu einem Verdampfen im streng physikalischen Sinne , also einem Übergang flüssig
Gasphase , auch weitere Mechanismen, wie insbesondere die Sublimation .
Die Beschichtungskammer weist bevorzugt eine Eintrittsdurchgang und einem Austrittsdurchgang auf sowie einen Beschichtungskanal , der besonders bevorzugt innerhalb der Beschichtungskammer angeordnet ist und zum Einbringen und Ausbringen des Gegenstands eine Eintrittsöf fnung und eine Austrittsöf fnung aufweist . Beispielsweise kann, wenn die Beschichtungsanlage zum Beschichten von metallischem Band vorgesehen ist , die Beschichtungskammer eine Bandbeschichtungsanlage sein mit außerhalb der Beschichtungskammer angeordneten Transport- und Stützrollen, so dass das Band durch die Beschichtungskammer hindurchgeführt wird .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Düsenabschnitt ausgebildet ist , das Material zu überhitzen . Das Überhitzen erfolgt derart , dass das Material , welches nach dem Verdampfen im Verdampfungsabschnitt von diesem aus als in Gasphase vorliegendes Material in den Düsenabschnitt gelangt nach dem Durchströmen des Düsenabschnitts überhitzt , das heißt also : als überhitztes Gas , aus dem Düsenabschnitt austritt .
Wie bereits erläutert , dient der Verdampfungsabschnitt dem Verdampfen des Materials . Das Verdampfen erfolgt dabei derart , dass ein Teil des in Gasphase vorliegenden Materials nicht in Gasphase im physikalischen Sinne vorliegt , sondern dass es als Aerosol und/oder als Cluster vorliegt ; genau genommen würde man in diesem Fall davon sprechen, dass am Ende des Verdampfungsabschnitts ein Materialdampf vorliegt in dem Sinne , dass noch flüssige und feste Bestandteile des Materials vorhanden sind oder zumindest der Materialdampf sich stets an oder nahe an der Phasengrenze zum flüssigen und/oder festen Zustand befindet . Dies ist gleichbedeutend damit , dass die Temperatur des in Gasphase befindlichen Materials der Verdampfungstemperatur entspricht oder von dieser nicht wesentlich abweicht . Es liegt also eine Konstellation vor, in der zumindest Teile des Volumens des Materialdampfes in einem metastabilen Zustand befindlich sind .
Mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen nachgelagert erfolgenden Überhitzen des am Ende des Verdampfungsabschnitts vorliegenden in Gasphase befindlichen Materials , das an diesem Punkt analog auch als Materialdampf bezeichnet werden kann, wird zweierlei erreicht . Zum einen wird erreicht , dass nach dem Überhitzen weder flüssige noch feste Bestandteile des Materials mehr vorliegen . Zum anderen wird erreicht , dass die Temperatur des Materials oberhalb seines Verdampfungspunkts liegt .
Das Überhitzen erfolgt derart , dass nach dem Austreten aus dem Düsenausgang der Düse des Düsenabschnitts ein überhitztes Material vorliegt . Versuche haben gezeigt , dass das Durchführen
der Beschichtung mit überhitzt aus dem Düsenausgang austretenden Gas , mit anderen Worten : überhitztem in Gasphase vorliegenden Material , verhindert oder zumindest weitgehend verhindern kann, dass es zu einer frühzeitigen Bildung von flüssigen oder festen Kondensationen in Form von Tropfen oder Staub kommt . Durch die Maßnahme des Überhitzens kann in der Folge eine Degradation der Produktqualität und damit einhergehende Kosten durch fehlende Reinigungs-/Entsorgungsmaßnahmen vermieden werden .
Bevorzugt ist der Düsenabschnitt zum Überhitzen des Materials ausgebildet ist derart , dass das Material , welches nach dem Verdampfen im Verdampfungsabschnitt von diesem aus in den Düsenabschnitt gelangt , nach dem Durchströmen des Düsenabschnitts und bis zum Gelangen an der zu beschichtenden Oberfläche des Gegenstands , beispielsweise Bands , überhitzt ist und erst an dieser Stelle Kondensation stattfindet . Mit anderen Worten : Die Überhitzungstemperatur wird ausreichend hoch gewählt , um nicht nur am Düsenausgang ein überhitztes Material vorliegen zu haben, sondern dass während des gesamten Transports zu der zu beschichtenden Oberfläche ein überhitztes Gas vorhanden ist . Die hierfür erforderliche Überhitzungstemperatur ist fachmännisch zu wählen, da sie von einer Viel zahl von Parametern und Gegebenheiten abhängt , beispielsweise mit der zurückzulegenden Strecke und den innerhalb der Beschichtungskammer vorherrschenden Strömungsverhältnissen . Grundsätzlich ist es dem Fachmann ausgehend von dieser Erkenntnis allerdings ohne besondere Schwierigkeit möglich, eine geeignete Temperatur zu ermitteln, da bei einer gegebenen Anlage lediglich Beschichtungsversuche in Abhängigkeit von dem Parameter Temperatur durchzuführen sind, sodass für den Fachmann zwar ein gewisser Aufwand erforderlich ist , allerdings keine prinzipielle Schwierigkeit besteht , mit absehbaren Bemühungen zu einem Ergebnis zu gelangen . So ist es beispielsweise möglich, dass in der Beschichtungsanlage ohne Überhitzung des Gases oder mit zu geringer Überhitzung des Gases aufgrund von Strömung,
beispielsweise auch bedingt durch die Geometrie des Inneren der Beschichtungskammer und die dadurch herbeigeführten Strömungsverhältnisse , oder thermischer Hintergrundstrahlung eine Temperaturänderung und/oder Druckänderung herbeigeführt wird, die lokal zu ungewünschten Kondensationen führen . Das bedeutet letztlich, dass die Überhitzungstemperatur vom mit der Umsetzung der Erfindung betrauten Fachmann ausreichend weit zu erhöhen ist , dass an keiner unerwünschten Stelle der Beschichtungskammer mehr Kondensation stattfindet . Wesentlich ist daher, dass das Material , welches nach dem Verdampfen im Verdampfungsabschnitt von diesem aus dem Düsenausschnitt gelangt , nach dem Durchströmen des Düsenabschnitts überhitzt aus diesem austritt , die zu wählende Uberhit zungstemperatur selbst ist fachmännisch zu wählen .
In beispielhaft durchgeführten Experimenten hat sich gezeigt , dass in den meisten Fällen sehr gute Ergebnisse erhalten werden, wenn das verdampfte und sodann überhitzte Beschichtungsmaterial bei Austritt aus dem Düsenausgang eine Temperatur zwischen 10 und 50 % , besonders bevorzugt zwischen 20 und 40 % , oberhalb seiner Verdampfungstemperatur auf der Kelvinskala aufweist . Es ist somit bevorzugt vorgesehen, dass der Düsenabschnitt zum Überhitzen des Materials derart ausgebildet ist , dass das Material , welches nach dem Verdampfen im Verdampfungsabschnitt von diesem aus in den Düsenabschnitt gelangt , nach dem Durchströmen des Düsenabschnitts mit einer Temperatur 10 bis 50 % , besonders bevorzugt zwischen 20 und 40 % , oberhalb seiner Verdampfungstemperatur auf der Kelvinskala überhitzt aus dem Düsenabschnitt austritt .
Die Erfindung sieht also insbesondere vor, nachgeschaltet zu dem Verdampfungsabschnitt , also innerhalb des Düsenabschnitts , das aus dem Verdampfungsabschnitt austretende teilweise oder vollständig verdampfte Material , das in etwa, beispielsweise +/- 5 % der Verdampfungstemperatur in Kelvin, die Verdampfungstemperatur aufweist , über diesen Wert hinaus
überhitzt wird, so dass ein überhitztes in Gasphase vorliegendes Material aus dem Düsenabschnitt , genauer gesagt , aus dem Düsenausgang der Düse des Düsenabschnitts hinaustritt .
Im einfachsten Fall besteht der Verdampfungsabschnitt aus einem Tiegel . Der Düsenabschnitt besteht im einfachsten Fall aus einer Düse mit einem Düsenausgang .
Bevorzugt weist der Düsenabschnitt eine Düse und ein zur Anordnung zwischen Verdampfungsabschnitt und Düse angeordnetes Kopplungsglied auf . Vorteil des Vorhandenseins eines Kopplungsglieds ist , dass unterschiedliche Düsen an einem vorhandenen Verdampfungsabschnitt angeordnet sein können . In einer vorteilhaften Variante weist der Düsenabschnitt eine Düse und ein zur Anordnung zwischen Verdampfungsabschnitt und Düse angeordnetes Kopplungsglied auf , wobei die Düse optional mit dem Kopplungsglied drehbar an dem Verdampfungsabschnitt angeordnet ist . In der optionalen Aus führung, gemäß welcher die Düse drehbar an dem Verdampfungsabschnitt angeordnet ist , wird die Beschichtung flexibler .
Es kann vorgesehen sein, dass ein Überhitzer im Kopplungsglied angeordnet ist oder durch das Kopplungsglied gebildet wird, in diesem Fall wird der Überhitzer im Rahmen dieser Anmeldung als Kopplungsgliedüberhitzer bezeichnet . Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Überhitzer in der Düse angeordnet ist oder durch die Düse gebildet wird, in diesem Fall wird der Überhitzer im Rahmen dieser Anmeldung als Düsenüberhitzer bezeichnet .
Bevorzugt ist , dass innerhalb des Kopplungsglieds ein Wärmetauscher angeordnet ist . Der Wärmetauscher kann beispielsweise als Rohrbündelwärmetauscher, als Lochplattenwärmetauscher, als Hohlraum aufweisender Materialblock, bevorzugt aus Fliese oder aus Sintermaterial , ausgebildet sein, wobei auch mehrere der vorgenannten sequenziell innerhalb des Kopplungsglieds angeordnet sein können . Der Lochplattenwärmetauscher ist bevorzugt mit
gegeneinander versetzten Öf fnungen versehen . Der Wärmetauscher wird erhitzt , beispielsweise mittels Verbrennens oder mittels chemischer Vorgänge oder mittels Induktion oder elektrisch resistiv, und dadurch für das Überhitzen des Gases genutzt . Es versteht sich, dass die Temperatur entsprechend hoch sein muss . Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass das Überhitzen teilweise oder vollständig innerhalb des Kopplungsglieds erfolgt . Dies hat den Vorteil , dass die Düse selbst austauschbar bleibt und als solche ein konstruktiv besonders leicht zu gestaltender Gegenstand bleibt .
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass innerhalb des Kopplungsglieds ein resistiver Wärmetauscher und/oder ein induktiver Wärmetauscher angeordnet ist . Der resistive Wärmetauscher kann beispielsweise eine mit elektrischem Strom gehei zte Widerstandswärmequelle sein . Bevorzugt wird ein Keramikhei zelement verwendet , beispielsweise Ceramic-Matrix-Composits ( CMC, z . B . ATN=A12O3/TiN-Mischkeramik, A1203/MoSi2-Mischkeramik, Si3N4 /MoSi2 usw . ) oder ein Hybridhei zelement .
Der induktive Wärmetauscher kann beispielsweise als ein elektrisch leitender Gegenstand, vorzugsweise aus Grafit , ausgebildet sein, der mit einer, beispielsweise außerhalb des Kopplungsglied befindlichen, Induktionsspule hei zbar ist . Optional ist die Induktionsspule Bestandteil der Beschichtungsanlage .
Alternativ oder zusätzlich kann das Kopplungsglied selbst teilweise oder vollständig aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, in welches ein durch die Induktionsspule erzeugtes Induktions feld einkoppelbar ist mit der Folge eines Aufhei zens des Kopplungsglieds . Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Kopplungsglied einen Innenmantel aufweist , der teilweise oder vollständig aus Grafit besteht .
Alternativ oder zusätzlich zu der oben ausgeführten Idee , gemäß welcher das Überhitzen in dem Kopplungsglied stattfindet ,
kann vorgesehen sein, dass das Überhitzen teilweise oder vollständig innerhalb der Düse stattfindet , dass also ein Düsenüberhitzer vorhanden ist . So kann beispielsweise innerhalb der Düse ein resistiv erhitzbarer Wärmetauscher angeordnet sein, der in gleicher Weise ausgebildet sein kann, wie es im Zusammenhang mit dem Kopplungsglied oben beschrieben ist .
Auch ein resistiver Wärmetauscher, ein induktiver Wärmetauscher und/oder eine Ausbildung der Düse selbst aus metallischem Material , bevorzugt Grafit , und mit einer Induktionsspule einkoppelbar wie in der oben beschriebenen Weise kann vorgesehen sein .
In einer speziellen Aus führungs form einer Beschichtungsanlage wie beispielsweise der eingangs beschriebenen Beschichtungsanlage umfasst der Verdampfungsabschnitt einen Vorverdampfungsabschnitt mit insbesondere einem Spritzkopf sowie ein Inj ektorrohr von dem Spritzkopf zu dem als Nachverdampfungsabschnitt ausgebildeten Tiegel . Dem Spritzkopf wird das Ausgangsmaterial zugeführt , bevorzugt in Draht- oder in Bandform . In dem Spritzkopf wird das Ausgangsmaterial aufbereitet , das bedeutet , es werden Bestandteile des Ausgangsmaterials verdampft und/oder als in Flüssigphase vorliegende Partikel vom Ausgangsmaterial getrennt , bevorzugt mittels einem Lichtbogenverdampfen zwischen als Kathode geschaltetem Ausgangsmaterial und als Anode geschaltetem Ausgangsmaterial . Das aufbereitete Ausgangsmaterial liegt nicht vollständig in Gasphase vor, aber besteht aus einem Gemisch insbesondere aus Gasphase und flüssigen oder teil flüssigen Partikeln, das zur Führung durch den Tiegel geeignet ist , um dort nachverdampft zu werden, das heißt : durch dort statt findende Erwärmung vollständig oder weitgehend vollständig in die Gasphase überzugehen .
Der Vorverdampfungsabschnitt umfasst insbesondere einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein In ektorrohr . Das Inj ektorrohr
ist mit dem Tiegel gekoppelt und ausgebildet , das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel zu leiten . Das aufbereitete Beschichtungsmaterial gelangt in den Tiegel . Bestandteile des Beschichtungsmaterials , die noch nicht in Gasphase vorliegen, verdampfen innerhalb des Tiegels , der zu diesem Zweck auf eine Temperatur erwärmt ist , die oberhalb der Verdampfungstemperatur des Ausgangsmaterials liegt .
Der Tiegel ist erwärmt , um das aufbereitete Ausgangsmaterial in Gasphase zu überführen . Die Temperatur, auf welche der Tiegel erwärmt wird, richtet sich nach dem Beschichtungsmaterial . Solange noch flüssiges verdampfendes Material vorliegt , stellt sich bei Kontakt mit dem Tiegel an der Oberfläche des Tiegels eine Temperatur nahe der Verdampfungstemperatur des flüssigen, noch zu verdampfenden Materials ein . Daher ist bei Umsetzung der Erfindung oder ihrer Weiterbildungen zu berücksichtigen, dass die Starttemperatur, das heißt : die Temperatur am Ort der Energiezufuhr beispielsweise durch Induktionsstrom im Inneren oder Strahlung an der Außenwand des Tiegels , auf einen Wert einzustellen, der größer ist als die Verdampfungstemperatur des Ausgangsmaterials .
Der Tiegel ist bevorzugt als Zyklon ausgebildet , da eine Zyklonform eine platzsparende Ausgestaltung ist , die eine ef fi ziente Führung des Gasstroms durch den Tiegel erlaubt . Ein weiterer Vorteil eines in Zyklonform ausgebildeten Tiegels ist dessen hohe Zuverlässigkeit in der nahezu vollständigen Verdampfung des durchströmenden Materials , wodurch eine hohe Qualität der abgeschiedenen Beschichtung gewährleistet wird, da ein Beschuss des Bands mit noch in Flüssigphase vorliegendem Beschichtungsmaterial bei sachgemäßer Anwendung nahezu ausgeschlossen werden kann . Allerdings weist j eder Zyklon in der Praxis eine sogenannte untere Trennschärfe auf , das heißt : einen minimalen Durchmesser zurückgehaltener Tropfen, sodass in der betrieblichen Realität immer auch einige - wenn auch kleine - flüssige Teilchen den Tiegel verlassen . Das erfindungsgemäße
Vorgehen setzt genau an dieser Problematik an, indem durch geeignetes Überhitzen in der beschriebenen Weise auch diese flüssigen Teilchen weitgehend oder vollständig einer Verdampfung zugeführt werden .
In einer Variante ist eine in den Verdampfungsabschnitt weisende Trägergasstromzufuhr an dem Verdampfungsabschnitt angeordnet zum Zuführen eines Trägergasstroms eines Trägergases in den Verdampfungsabschnitt und durch diesen hindurch zum Mitführen des Beschichtungsmaterials .
Bevorzugt ist eine Aus führung eines eingangs erläuterten Aus führungsbeispiels , in welchem der Vorverdampfungsabschnitt einen Spritzkopf aufweist , wobei die Trägergasstromzufuhr im Spritzkopf angeordnet ist , sodass das Trägergas durch den Spritzkopf hindurch geleitet ist und dort aufbereitetes Ausgangsmaterial , beispielsweise in Form von Partikeln oder Clustern, mit sich reißt und dieses durch das Inj ektorrohr hindurch in den Tiegel hinein leitet .
Beispielsweise kann der Spritzkopf als Drahtspritze ausgebildet sein, womit ein Spritzkopf bezeichnet wird, in den Ausgangsmaterial draht- oder bandförmig eingeführt wird um diesen hieraufhin innerhalb des Spritzkopfes mittels Lichtbogenschmel zens und/oder Lichtbogenverdampfens auf zubereiten, also für die weitergehende Verdampfung vorzubereiten .
Ein weiterer Gedanke der Erfindung, der in Zusammenhang mit den bisher erläuterten Beschichtungsanlagen wie auch in Alleinstellung durchführbar ist , ist auf ein Verfahren zum Beschichten des Gegenstands , bevorzugt mittels Betriebs einer Beschichtungsanlage mit der eingangs genannten Art oder ihrer Weiterbildung, gerichtet . Es sind die nachfolgend genannten Schritte vorgesehen : a ) Einbringen eines Beschichtungsmaterials in einen
Verdampfer eines Verdampfungsabschnitts ;
b ) Erhitzen des Beschichtungsmaterials mittels des
Verdampfers zum Verdampfen des Beschichtungsmaterials . Damit ist insbesondere gemeint , dass das verdampfte Beschichtungsmaterial noch flüssige und/oder feste Bestandteile enthalten darf , beispielsweise bis zu 10 Gew . -% , gegebenenfalls auch bis zu 30 Gew . -% , und insbesondere der Materialdampf mit einer Temperatur in etwa der Verdampfungstemperatur entsprechend ( dabei beispielsweise höchstens 20 % Abweichung, bevorzugt zwischen 2 und 15 % Abweichung, besonders bevorzugt zwischen 5 und 10 % Abweichung, von der Verdampfungstemperatur auf der Kelvin- Skala ) ; c ) Leiten des verdampften Beschichtungsmaterials in einen mit dem Verdampfungsabschnitt gekoppelten Düsenabschnitts mit einer Düse ; d) Überhitzen des verdampften Beschichtungsmaterials mittels des Düsenabschnitts , beispielsweise mit einer Zieltemperatur , die bevorzugt zwischen 10 und 50 % , besonders bevorzugt zwischen 20 und 40 % , oberhalb der Verdampfungstemperatur auf der Kelvin- Skala liegt , wobei die genannten Werte sich in durchgeführten Versuchen als ein guter Kompromiss zwischen ausreichender Überhitzungsleistung und technischer Durchführbarkeit erwiesen haben; e ) Leiten des überhitzten verdampften Beschichtungsmaterials aus einem Düsenausgang der Düse hinaus zu einem vor dem Düsenausgang vorbeitransportierten zu beschichtenden Gegenstand .
Das Überhitzen innerhalb des Düsenabschnitts erfolgt im Rahmen einer in Zusammenhang mit einer Weiterbildung der Beschichtungsanlage oben erläuterten Umsetzung des Düsenabschnitts mit
- einem Kopplungsgliedüberhitzer, und/oder
- einem Düsenüberhitzer, und/oder
- der teilweisen oder vollständigen Ausbildung des Kopplungsglieds als Überhitzer, und/oder
- der teilweisen oder vollständigen Ausbildung der Düse al s Überhitzer .
Um sicher sein zu können, dass keine oder keiner über ein akzeptables Maß erfolgende unerwünschte Kondensation innerhalb der Anlage stattfindet , ist durch den mit der Umsetzung der Erfindung betrauten Fachmann durch empirische Versuche zu ermitteln, ob eine Kondensation des überhitzten verdampften Materials bei einer gegebenen Anlage in ihrem Betrieb bei allen tolerierten Betriebsparametern, beispielsweise innerhalb der tolerierten Druck- und Temperaturkorridore , vermieden oder weitgehend vermieden ist . Es ist also festzulegen, welche Temperatur- und welche Druckverhältnisse in der Beschichtungskammer erwartet werden können; die Auslegungsgrundlage für die lokal minimalen tolerierten Temperaturen und/oder die höchsten tolerierten Drücke ergeben sich aus dem Phasendiagramm des zu verdampfenden Materials . Darauf aufbauend oder alternativ dazu kann empirisch vorgegangen werden, indem für die bei Betrieb der Anlage für möglich angesehen Temperaturen ( in experimentell sinnvollen Abständen) untersucht wird, oberhalb welcher kritischen Uberhit zungstemperatur am Düsenausgang oder in Dampfbewegungsrichtung gesprochen hinter dem Düsenausgang eine Beobachtung von unerwünschten Kondensationen nicht mehr oder nicht mehr oberhalb eines vom Fachmann im konkreten Fall als akzeptabel angesehenen Maßes stattfindet ; diese kritische Uberhit zungstemperatur , optional zuzüglich eines Sicherheitsaufschlags (von beispielsweise pauschal 50 K) , kann sodann zum Einstellen der Überhitzung im obigen Schritt d) dienen .
Die Erfindung ist ebenfalls auf eine Verwendung einer Beschichtungsanlage gerichtet , um ein Band zu beschichten, bevorzugt ein Metallband, besonders bevorzugt ein Stahlband .
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im
Zusammenhang mit den Zeichnungen, in denen beispielhaft Aus führungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind . Es versteht sich, dass die vorstehend genannten wie auch nachfolgend erläuterten Merkmale nicht nur in der j eweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind .
Es zeigen :
Fig . la : Beispielhafte Aus führungs form einer Beschichtungsanlage ;
Figs . 1b und 1c : beispielhafte Aus führungen des Düsenabschnitts der Beschichtungsanlage der Fig . la .
Fig . la zeigt eine beispielhafte Aus führungs form einer Beschichtungsanlage 1 zur Beschichtung eines Gegenstands 2 , der hier als Band 2 ausgeführt ist . Die als Bandbeschichtungsanlage ausgebildete Beschichtungsanlage 1 weist eine Beschichtungskammer 4 auf , in der ein technisches Vakuum herrscht und durch welches , mittels der Transportrollen 3a und 3b das Band 2 in Richtung des Pfeils 5 hindurch geführt wird . Die Beschichtungsanlage weist eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material 6 auf . Diese setzt sich zusammen aus einem Verdampfungsabschnitt 7 zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein und einem Düsenabschnitt 8 , 9 , welcher sich aus Düse 8 und als Adapter dienendem Kopplungsglied 9 zusammensetzt . In dem beispielhaft als Tiegel ausgebildeten Verdampfungsabschnitt 7 verdampftes Material wird durch den Düsenabschnitt 8 , 9 in die Beschichtungskammer 4 geführt , gelangt dort auf das Band 2 und bildet dadurch die Beschichtung . Der Düsenabschnitt 8 , 9 ist zum Überhitzen des im Verdampfungsabschnitt 7 verdampften Materials ausgebildet .
Fig . 1b zeigt eine Aus führungs form, gemäß der innerhalb des Kopplungsglieds 9 ein Kopplungsgliedüberhitzer 9 ' angeordnet ist . Fig . 1c zeigt eine Aus führungs form, gemäß der innerhalb der Düse 8 ein Düsenüberhitzer 8 ' angeordnet ist .
Es wurden Versuche durchgeführt mit einer
Beschichtungsanlage aufweisen eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material , wie sie beispielsweise eingangs erwähnt wurde und aus der WO 2016/ 042079 bekannt ist . Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material weist einen Verdampfungsabschnitt mit einem Vorverdampfungsabschnitt und einem als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt auf , wobei der Tiegel als Zyklon ausgebildet ist .
Der Vorverdampfungsabschnitt weist einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Inj ektorrohr aufweist , wobei das Inj ektorrohr das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Nachverdampfungsabschnitt leitend ausgebildet und mit dem Nachverdampfungsabschnitt gekoppelt ist . Als Ausgangsmaterial wurde Zink gewählt .
Die Vorverdampfung wurde derart durchgeführt , dass das Zink innerhalb des Inj ektorrohrs seinen Schmel zpunkt von 419 , 53 Grad Celsius nie unterschritten hatte ; um dies sicherzustellen, wurde innerhalb des Inj ektorrohrs eine Temperatur von 600 Grad Celsius aufrecht erhalten . Als Spritzgas wurde vortemperierter Stickstof f verwendet .
Die weitgehende weitere Verdampfung fand im Tiegel statt , in dem das Beschichtungsmaterial Zink somit verdampft . Um den lokalen Siedepunkt von Zn dazu an der Tiegelinnenwand sicher zu erreichen, wurde 1000 Grad Celsius als Tiegeltemperatur gewählt , da sich ergab, dass bei dieser Stelltemperatur kein „Zinksee" am Boden des Zyklons mehr bildete , das heißt : eine Kondensation von größeren Mengen an Zn an der Tiegelinnenwand konnte durch die gewählte Temperatur wirksam unterbunden werden .
Tiegel und Düse sind mit einem Kopplungsglied, ausgebildet als Rohr, verbunden . Dessen Wände müssen zur Überhitzung oberhalb der oben bestimmten Temperatur liegen . In diesem Fall wurde empirisch 1200 Grad Celsius als für die vorliegenden lokalen Druckbegebenheiten sowohl im Tiegel als auch in der Düse
als ausreichend bestimmt , was zwischen 20 und 30 Prozent oberhalb der Verdampfungstemperatur von Zn auf der Kelvin-Skala entspricht .
Die angeschlossene Düse wird in der Verbindung zum Kopplungsglied ebenfalls auf 1200 Grad Celsius gehei zt . Zn tritt sodann überhitzt aus dem Düsenausgang der Düse aus und es wurde beobachtet , dass bis zum Auftref fen auf dem zu beschichtenden Gegenstand eine vorzeitige Kondensation von Zn wirkungsvoll vermieden werden konnte . Innerhalb der Beschichtungskammer war ein technisches Vakuum mit einem Gasdruck von circa 50 mbar N2 nach Zuschalten des Spritzgases gegeben .
Das verwendete Rohr und die verwendete Düse bestanden aus Grafit und wurden von außen induktiv erwärmt .
Claims
1. Beschichtungsanlage (1) zur Beschichtung eines Gegenstands (2) , bevorzugt eines Bands, insbesondere eines metallischen Bands, mit einem in Gasphase vorliegendem Material, wobei die Beschichtungsanlage (1) aufweist:
- eine Beschichtungskammer (4) zur Durchführung des Gegenstands (2) ,
- eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material (6) , aufweisend einen Verdampfungsabschnitt (7) zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein und einen mit dem Verdampfungsabschnitt (7) gekoppelten Düsenabschnitt (8, 9) , wobei der Düsenabschnitt (8, 9) eine Düse (8) mit einem in der Beschichtungskammer mündenden Düsenausgang aufweist, zum gerichteten Führen und Auslassen des in Gasphase vorliegenden Materials aus dem Düsenausgang hinaus zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Gegenstands (2) , der durch die Beschichtungskammer (4) hindurch an dem Düsenausgang vorbeigeführt wird, zum kontinuierlichen Beschichten der Oberfläche mit aus dem Düsenausgang ausströmenden in Gasphase vorliegendem Material, indem dieses auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Beschichtung bildet, wobei der Düsenabschnitt (8, 9) zum Überhitzen des Materials ausgebildet ist derart, dass das Material, welches nach dem Verdampfen im Verdampfungsabschnitt (7) von diesem aus in den Düsenabschnitt (8, 9) gelangt, nach dem Durchströmen des Düsenabschnitts (8, 9) überhitzt aus diesem austritt .
2. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenabschnitt (8, 9) eine Düse (8)
und ein zwischen Verdampfungsabschnitt (7) und Düse (8) angeordneten Kopplungsglied (9) aufweist.
3. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 2, aufweisend einen innerhalb des Kopplungsglieds (9) angeordneten
Kopplungsgliedüberhitzer (9') .
4. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 3, wobei der Kopplungsgliedüberhitzer (9') ausgebildet ist als beispielsweise mittels Verbrennens oder mittels chemischer Vorgänge oder mittels Induktion oder resistiv erwärmter, Wärmetauscher, der als Rohrbündelwärmetauscher, und/oder als Lochplattenwärmetauscher, bevorzugt mit gegeneinander versetzen Öffnungen, und/oder als Hohlraum aufweisender Materialblock, bevorzugt aus Fliese oder aus Sintermaterial ausgebildet, ausgebildet ist, oder als resistiver Wärmetauscher und/oder induktiver Wärmetauscher.
5. Beschichtungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 2 bis
4, wobei das Kopplungsglied (9) und/oder die Düse (8) teilweise oder vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material, bevorzugt Grafit, besteht, in welches ein durch die Induktionsspule erzeugtes Induktionsfeld einkoppelbar ist.
6. Beschichtungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 2 bis
5, aufweisend einen innerhalb der Düse (8) angeordneten Düsenüberhitzer (8') .
7. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 6, wobei der Düsenüberhitzer (8') ausgebildet ist als beispielsweise mittels Verbrennens oder mittels chemischer Vorgänge oder mittels Induktion oder resistiv erwärmter, Wärmetauscher, der als Rohrbündelwärmetauscher, und/oder als Lochplattenwärmetauscher, bevorzugt mit gegeneinander versetzen Öffnungen, und/oder als Hohlraum aufweisender Materialblock, bevorzugt aus Fliese oder aus Sintermaterial ausgebildet, ausgebildet ist, oder als resistiver Wärmetauscher und/oder induktiver Wärmetauscher.
8. Beschichtungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Kopplungsglied (8) und/oder die Düse (8) teilweise oder vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material, bevorzugt Grafit, besteht, in welches ein durch die Induktionsspule erzeugtes Induktionsfeld einkoppelbar ist.
9. Beschichtungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Verdampfungsabschnitt (7) einen Vorverdampfungsabschnitt und einen bevorzugt als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt aufweist, wobei der Vorverdampfungsabschnitt einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Injektorrohr aufweist, wobei das Injektorrohr das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Nachverdampfungsabschnitt leitend ausgebildet und mit dem Nachverdampfungsabschnitt gekoppelt ist zum Führen des aufbereiteten Beschichtungsmaterials in den
Nachverdampfungsabschnitt hinein zum dortigen in die Gasphase bringen, wobei bevorzugt der Spritzkopf eine Drahtspritze ist für das Lichtbogenschmelzen und/oder Lichtbogenverdampfen von in die Drahtspritze eingeführtem Ausgangsmaterial, wobei ein Einstellen der Beschichtungsrate durch eine Zuführrate einer Zuführung von Ausgangsmaterial in den Spritzkopf hinein erfolgt oder
- die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials eine Jet-Vapour-Deposi ti on-Anlage ist.
10. Verfahren zum Beschichten eines Gegenstands (2) , bevorzugt mittels Betriebs einer Beschichtungsanlage (1) mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Einbringen eines Beschichtungsmaterials in einen Verdampfer eines Verdampfungsabschnitts (7) , b) Erhitzen des Beschichtungsmaterials mittels des Verdampfers zum Verdampfen des Beschichtungsmaterials, c) Leiten des verdampften Beschichtungsmaterials in einen mit dem Verdampfungsabschnitt gekoppelten Düsenabschnitt (8, 9) mit einer Düse (8) , d) Überhitzen des verdampften Beschichtungsmaterials mittels des Düsenabschnitts (8, 9) , e) Leiten des überhitzten verdampften Beschichtungsmaterials aus einem Düsenausgang der Düse (8) hinaus zu einem vor dem Düsenausgang vorbei transportierten, zu beschichtenden Gegenstand (2) .
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das verdampfte Beschichtungsmaterial auf eine Temperatur von zwischen 10 und 50 %, besonders bevorzugt zwischen 20 und
40 % , oberhalb seiner Verdampfungstemperatur auf der Kelvinskala überhitzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das verdampfte Beschichtungsmaterial derart überhitzt wird, dass eine Kondensation des überhitzten verdampften Materials innerhalb der bei Betrieb der Beschichtungsanlage (1) tolerierten Druck- und Temperaturkorridore vermieden ist.
13. Verwendung einer Beschichtungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Beschichtung eines Bands (2) , bevorzugt eines Metallbands, besonders bevorzugt eines Stahlbands .
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3447951A (en) * | 1965-10-20 | 1969-06-03 | Pennsalt Chemicals Corp | Cyclone separation of particles in vapor coating |
| WO2016042079A1 (de) | 2014-09-18 | 2016-03-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung zur ausbildung von beschichtungen auf oberflächen eines bauteils, bandförmigen materials oder werkzeugs |
| WO2019239314A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Arcelormittal | Vacuum deposition facility and method for coating a substrate |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10007059A1 (de) | 2000-02-16 | 2001-08-23 | Aixtron Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von beschichteten Substraten mittels Kondensationsbeschichtung |
| US20070178225A1 (en) | 2005-12-14 | 2007-08-02 | Keiji Takanosu | Vapor deposition crucible, thin-film forming apparatus comprising the same, and method of producing display device |
| WO2020082282A1 (en) | 2018-10-25 | 2020-04-30 | China Triumph International Engineering Co., Ltd. | Vapor deposition apparatus and use thereof |
-
2021
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-
2022
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3447951A (en) * | 1965-10-20 | 1969-06-03 | Pennsalt Chemicals Corp | Cyclone separation of particles in vapor coating |
| WO2016042079A1 (de) | 2014-09-18 | 2016-03-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung zur ausbildung von beschichtungen auf oberflächen eines bauteils, bandförmigen materials oder werkzeugs |
| WO2019239314A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Arcelormittal | Vacuum deposition facility and method for coating a substrate |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings", 2010, article "Science, Applications and Technology", pages: 881 - 901 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR20240005955A (ko) | 2024-01-12 |
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