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Die Erfindung betrifft eine Maske für ein Beschichtungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Beschichtungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrats mit einem Beschichtungssystem.
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Das Kaltgasspritzen ist ein hochkinetisches Beschichtungsverfahren, bei dem mit Hilfe von inerten Gasen und Drücken von bis zu 40 bar und Gasgeschwindigkeiten weit über 1000 m/s Metallpartikel sehr stark beschleunigt werden. Die Partikel werden im festen Zustand auf die Bauteiloberflächen aufgetragen, wobei das Substrat nicht aufgeschmolzen wird. Beim Auftreffen der Beschichtungspartikel auf das zu beschichtende Substrat werden aufgrund der hohen Geschwindigkeit die Partikel genauso wie die Substratoberfläche verformt, so dass es zu einem Ineinanderfließen der Materialien und zu einer Haftung des Beschichtungsmaterials kommt. Es entstehen dabei dichte und fest anhaftende Schichten mit einem sehr geringen Oxidgehalt.
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Oft ist es erforderlich, Substrate nur in Teilbereichen der Oberfläche zu beschichten. Hierzu sind bereits Maskentechnologien bekannt, mit denen die nicht zu beschichteten Bereiche einer Substratoberfläche abgedeckt werden. Herkömmliche Abdeckungen, wie beispielsweise Klebeband oder Silikonmaskierung, sind im Regelfall nicht ausreichend, da sie den hohen Partikelgeschwindigkeiten nicht standhalten können. Andererseits werden stabile Materialien, wie beispielsweise Metalle oder Kunststoffe selbst beschichtet, so dass sich auf einer Maske eine fest anhaftende Beschichtung ergibt, die dazu führt, dass die Masken nach Gebrauch entsorgt werden müssen.
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Durch weiterführende Entwicklungen sind mittlerweile auch mehrfach verwendbare Masken bekannt. So ist aus der Druckschrift
DE 10 2008 056 652 A1 eine Maske für das kinetische Kaltgaskompaktieren für einen mehrfachen Einsatz zu entnehmen. In diesem Zusammenhang wird eine Maske vorgeschlagen, die an der einer Beschichtungsquelle zugewandten Seite derart hart ausgebildet ist, dass bei der verwendeten kinetischen Kaltgaskompaktierung keine Oberflächendeformation, d. h. keine plastische Verformung der Arbeitsseite stattfinden kann. Damit wird vermieden, dass das Oberflächenmaterial der Maske und die auftreffenden Beschichtungspartikel sich verformen und ineinander fließen und so eine harte Schicht ausbilden. Die Maske kann nach Gebrauch gereinigt und wiederverwendet werden.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2008 025 510 A1 ist eine Abdeckvorrichtung für das Beschichten von Bauteilen über kaltkinetisches Kompaktieren oder kinetisches Kaltgasspritzen bekannt. Mit der Abdeckvorrichtung wird wiederum ein Bereich einer Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils abgedeckt. Die Abdeckvorrichtung ist als Maske derart profiliert, dass im Bereich in dem keine Beschichtung stattfinden soll, die Oberfläche eine sägezahnartige Struktur aufweist. Diese Oberfläche soll bewirken, dass Partikel eines Beschichtungswerkstoffs vom Bauteil abgelenkt werden, so dass diese an der Oberflächenstruktur nicht anhaften.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maske für ein Beschichtungssystem, wie beispielsweise dem Kaltgasspritzen, weiterzuentwickeln, bei der eine mehrfache oder kontinuierliche Verwendung gewährleistet ist. Auch soll ein Herstellungsverfahren angegeben werden.
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Die Erfindung wird bezügliche einer Maske durch die Merkmale des Anspruchs 1 wiedergegeben. Ein weiterer Aspekt der Erfindung wird bezüglich eines Beschichtungssystems durch die Merkmale des Anspruchs 9 sowie bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung eines beschichteten Substrats durch die Merkmale des Anspruchs 18 wiedergegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung schließt eine Maske für ein Beschichtungssystem mit einer Abdeckeinrichtung eines nicht zu beschichtenden Bereichs eines zu beschichtenden Substrats mit einer dem Beschichtungsmaterial ausgesetzten Arbeitsseite ein, wobei die Abdeckeinrichtung des nicht zu beschichtenden Bereichs aus zumindest einer rotierbaren Scheibe besteht.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Maske im Bereich der Abdeckeinrichtung während des Abscheideprozesses kontinuierlich mit Beschichtungsmaterial belegt wird. Durch die Rotation einer Scheibe wird die Oberflächenbelegung auf der Abdeckeinrichtung ständig aus einem Sprühstrahl an einen Ort außerhalb der Strahleinwirkung herausgeführt, an dem die Oberfläche wieder gereinigt werden kann. Der Sprühstrahl trifft lediglich an den Stellen auf das Substrat, die durch die Abdeckeinrichtung freigegeben sind. Hierzu ist zumindest eine Scheibe vorgesehen. Eine einzelne Scheibe weist dann geeignete Ausnehmungen auf, durch die der Sprühstrahl zum Substrat hindurchtreten kann. Bei zwei oder mehreren rotierenden Scheiben sind diese gegeneinander beabstandet, so dass ein Beschichtungsspalt den Materialfluss des Beschichtungsmaterials auf die Substratoberfläche freigibt. Damit werden beispielsweise in Durchlaufrichtung eines Bandmaterials lokal kontinuierliche Schichten auf der Oberfläche erzeugt. Der Beschichtungsspalt ist durch verstellbare Scheiben auf das gewünschte Spaltmaß einstellbar.
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Bei dem zu beschichtenden Substrat handelt es sich üblicherweise um Platten, Stangen oder endlos Bandmaterial, das unmittelbar unter den im Einsatz rotierenden Scheiben hindurchgeführt wird. Der Abstand zu den rotierenden Scheiben ist entsprechend gering gehalten.
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Die rotierbaren Scheiben sind in ihrem Radius relativ zum Sprühstrahl so groß gewählt, dass die Krümmung des Außenrandes der Scheiben auf den Randbereich der Abscheidezone keinen wesentlichen Einfluss hat. Mit anderen Worten: Der Sprühstrahl ist lokal so angeordnet, dass die abdeckenden Randbereiche der Maske wie parallel zueinander verlaufende Abschattungen wirken. So bildet sich in den Randbereichen der Beschichtung eine scharfe Konturlinie gegenüber den unbeschichteten Bereichen aus. Die Drehgeschwindigkeit der rotierenden Scheiben ist dabei auf die Menge des Beschichtungsmaterials abgestimmt. Die Drehrichtung einer Scheibe wird in der Abschattungszone üblicherweise in Bandlaufrichtung gewählt, so dass Band und Scheiben gleichlaufend sind. Das auf der Oberfläche der Abdeckeinrichtung abgeschiedene Beschichtungsmaterial hat dabei lediglich eine so geringe Dicke, dass die Beschichtungscharakteristik dadurch nicht verändert wird.
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Der besondere Vorteil besteht darin, dass durch die vorliegende Maskentechnologie eine kontinuierliche Fertigung insbesondere von Bandmaterial besonders wirtschaftlich ist. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Kupfer- oder Kupferlegierungsband ganzflächig oder partiell mit einer Aluminiumschicht versehen werden. Derartige Beschichtungssysteme finden beispielsweise als selektive aluminiumbeschichtete Kupferbänder einen Einsatz als Batteriezellverbinder. Mit dieser Technologie lässt sich auch realisieren, dass das Beschichtungsmaterial nicht aufschmilzt und so die Gefahr einer möglicherweise störenden Phasenumwandlung nicht eintritt. Unter geeigneten Parametern abgeschieden, findet auch eine ausgesprochen geringe thermische Belastung der Substrate statt. Auf diese Weise sind nahezu porenfreie Schichten herstellbar.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann ein thermisches und/oder kinetisches Beschichtungssystem, insbesondere ein Kaltgasspritzsystem, eingesetzt sein. Der Begriff thermisches und/oder kinetisches Beschichtungssystem betrifft Abscheideeinrichtungen nach dem Prinzip des Flammspritzens, Detonationsspritzens, Plasmaspritzens, Laserspritzens, Lichtbogenspritzens, Kaltgasspritzens, Plasmaauftragsschweißens (PTA) oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzens (HVOF). Bei diesen Verfahren wird das Beschichtungsmaterial mittels eines Sprühstrahls abgeschieden.
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Vorteilhafterweise kann an jeder rotierbaren Scheibe auf der dem Substrat abgewandten Seite eine Reinigungseinrichtung angeordnet sein. Der eine Teil des Sprühstrahls, der nicht zur Beschichtung des Substrats dient, wird zum größten Teil von der Abdeckeinrichtung abgeschattet und auf dieser auch abgeschieden. Auf der Oberfläche der rotierbaren Scheibe wird folglich ständig Material des Sprühstrahls mit abgeschieden. Durch die Rotation der Scheibe gelangt das abgeschiedene Material in eine dem Substrat entfernte Position, wo eine Reinigungseinrichtung die beschichtete Oberfläche säubert. Die Reinigung kann auf der Basis eines mechanischen Abtrags durch Bürsten, durch Schleifen, durch Abheben mittels einer Klinge oder sogar nur durch Wischen erfolgen. Jede Reinigungseinrichtung hat üblicherweise einen Vorratsbehälter oder eine Absaugung, die das von der Scheibenoberfläche entfernte Material aufnimmt oder gleich abtransportiert. Durch die weitere Drehung der rotierbaren Scheibe gelangt die einmal gereinigte Oberfläche wieder in den Bereich des Sprühstrahls, wo sie als Abdeckeinrichtung ihre Funktion erfüllt. Auf diese Weise wird eine rotierbare Scheibe auf der einen Seite kontinuierlich belegt und auf der anderen Seite kontinuierlich gereinigt, so dass ein Dauereinsatz einer derartigen Maske ermöglicht wird.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung können zwei gegenläufige rotierende Scheiben angeordnet sein, welche so zueinander beabstandet sind, dass ein Beschichtungsspalt verbleibt. Bei dem bevorzugt verwendeten Bandmaterial sind die Scheiben horizontal liegend oberhalb vom Bandmaterial angeordnet und jeweils auf einer rotierenden Achse befestigt. Der Scheibenradius ist so gewählt, dass ein gewisser Teil des Substrats freigegeben wird, der durch den Sprühstrahl beschichtet werden kann. Üblicherweise werden in so einer Anordnung kontinuierlich über die Bandlängsachse verlaufende partielle Beschichtungen erzeugt.
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Zudem ist es auch möglich, dass die rotierbaren Scheiben einen in der Breite einer herzustellenden Beschichtung variabel einstellbaren Beschichtungsspalt aufweisen. In diesem Zusammenhang bedeutet variabel, dass die Drehachsen der rotierenden Scheiben quer zur Bandrichtung verschoben werden können und so der Beschichtungsspalt größer oder kleiner gewählt werden kann, ohne dass Scheiben ausgetauscht werden müssen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die zumindest eine rotierbare Scheibe eine wellige, zackige Außenkontur und/oder Ausnehmungen zum selektiven Abscheiden aufweisen. Eine wellige bzw. zackige Außenkontur findet besonders bei einer Abdeckeinrichtung mit zwei Scheiben Anwendung. Durch eine derartige Außenkontur kann während eines Beschichtungsvorganges die Spaltgröße variiert werden, um im Abscheidevorgang besondere Geometrien der abgeschiedenen Schichten zu erreichen. Ausnehmungen in der rotierbaren Scheibe dienen dazu, einer Lochblende gleich, runde, ovale oder anderweitig in sich begrenzte Abscheidungen zu erzeugen. Auf diese Weise können auf Bändern eine Vielzahl von unterschiedlichen lokalen oder durchlaufenden Deckschichten erzeugt werden.
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Bevorzugt weist die Oberfläche einer rotierbaren Scheibe eine schlechte Haftung für das Spritzgut auf. Um eine Scheibe während des Bearbeitungsprozesses kontinuierlich reinigen zu können, ist es von Vorteil, dass die Oberfläche einer Scheibe das dort abgeschiedene Spritzgut wieder leicht freigibt. So kann beispielsweise sogar ein Abwischen ausreichen, um die Scheibenoberfläche wieder zu regenerieren.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann zumindest die Oberfläche der rotierbaren Scheiben aus Stahl, Hartmetall, Keramik, Glas, DLC, Hartchrom oder Graphit bestehen. Derartige Materialien weisen eine ausreichende Härte auf, um sich nicht unter dem Sprühstrahl an der Oberfläche zu verformen. Die genannten Materialien sind insbesondere auch soweit hitzebeständig, dass sie gegenüber der Temperatur des Sprühstrahls stabil sind und keine Anschmelz- oder Aufschmelzerscheinungen aufweisen. Zudem sind die Materialien ausgesprochen hart im Vergleich zum Beschichtungsmaterial. Auf diese Weise können die Scheiben bei einer kontinuierlichen Fertigung eine lange Standzeit aufweisen, ohne ausgetauscht werden zu müssen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung schließt ein thermisches und/oder kinetisches Beschichtungssystem mit zumindest einer Spritzvorrichtung ein, wobei eine Transportvorrichtung vorgesehen ist, welche ein zu beschichtendes Substrat linear und kontinuierlich unter der zumindest einen Spritzvorrichtung hindurchfährt.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass derartige thermische und/oder kinetische Beschichtungssysteme, insbesondere Kaltgasspritzsysteme, in der Lage sind, bandartige Substrate in einem wirtschaftlichen Durchlaufverfahren mit einer Schicht zu versehen. Hierdurch sollen beispielsweise selektiv mit Aluminium beschichtete Kupferbänder für Batteriezellverbinder herstellbar sein.
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Bevorzugt kann die zumindest eine Spritzvorrichtung ortsfest sein. Gerade für kleine Abscheideflächen kann es ausreichen, beispielsweise mit einer Kaltgasvorrichtung eine ausreichende Beschichtung durchzuführen. Bei einer ortsfesten Anordnung muss jedoch der Sprühstrahl eine Größe aufweisen, dass er die gewünschte Beschichtung durch die Maske hindurch auf dem Substrat erzeugen kann. Ortsfeste Vorrichtungen dieser Art sind jedenfalls vorteilhaft gegenüber bewegten Systemen, da diese keine weiteren Vorkehrungen zur Bewegung und Steuerung des Sprühkopfes benötigen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die zumindest eine Spritzvorrichtung senkrecht und/oder parallel zur Substratdurchlaufrichtung oszillierbar sein. Eine Bewegung der Spritzvorrichtung findet in diesem Fall sehr begrenzt in einer oder zwei Raumrichtungen statt. Mit einer senkrecht zur Substratdurchlaufrichtung durchgeführten Oszillation wird über die Bandbreite mit dem Sprühstrahl eine größere Substratfläche abgedeckt. Eine Besonderheit weist die parallel zur Substratdurchlaufrichtung geführte Oszillation des Sprühstrahls auf. In diesem Fall wird ein Sprühstrahl auf die Bewegungscharakteristik der Abdeckeinrichtung und des zu beschichtenden Substratmaterials abgestimmt. Befindet sich beispielsweise ein Sprühstrahl durch die Maske gerade in einer Abscheideposition auf das Substrat, so kann dieser der Substratbewegung so nachgeführt werden, dass eine längere Beschichtungszeit zur Verfügung steht. Hierzu sind die Durchlaufgeschwindigkeiten des Substrats, die Rotationsgeschwindigkeiten der Abdeckeinrichtung und die Nachführung des Sprühstrahls genau aufeinander abgestimmt.
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Vorteilhafterweise kann beim erfindungsgemäßen thermischen und/oder kinetischen Beschichtungssystem eine erfindungsgemäße Maske mit einer Abdeckeinrichtung eines nicht zu beschichtenden Bereichs eines zu beschichtenden Substrats angeordnet sein. In der Praxis sind hierzu die verwendeten Masken jeweils auf die Beschichtungscharakteristik auszuwählen und dabei die Durchlaufgeschwindigkeit des Substrats unter dem Sprühstrahl sowie die Rotationscharakteristik der Abdeckeinrichtung zu korrelieren.
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Alternativ kann in bevorzugter Ausführungsform beim erfindungsgemäßen thermischen und/oder kinetischen Beschichtungssystem eine kontinuierlich mitlaufende Bandmaske mit einer Abdeckeinrichtung eines nicht zu beschichtenden Bereichs eines zu beschichtenden Substrats ausgeführt sein. Bei Bandmasken kann es sich um Endlosbänder handeln, die einerseits als Abdeckeinrichtung die Abscheidecharakteristik auf dem Substrat bedingen und andererseits an der gesamten Einrichtung so geführt sind, dass diese auch einer Reinigung unterzogen werden können. Derartige Bandmasken lassen sich auch durch Umlenk- und Führungseinrichtungen soweit aus der Beschichtungszone entfernen, dass problemlos die Oberflächenreinigung mittels einer Reinigungseinrichtung durchgeführt werden kann. Des Weiteren sind auch Bandmasken angedacht, die so beschaffen sind, dass sie zur Reinigung von der Anlage entfernt werden können. Auch besondere Formen von Ringen oder Kegelringen sind denkbar.
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In besonders bevorzugter Ausführungsform kann, in Bandlaufrichtung betrachtet, der Spritzvorrichtung vorhergehend eine mechanische Vorbehandlungseinrichtung angeordnet sein. Derartige Vorbehandlungseinrichtungen dienen zur Vorbereitung einer Substratoberfläche auf der das Beschichtungsmaterial abgeschieden werden soll. Auf diese Weise werden die Substratoberflächen zunächst gereinigt und durch die mechanische Wirkung meist auch etwas aufgeraut. Auf den aufgerauten Flächen erfährt das Beschichtungsmaterial eine bessere Haftung.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann in Substratdurchlaufrichtung der Spritzvorrichtung nachfolgend zumindest eine Glüheinrichtung angeordnet sein. Derartige Temperaturbehandlungen eignen sich dazu, eventuell auftretende Spannungszustände an der Grenzfläche des abgeschiedenen Materials zum Substrat hin auszuheilen. Andererseits können Temperaturbehandlungen auch die Phasenbeschaffenheit der jeweiligen Fügepartner vorteilhaft beeinflussen.
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Vorteilhafterweise kann, in Substratdurchlaufrichtung betrachtet, der Spritzvorrichtung nachfolgend zumindest eine Kaltwalzeinrichtung angeordnet sein. Dieses sogenannte Nachwalzen der Schichten hat zur Folge, dass möglicherweise noch übriggebliebene Poren oder anderweitige Hohlräume dicht geschlossen werden können. Außerdem bewirkt ein Walzvorgang, dass die Oberfläche des abgeschiedenen Materials geglättet wird und zudem die Haftung zur Substratoberfläche verbessert wird.
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In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung kann, in Bandlaufrichtung betrachtet, der Spritzvorrichtung nachfolgend eine Fräsvorrichtung angeordnet sein. Fräsvorrichtungen dienen zur Nachbearbeitung einer möglicherweise noch raueren Oberfläche. Insbesondere lässt sich durch den Fräsvorgang auch die Schichtdicke wie gewünscht präzise einstellen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung schließt ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrats mit einem thermischen und/oder kinetischen Beschichtungssystem, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- – Optional eine Vorbehandlung der Arbeitsseite des Substrats;
- – lineares und kontinuierliches Hindurchführen des Substrats unter einer Spritzvorrichtung, wobei auf die Arbeitsseite des Substrats ganzflächig oder partiell abgeschieden wird;
- – jeweils optional zumindest ein Glühen, zumindest ein Kaltwalzen und ein Fräsen der auf dem Substrat aufgebrachten Beschichtung.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die einfachste Form eines selektiven Abscheidens darin besteht, dass ein Substrat linear und kontinuierlich unter dem Sprühstrahl hindurchgezogen wird. Bereits durch diese Vorgehensweise kann auf der Arbeitsseite des Substrats partiell oder auch ganzflächig abgeschieden werden. Die optionalen Verfahrensschritte einer Vorbehandlung oder Nachbehandlung einer bereits abgeschiedenen Schicht dienen zur Verbesserung der Haftung beziehungsweise der Oberflächengüte der Beschichtung.
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Vorteilhafterweise kann ein lineares und kontinuierliches Hindurchführen des Substrats unter einer Spritzvorrichtung erfolgen, wobei die Arbeitsseite des Substrats durch eine Maske zumindest einer rotierenden Scheibe oder durch eine kontinuierlich mitlaufenden Bandmaske im Bereich des Sprühstrahls zum Teil abgedeckt und nur partiell abgeschieden wird.
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Durch zusätzliche Masken lassen sich insbesondere lokal abgeschiedene Schichten mit einer wesentlich höheren Qualität herstellen. Die Ränder von lokal durchgeführten Abscheidungen bilden sich entsprechend scharf aus. Insbesondere Kombinationen unterschiedlicher Abdeckeinrichtungen geben die Möglichkeit punktförmige oder auch durchgehend streifenförmige Abscheidungen durchzuführen. Auch Kombinationen aus beidem sind denkbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
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1 schematisch eine Aufsicht auf eine Maske mit einer Scheibe und ein Substrat,
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2 schematisch eine Aufsicht auf eine Maske mit zwei Scheiben und ein Substrat,
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3 schematisch eine Seitenansicht eines Kaltgasspritzsystems mit Substrat,
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4 schematisch eine Scheibe als Abdeckeinrichtung mit Ausnehmungen, und
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5 schematisch eine Scheibe als Abdeckeinrichtung mit zackiger Außenkontur.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch eine Aufsicht auf eine Maske 1 mit einer Scheibe 3 und einem Substrat 20. Bei der Scheibe 3 handelt es sich um die zur partiellen Beschichtung wirksame Abdeckeinrichtung 2, die zwischen dem Sprühstrahl 12 und der Arbeitsseite 21 der Substratoberfläche angeordnet ist. Die Scheibe 3 weist um den Umfang zahlreiche Ausnehmungen 8 auf, durch die der Sprühstrahl 12 hindurchtreten kann. Zu dem Zeitpunkt, in dem eine Ausnehmung 8 durch den Sprühstrahl 12 hindurchwandert, wird das Substrat 20 lokal beschichtet. In diesem Fall ist die Drehrichtung D und die Substratdurchlaufrichtung L so aufeinander abgestimmt, dass der Sprühstrahl 12 in konstanten Abständen kreisförmige Beschichtungen 6 auf dem Substrat 20 abscheidet. An den Orten, an denen keine Ausnehmungen 8 vorhanden sind, wird der Sprühstrahl 12 von der Scheibe 3 abgefangen und die Beschichtung 7 auf der Scheibenoberfläche erzeugt. Die Beschichtung 7 wird im weiteren Verlauf von der Reinigungseinrichtung 5 wieder von der Scheibenoberfläche entfernt. Die Arbeitseite 21 des Substrats 20 ist in diesem Fall nicht weiter vorbehandelt.
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2 zeigt schematisch eine Aufsicht auf eine Maske 1 mit zwei Scheiben 3 und einem Substrat 20. Die Scheiben 3 selbst haben als Abdeckeinrichtung 2 eine gegenläufige Drehrichtung D. Beide Scheiben 3 sind außerhalb des Substrats 20 auf einer Drehachse angeordnet, und im Radius so gewählt, dass zwischen den beiden Scheibenkanten ein Beschichtungsspalt 4 verbleibt. Der Sprühstrahl 12 trifft im Bereich des Beschichtungsspalts 4 auf die Arbeitsseite 21 des Substrats 20. In diesem Fall wird eine streifenförmige Beschichtung 6 auf dem Substrat 20 erzeugt. Durch die Rotation der beiden Scheiben 3 in Drehrichtung D wird der Anteil der Beschichtung 7 auf der Scheibe 3 aus dem Sprühstrahl 12 weggeführt, und in den jeweiligen Reinigungseinrichtungen 5 wieder von der Scheibenoberfläche entfernt.
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3 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Kaltgasspritzsystems 10 als thermisches und/oder kinetisches Beschichtungssystem mit Substrat 20. In Substratdurchlaufrichtung L aufeinanderfolgend ist zunächst eine Vorbehandlungseinrichtung 13 zur Reinigung der Arbeitsseite 21 angeordnet. Nach der Substratreinigung erfolgt die Beschichtung durch die Spritzvorrichtung 11. Der Sprühstrahl 12 wird wiederum durch die Anordnung der Scheibe 3 als Abdeckeinrichtung 2 nur zum Teil auf die Arbeitsseite 21 des Substrats 20 durchgelassen. Der abgeschattete Anteil der Beschichtung 7 auf der Scheibe 3 wird wiederum durch die Reinigungseinrichtung 5 entfernt. Die Beschichtung 6 auf dem Substrat wird nachfolgend durch eine Glüheinrichtung 14 wärmebehandelt und daraufhin das sich auf der Oberfläche bildende Oxid durch eine Fräsvorrichtung 16 entfernt. Zur Kompaktierung der Beschichtung 6 wird anschließend durch eine Kaltwalzeinrichtung 15 die Schicht weiterbehandelt.
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4 zeigt schematisch eine Scheibe 3 als Abdeckeinrichtung mit Ausnehmungen 8. In diesem Fall sind die Ausnehmungen letztendlich Bohrungen, die durch die Scheibe axial hindurchgehen. Je nach Abscheidecharakteristik können natürlich auch ovale, rechteckige oder andere Geometrien in die Scheibe 3 eingebracht werden.
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5 zeigt schematisch eine Scheibe 3 als Abdeckeinrichtung mit zackiger Außenkontur. Diese zweite Variante ist geeignet für eine Maske, bei der zumindest zwei Scheiben zum Einsatz kommen. Durch die gezackte oder wellige Struktur wird bei der Abscheidung der Sprühstrahl so abgeschattet, dass auf der Substratoberfläche die zackenartige Kontur mit abgebildet wird. Auch Kombinationen der Ausnehmungen nach 4 und der zackenartigen Außenkontur nach 5 sind denkbar. Auf diese Weise können streifenartige Abscheidungen mit punktförmigen lokalen Abscheidungen auf der Substratoberflache kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Maske
- 2
- Abdeckeinrichtung
- 3
- Scheibe
- 4
- Beschichtungsspalt
- 5
- Reinigungseinrichtung
- 6
- Beschichtung auf Substrat
- 7
- Beschichtung der Scheibe
- 8
- Ausnehmungen
- 10
- Kaltgasspritzsystem, thermisches und/oder kinetisches Beschichtungssystem
- 11
- Spritzvorrichtung
- 12
- Sprühstrahl
- 13
- Vorbehandlungseinrichtung
- 14
- Glüheinrichtung
- 15
- Kaltwalzeinrichtung
- 16
- Fräsvorrichtung
- 20
- Substrat
- 21
- Arbeitsseite
- L
- Substratdurchlaufrichtung
- D
- Drehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008056652 A1 [0004]
- DE 102008025510 A1 [0005]
