CN108472683A - 改进的涂覆方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多组分涂覆设备，所述多组分涂覆设备包括至少两个沉积室。所述腔室中的气溶胶被调整为非撞击状态，其中所述气溶胶的颗粒沉降到在所述气溶胶中暴露有限相互作用时段的表面上。有待涂覆的所述表面在预定义时段内从所述第一腔室输送到所述第二腔室，在所述预定义时段期间，激活了所述第一物质与所述第二物质之间的化学相互作用。所述布置非常简单而且稳固，因此例如处于车辆或机械部件级别的较大规模的物体也可以涂覆有非常薄的膜。

Description

改进的涂覆方法和设备

发明背景

本发明涉及如在独立权利要求的前序部分中所定义的涂覆装置和涂覆方法。

相关技术描述

在现有技术涂覆***中，气溶胶射流被引向衬底，使得气溶胶射流的滴粒撞击有待涂覆的衬底的表面。通常，雾化头被布置成面向有待涂覆的表面，使得气溶胶射流指向衬底的表面上的撞击点。气溶胶在衬底的表面上行进至另一个点，在该处，尚未参与涂覆过程的气溶胶的部分被移除。

在一些其他现有技术解决方案中，两个雾化气溶胶射流彼此相对地定向，使得气溶胶形成为气溶胶射流的撞击点。所产生的气溶胶借助于吹送到碰撞点的气流而移向有待涂覆的衬底。

已证明很难使用这些基于现有技术的撞击的涂覆机制来产生两种或更多种组分的薄而均匀的多组分涂覆膜。多组分过程在此上下文中用于表示用于形成涂层的过程由需要两种不同物质之间的化学相互作用的过程产生。常规上，已在多组分过程中通过将单独的物质连续喷涂到彼此顶部，或通过在将多组分过程中所需的物质喷涂到涂覆表面上之前将其彼此混合来产生膜。

在这些方法中的任一者中，对具有中空或弯曲形式的复杂物体的涂覆是存在问题的。对于均匀涂层，涂覆表面中的每一个都应均匀地暴露于撞击喷雾。这意味着涂覆装置必须包括能相对于撞击喷雾根据其形状来改变涂覆物体的定向的机构。尤其是针对规模较大的物体实施这类定向改变机构是复杂的和非常昂贵的。另外，即使有了这类移动机构，产生薄而均匀的膜也存在挑战性。为了确保所有表面部件确实都能得到暴露，尽管在喷雾与有待喷涂的当前部件之间存在可能居间的形式，但是许多部件仍可能会多次暴露于喷雾或较长时间暴露于喷雾或两者兼有。因此，涂覆表面上的膜的厚度趋于显著变化。

即使是在平坦物体的涂覆中，常规方法也存在挑战性。撞击方法本身就容易有涂层厚度的变化。另外，多层膜的产生包括两个独立的喷涂过程，由此所得的涂层往往更容易有累积变化。另一方面，作为混合物喷涂的物质并不总是能很好地混合，并且往往会导致涂层组成不均匀。

原子层沉积(ALD)方法是基于气相化学过程的使用，其中前体以顺序的自限性方式每次与一种材料的表面发生反应。通过重复反应，产生涂覆膜。所得膜即使是在复杂的表面上也是非常均匀的，但是所述过程很缓慢并且不容易扩展到对大型物体的涂覆。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种***，所述***允许在多组分过程中产生薄而均匀的涂覆膜。

涂覆方法的实施方案通过如独立权利要求1所述的定义来表征。从属权利要求2至14中定义了涂覆方法的一些实施方案。

涂覆设备的实施方案相应地通过如独立权利要求15所述的定义来表征。从属权利要求16至26中定义了涂覆设备的一些实施方案。

涂覆物体的实施方案相应地通过如独立权利要求27所述的定义来表征。从属权利要求28和29中定义了涂覆设备的一些实施方案。

涂覆方法的一个实施方案描述了在包括第一物质与第二物质之间的化学相互作用的过程中沉积涂层；在第一腔室中产生包括第一物质的颗粒的气溶胶；在第二腔室中产生包括第二物质的颗粒的气溶胶；确定在此期间激活了第一物质与第二物质之间的化学相互作用的有限相互作用时段，所述有限相互作用时段开始于物体的表面开始或结束在第一腔室中暴露于气溶胶之时；将第一腔室中或第二腔室中的气溶胶调整为非撞击状态，其中气溶胶的颗粒沉降到暴露于气溶胶的表面上；将物体的表面加载到第一腔室中；以及在有限相互作用时段终止之前将物体的表面加载到第二腔室中

另一个实施方案公开了一种用于包括第一物质与第二物质之间的化学相互作用的过程的设备。所述设备包括第一腔室；第二腔室；第一气溶胶源，所述第一气溶胶源用于将包括第一物质的颗粒的气溶胶供给到第一腔室中；第二气溶胶源，所述第二气溶胶源用于将包括第二物质的颗粒的气溶胶供给到第二腔室中；第二气溶胶源，所述第二气溶胶源用于将包括第二物质的颗粒的气溶胶供给到第二腔室中，其中第一气溶胶源或第二气溶胶源被配置成将气溶胶调整为非撞击状态，其中气溶胶的颗粒沉降到暴露于气溶胶的表面上；加载元件，所述加载元件被配置成将物体的至少一个表面加载到第一腔室中，并且在有限相互作用时段终止之前加载到第二腔室中，其中仅在有限相互作用时段期间激活化学相互作用，所述有限相互作用时段开始于物体的表面开始或结束在第一腔室中暴露于气溶胶之时。

另一个实施方案公开了一种涂覆物体，所述物体的至少一个表面具有经由上述涂覆方法沉积的涂层。

特定非撞击沉积机构的使用确保涂覆过程不需要用于喷涂撞击角度的复杂的控制机构，并且因此还适用于甚至是在大规模物体上产生非常均匀的涂层。均匀的膜的厚度可以非常简单的方式通过调整暴露于非撞击气溶胶的时间来控制。这还允许容易地控制多组分涂覆过程，尤其是控制所得膜的多组分组成，或对形成所得单组分膜进行控制。

在以下公开内容中更详细地论述了本发明的另外的实施方案和优点

附图简述

在下文中，将通过参考附图来更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了具有两个连续的沉积室的涂覆设备的示例性实施方案；

图2示出了在有限相互作用时段与第一相互作用时段之间的关系；

图3示出了包括示例性沉积室的涂覆装置；

图4示出了包括另一个示例性沉积室的涂覆装置；

图5示出了包括两个连续的沉积室的涂覆装置；

图6示出了包括三个连续的沉积室的涂覆装置；

图7示出了沉积室的直接联接的实例；

图8示出了具有一个中间腔室的直接联接的沉积室；

图9示出了具有三个中间腔室的直接联接的沉积室。

具体实施方式

以下实施方案是示例性的。虽然说明书可能会提及“一”、“一个”或“一些”实施方案，但是这不一定意味着每次这种提及都是针对同一个实施方案，或特征仅适用于单个实施方案。不同实施方案的单个特征可以组合来提供其他实施方案。

在下文中，将通过装置架构的简单实例来描述本发明的特征，对于所述装置架构，可以实施本发明的各种实施方案。仅详细描述了用于说明实施方案的相关元素。本领域技术人员通常已知的涂覆方法和设备的各个方面可能并未在本文中进行具体描述。

本文描述的多组分涂覆过程包括在第一物质与第二物质之间的化学相互作用。多组分涂覆过程可以通过将物体连续地加载到两个或更多个涂覆单元，即第一腔室和第二腔室来实施。在第一腔室中产生包括第一物质的颗粒的气溶胶，并且在第二腔室中产生包括第二物质的颗粒的气溶胶。

图1的示意图示出了包括两个连续的沉积室101、103的涂覆设备的示例性实施方案。图1示出了一个物体105处于其被连续地加载到两个沉积室的进程中的各个阶段。在所需的涂覆中，第一腔室101和第二腔室103中的至少一个中的气溶胶要调整到非撞击状态，其中气溶胶的颗粒沉降到暴露于气溶胶的表面上。非撞击状态通过调整气溶胶产生的参数，诸如颗粒的大小、温度、气流等等来实现。术语沉降因此在此处指代气溶胶的颗粒在没有诱导流的情况下与固体物体的表面接触，即经由重力沉降或在物体附近的颗粒间相互作用导致沉降的过程。第一物质和第二物质可以具有不同的组成以在涂覆过程中实现所需效果或对所得涂层的性质实现所需影响。例如，可以实现限定的涂层类型、涂层到涂覆表面的改进的粘合或过程持续时间的减少。

应注意到，物体的表面可以具有彼此经由例如边缘、凹部等等而分开的各种不同的子形式。呈非撞击状态的气溶胶的使用非常适于均匀地涂覆物体的各种子形式或子表面，但是所述过程也适用于仅涂覆选定子形式。例如，物体可以是大的平坦物体，并且在一侧上进行涂覆，而对背侧的沉积因可拆卸的粘合性罩盖而被禁用。在下文中，术语目标表面用于指代有待涂覆的表面。目标表面可以包括物体的整个表面，或仅物体的子表面，所述子表面即将在所述过程中进行涂覆。

在有限相互作用时段内激活了第一物质与第二物质之间的化学相互作用，所述有限相互作用时段开始于物体的目标表面开始或结束在第一腔室中暴露于气溶胶之时。例如，有限相互作用时段可以开始于目标表面开始在第一腔室中暴露于气溶胶，即，物体被加载到第一腔室中之时。另一方面，有限相互作用时段可以开始于从第一沉积室卸载目标表面之时。有限相互作用时段的长度对于应用的机构和物质来说是特定的。

一方面，沉积过程的化学相互作用可以包括在第一物质与第二物质之间的化学反应。作为一个实例，第一物质和第二物质可以是经由化学反应转化成第三物质的两种不同的物质，所述第三物质在目标表面上形成涂覆层。只要第一物质处于激活形式，例如处于液体形式就可以激活反应，并且第一物质只有在其处于第一腔室的饱和蒸气中时才保持处于液体形式，并且当从第一腔室取出并将其暴露于环境大气时开始凝固。在这种情况下，当从第一腔室移除物体时，即在物体的表面结束在第一腔室中暴露于气溶胶时开始有限相互作用时段。可选地，第一物质可以仅在表面上沉积之后的一定时间内在目标表面上保持处于激活形式，并且在有限相互作用时段结束时转化成失活形式。例如，第一物质的激活形式可以是液体并且形成于目标表面上的膜可以在其沉积在目标表面上之后的一定时间转变成失活固体形式。在这种情况下，当物体加载到第一腔室中时，即在物体的表面开始在第一腔室中暴露于气溶胶时开始有限相互作用时段，并且在限定时段之后结束，而不管其在腔室之间是否暴露于环境大气。

一方面，沉积过程的化学相互作用可以包括在第一物质与第二物质之间的催化相互作用。第一物质可以是第二物质的化学反应的催化剂，或第二物质可以是第一物质的化学反应的催化剂。可以施加催化剂来例如加快主体物质的沉积过程，例如，颗粒的凝聚，或改变主体物质的特性，例如色调的显色等。催化剂性质可以在将物体加载到第一腔室或从其卸载之后类似地持续有限相互作用时段。

一方面，沉积过程的化学相互作用可以包括当第一物质的沉积层暴露于第二物质时第一物质和第二物质混合或粘合的相互作用。只要第一物质处于激活状态，例如处于液体形式就可以实现混合，并且第一物质只有在其处于第一腔室的饱和蒸气中时才保持处于液体形式。在这种情况下，当从第一腔室移除物体时，即在物体的表面结束在第一腔室中暴露于气溶胶时开始有限相互作用时段。例如，第一物质的颗粒可以是粘合性液体的滴粒，并且第二物质的颗粒可以是只要第一物质处于液体形式就可以与第一物质混合或粘合的固体颗粒。

一方面，沉积过程可以包括消耗性第一物质使目标表面准备好用于第二物质的沉积的化学相互作用。例如，第一气溶胶的物质可以包括溶剂或一些其他具有高润湿能力的物质的液滴，并且第二气溶胶可以包括形成所得涂层的本体的第二物质的滴粒。已检测到，在沉积开始时，沉降在固体表面上的微米尺寸的滴粒倾向于累积成毫米尺寸的珠粒，这很容易导致所得涂层不均匀。这尤其可能发生在有待涂覆的层非常薄，以至于随着涂覆的增加，早期的不均匀没有时间弄平。可以通过首先将第一物质的层沉积在涂覆表面上来防止或至少减少初始珠粒的形成，所述第一物质是润湿能力强于第二物质的液体。有限相互作用时段在这种情况下开始于目标表面结束在第一腔室中暴露于气溶胶之时，并且终止于第一物质从目标表面蒸发之时。具有高润湿能力的第一物质均匀地扩散在涂覆表面上，并且第二物质的滴粒均匀地沉降在第一物质的液体层上，而不会首先积累成较大的珠粒。因此，有了所描述的物质混合，大量液体可以非撞击状态沉积在涂覆表面上，并且即使大量液体的涂层非常薄也能一致地形成均匀的层。

在任意所描述的方面，腔室中的至少一个中的气溶胶处于非撞击状态。然而，第一腔室和第二腔室两者中的气溶胶可以有利地被布置成非撞击状态。当两种物质的颗粒均匀地沉降到涂覆表面上时，多组分过程所追求的化学或机械效应以容易控制且统一的方式发生在整个目标表面上。

作为一个实例，第一腔室101中的气溶胶可以处于非撞击状态并且包括液体着色混合物的滴粒，第二沉积室103中的气溶胶可以处于非撞击状态并且包括催化剂混合物的滴粒，所述催化剂混合物的滴粒适用于例如显色到所需的色调，加快着色混合物的干燥或增强着色混合物的最终层组成。

作为另一个实例，第一沉积室101中的气溶胶可以处于非撞击状态并且包括液体着色混合物的滴粒，第二沉积室103中的气溶胶可以处于非撞击状态并且包括树脂混合物的滴粒，所述滴粒适用于在着色层上产生透明保护层。

作为另一个实例，第一沉积室101中的气溶胶可以处于非撞击状态并且包括第一液体物质的滴粒，并且第二沉积室103中的气溶胶可以处于非撞击状态并且包括固体颜料颗粒。在第一沉积室中，第一液体物质均匀地扩散在物体的目标表面上，并且在其上提供粘合层。在第二沉积室中，颜料颗粒也均匀地扩散在目标表面上，并且粘合到粘合层，从而在物体的所有表面上产生均匀着色的涂层。

作为另一个实例，第一沉积室101中的气溶胶可以包括第一液体物质的滴粒，并且第二沉积室103中的气溶胶可以包括第二液体物质的滴粒，其中第一液体物质维持与物体的固体表面接触(润湿)的能力大于第二液体物质。第二腔室的气溶胶至少有利地处于非撞击状态。当第二液体物质不太容易润湿时，第二液体物质的所沉积的滴粒倾向于在物体的表面上水平地移动，并且在其上首先累积成较大的珠粒。这增加了所得涂层的厚度变化的可能性。在所提出的布置中，第一沉积室中的第一液体物质容易地粘合到物体的表面，并且产生经过预处理的润湿表面，沉降的第二液体物质很容易当场粘合到所述润湿表面上。第一液体物质将从涂层蒸发，并且因此实现第二液体物质的更均匀的涂层。

涂覆设备还包括加载元件108，所述加载元件可以被配置成在有限相互作用时段终止之前将物体的表面加载到第二腔室中。加载元件可以被配置成例如经由腔室的顶表面中的入口，或经由腔室的一个或多个侧表面中的入口将目标表面加载到第一腔室和第二腔室。当化学相互作用包括第一物质与第二物质之间的化学反应时，形成第三物质的涂层，所述第三物质是来自第一物质与第二物质之间的反应的反应产物。当化学相互作用包括第一物质与第二物质之间的催化剂关系时，形成主体物质的涂层。当化学相互作用包括第一物质与第二物质之间的混合或粘合时，形成第一物质和第二物质的混合物的涂层。当化学相互作用包括使用可消耗的第一物质来使目标表面准备好用于第二物质的沉积时，形成本体物质的涂层。

目标表面可以保持加载在第一腔室中，直到产生第一物质的层，并且第一物质的层的厚度取决于暴露于第一气溶胶多久。在暴露于第二气溶胶时，取决于第一物质和第二物质的性质，化学相互作用可以瞬时或逐渐地渗透到第一物质的层。例如，如果第一物质是液体并且第二物质包括固体颗粒，则颗粒的混合渗透到第一物质的层的速率取决于液体的粘度和颗粒的大小。

图2示出了在有限相互作用时段开始于从第一腔室移除目标表面之时的示例性情况下的使用有限相互作用时段的可能结果。在图2中，P0表示有限相互作用时段开始于从第一腔室移除目标表面的时间点。P1表示目标表面加载到第二腔室中的时间点。P3表示从第二腔室移除目标表面的时间点。

在一些应用中，有限相互作用时段因在第二腔室中暴露于第二气溶胶而变长。例如，如果第一物质是在环境大气中会凝固，但是在第二腔室的第二气溶胶中不会凝固的液体，则有限相互作用时段通过在第二腔室中暴露于第二气溶胶的持续时间而延长。P2a在此处表示未延长的有限相互作用时段结束的时间点，这意味着处于相互作用时段并未因为在第二腔室中暴露于第二气溶胶而延长的情况。P2b表示延长的有限相互作用时段结束的时间点。有限相互作用时段因此经过P1与P2a之间或P0与P2b之间的时间，这取决于应用。

在延长的有限相互作用时段P0-P2b的情况下，可以在有限相互作用时段正在进行的P3时从第二腔室移除目标表面。结构210和212示出了在这种情况下所得的涂层的可能组成。取决于化学相互作用在层厚度方向上的进展速度，在P3时所得的涂层可以包括第一物质和第二物质，或由第一物质与第二物质之间的化学反应产生的第三物质的均匀的层结构210。可选地，在P3时所得的涂层可以包括部分层结构212，所述部分层结构具有第一物质的第一层214和第一物质和第二物质的第二层216，或由第一物质与第二物质之间的化学反应产生的第三物质的第三层216。

在未延长的有限相互作用时段P0-P2a的情况下，可以在有限相互作用时段到期时从第二腔室加载目标表面。结构218和220示出了在这种情况下所得的涂层的可能组成。在有限相互作用时段之后，不再发生化学相互作用，并且第二物质沉积在涂层顶上。所得涂层218可以包括第一物质和第二物质的第一层222，以及第二物质的第二层224。可选地，所得涂层220可以包括第一物质的第一层226、第二物质的第二层228以及第一物质和第二物质两者的中间层230。可选地，中间层230可以具有由第一物质与第二物质之间的化学反应产生的第三物质。

图3示出了包括适用于涂覆过程中的示例性沉积室的涂覆装置。涂覆装置包括沉积室102，可适合作为图1的第一腔室101和/或第二腔室103。腔室在此处指代形成具有非零体积的封闭空间的固体结构。术语封闭在此处意指沉积室的固体结构允许形成不具有来自外部的干扰或仅有逐步的干扰的体积单元。沉积室内的条件因此主要由以下各项决定：沉积室中的体积的初始状态、沉积室中发生的物理和化学事件以及对沉积室的受控输入操作和输出操作。沉积室可以包括开口104，所述开口允许加载和卸载用于在腔室内进行沉积的物体。开口可以是永久地敞开的，或包括允许打开和关闭开口104的关闭机构，然而在每一种情况下，所述开口都被布置成允许沉积室中的气溶胶体积与环境大气的最低限度的无意的交换。

涂覆装置还包括加载元件108，所述加载元件被配置成将物体106加载到沉积室102中，并且从沉积室102卸载物体106。在图3中，加载结构108已被示出具有输线***，所述输线***包括垂直线连接器110，所述垂直线连接器可以可移除地附接到物体；并且滚动机构112允许垂直线连接器110的线加长或缩短，从而允许在垂直方向上降低和升高物体。滚动机构112还可以包括滑动件，例如旋转滑动件，所述滑动件允许沿着水平线连接器114输送垂直线连接器。然而，图2所示的输线***仅是示例性的。可以在范围内使用适用于将有待涂覆的物体输送到沉积室中的任何加载机构。例如，就像稍后的实施方案将描述的那样，沉积室102可以包括具有一个或多个开口(例如，窗口或门等等)的侧壁，所述开口允许在水平方向上将物体加载到沉积室中并且从沉积室加载所述物体。

涂覆装置100还包括气溶胶源，所述气溶胶源被配置成将包括气体中的固体或液体颗粒的气溶胶流供给到沉积室的底部部分中。在图3的示例性实施方案中，气溶胶源借助于在沉积室102内部具有入口的雾化元件120示出。沉积室可以被视为封闭出底部部分126和顶部部分128，其中底部部分在顶部部分下方。如果指出垂直方向Y对应于重力方向，则当沉积室在使用时，沉积室的底部部分128是沉积室中在垂直方向上最低(最靠近地面)的部分。当沉积室在使用时，顶部部分则在垂直方向上与底部部分相对。雾化元件120的供给被布置到沉积室的底部部分中的某一位置。雾化器适于产生具有非常小的颗粒的气溶胶，所述气溶胶分散到体积单元中。具有较低的终端沉降速度的较大颗粒倾向于往回朝向沉积室的底部部分沉降并且可以被收集并作为液体重新供给到雾化元件120。然而，具有很高的终端沉降速度的较小颗粒或多或少像气溶胶气体的气体分子一样发挥作用，分散到体积单元中并且与其他颗粒和气体分子碰撞。

术语气溶胶在此处指代悬浮气体中的固体或液体颗粒的胶态***。液体或固体颗粒具有大多数小于1μm左右的直径。在沉积室中，气溶胶的颗粒发生重力沉降并且倾向于达到终端沉降速度。因此，当气溶胶源处于沉积室的顶部部分时，或在不存在气溶胶源的情况下，沉积室内的颗粒倾向于在重力的方向上线性地向下沉降。当气溶胶源处于沉积室的底部部分时，所述气溶胶源在该处产生体积流量，所述体积流量迅速地分散到封闭的腔室体积并且在沉积室中逆着颗粒的重力沉降的方向上升。例如，让我们假设图3的圆柱形腔室的直径是38cm，即腔室的截面积是A＝11.34dm²。如果气溶胶输入的速率是V＝30dm³/min，则体积流量上升到近似v＝V/A＝4.4mm/s。

现已检测到，借助于对沉积室的底部部分中的气溶胶输入的应用特定调整，腔室的顶部部分中的颗粒的终端沉降速度可以可控地减缓，使得代替线性地发生重力沉降，颗粒几乎漂浮在悬浮气体中，或以极慢的速度向下沉降。在这些条件下，颗粒主要经受颗粒团聚的复杂的颗粒间相互作用，这归因于其运动方向主要是随机的。顶部部分中的颗粒因此几乎均匀地在所有方向上移动。因此，当物体被封闭到沉积室的顶部部分中时，颗粒从所有方向，而非仅从上方线性地逼近所述物体。漂浮于气溶胶中的颗粒的随机运动还允许颗粒渗透到物体的腔和孔中，而不管其相对于重力的定向如何。均匀的涂层因此被沉积在物体的所有暴露表面上。

因此，气溶胶源被调整来产生在沉积室中逆着颗粒的重力沉降的方向上升的体积流量。调整体积流量的产生来将顶部部分中的颗粒的终端沉降速度最小化为低于预定义限值的某一正值。颗粒的终端沉降速度的值低于预定义限值的气溶胶在本文中被称为浮动气溶胶。在浮动气溶胶中，颗粒的随机运动模式优先于颗粒的重力沉降模式。已检测到，当颗粒的终端沉降速度被控制到低于1mm/s的范围时，实现了这种意外的沉积模式。

沉积室的顶部部分中的浮动气溶胶的颗粒可以被视为表现得很像气溶胶气体的分子。这意味着由于气溶胶中的颗粒与气体分子之间的碰撞，颗粒的运动是随机的，并且颗粒逼近有待涂覆的物体的方向类似地是随机的。因此，颗粒相当均匀地分布在物体的所有表面上，而不管表面是否水平。由于气溶胶比空气更为稠密，因此所述气溶胶还会使空气悬浮在有待涂覆的物体的表面中的开放的腔或凹部中，这进一步增强了颗粒朝向物体的非线性表面、或甚至到多孔物体的表面中的传送。有利地，在使用中，用一定量的浮动气溶胶填充沉积室的顶部部分，并且维持颗粒的恒定浓度，使得包括在所有方向上具有高机械移动性的高浓度的颗粒的固定的连续涂覆单元形成。在液体颗粒的情况下，沉积室中的条件被有利地布置来维持蒸气-液体平衡的饱和状态，其中在分子水平上，蒸发率等于冷凝率，使得从蒸气到液体和从液体到蒸气的净总转化几乎等于零。浮动气溶胶的这种固定的连续涂覆单元的存在通常可以在浮动气溶胶形成雾状云物质时目视地确定，所述雾状云物质在对沉积室的顶部部分填充之后由于最小化的终端沉降速度而在所述沉积室中几乎保持不变。

在图3中，气溶胶源借助于提供包括气体中的液滴的气溶胶的雾化设备示出。例如在本申请人早先的专利申请公布WO2015033027A1中公开了类似的布置。所述设备包括两个雾化器，其中第一雾化器122用于产生第一雾化气溶胶射流并且第二雾化器124用于产生第二雾化气溶胶射流。雾化气溶胶射流可以由一种或多种液体前体产生并且经由雾化器中的排出口从雾化器排出。每个雾化器可以包括雾化头，其中液体被雾化为雾化气溶胶射流。所述雾化器还可以包括聚集部件，所述聚集部件被配置来限制雾化气溶胶射流以便提供点状的气溶胶射流，所述聚集部件直接从雾化头延伸。第一雾化器122和第二雾化器124可以被布置来形成雾化器对，其中成对的雾化器的聚集部件指向彼此。因此，第一气溶胶射流和第二气溶胶射流彼此碰撞并且形成大小的标准偏差相对较窄的微米和纳米级滴粒。气溶胶射流的碰撞产生自此之后平面气溶胶区将扩散出去，从而形成气溶胶流的压迫点。滴粒的密度在静止沉积室中均衡并且如先前所述产生上升的体积流量。

如先前所述，也可以应用重力沉降。图4示出了涂覆装置400的示例性实施方案，所述涂覆装置适用于产生处于非撞击状态的气溶胶，其中调整液滴来经由重力沉降而沉降到目标表面上。这种气溶胶在本文中被称为下落气溶胶。涂覆装置400包括沉积室402，可适合作为图1的第一腔室101和/或第二腔室103。在图4的实例中，由雾化器产生的下落气溶胶是滴粒经由重力沉降在物体上的饱和气溶胶。饱和气溶胶的体积由位于沉积室的顶部部分内部的雾化元件产生，并且处于非撞击状态的气溶胶在雾化元件下方形成为饱和气溶胶的体积。图4示出了包括有待涂覆的平坦物体404的示例性沉积室402，所述平坦物体定位在沉积室402的底部部分中。一对雾化器406被布置到沉积室402的上部部分中。在这个示例性实施方案中，沉积室402限定一定闭合体积，所述闭合体积具有侧壁420中的开口408，所述开口供物体404进入和离开沉积室402；以及开口410，所述开口供过量气溶胶离开沉积室402的顶壁。同样在这个实例中，至少一种液体物质可以在两个雾化头中雾化，所述两个雾化头被布置到沉积室中，并且被定位成使得雾化头在垂直方向上面向彼此。气溶胶射流在相对的雾化头的中点彼此碰撞形成碰撞点。碰撞产生平坦的气溶胶平面412，所述平坦的气溶胶平面迅速而对称地扩散在沉积室402中。在这个实施方案中，雾化器被水平地布置到沉积室的中部，使得饱和气溶胶均匀地扩散在腔室中。然而，雾化器也可以放置在沉积室402内的另一个位置上。

当沉积室402填充有饱和气溶胶时，雾化器406连续地将液体前体雾化成液滴，使得产生平坦的气溶胶平面412。每个气溶胶平面412水平地扩散在沉积室402中并且与早先的气溶胶平面组合，使得处于非撞击状态的下落气溶胶的体积首先被形成到沉积室的下部部分，并且之后形成到整个沉积室。在非撞击区域中，饱和气溶胶经由重力缓慢地朝向沉积室402的底部部分下落，在所述沉积室中加载了具有目标表面416的物体414。饱和气溶胶的滴粒因此在重力作用下沉降在物体的目标表面上，并且在其上形成薄而均匀的涂覆膜。

图5示出了涂覆装置的示例性实施方案，所述涂覆装置包括两个连续的沉积室101、103，所述沉积室各自施加浮动气溶胶沉积。这种配置适用于针对图1描述的任何方面和示例性过程。

图6示出了涂覆装置的另一个示例性实施方案，所述涂覆装置包括三个连续的沉积室101、103、107，所述沉积室各自施加浮动气溶胶沉积。在图6的实施方案中，第一沉积室101的第一浮动气溶胶可以包括例如液体着色混合物的滴粒，第二沉积室103的第二浮动气溶胶可以包括催化剂混合物的滴粒，所述催化剂混合物的滴粒适用于显色到所需的色调，并且第三沉积室107的第三浮动气溶胶可以包括树脂混合物的滴粒，所述树脂混合物的滴粒适用于在着色层上产生透明保护层。

作为另一个实例，第一沉积室101的第一浮动气溶胶可以包括第一液体物质的滴粒，第二沉积室103的第二浮动气溶胶可以包括与第一液体物质反应的第二液体物质的滴粒。在第一沉积室中，第一液体物质均匀地扩散在物体的表面上，但是不会凝固来产生耐用的涂层。在第二沉积室中，第二液体物质也均匀地扩散在物体的表面上，并且所述物质发生反应，从而在物体的所有表面上产生固体涂层。第三沉积室107的第三浮动气溶胶可以再次用于在由第一液体物质与第二液体物质的反应产生的层上产生透明保护层。

作为另一个实例，第一沉积室101的第一浮动气溶胶可以包括第一液体物质的滴粒，并且第二沉积室103的第二浮动气溶胶可以包括固体颜料颗粒。在第一沉积室中，第一液体物质均匀地扩散在物体的表面上，并且在其上提供粘合层。在第二沉积室中，颜料颗粒也均匀地扩散在物体的表面上，并且粘合到第一层，从而在物体的所有表面上产生均匀着色的涂层。第三沉积室107的第三浮动气溶胶可以再次用于在由第一液体物质与第二液体物质的反应产生的层上产生透明保护层。可选地，第三沉积室107的第三浮动气溶胶可以包括另一种颜色的固体颜料颗粒，使得物体的表面上的最终颜色由第二沉积室103和第三沉积室107的颜料颗粒产生。

另一方面，图5或图6的沉积室可以由如图4所示的被配置成施加下落气溶胶的连续沉积室替换。另外，涂覆设备可以包括沉积室、一种或多种施加的浮动气溶胶和一种或多种施加的下落气溶胶的组合。另外，不需要以单方向连续顺序应用沉积室。控制加载动作的顺序和/或加载动作的持续时间的算法可以应用来实现所得涂覆膜的所需的组成。

在早先的示例性实施方案中，第一腔室和第二腔室隔开一定距离，使得目标主体暴露于腔室之间的环境大气。如图7所示，还可能将第一腔室101联接到第二腔室103，使得加载元件108可以将目标表面直接从第一腔室101输送到第二腔室103，从而使得目标表面在第一腔室101中的气溶胶暴露与第二腔室103中的气溶胶暴露之间不暴露于环境大气。

在图7所示的直接连接的配置中，由加载元件108将目标表面从第一腔室101输送到第二腔室103所需的开口可以允许第一腔室的气溶胶与第二腔室的气溶胶混合。尤其是在物质能相互反应的情况下，这并不总是可接受的。图8示出了另一个示例性配置，其中第一中间腔室180布置在第一腔室101与第二腔室103之间。第一中间腔室180可以被布置成具有残留气溶胶的出口182。出口可以被配置有用于从中间腔室移除气溶胶的抽吸构件。气溶胶的明显的混合因此可以被布置成在中间腔室180中进行，从而使腔室中气溶胶的混合最小化。

从图8的中间腔室180移除的残留气溶胶包括第一气溶胶和第二气溶胶的混合物。图9示出了另一种直接连接的配置，所述直接连接的配置包括第一腔室101、第二腔室103和其间的第一中间腔室184。第一中间腔室184可以填充有惰性气体或气溶胶。所述配置还可以包括在第一腔室101与第一中间腔室180之间的第二中间腔室186。第二中间腔室186可以被布置成具有出口，所述出口具有用于移除残留气溶胶的抽吸构件。第一腔室101中的气溶胶和第一中间腔室180中的惰性气体或气溶胶可以在第二中间腔室186中混合，但是不发生化学反应。所述配置还可以包括在第二腔室103与第一中间腔室180之间的第三中间腔室188。第三中间腔室188也可以被布置成具有用于残留气溶胶的抽吸的出口。第二腔室103中的气溶胶和第一中间腔室180中的惰性气体或气溶胶可以在第三中间腔室188中混合，但是再次不发生化学反应。在图9的配置中，激活了无需暴露于环境就能从第一腔室101到达第二腔室103的直接输送。防止了第一气溶胶和第二气溶胶的非预期的混合并且可以回收两种气溶胶的残留物。

所公开的具有浮动或下落气溶胶的固定沉积单元可以各种方式实施来借助于两种或更多种组成物质而在平坦或不平坦的物体上产生薄而均匀的层。由于布置非常简单而且稳固，因此例如处于车辆或机械部件级别的较大规模的物体也可以涂覆有非常薄的膜。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，随着技术的进步，本发明的基本理念可以各种方式实施。本发明及其实施方案因此并不限于以上实例，而是它们可以在权利要求的范围内变化。

Claims (29)

1.一种涂覆物体的表面的方法，所述方法包括：

在包括第一物质与第二物质之间的化学相互作用的过程中沉积涂层；

在第一腔室中产生包括所述第一物质的颗粒的气溶胶；

在第二腔室中产生包括所述第二物质的颗粒的气溶胶；

确定在此期间激活了所述第一物质与所述第二物质之间的所述化学相互作用的有限相互作用时段，所述有限相互作用时段开始于所述物体的所述表面开始或结束在所述第一腔室中暴露于所述气溶胶之时；

将所述第一腔室中或所述第二腔室中的所述气溶胶调整为非撞击状态，其中所述气溶胶的颗粒沉降到暴露于所述气溶胶的表面上；

将所述物体的所述表面加载到所述第一腔室中；

在所述有限相互作用时段终止之前将所述物体的所述表面加载到所述第二腔室中。

2.如权利要求1所述的涂覆方法，其特征为所述方法包括：

经由位于所述第一腔室或所述第二腔室的顶部部分中的雾化元件在所述第一腔室中或在所述第二腔室中产生所述气溶胶，气溶胶的颗粒分别是所述第一物质或所述第二物质的液滴；

调整所述液滴以经由重力沉降而沉降到所述表面上。

3.如权利要求1所述的涂覆方法，其特征为所述方法包括：

经由位于所述第一腔室的顶部部分中和所述第二腔室的顶部部分中的雾化元件在所述第一腔室中和在所述第二腔室中产生所述气溶胶，所述第一腔室中的气溶胶的颗粒是所述第一物质的液滴，并且所述第二腔室中的气溶胶的颗粒是所述第二物质的液滴；

调整所述第一腔室中的所述液滴和所述第二腔室中的所述液滴以经由重力沉降而沉降到所述表面上。

4.如权利要求1所述的涂覆方法，其特征为所述第一腔室或所述第二腔室封闭出底部部分和顶部部分，其中所述底部部分在所述顶部部分下方，并且所述方法还包括；

将包括气体中的固体或液体颗粒的气溶胶供给到所述底部部分中，从而在所述底部部分中产生逆着所述颗粒的重力沉降在所述腔室中上升的体积流量；

调整所述体积流量的速率以使所述颗粒在所述腔室的所述顶部部分中的终端沉降速度最小化，使得在所述腔室的所述顶部部分中产生浮动气溶胶。

5.如权利要求1所述的涂覆方法，其特征为所述第一腔室封闭出第一底部部分和第一顶部部分，并且所述第二腔室封闭出第二底部部分和第二顶部部分，其中所述第一底部部分在所述第一顶部部分下方，所述第二底部部分在所述第二顶部部分下方，并且所述方法还包括；

将包括气体中的所述第一物质的固体或液体颗粒的气溶胶供给到所述第一底部部分中，从而在所述第一底部部分中产生逆着所述颗粒的重力沉降在所述腔室中上升的第一体积流量；

将包括气体中的所述第二物质的固体或液体颗粒的气溶胶供给到所述第二底部部分中，从而在所述第二底部部分中产生逆着所述颗粒的重力沉降在所述腔室中上升的体积流量；

调整所述第一体积流量的速率以使所述颗粒在所述第一腔室的所述顶部部分中的终端沉降速度最小化，使得在所述第一腔室的所述第一顶部部分中产生第一浮动气溶胶；

调整所述第二体积流量的速率以使所述颗粒在所述第二腔室的所述顶部部分中的终端沉降速度最小化，使得在所述第二腔室的所述第二顶部部分中产生第二浮动气溶胶。

6.如权利要求4所述的涂覆方法，其特征在于在所述浮动气溶胶中，所述颗粒的随机运动模式优先于所述颗粒的重力沉降模式。

7.如权利要求5所述的涂覆方法，其特征在于在所述第一浮动气溶胶中和在所述第二浮动气溶胶中，所述颗粒的随机运动模式优先于所述颗粒的重力沉降模式。

8.如权利要求2至7中任一项所述的涂覆方法，其特征为使用经由化学反应转化成第三物质物质的两种不同的物质作为所述第一物质和所述第二物质。

9.如权利要求2至7所述的涂覆方法，其特征为使用所述第二物质的化学反应的催化剂作为所述第一物质，或使用所述第一物质的化学反应的催化剂作为所述第二物质。

10.如权利要求2至7所述的涂覆方法，其特征为使用具有明显高于所述第二物质的润湿能力的润湿能力的作为所述第一物质。

11.如前述权利要求1至10中任一项所述的涂覆方法，其特征为进一步

保持所述物体的所述表面加载在所述第一腔室中，直到产生所述第一物质的具有预定义厚度的层为止；

在所述有限相互作用时段终止之后从所述第二腔室移除所述物体的所述表面，由此所述第二物质的层被沉积为最顶端的子层。

12.如前述权利要求1至10中任一项所述的涂覆方法，其特征为进一步

保持所述物体的所述表面加载在所述第一腔室中，直到产生所述第一物质的具有所述预定义厚度的所述层为止；

在所述有限相互作用时段终止之前从所述第二腔室移除所述物体的所述表面。

13.如权利要求11或12所述的涂覆方法，其特征在于所述第一物质是经由干燥凝固的液体物质，并且所述方法包括：

保持所述物体的所述表面加载在所述第一腔室中，直到产生所述第一物质的具有所述预定义厚度的所述层为止；

在所述有限相互作用时段终止于所述第一物质的最顶层的凝固之前将所述物体的所述表面加载到所述第二腔室中。

14.如前述权利要求中任一项所述的涂覆方法，其特征为将在所述第一腔室和所述第二腔室两者中的所述气溶胶调整为非撞击状态，其中所述第二物质的颗粒沉降到表面上。

15.一种用于包括第一物质与第二物质之间的化学相互作用的过程的涂覆设备，所述设备包括：

第一腔室；

第二腔室；

第一气溶胶源，所述第一气溶胶源用于将包括所述第一物质的颗粒的气溶胶供给到所述第一腔室中；

第二气溶胶源，所述第二气溶胶源用于将包括所述第二物质的颗粒的气溶胶供给到所述第二腔室中；

第二气溶胶源，所述第二气溶胶源用于将包括所述第二物质的颗粒的气溶胶供给到所述第二腔室中，其中所述第一气溶胶源或所述第二气溶胶源被配置成将所述气溶胶调整为非撞击状态，其中所述气溶胶的颗粒沉降到暴露于所述气溶胶的表面上；

加载元件，所述加载元件被配置成将物体的至少一个表面加载到所述第一腔室中，并且在有限相互作用时段终止之前加载到所述第二腔室中，其中仅在所述有限相互作用时段期间激活所述化学相互作用，所述有限相互作用时段开始于所述物体的所述表面开始或结束在所述第一腔室中暴露于所述气溶胶之时。

16.如权利要求15所述的涂覆设备，所述涂覆设备包括雾化元件，所述雾化元件位于所述第一腔室的顶部部分中并且被配置成用所述第一物质的液滴产生所述气溶胶，或位于所述第二腔室的顶部部分中并且被配置成用所述第二物质的液滴产生所述气溶胶；其特征在于所述雾化元件被配置成调整所述液滴以经由重力沉降而沉降到所述表面上。

17.如权利要求15所述的涂覆设备，所述涂覆设备包括第一雾化元件，所述第一雾化元件位于所述第一腔室的顶部部分中并且被配置成用所述第一物质的液滴产生所述气溶胶；以及第二雾化元件，所述第二雾化元件位于所述第二腔室的顶部部分中并且被配置成用所述第二物质的液滴产生所述气溶胶；其中所述第一雾化元件和所述第二雾化元件均被配置成调整所述液滴以经由重力沉降而沉降到所述表面上。

18.如权利要求15所述的涂覆设备，其特征在于

所述第一腔室或所述第二腔室中的至少一个腔室封闭出底部部分和顶部部分，其中所述底部部分在所述顶部部分下方；

所述腔室的所述气溶胶源被配置成将包括气体中的固体或液体颗粒的所述气溶胶供给到所述底部部分中，并且由此在所述底部部分中产生逆着所述颗粒的重力沉降在所述腔室中上升的体积流量；

所述腔室的所述气溶胶源被配置成调整所述体积流量的速率以使所述颗粒在所述腔室的所述顶部部分中的终端沉降速度最小化，使得在所述腔室的所述顶部部分中产生浮动气溶胶。

19.如权利要求15所述的涂覆设备，其特征在于

所述第一腔室封闭出第一底部部分和第一顶部部分，其中所述第一底部部分在所述第一顶部部分下方；

所述第二腔室封闭出第二底部部分和第二顶部部分，其中所述第二底部部分在所述第二顶部部分下方；

所述第一腔室的所述气溶胶源被配置成将包括气体中的所述第一物质的固体或液体颗粒的气溶胶供给到所述第一底部部分中，从而在所述第一底部部分中产生逆着所述颗粒的重力沉降在所述腔室中上升的第一体积流量；

所述第二腔室的所述气溶胶源被配置成将包括气体中的所述第二物质的固体或液体颗粒的气溶胶供给到所述第二底部部分中，从而在所述第二底部部分中产生逆着所述颗粒的重力沉降在所述腔室中上升的体积流量；

所述第一腔室的所述气溶胶源被配置成调整所述第一体积流量的速率以使所述颗粒在所述第一腔室的所述顶部部分中的终端沉降速度最小化，使得在所述第一腔室的所述第一顶部部分中产生第一浮动气溶胶；

所述第二腔室的所述气溶胶源被配置成调整所述第二体积流量的速率以使所述颗粒在所述第二腔室的所述顶部部分中的终端沉降速度最小化，使得在所述第二腔室的所述第二顶部部分中产生第二浮动气溶胶。

20.如权利要求18所述的涂覆设备，其特征在于在所述浮动气溶胶中，所述颗粒的随机运动模式优先于所述颗粒的重力沉降模式。

21.如权利要求19所述的涂覆方法，其特征在于在所述第一浮动气溶胶中和在所述第二浮动气溶胶中，所述颗粒的随机运动模式优先于所述颗粒的重力沉降模式。

22.如前述权利要求15至21中任一项所述的涂覆设备，其特征在于

所述加载元件被配置成保持所述物体的所述表面加载在所述第一腔室中，直到产生所述第一物质的具有预定义厚度的层为止；

所述加载元件被配置成在所述有限相互作用时段终止之后从所述第二腔室移除所述物体的所述表面，由此所述第二物质的层被沉积为最顶端的子层。

23.如前述权利要求15至21中任一项所述的涂覆设备，其特征在于

所述加载元件被配置成保持所述物体的所述表面加载在所述第一腔室中，直到产生所述第一物质的具有预定义厚度的层为止；

所述加载元件被配置成在所述有限相互作用时段终止之前从所述第二腔室移除所述物体的所述表面。

24.如前述权利要求中任一项所述的涂覆设备，其特征在于所述第一腔室和所述第二腔室直接联接，使得在离开所述第一腔室与进入所述第二腔室之间并不发生在所述环境大气中的暴露。

25.如权利要求24所述的涂覆设备，其特征为在所述第一腔室与所述第二腔室之间的具有抽吸构件的至少一个中间腔室。

26.如权利要求25所述的涂覆设备，其特征为包括：

第一中间腔室；

具有抽吸构件的第二中间腔室，所述第二中间腔室是在所述第一腔室与所述第一中间腔室之间；

具有抽吸构件的第三中间腔室，所述第三中间腔室是在所述第二腔室与所述第一中间腔室之间；

27.一种涂覆物体，所述物体的至少一个表面具有经由如权利要求1所述的方法沉积的涂层。

28.如权利要求27所述的涂覆物体，其特征在于所述涂层包括所述第一物质的第一层、所述第二物质的第二层以及所述第一物质和所述第二物质两者的中间层。

29.如权利要求27所述的物体，其特征在于所述涂层包括所述第一物质的第一层、所述第二物质的第二层以及在所述第一层与所述第二层之间的第三物质的中间层，所述第三物质由所述第一物质与所述第二物质之间的所述化学反应产生。