DE10041889A1 - Verfahren zur Veränderung von Beschichtungsmaterialien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Veränderung elektrisch zumindest halbleitender Beschichtungsmaterialien, durch die die Beschichtungsmaterialien in fester Form mit einem elektromagnetischen Wechselfeld beaufschlagt werden, bis durch deren induktive Erwärmung die thermische Veränderung bewirkt ist. Weiter wird ein Gegenstand mit einer Beschichtung aus elektrisch zumindest halbleitendem Material auf einem durch Wirbelstrominduktion allenfals geringfügig erwärmbaren Grundkörper beschrieben, wobei der Grundkörper nur aus einem nur bis zu einer vorgegebenen Temperatur unverändert erwärmbaren, insbesondere formstabilen Material besteht, und das Beschichtungsmaterial eine durch Erwärmen auf Temperatur unterhalb der vorgegebenen veränderte Eigenschaften aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermi­ schen Veränderung elektrisch zumindest halbleitender Be­ schichtungsmaterialien und einen Gegenstand mit einer Be­ schichtung aus elektrisch wenigstens halbleitendem Material.

Es ist seit langem bekannt, daß die Eigenschaften von Gegen­ ständen verändert werden können, indem die Oberflächen der Gegenstände beschichtet werden. Je nach eingesetztem Be­ schichtungsmaterial können verringerte Reibung, verringerter Verschleiß, veränderte Reflektivität usw. erhalten werden.

Entsprechend der Vielfalt und Bedeutung von Beschichtungen gibt es auch eine Vielzahl unterschiedlicher Techniken zur Auftragung der Beschichtungsmaterialien auf einen zu be­ schichtenden Grundkörper. Zu den Techniken, mit denen Be­ schichtungen auf Materialien wie Keramik, Glas, Metall und/oder Kombinationen derselben aufgetragen werden, gehören u. a. die Sprühpyrolyse (Pyrolyseverfahren), wie sie etwa be­ schrieben ist von M Mizuhashi, J. Non-Cristalline Solids 38 & 39 (1980), 329 sowie von J. Dutta, Thin Solid Films 239 (1994), 150; die Gasphasenabscheidung (PVD) und Sputterver­ fahren, wie von L. Meng, Thin Solid Films 237 (1994), 112, beschrieben; und CVD (Chemical-Vaper-Deposition)-Verfahren wie beispielhaft von D. J. Houlton, A. C. Jones, P. W. Hay­ cock, E. W. Williams, J. Bull, G. W. Critchlow, Chem. Vap. Deposition 1 (1995), 26, sowie von S. R. Vishawakarma, Thin Solid Films 176 (1989), 99, beschrieben. Die vorgenannten Gasphasenprozesse erfordern in der Regel einen beachtlichen technischen Aufwand und demgemäß entsprechend hohe Investiti­ onskosten, insbesondere bei der Beschichtung großer Bauteile.

Es ist weiter bereits bekannt, mittels naßchemischer Be­ schichtungsverfahren insbesondere auf der Basis des Sol-Gel- Prozesses Beschichtungen aufzubringen. Bei Sol-Gel-Verfahren sind primär ionische oder molekulare Verbindungen, also Schicht-Material-Vorstufen vorhanden, die auf dem Grundkörper zur Reaktion gebracht werden und sich als amorphe Schicht ab­ lagern, was die Sol-Gel-Schicht von Suspensionen nanoskaliger Kristalle unterscheidet. Veröffentlichte Arbeiten hierzu stam­ men beispielsweise Y. Takahashi, Y. Wada, J. Electrochem. Soc. 137 (1) (1990), 267; J. Pütz, Diplomarbeit, Institut für Neue Materialien, Februar 1996; C. J. R. Gonzales-Olivier, J. Non-Crystalline Solids 82 (1986), 400, sowie S. Park, Thin Solid Films 258 (1995), 268. Der Sol-Gel-Prozeß ist besonders anwendbar bei der Erzeugung keramischer Schichten, Schichten aus Glas und Hybridschichten, die aus unterschiedlichen Mate­ rialien wie Glas und Keramik oder anorganischen und organi­ schen Stoffen zusammengesetzt sind.

Bei den naßchemischen Beschichtungstechniken werden Sol-Gel- Systeme und/oder Beschichtungssupensionen von mikrostruktu­ rierten Teilchen und/oder Nanoteilen, insbesondere Nanoparti­ keln durch Tauch- oder Spinnüberzug, Aufsprühen, Drucken usw. aufgetragen, was eine preisgünstige, insbesondere großflächi­ ge Beschichtung sogar strukturierter Schichten ermöglicht.

Die über naßchemische Verfahren aufgebrachten Beschichtungen unterscheiden sich jedoch von den durch Gasphasenprozessen hergestellten in ihren Eigenschaften, insbesondere was die Größe der in der Schicht vorhandenen Teilchen sowie die Schicht-Dichte angeht. Die Dichte, die mit dem Kristallisati­ onsgrad zusammenhängt einen beachtlichen Einfluß auf die phy­ sikalischen Eigenschaften der erzeugten Schicht. So ändern sich Brechzahl, Reflexionsvermögen, Permitivität, Suszeptibi­ lität, elektrische Leitfähigkeit, Permeabilität usw. So ist typischerweise die elektrische Leitfähigkeit von Beschich­ tungen etwa aus ITO (Indium-Zinn-Oxyd) und ATO (Antimon-Zinn- Oxyd) niedriger, wenn diese über naßchemische zu Beschich­ tungstechniken aufgetragen werden, als wenn die Beschichtun­ gen durch Vakuumprozesse hergestellte werden. Zudem muß bei der Herstellung einer Schicht im Regelfall mehr als ein Schichtparameter beachtet werden. So werden beispielsweise gleichzeitig hohe beziehungsweise spezifisch einstellbare Leitfähigkeiten, hohe Transparenz, also Transmissivität für sichtbares Licht und geringe Schichtdicken gewünscht, die we­ nige Nanometer bis einige Mikrometer dick sein sollen.. Es ist aus G. Gasparro, J. Pütz, D. Ganz, M. A. Aegerter, Euro- Sun '96, Int. Symp. on Optical Materials Technology for Ener­ gy Efficiency and Solar Energy Conversion, 1996, bekannt, daß für eine optimale Funktionalität der Schicht eine möglichst hohe Dichte, die idealerweise dem theoretisch möglichen Wert entspricht, angestrebt werden muß.

Neben der Dichte spielt auch die Teilchengröße eine beachtli­ che Rolle, denn viele Teilcheneigenschaften sind größenabhän­ gig. So ändern sich mit der Größe der in einer Schicht vor­ handenen Teilchen die katalytischen Eigenschaften der Schicht, die elektrische Eigenschaften, die optische Transpa­ renz usw. Es werden sogar Übergänge von Ferro- zu Superpara­ magnetismus beobachtet, wenn die zur Ausbildung von Mehrdomä­ nenteilchen erforderliche Volumengrenze unterschritten wird. Die Größe der Teilchen in einer Schicht ist jedoch abhängig von der Herstellungsweise, also dem chemischen Herstellungs­ verfahren und der nachfolgenden Schichtbehandlung, beispiels­ weise durch Wärmezufuhr zwecks Teilchenkristallisierung und/oder Versinterung. Die Eigenschaften einer Beschichtung sind damit stark davon abhängig, ob die Schichten aus einer Suspension, Dispersion, mittels Lösungsmitteln, durch Vakkum­ deposition usw. hergestellt werden.

Es ist also möglich, Schichten durch Wärmebehandlung zu ver­ ändern. Dies ist vorteilhaft, wenn man von sehr kleinen schichtbildenden Teilchen, d. h. Nanopartikeln ausgeht, um dünne Schichten zu bilden; per se ist dies gerade bei sehr dünnen Schichten vorteilhaft, weil auch hier noch eine Viel­ zahl von Teilchen übereinander liegen, was bestimmte Schicht­ fehler statistisch ausmittelt und weitgehend homogene Schich­ ten ergibt. Ausgehend von derartigen Nanostrukturen kann dann durch gezielte Wärmezufuhr eine Eigenschaftsveränderung er­ zielt werden.

So ist es möglich naßchemisch erzeugte Schichten aus partiku­ lären Systemen durch Sintern zu verdichten. Eine derartige Verdichtung durch Sintern erfordert in der Regel Temperatu­ ren, die, vor allem bei keramischen Beschichtungsmaterialien, über 1.000°C liegen. Neben der Veränderung durch Sintern ist auch eine Eigenschaftsveränderung lediglich durch Kristalli­ sation bei naßchemisch, also insbesondere über Sol-Gel- Verfahren hergestellten Schichten möglich, da die Kristalli­ sation bei geringeren Temperaturen als die Verdichtung und/oder Versinterung erfolgt. Durch gezielte Wärme und genau dosierte Wärmezufuhr lassen sich also Kristallisationsgrad, Dichte, Porösität, Porengröße und andere Stoffeigenschaften einstellen. Bei Dotierung der schichtbildenden Teilchen kann durch eine Nachkristallisation sogar ein Transport der Dotie­ rungen auf spezifische Gitterplätze erreicht werden, was die Materialeigenschaften ebenfalls einstellt. Ein derartiger Transport der Dotiermaterialien auf geeignete Gitterplätze läßt sich bei reinen Fällungsprozessen häufig nicht einstel­ len, jedenfalls nicht genau.

Es ist bekannt, eine Verdichtung durch Sintern in einem Ofen vorzunehmen, wobei die mit dem Beschichtungsmaterial versehe­ nen Körper mit diesem in einem Ofen aufgeheizt werden, bis die Materialien wie erforderlich thermisch verändert sind.

Dies ist jedoch nachteilig, da gerade bei großen und massiven Grundkörpern entsprechend dimensionierte Öfen erforderlich sind, das Verhältnis von eingesetzter Energie zur Erwärmung des Grundkörpers und benötigter Energie zur Veränderung des Beschichtungsmaterials schlecht ist und sich überdies ther­ misch empfindliche Grundkörper allenfalls wenig und unzurei­ chend erwärmen lassen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird unabhängig beansprucht. Bevor­ zugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprü­ chen.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist somit darin zu sehen, daß die zunächst nur geringe Leitfähigkeit der naß­ chemisch aufgebrachten Schichten ausgenutzt wird, um Energie induktiv, also durch Hervorrufen von Wirbelströmen, selektiv in der Schicht zu deponieren. Dabei wird die Erkenntnis aus­ genützt, daß es trotz der gerade durch die vorzunehmende thermische Behandlung erst zu erhöhenden elektrischen Leitfä­ higkeit des partikulären, also Nanoteilchen aufweisenden und/oder daraus bestehenden und/oder Sol-Gel- Beschichtungsmaterials und des Umstandes, daß das Beschich­ tungsmaterial im Regelfall auf einen Grundkörper nur in sehr dünnen Schichten von beispielsweise einigen µm Dicke aufge­ tragen und aus Nanopartikel gebildet wird, insbesondere mit hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldern möglich ist, so starke Wirbelströme zu erzeugen, daß sich die ge­ wünschte thermische Veränderung des Beschichtungsmaterials einstellt.

In einer besonders bevorzugten Variante sind die Nanoteil­ chen, die das Beschichtungsmaterial bilden und/oder ein Be­ standteil desselben sind, zu 90 Anteilsprozent nicht größer als 100 nm. Dies stellt auch bei sehr dünnen Schichten sicher, daß die Schichten an jeder Stelle aus einer Vielzahl überein­ ander liegender Teilchen aufgebaut sind, was sicherstellt, daß sich nur geringe lokale Schwankungen der Schichtdicken usw. ergeben. Noch geringere Teilchengrößen, wobei z. B. 90 Anteilsprozent nicht größer als 50 nm sind, sind weiter be­ vorzugt, weil die Sintertemperaturen weiter absinken. Ein­ sichtigerweise ergeben noch geringere Teilchengrößen weiter verbesserte Schichthomogenitäten. Trotzdem ist noch eine gute Verarbeitbarkeit mit der erfindungsgemäßen Wirbelstromerwär­ mung gewährleistet.

Das Verfahren kann und wird bevorzugt für Schichtdicken klei­ ner 100 µm eingesetzt werden, was die Anwendung für Ver­ schleißschutzbeschichtungen eröffnet. Es ist aber auch an­ wendbar für insbesondere optische Beschichtungen mit Sub-µm- Dicke.

Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung ermöglicht zugleich ein Entfernen von organischen Lösungsmitteln, die im Stand der Technik ausgebrannt werden müssen, eine Verfestigung von an­ organischen Bindern, beziehungsweise eine Entbinderung und/oder Prozeßhilfsmittelentfernung. Für die Entfernung von Fremdstoffen ist vorteilhaft, daß die Erwärmung nicht von au­ ßen nach innen erfolgt wie in herkömmlichen Öfen, sondern die gesamte Schicht praktisch gleichzeitig erwärmt wird und so eine Dichteerhöhung bei einsetzendem Erwärmen der äußeren Schichten verhindert wird, die andernfalls ein Ausgasen be­ ziehungsweise Austreiben unerwünschter Prozeßhilfsmittel ver­ hindern könnten.

Die hochfrequenten elektromagnetischen Felder werden dabei im Bereich einiger Kilohertz bis in den Megahertz-Bereich lie­ gen. Bevorzugt ist die Verwendung von Frequenzen im Bereich um 100 bis 500 Kilohertz, da sich in diesem Frequenzbereich hinreichend starke elektromagnetische Wechselfelder mit ge­ ringem Aufwand erzeugen lassen und die Energie durch den Skin-Effekt gut in auch dünnen Schichten deponiert werden kann. Die Frequenz steigt aber typisch mit sinkender Teil­ chengröße. Die Zeiten zum Sintern betragen typisch bei übli­ chen Leistungen nur wenige Sekunden. Dabei erfolgt vor dem Sintern gegebenenfalls auch eine Kristallisation.

Die Beaufschlagung mit einem hochfrequenten elektromagneti­ schen Wechselfeld erzeugt also durch Induktion die gewünschte thermische Veränderung, die insbesondere bis zu einer Ver­ dichtung wie durch herkömmliches Sintern fortgesetzt werden kann. Die Wärmbebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt dabei so schnell, daß ein schnelles thermisches Aus­ heilen von Fehlstellen, ein sogenanntes "rapid thermal annea­ ling" ermöglicht wird. Eine solche Behandlung war zuvor le­ diglich durch Infrarotblitze bekannt, die sich aber insbeson­ dere bei im Infraroten absorbierenden Grundkörpern nicht an­ wenden lassen.

Es ist ausreichend, elektrisch nur halbleitendes partikuläres Material als Beschichtungsmaterial zu verwenden, wobei insbe­ sondere eine Dotierung für das Material zur Erzielung der Halbleitung verwendet werden kann.

Als Beschichtungsmaterial kommen insbesondere Indium-Zinn- Oxyd, fluordotiertes Zinn-Oxyd, Antimon-Zinn-Oxyd, Zink-Oxyd, Nitride, Carbide, Boride, Titanate, Niobate, Tantalate allge­ mein Perowskite, Eisenoxide, TiN, TiC, Ti(CN), TaC, AlN sowie Vorläufer der vorgenannten Substanzen, sowie Halbleiter des III-IV und/oder III-V Typus in Frage. Insbesondere fluordo­ tiertes Zinn-Oxyd hat durch die Dotierung auch als Nanoteil­ chen eine hinreichende Leitfähigkeit. Ähnliche Dotierungen sind zum Beispiel auch mit Ito möglich.

Keramisches Beschichtungsmaterial kann genauso verwendet wer­ den wie elektrisch leitfähiges, insbesondere Metalle und/oder intermetallische Verbindungen, solange die Leitfähigkeit aus­ reicht, Wirbelströme zu leiten.

Das Beschichtungsmaterial wird typischerweise auf den Grund­ körper in einer dünnen Schicht aufgebracht, und zwar typi­ scherweise naßchemisch, also mit einem Fluid, etwa durch Tauch- und/oder Spinnüberziehen, Sprühen, Drucken, insbeson­ dere Offset- und/oder Siebdrucken, Rakeln, Gießen und Walzen und/oder Kombinationen dieser Verfahren.

Das Fluid wird im Regelfall eine organische Substanz, d. h. ein organisches Lösungsmittel und/oder Wasser sein und be­ vorzugt wird das Beschichtungsmaterial zur Erzielung beson­ ders gleichmäßiger Resultate vor der Beaufschlagung mit dem Elektromagnetfeld zumindest vorgetrocknet, was durch Warm­ luft, Abstehen usw. erfolgen kann.

Der Grundkörper kann aus wärmeempfindlichem und/oder isolie­ rendem Material ausgewählt sein. Beispiele sind insbesondere Glas, etwa silikathaltiges Glas, Keramiken, keramische Glä­ ser, sowie Kunststoffe, insbesondere PMMA, PE, PET.

Der Grundkörper wird bevorzugt deutlich schlechter leiten als die Beschichtungsmaterialien. Um die Energie des elektroma­ gnetischen Wechselfeldes besonders vollständig in den Be­ schichtungen zu konzentrieren, ist es insbesondere bevorzugt, wenn der Grundkörper dafür eine wenigstens zwei Größenordnun­ gen niedrigere elektrische Leitfähigkeit als das zumindest halbleitende Beschichtungsmaterial besitzt. Um dies zu ge­ währleisten, kann insbesondere ein zwecks Leitfähigkeitserhö­ hung dotiertes Beschichtungsmaterial gewählt werden. Die im Vergleich niedrige Leitfähigkeit gewährleistet, daß der Grundkörper unabhängig von der Eindringtiefe des elektroma­ gnetischen Wechselfeldes, die etwa durch den Skineffekt be­ stimmt ist, Energie primär lediglich vom erwärmten Beschich­ tungsmaterial erhält. Da das Beschichtungsmaterial bei dünnen Schichten nur eine geringe Wärmekapazität aufweist und sich dementsprechend sehr rasch bis zur thermischen Veränderung, die bevorzugt eine Sinterung, Verdichtung und/oder Kristalli­ sation ist, erwärmen läßt, ist gewährleistet, daß der Grund­ körper schon aufgrund der unterschiedlichen Wärmekapazitäten nur sehr wenig und allenfalls lokal nahe der Oberfläche durch den übertretenden Wärmestrom erwärmt wird. Eine derartige Er­ wärmung ist auch bei Kunststoffgrundkörpern und dergleichen insbesondere deshalb sogar erwünscht, weil sie die Anhaftung des Beschichtungsmaterials auf dem Grundkörper, insbesondere durch diffusiven Materialaustausch, d. h. durch "Diffusions­ bonding" wesentlich verbessern kann. Schutz wird auch für Körper mit dergestalt vorgesehener Beschichtung beansprucht.

Es ist somit möglich, die Beschichtungsmaterialien lokal auf Temperaturen zu erwärmen, die deutlich oberhalb jener Tempe­ raturen liegen, denen der Grundkörper als Ganzes ohne Defor­ mation und/oder Zersetzung ausgesetzt werden könnte. Die Nanoteilchen erlauben dabei ein Sintern bereits bei Tempera­ turen und/oder Zeiten, in welchen der Grundkörper auch bei hoher Wärmeempfindlichkeit unverändert bleibt. Es sei aber erwähnt, daß eine geringe, d. h. nichtschädigende Vorerwärmung der Gesamtanordnung und/oder der obersten Schicht(en) dann Vorteile bieten kann, wenn die Leitfähigkeiten des Beschich­ tungsmaterials durch Temperaturerhöhung insbesondere vor und/oder bei der ersten induktiven Einkopplung von Wirbel­ strömen verändert werden soll, insbesondere bei halbleitenden Materialien erhöht werden soll.

Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise beschrie­ ben.

Ein Grundkörper aus PMMA, einem elektrischen Nichtleiter aus Kunststoff, wird durch Besprühen mit einer organischen Be­ schichtungssuspension, die ITO (Indium-Zinn-Oxyd) Nanoparti­ kel enthält, überzogen und bei Raumtemperatur getrocknet. Nach dem Trocknen wird der PMMA-Grundkörper mitsamt der ge­ trockneten Beschichtung einem hochfrequenten elektromagneti­ schen Wechselfeld ausgesetzt, wodurch induktiv Wirbelströme in der Indium-Zinn-Oxyd-Beschichtung erregt werden, was das Beschichtungsmaterial induktiv erhitzt. Dabei werden noch nicht ausgetrocknete oder nicht gebundene organische Restsub­ stanzen vollständig ausgetrieben.

Zugleich bleibt der die Beschichtung tragende PMMA- Grundkörper als elektrischer Nichtleiter, in dem keine Wir­ belströme induziert werden können, praktisch auf Raumtempera­ tur. Das Wechselfeld wird mit einer Stärke gewählt, die aus­ reicht, um in die ITO-Schicht so viel Energie einzukoppeln, daß diese sich bleibend sinterhaft verdichtet. Dabei wird das Wechselfeld so stark gewählt, daß die Versinterung schnell in einem sehr kurzen Zeitraum erfolgt, in welchem keine wesent­ lichen Wärmemengen in das PMMA abfließen können. Nachdem das ITO-Beschichtungsmaterial thermisch durch die induzierten Wirbelströme dauerhaft verdichtet wurde, wird die Zuführung von hochfrequenter elektromagnetischer Energie beendet, wor­ auf der beschichtete Grundkörper, der nur in und sehr nahe der sehr dünnen Schicht aufgeheizt wurde, sich praktisch in­ stantan auf Raumtemperatur befindet.

Wichtig ist bei dieser Erwärmungstechnik, daß die zur thermi­ schen Veränderung benötigte Energie praktisch ausschließlich in das Beschichtungsmaterial ohne Beeinflussung des Grundkör­ pers eingekoppelt wird. Diese selektive lokale Absorbtion von zur Erwärmung benötigter Energie erlaubt eine schnelle und hohe Verdichtung des Beschichtungsmaterials ohne oder mit al­ lenfalls mäßiger Substraterwärmung. Dies ermöglicht es, Indi­ um-Zinn-Oxyd, dessen Verdichtungstemperatur weit über der ty­ pischen thermischen Belastungsgrenze des PMMA liegt, als ke­ ramische Schicht mit vorgegebener Dichte, Porengröße, Porösi­ tät usw. auf einem wärmeempfindlichen Träger vorzusehen.

Der erhaltene beschichtete PMMA-Körper weist eine feste Ver­ bindung zu der Indium-Zinn-Oxyd-Beschichtung auf, die damit besonders haltbar ist. Dabei treten auch keine signifikanten Spannungen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizien­ ten von Grundkörper und Beschichtung auf.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird handelsübliches- Borosilikatglas, wie es für Fensterscheiben eingesetzt wird, mit einer Suspension aus ATO-Nanopartikeln beschichtet und danach getrocknet. Bei der nachfolgenden Einkoppelung von hochfrequenter elektromagnetischer Energie wird die Energie, d. h. die Feldstärke und die Frequenz des eingestrahlten Wech­ selfeldes zeitlich variiert. Da mit der Frequenz auch die Eindringtiefe des Elektromagnetfeldes in die Beschichtung verändert wird, ergibt sich eine lokal gesteuerte Energiezu­ fuhr über die Beschichtung hinweg. Demgemäß variiert über die Schicht hinweg auch der Verdichtungsgrad, sodaß eine Gradien­ tenschicht erhalten wird. Es ist vorauszusehen, daß das Ver­ fahren auch bei alkalihaltigen Gläsern gute Ergebnisse lie­ fert.

Es sei erwähnt, daß gegebenenfalls der Schichtzustand bei der thermischen Veränderung etwa optisch erfaßt werden kann, um die Energiezufuhr regelnd zu beeinflußen.

Es sei erwähnt, daß die thermisch zu verändernden Beschich­ tungsmaterialien nicht zwingend bereits auf einen Grundkörper aufgebracht sein müssen, sondern auch als Formling behandelt werden können.

Es sei weiter erwähnt, daß die Beschichtungsmaterialien be­ ziehungsweise Nanoteilchen nicht zwingend auf einem Grundkör­ per aufgebracht sein müssen, sondern auch in einen Grundkör­ per, d. h. in eine Grundkörpermatrix eingebettet sein können und/oder in einer Flüssigkeit oder anderem Fuid behandelt werden können. Dabei können die Nanoteilchen als Energiekopp­ ler wirken, über welche Wirbelstromenergie in den Grundkörper eingekoppelt werden kann. Auch bei diesem Verfahren können sich die Beschichtungsmaterialien beziehungsweise Nanoteil­ chen in ihren Eigenschaften ändern. Die Nanoteilchendichte in der Matrix kann variiert werden, um eine gewünschte Absorpti­ on der elektromagnetischen Energie im Körper beziehungsweise in der Matrix zu erreichen und/oder die Eindringtiefe selek­ tiv zu verändern. Wie bei der Auftragung einer dünnen Schicht und deren nachfolgender Sinterung, Dichteveränderung usw. ist von entscheidender Bedeutung, daß eine selektive Erwärmung der Nanoteilchen erfolgt, während diese sich in Wärmekontakt mit einem umgebenden Medium sehr viel größerer Masse und da­ mit höherer Wärmekapazität befinden. Man erhält wiederum eine selektive Erwärmung, aber anders als bei der Dichtsinterung kann es erwünscht sein, die Nanoteilchen solange und soweit zu erwärmen, daß die Gesamtmatrix ebenfalls insgesamt einen Temperaturanstieg erfährt. So können Nanoteilchen als Ener­ giekoppler und sogenannten Hotspots verwendet werden. Diese nanoskaligen Energie- und Wäremekoppler ermöglichen bei ihrem Einbau in Grundkörper, Matrizes und/oder ihre Einbringung in Flüssigkeiten die Erwärmbarkeit durch elektromagnetische Fel­ der gezielt vorzunehmen. Bei Auslegung auf vorgegebene elek­ tromagnetische Frequenzen läßt sich dadurch auch eine elek­ tromagnetische Abschirmwirkung erzielen. Bei den letztgenann­ ten Anwendungen kommt es nicht darauf an, daß eine erzielte thermische Veränderung dauerhaft bewirkt wird, sondern viel­ mehr wird hier die Erwärmung als thermische Veränderung selbst angestrebt.

Claims (24)

1. Verfahren zur thermischen Veränderung elektrisch zumin­ dest halbleitender Beschichtungsmaterialien, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschichtungsmaterialien in fester Form mit einem elektromagnetischen Wechselfeld beauf­ schlagt werden, bis durch deren induktive Erwärmung die thermische Veränderung bewirkt ist.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Beschichtungsmaterial ein elek­ trisch halbleitendes Material verwendet wird.

3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als elektrisch halbleitendes Beschich­ tungsmaterial ein halbleitend dotiertes Material verwen­ det wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Beschichtungsmaterial ein keramisches Material verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial aus­ gewählt und/oder kombiniert wird aus der Gruppe ITO (In­ dium-Zinn-Oxyd), ATO (Arsen-Zinn-Oxyd), FTO, ZnO, Nitri­ den, Carbiden, Boriden und/oder III-IV und/oder III-V Halbleitern.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschichtungsmaterial ein elektrisch leitfähiges verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Beschichtungsmaterial ein Metall und/oder eine intermetallische Verbindung verwen­ det wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial vor seiner thermischen Veränderung auf einen Grundkörper aufgebracht wird.

9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial auf den Grundkörper in einer dünnen Schicht aufgebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial gemeinsam mit einem Fluid auf den Grundkörper aufgebracht wird.

11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial auf den Grundkörper durch Tauch- und/oder Spinnüberziehen, Sprü­ hen, Drucken insbesondere Offset- und/oder Siebdruck, Rakeln und/oder Gießen aufgebracht und/oder eine struk­ turierte Oberfläche beim Auftragen erzeugt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid ein alkoholisches und/oder andere organische Lösungsmittel und/oder Wasser und/oder wässrige Lösungsmittel verwendet wird/werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial vor der eigenschaftsverändernden induktiven Erwärmung ge­ trocknet wird, insbesondere bei Temperaturen unterhalb der zur thermischen Veränderung erforderlichen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Grundkörper aus wärmeempfindlichem Material verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Grundkörper aus Glas, insbesondere silicathaltigem Glas, Glaskeramik, Keramik und/oder Kunststoff, insbesondere PMMA, PE, PET verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsmaterialien durch ihre induktive Erwärmung gesintert und/oder ver­ dichtet und/oder kristallisiert werden und/oder daß sich durch die Temperaturbehandlung die elektrische Leitfä­ higkeit dauerhaft erhöht.

17. Verfahren nach einem der Anspruch 14 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschichtungsmaterialien lokal auf Temperaturen erwärmt werden, die oberhalb jener der Grundkörperbeständigkeit liegen.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Grundkörper verwendet wird, dessen Leitfähigkeit geringer als jene des elektrisch zumindest halbleitenden Beschichtungsmaterials ist.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit insbesondere für die Induktion von Wirbelströmen des Grundkörpers wenigstens zwei Größenordnungen geringer als jene des elektrisch zumindest halbleitenden Be­ schichtungsmaterials ist.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß bei der lokalen Beschichtungs­ materialerwärmung der Grundkörper oberflächennah soweit aufgeheizt wird, daß zwischen Grundkörpermaterial und Beschichtungsmaterial eine verbesserte Haftung, insbe­ sondere durch diffusiven Materialaustausch, bewirkt wird.

21. Gegenstand mit einer Beschichtung aus elektrisch zumin­ dest halbleitendem Material auf einem durch Wirbelstro­ minduktion allenfalls geringfügig erwärmbarem Grundkör­ per, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus ei­ nem nur bis zu einer vorgegebenen Temperatur unverändert erwärmbaren, insbesondere formstabilem Material besteht, und das Beschichtungsmaterial eine durch Erwärmen auf Temperatur unterhalb der vorgegebenen veränderte Eigen­ schaften aufweist.

22. Gegenstand nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Eigenschaft des Beschichtungsmate­ rials, welche durch Erwärmen auf eine Temperatur ober­ halb der vorgegebenen dauerhaft verändert wurde, die Dichte und/oder elektrische Leitfähigkeit und/oder die kristalline Struktur und/oder die Porosität des Be­ schichtungsmaterials ist.

23. Gegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Grundkörper einen durch lokale Erwärmung der Beschichtung oberflächennah verän­ derten Bereich aufweist.

24. Gegenstand nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bereich der oberflächennahen Ver­ änderung des Grundkörpers allenfalls wenige µm dick ist.