Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Partikelvereinzelungsvorrichtung, eine Beschichtungsanordnung und ein Verfahren.Various exemplary embodiments relate to a particle separation device, a coating arrangement and a method.
Im Allgemeinen kann ein Festkörper, z.B. dessen Oberfläche, beschichtet werden, um diesen funktionell zu verändern (auch als Funktionalisieren bezeichnet), d.h. dessen Eigenschaften zu verändern. Funktionalisierte Festkörper, wie beispielsweise Partikel, finden beispielsweise Anwendung in verschiedensten technischen Gebieten, wie unter anderem zur Herstellung einer Batterie, beispielsweise vom Typ der Lithium-Ionen-Batterie, aber auch in einer Brennstoffzelle (PEM), z.B. für Rußpartikel (Graphit), die mit Platin beschichtet als Katalysator dienen.In general, a solid, e.g. its surface, can be coated in order to change its function (also known as functionalization), i.e. to change its properties. Functionalized solids, such as particles, are used, for example, in a wide variety of technical fields, such as for the production of a battery, for example of the lithium-ion battery type, but also in a fuel cell (PEM), e.g. for soot particles (graphite), which coated with platinum serve as a catalyst.
In einer Lithium-Ionen-Batterie, z.B. einer in Flüssigelektrolyt- bzw. Feststoffelektrolyt-basierenden (sogenannte „Solid State“ oder „All Solid State“) Batterie, bilden mehrere so genannte Aktivmaterialien als Teil der Batterieelektroden die wesentlichen Komponenten zur Maximierung der Energiespeicherkapazität und damit der Volumendichte, Energiedichte und Leistungsdichte. Deren ionische bzw. elektrische Eigenschaften werden von der Art des gewählten Aktivmaterials für die Anode bzw. die Kathode in Zusammenspiel mit dem Elektrolytmaterial bestimmt.In a lithium-ion battery, for example a battery based on liquid or solid electrolyte (so-called "solid state" or "all solid state"), several so-called active materials as part of the battery electrodes form the essential components for maximizing the energy storage capacity and thus the volume density, energy density and power density. Their ionic or electrical properties are determined by the type of active material selected for the anode or the cathode in conjunction with the electrolyte material.
Aktivmaterial in Form von Partikeln bietet eine Möglichkeit, auf dieses Zusammenspiel Einfluss zu nehmen. Allerdings ist insbesondere kathodenseitig die elektrische Anbindung von Partikeln untereinander bzw. in Wechselwirkung mit dem Stromableiter der Kathode erschwert. Zum Weiteren ist die Oberfläche der Partikel im elektrochemischen Potential einer Zelle in Wechselwirkung mit dem Elektrolyten, vor Degradationseffekten zu schützen. Daher besteht Bedarf an der Funktionalisierung von Partikeln, um insbesondere die Leistungsdichte der Batterie zu erhöhen.Active material in the form of particles offers the possibility of influencing this interaction. However, the electrical connection of particles to one another or in interaction with the current collector of the cathode is particularly difficult on the cathode side. Furthermore, the surface of the particles in the electrochemical potential of a cell in interaction with the electrolyte must be protected from degradation effects. There is therefore a need to functionalize particles, in particular to increase the power density of the battery.
Zur Funktionalisierung von Partikeln wird herkömmlich ein Freifall-Wirbelschichtgranulator oder ein Sol-Gel-Prozess verwendet, der beispielsweise Partikel aus Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (LNMC) mit einer sehr dünnen LiNbO3-Schicht beschichtet, was allerdings äußerst zeitaufwendig ist. Zu einem solchen nasschemischen Prozess kann grundsätzlich ein PVD-Prozess (PVD - physikalische Gasphasenabscheidung) oder CVD-Prozess (CVD - chemische Gasphasenabscheidung) - im Speziellen ALD (Atomlagenabscheidung) oder Spatial ALD - eine mögliche Alternative bieten. CVD und ALD sind allerdings in ihrer Wahl der Materialkombination und in ihrem Durchsatz - gemessen an den Aufwendungen - stark beschränkt und daher aus ökonomischer Sicht weniger interessant.To functionalize particles, a free-fall fluidized bed granulator or a sol-gel process is conventionally used, which, for example, coats particles made of lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (LNMC) with a very thin LiNbO 3 layer, which is extremely time-consuming . In principle, a PVD process (PVD - physical vapor deposition) or CVD process (CVD - chemical vapor deposition) - in particular ALD (atomic layer deposition) or spatial ALD - can offer a possible alternative to such a wet chemical process. CVD and ALD are, however, very limited in their choice of material combination and in their throughput - measured by the expenditure - and are therefore less interesting from an economic point of view.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Pulvermembranbeschichtungsvorrichtung verwendet werden, die zum technischen Gebiet der Membranbeschichtungsanlage gehört und im Wesentlichen eine Vakuumkammer, eine Heißfilamentelektrode (das sogenannte Hot-Wire), ein mehrstufiges Rotationstarget und eine Ionenquelle umfasst. Bei dieser „Rückprall-Vibrationsvorrichtung“ ist der Aufbau so angeordnet, dass der Ionenstrahl der Ionenquelle auf einen vibrierenden (mit Pulver gefüllten) Tiegel als Target gerichtet ist. Eine vibrierende Pulvermembran sorgt für eine Erhöhung des Abstands zwischen benachbarten Partikeln des Pulvers, damit eine nahezu sphärische 3D-Partikelbeschichtung erreicht werden kann.Alternatively or in addition, a powder membrane coating device can be used, which belongs to the technical field of the membrane coating system and essentially comprises a vacuum chamber, a hot filament electrode (the so-called hot wire), a multi-stage rotation target and an ion source. The structure of this “rebound vibration device” is arranged in such a way that the ion beam from the ion source is directed onto a vibrating crucible (filled with powder) as the target. A vibrating powder membrane increases the distance between neighboring particles of the powder so that an almost spherical 3D particle coating can be achieved.
Allerdings ermöglicht es keine der voranstehenden herkömmlichen Prozesse, in einem vergleichbaren Kostenrahmen zu bleiben, wie beispielsweise der etablierte nasschemische Prozess des Wirbelschichtgranulators. Der nasschemische Prozess ist allerdings hinsichtlich der Schichtdicke und der Menge an möglichen Materialkombinationen beschränkt.However, none of the above conventional processes make it possible to stay within a comparable cost framework, such as, for example, the established wet-chemical process of the fluidized bed granulator. However, the wet chemical process is limited in terms of layer thickness and the amount of possible material combinations.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden eine Beschichtungsanordnung und ein Verfahren bereitgestellt, welche die Beschichtung von Partikeln im Vakuum zu geringen Kosten, bei einem hohen Durchsatz und großer Schichtdicke ermöglichen sowie für eine hohe Menge an Materialkombinationen zugänglich sind. Die beschichteten Partikel können beispielsweise verwendet werden, um einen Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie (z.B. einen Akkumulator), herzustellen. Anschaulich werden eine hochwirtschaftliche kontinuierliche Vereinzelung und Bereitstellung von Partikeln zur Funktionalisierung der Oberfläche bereitgestellt.According to various embodiments, a coating arrangement and a method are provided which enable the coating of particles in a vacuum at low cost, with a high throughput and a large layer thickness, and which are accessible for a large number of material combinations. The coated particles can be used, for example, to produce an energy store, for example a battery (e.g. an accumulator). A highly economical, continuous separation and provision of particles for functionalizing the surface are clearly provided.
Die Beschichtungsanordnung und das Verfahren ermöglichen eine im Wesentlichen zusammenhängende und umseitige Beschichtung (z.B. zweiseitig oder mehr, d.h. aus zwei oder mehr Richtungen, z.B. dreiseitig) von Partikeln. Die Beschichtung kann zur Funktionalisierung der Oberfläche einzelner und/oder voneinander isolierter Partikel erfolgen. Diese umseitige Beschichtung wird erreicht, indem die Partikel anschaulich frei fallen können. Der Freifall begünstigt beispielsweise, dass die Partikel gewendet werden, so dass diese fortlaufend ihre Ausrichtung ändern, und/oder umseitig dem Beschichtungsmaterial ausgesetzt sind. Sind die Partikel hingegen verklumpt, kann diese umseitige Beschichtung erschwert sein. Dem kann mittels einer Vereinzelung der Partikel entgegengewirkt werden.The coating arrangement and the method enable a substantially coherent and reverse coating (for example two-sided or more, ie from two or more directions, for example three-sided) of particles. The coating can be used to functionalize the surface of individual and / or particles isolated from one another. This reverse coating is achieved by making the particles vividly can fall freely. The free fall favors, for example, that the particles are turned so that they continuously change their orientation and / or are exposed to the coating material on the reverse side. If, on the other hand, the particles clump together, this coating on the reverse side can be more difficult. This can be counteracted by separating the particles.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Partikelvereinzelungsvorrichtung aufweisen: eine Eingangsöffnung und eine Ausgangsöffnung, mehrere Vereinzelungsstufen, welche eingerichtet sind, von der Eingangsöffnung zu der Ausgangsöffnung geführte Partikel zu vereinzeln, wobei von den mehreren Vereinzelungsstufen: eine erste Vereinzelungsstufe eingerichtet ist, Elektronen in die Partikel einzubringen, so dass eine dadurch bewirkte Aufladung (d.h. elektrische Aufladung) der Partikel diese voneinander trennt; eine zweite Vereinzelungsstufe eine Prallfläche aufweist und eingerichtet ist, die Partikel in Richtung zu einer Prallfläche hin zu beschleunigen, so dass ein dadurch bewirkter Aufprall der Partikel auf die Prallfläche diese voneinander trennt.According to various embodiments, a particle separation device can have: an inlet opening and an outlet opening, several separation stages which are set up to separate particles guided from the inlet opening to the outlet opening, wherein of the several separation stages: a first separation stage is set up to introduce electrons into the particles, so that a charge (ie electrical charge) caused thereby separates the particles from one another; a second isolation stage has an impact surface and is set up to accelerate the particles in the direction of an impact surface so that an impact of the particles on the impact surface caused thereby separates them from one another.
Es zeigen
- 1 eine Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
- 2 eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
- 3 die Kinetik der elektrischen Vereinzelung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm;
- 4, 5 und 21A jeweils eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten;
- 6A, 7, 8, 9A, 11 bis 15 jeweils eine Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten
- 6B und 6C jeweils die Kinetik des mechanischen Vereinzelns in einem schematischen Diagramm;
- 9B, 10A, 10B und 16 jeweils die Kinetik des elektrischen Vereinzelns in einem schematischen Diagramm;
- 17 bis 20 jeweils eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten;
- 21B die Kinetik der gleichverteilten Zuführung in einem schematischen Diagramm;
- 22 bis 24 jeweils eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten; und
- 25 und 26 jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
Show it - 1 a particle separation device according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view;
- 2 a coating arrangement according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view;
- 3 the kinetics of the electrical isolation according to various embodiments in a schematic flow diagram;
- 4th , 5 and 21A in each case a coating arrangement according to various embodiments in various schematic views;
- 6A , 7th , 8th , 9A , 11 to 15th each a particle separation device according to different embodiments in different schematic views
- 6B and 6C in each case the kinetics of the mechanical separation in a schematic diagram;
- 9B , 10A , 10B and 16 in each case the kinetics of the electrical isolation in a schematic diagram;
- 17th to 20th in each case a coating arrangement according to various embodiments in various schematic views;
- 21B the kinetics of the uniformly distributed supply in a schematic diagram;
- 22nd to 24 in each case a coating arrangement according to various embodiments in various schematic views; and
- 25th and 26th each a method according to various embodiments in a schematic flow diagram.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof, and in which there is shown, for purposes of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. In this regard, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "front", "back", etc. is used with reference to the orientation of the character (s) being described. Because components of embodiments can be positioned in a number of different orientations, the directional terminology is used for purposes of illustration and is in no way limiting. It goes without saying that other embodiments can be used and structural or logical changes can be made without departing from the scope of protection of the present invention. It goes without saying that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another, unless specifically stated otherwise. The following detailed description is therefore not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung (z.B. ohmsch und/oder elektrisch leitfähig, z.B. einer elektrisch leitfähigen Verbindung), eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.In the context of this description, the terms “connected”, “connected” and “coupled” are used to describe both a direct and an indirect connection (e.g. ohmic and / or electrically conductive, e.g. an electrically conductive connection), a direct or indirect connection as well as a direct or indirect coupling. In the figures, identical or similar elements are provided with identical reference symbols, insofar as this is appropriate.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Begriff „gekoppelt“ oder „Kopplung“ im Sinne einer (z.B. mechanischen, hydrostatischen, thermischen und/oder elektrischen), z.B. direkten oder indirekten, Verbindung und/oder Wechselwirkung verstanden werden. Mehrere Elemente können beispielsweise entlang einer Wechselwirkungskette miteinander gekoppelt sein, entlang welcher die Wechselwirkung (z.B. ein Signal) übertragen werden kann. Beispielsweise können zwei miteinander gekoppelte Elemente eine Wechselwirkung miteinander austauschen, z.B. eine mechanische, hydrostatische, thermische und/oder elektrische Wechselwirkung. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann „gekuppelt“ im Sinne einer mechanischen (z.B. körperlichen bzw. physikalischen) Kopplung verstanden werden, z.B. mittels eines direkten körperlichen Kontakts. Eine Kupplung kann eingerichtet sein, eine mechanische Wechselwirkung (z.B. Kraft, Drehmoment, etc.) zu übertragen. Eine gastechnische Kopplung kann das Austauschen eines Gases ermöglichen. Eine vakuumtechnische Kopplung kann eine gastechnische Kopplung aufweisen, die vakuumdicht gekapselt ist.According to various embodiments, the term “coupled” or “coupling” can be understood in the sense of a (eg mechanical, hydrostatic, thermal and / or electrical), eg direct or indirect, connection and / or interaction. Several elements can, for example, be coupled to one another along an interaction chain, along which the interaction (eg a signal) can be transmitted. For example, two elements coupled to one another can exchange an interaction with one another, for example a mechanical, hydrostatic, thermal and / or electrical interaction. According to various embodiments, “coupled” can be understood in the sense of a mechanical (for example physical or physical) coupling, for example by means of direct physical contact. A clutch can be set up to transmit a mechanical interaction (eg force, torque, etc.). A gas coupling can enable a gas to be exchanged. A vacuum coupling can have a gas coupling which is encapsulated in a vacuum-tight manner.
Das Steuern kann verstanden werden als eine beabsichtigte Beeinflussung eines Systems. Dabei kann der Zustand des Systems gemäß einer Vorgabe verändert werden. Regeln kann als Steuern verstanden werden, wobei zusätzlich einer Zustandsänderung des Systems durch Störungen entgegengewirkt wird. Anschaulich kann die Steuerung eine nach vorn gerichtete Steuerstrecke aufweisen und somit anschaulich eine Ablaufsteuerung implementieren, welche eine Eingangsgröße in eine Ausgangsgröße umsetzt. Die Steuerstrecke kann aber auch Teil eines Regelkreises sein, so dass eine Regelung implementiert wird. Die Regelung weist im Gegensatz zu der reinen Vorwärts-Steuerung eine fortlaufende Einflussnahme der Ausgangsgröße auf die Eingangsgröße auf, welche durch den Regelkreis bewirkt wird (Rückführung). Mit anderen Worten kann alternativ oder zusätzlich zu der Steuerung eine Regelung verwendet werden bzw. alternativ oder zusätzlich zu dem Steuern ein Regeln erfolgen. Bei einer Regelung wird ein Ist-Wert der Regelgröße (z.B. basierend auf einem Messwert ermittelt) mit einem Führungswert (einem Sollwert oder einer Vorgabe oder einem Vorgabewert) verglichen und entsprechend kann die Regelgröße mittels einer Stellgröße (unter Verwendung eines Stellglieds) derart beeinflusst werden, dass sich möglichst eine geringe Abweichung des jeweiligen Ist-Werts der Regelgröße vom Führungswert ergibt.Controlling can be understood as an intentional influencing of a system. The state of the system can be changed according to a specification. Regulation can be understood as controlling, whereby a change in the state of the system due to disturbances is also counteracted. The controller can clearly have a forward-facing control path and thus clearly implement a sequence control which converts an input variable into an output variable. The control path can, however, also be part of a control loop, so that regulation is implemented. In contrast to the pure forward control, the regulation has a continuous influence of the output variable on the input variable, which is effected by the control loop (feedback). In other words, a regulation can be used as an alternative or in addition to the control or regulation can take place as an alternative or in addition to the control. In the case of regulation, an actual value of the controlled variable (e.g. determined based on a measured value) is compared with a reference value (a setpoint or a specification or a preset value) and the controlled variable can be influenced accordingly by means of a manipulated variable (using an actuator) in such a way that that there is as little deviation as possible of the respective actual value of the controlled variable from the reference value.
Im Rahmen dieser Beschreibung können Partikel (auch als Feststoffpartikel bezeichnet) als Körper verstanden werden (anschaulich Körner), welche einen Feststoff aufweisen oder daraus gebildet sind, d.h. in einem festen Aggregatzustand vorliegende Materie (wobei die Materie mehrere Atome und/oder Moleküle aufweisen kann). Eine Vielzahl von Partikeln kann anschaulich als lose Menge (auch als Gemenge oder Konglomerat bezeichnet), d.h. vereinzelt, vorliegen, z.B. als Granulat (z.B. Pulver). Die Partikel können eine Ausdehnung (anschaulich Partikelgröße) größer als 5 nm (Nanometer) aufweisen, z.B. größer als 0,1 µm (Mikrometer) und/oder kleiner als 1 mm (Millimeter), z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 µm oder in einem Bereich von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 1 mm. Die Partikelgröße eines einzelnen Partikels kann anschaulich dem Durchmesser einer Kugel entsprechen, welche das Volumen des Partikels aufweist. Die Partikelgröße bezogen auf eine Vielzahl von Partikeln kann der über die einzelnen Partikel gemittelten Partikelgröße entsprechen. Im Folgenden wird vereinfacht unter anderem auf ein einzelnes Partikel Bezug genommen. Das Beschriebene kann in Analogie für jedes Partikel der Vielzahl von Partikeln gelten. Zwei oder mehr Partikel können je nach Fortschritt ihrer Prozessierung einzeln (d.h. voneinander separiert) oder aneinanderhaftend (auch als Partikelcluster bezeichnet) vorliegen. Beispielsweise kann das Beschriebene auch in Analogie für jeden Partikelcluster der Vielzahl von Partikeln gelten. Es müssen allerdings nicht notwendigerweise alle Partikel, die dem Prozessieren zugeführt werden, auch prozessiert werden. Manche Partikel können auf dem Weg anschaulich auch verloren gehen (anschaulich Verlust).In the context of this description, particles (also referred to as solid particles) can be understood as bodies (clearly grains) which have a solid or are formed from it, i.e. matter present in a solid state (whereby the matter can have several atoms and / or molecules) . A large number of particles can clearly be present as a loose amount (also known as a mixture or conglomerate), i.e. isolated, e.g. as granules (e.g. powder). The particles can have an extension (clearly particle size) greater than 5 nm (nanometers), for example greater than 0.1 μm (micrometers) and / or smaller than 1 mm (millimeters), for example in a range from approximately 10 nm to approximately 500 µm or in a range from about 0.1 µm to about 1 mm. The particle size of an individual particle can clearly correspond to the diameter of a sphere, which has the volume of the particle. The particle size in relation to a large number of particles can correspond to the particle size averaged over the individual particles. In the following, a single particle is referred to in a simplified manner, among other things. What has been described can apply analogously to each particle of the multiplicity of particles. Depending on the progress of their processing, two or more particles can be present individually (i.e. separated from one another) or adhering to one another (also referred to as particle clusters). For example, what has been described can also apply analogously to each particle cluster of the plurality of particles. However, not all of the particles that are fed to the processing must also be processed. Some particles can also be lost on the way (visual loss).
Mittels eines Beschichtungsmaterials können mehrere Partikel jeweils beschichtet werden, so dass jedes Partikel von einer Schicht (auch als Partikelbeschichtung bezeichnet) aus dem Beschichtungsmaterial umgeben (z.B. eingehüllt) wird, wobei die beschichteten Partikel wieder als Konglomerat (d.h. vereinzelt) vorliegen können. Im Allgemeinen können sich mehrere Partikel untereinander und/oder von dem Beschichtungsmaterial in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden und/oder zumindest ein Material der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: ein Metall, ein Übergangsmetall, ein Oxid (z.B. ein Metalloxid oder ein Übergangsmetalloxid), ein Dielektrikum, ein organisches oder anorganisches Polymer (z.B. ein Kohlenstoff-basiertes Polymer oder ein Silizium-basiertes Polymer), ein Oxinitrid, ein Nitrid, ein Karbid, eine Keramik, ein Halbmetall (z.B. Kohlenstoff), ein Perowskit, ein Glas oder glasartiges Material (z.B. ein sulfidisches Glas oder ein superionisches Glas), ein Halbleiter, ein Halbleiteroxid, ein halborganisches Material und/oder ein organisches Material. Der Kohlenstoff kann beispielsweise in einer Kohlenstoffkonfiguration vorliegen, z.B. als Graphit oder als nano-kristalliner amorpher Kohlenstoff.A coating material can be used to coat several particles, so that each particle is surrounded (e.g. enveloped) by a layer (also known as a particle coating) of the coating material, whereby the coated particles can again be present as a conglomerate (i.e. isolated). In general, several particles can differ from one another and / or from the coating material in terms of their chemical composition and / or contain or be formed from at least one material of the following materials: a metal, a transition metal, an oxide (e.g. a metal oxide or a transition metal oxide), a dielectric, an organic or inorganic polymer (e.g. a carbon-based polymer or a silicon-based polymer), an oxynitride, a nitride, a carbide, a ceramic, a semi-metal (e.g. carbon), a perovskite, a glass or vitreous material (eg a sulfidic glass or a superionic glass), a semiconductor, a semiconductor oxide, a semi-organic material and / or an organic material. For example, the carbon can be in a carbon configuration, e.g., graphite or nano-crystalline amorphous carbon.
Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial zumindest ein Metall (z.B. Aluminium, Zirkonium, Lanthan, Nickel, Titan und/oder Chrom aufweisend oder daraus gebildet) aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Partikel und/oder das Beschichtungsmaterial ein Akkumulator-Aktivmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein. Als Akkumulator-Aktivmaterial (auch vereinfacht als Aktivmaterial bezeichnet) kann ein Material verstanden werden, welches unter einer chemischen Reaktion elektrische Ladungen aufnimmt oder abgibt (mit anderen Worten, welches elektrische Energie in chemische Energie umwandelt, und umgekehrt). Für einen Lithium-Ionen-Akkumulator kann das Aktivmaterial eine Lithiumverbindung aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispiele für ein Akkumulator-Aktivmaterial der Kathode sind beispielsweise Nickel-Mangan-Kobalt (NMC), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid (NCA), Lithium-Mangan-Oxid (LMO) und/oder Lithium-Nickel-Mangan-Oxid (LNMO). Beispiele für ein Akkumulator-Aktivmaterial der Anode sind Graphit (oder Kohlenstoff in einer anderen Konfiguration), nanokristallines und/oder amorphes Silicium, ein Silizium-Kohlenstoff-Komposit, Lithium-Titanat-(Spinel)-Oxid, metallisches Lithium oder Zinndioxid (SnO2).For example, the coating material can have or be formed from at least one metal (for example aluminum, zirconium, lanthanum, nickel, titanium and / or chromium, or comprising or formed therefrom). As an alternative or in addition, the particles and / or the coating material can have a battery active material or be formed therefrom. As a battery active material (also referred to simply as active material), a material can be understood which absorbs or releases electrical charges under a chemical reaction (in other words, which converts electrical energy into chemical energy, and vice versa). For a lithium-ion accumulator, the active material can have a lithium compound or be formed from it. Examples of a battery active material of the cathode are for example nickel-manganese-cobalt (NMC), lithium-iron-phosphate (LFP), lithium-nickel-cobalt-aluminum oxide (NCA), lithium manganese oxide (LMO) and / or lithium nickel manganese oxide (LNMO). Examples of a battery active material of the anode are graphite (or carbon in a different configuration), nanocrystalline and / or amorphous silicon, a silicon-carbon composite, lithium-titanate (spinel) oxide, metallic lithium or tin dioxide (SnO 2 ).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird die (z.B. zu beschichtete) Vielzahl von Partikeln (vereinfacht auch als Pulver oder Pulvermaterial bezeichnet) in einer vertikalen Anordnung mehreren aufeinanderfolgenden Dispersionsstufen mechanischen und/oder elektrostatischen Typs kollektiv geführt und vereinzelt. Alternativ oder zusätzlich kann eine gleichmäßige Verteilung (Dissemination) der Vielzahl von Partikeln über einer Beschichtungsvorrichtung (z.B. einer Materialdampfquelle) erfolgen. Die Beschichtungsvorrichtung kann beispielsweise eine oder mehr als einen elektronenstrahlinduzierte Materialdampf bereitstellen, mittels derer eine nahezu gleichmäßige rundum-Beschichtung der Partikel erreicht werden kann. Im Hinblick auf sublimierende Materialien, wie Kohlenstoff, kann die entsprechende Materialdampfquelle alternativ oder zusätzlich auch seitlich angeordnet werden.According to various embodiments, the large number of particles (e.g. to be coated) (also referred to in simplified terms as powder or powder material) are collectively guided and separated in a vertical arrangement of several successive mechanical and / or electrostatic type dispersion stages. Alternatively or additionally, the large number of particles can be uniformly distributed (disseminated) over a coating device (e.g. a material vapor source). The coating device can, for example, provide one or more than one electron beam-induced material vapor, by means of which an almost uniform all-round coating of the particles can be achieved. With regard to subliming materials such as carbon, the corresponding material vapor source can alternatively or additionally also be arranged laterally.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Auflockerungsvorrichtung eine Partikelauflage und eine Schwingungsquelle aufweisen. Die oder eine hierin beschriebene Schwingungsquelle kann zu Einkoppeln einer Schwingung in die Partikelauflage (auch als vibrationsfähige Partikelauflage bezeichnet) eingerichtet sein. Die Schwingung kann die Partikelauflage zu einer Vibration (d.h. einer periodischen Bewegung) anregen, welche kinetische Energie auf die Partikel überträgt (d.h. diese zu einer Bewegung anregt). Alternativ oder zusätzlich zu der Schwingungsquelle kann die Auflockerungsvorrichtung auch einen anderen Antrieb aufweisen, welcher eingerichtet ist, die Partikelauflage mechanisch anzuregen (z.B. mittels Stößen (von innen oder außen), Rotation der Partikelauflage oder anderen Bewegungen), so dass die auf der Partikelauflage liegenden Partikel zu einer Bewegung angeregt werden. Die Partikelauflage kann beispielsweise eine Membran, eine ebene Platte (z.B. eine Scheibe) oder eine ausgestülpte Platte (z.B. einen Teller) aufweisen. Bei der Vibration kann sich die Partikelauflage beispielsweise periodisch verformen, z.B. gemäß einer Schwingungsmode.According to various embodiments, a loosening device can have a particle support and a vibration source. The vibration source or a vibration source described herein can be set up to couple a vibration into the particle support (also referred to as a vibratable particle support). The oscillation can cause the particle support to vibrate (i.e., a periodic movement), which transfers kinetic energy to the particles (i.e., stimulates them to move). As an alternative or in addition to the vibration source, the loosening device can also have another drive which is set up to mechanically stimulate the particle support (e.g. by means of impacts (from inside or outside), rotation of the particle support or other movements), so that the particles lying on the particle support be stimulated to move. The particle support can, for example, comprise a membrane, a flat plate (e.g. a disk) or an everted plate (e.g. a plate). In the case of vibration, the particle coating can, for example, be deformed periodically, e.g. according to a vibration mode.
Die zur Bewegung angeregten Partikel können beispielsweise Stöße untereinander sowie mit der Partikelauflage erfahren, was deren Abstand voneinander erhöht und diese so anschaulich „auflockert“. Beispielsweise kann das Auflockern aufweisen, dass Bindungs- und/oder Haftungskräfte der Partikel untereinander und/oder zur Partikelauflage mittels der mechanischen Anregung (z.B. Energieeintrag der Schwingung oder Ähnliches) reduziert bis aufgehoben werden.The particles excited to move can, for example, experience impacts with one another and with the particle support, which increases their distance from one another and thus clearly "loosens" them. For example, the loosening can have the binding and / or adhesive forces between the particles and / or to the particle support being reduced or eliminated by means of mechanical excitation (e.g. energy input from the vibration or the like).
Die aufgelockerten Partikel können sich in diesem Zustand wie ein Fluid verhalten (auch als fluidisierte Partikel oder Partikelfluid bezeichnet) verhalten. Beispielsweise können die Partikel in ihrer Gesamtheit (d.h. das gesamte Partikelfluid) strömen und das Partikelfluid kann sich unter dem Einfluss von Scherkräften kontinuierlich verformen. Das Partikelfluid kann alternativ oder zusätzlich (zu der Übertragung von kinetischer Energie auf diese) mittels Einblasens eines Gases zwischen die Partikel bereitgestellt werden. Das Gas kann es allerdings erschweren, ein Vakuum aufrecht zu erhalten.In this state, the loosened particles can behave like a fluid (also referred to as fluidized particles or particle fluid). For example, the particles can flow in their entirety (i.e. the entire particle fluid) and the particle fluid can continuously deform under the influence of shear forces. The particle fluid can alternatively or additionally (to the transfer of kinetic energy to this) be provided by blowing a gas between the particles. However, the gas can make it difficult to maintain a vacuum.
Optional kann die Schwingungsquelle eingerichtet sein, die eingekoppelte Schwingung (z.B. zeitlich und/oder räumlich) zu variieren, so dass die Schwingungsmode der Partikelauflage gemäß mehrerer Schwingungsmoden schwingt. Die Schwingungsquelle kann beispielsweise zur Erzeugung verschiedener Frequenzen (auch als Schwingungsfrequenzen bezeichnet) eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Schwingungsquelle zur Einkopplung der Schwingung an verschiedenen Stellen (auch als Einkopplungsstellen bezeichnet) der Partikelauflage eingerichtet sein.Optionally, the vibration source can be set up to vary the coupled vibration (e.g. temporally and / or spatially) so that the vibration mode of the particle support vibrates according to several vibration modes. The vibration source can be set up, for example, to generate different frequencies (also referred to as vibration frequencies). As an alternative or in addition, the vibration source can be set up to couple the vibration at different points (also referred to as coupling points) of the particle support.
Die Schwingungsquelle kann im Allgemeinen einen oder mehr als einen Aktor (auch als Wandler bezeichnet) aufweisen, der eingerichtet ist, ein elektrisches Signal (z.B. eine elektrische Schwingung, z.B. eine Wechselspannung) in eine mechanische Schwingung umzuwandeln. Der oder jeder Aktor kann beispielsweise einen Piezo-Aktor, einen Exzenter, einen Unwuchtmotor und/oder eine elektrische Spule aufweisen. Die mehreren Einkopplungsstellen (z.B. von innen oder außen zugeführt) können beispielsweise mittels mehrerer Aktoren bereitgestellt sein oder werden. Die mehreren Schwingungsfrequenzen können beispielsweise mittels Ansteuerns eines Aktors (z.B. Piezo-Aktoren) mit verschiedenen Signalen bereitgestellt sein oder werden.The vibration source can generally have one or more than one actuator (also referred to as a converter) which is set up to convert an electrical signal (for example an electrical vibration, for example an alternating voltage) into a mechanical vibration. The or each actuator can have, for example, a piezo actuator, an eccentric, an unbalance motor and / or an electrical coil. The multiple coupling points (for example supplied from the inside or outside) can, for example, by means of several Actuators are or will be provided. The multiple oscillation frequencies can be provided, for example, by controlling an actuator (for example piezo actuators) with different signals.
Beispielsweise kann das Anregen der Partikelauflage mittels einer Schwingung gemäß einem (z.B. zyklischen) Schema erfolgen, wobei das Schema mehrere Phasen aufweist, die sich in der Frequenz und/oder der Stelle der eingekoppelten Schwingung voneinander unterscheiden. Die verschiedenen Frequenzen bzw. Stellen müssen nicht notwendigerweise zyklischen in einer festen Reihenfolge nacheinander eingekoppelt werden, sondern können auch zufällig variiert werden.For example, the particle support can be excited by means of an oscillation according to a (e.g. cyclic) scheme, the scheme having several phases which differ from one another in terms of the frequency and / or the location of the coupled-in oscillation. The different frequencies or points do not necessarily have to be coupled in cyclically one after the other in a fixed sequence, but can also be varied randomly.
Mittels der mehreren Schwingungsfrequenzen und/oder mehreren Einkopplungsstellen kann die Partikelauflage zu einer Schwingung gemäß einzelner und/oder mehrerer Schwingungsmoden angeregt werden, welche beispielsweise fortwährend verändert werden. Dies verhindert die Bildung von stehenden Wellenbergen bzw. Wellentälern, indem sich das Schwingungsmuster (z.B. die Chladni'sche-Figur) örtlich und zeitlich ändert, wodurch der fluidartige Schwebezustand der Partikel konstant und zeitlich länger aufrechterhalten wird.By means of the multiple oscillation frequencies and / or multiple coupling points, the particle support can be excited to oscillate in accordance with individual and / or multiple oscillation modes, which, for example, are continuously changed. This prevents the formation of standing wave crests or troughs, as the oscillation pattern (e.g. the Chladni figure) changes spatially and temporally, whereby the fluid-like state of suspension of the particles is maintained constant and longer over time.
Die Vibration der Partikelauflage kann optional eine Separation der Partikel (bzw. Partikelcluster) gemäß ihrer Größe und/oder Masse bewirken. Anschaulich kann mit zunehmender Größe und/oder Masse der Partikel (bzw. Partikelcluster) deren Gewichtskraft dominieren, so dass diese träge werden, was die Anregung zur Bewegung hemmt. Somit können vereinzelte, leichtere und/oder kleinere Partikel anschaulich „aufschwimmen“ und so von den größeren bzw. massereicheren Partikelclustern separiert werden.The vibration of the particle support can optionally cause a separation of the particles (or particle clusters) according to their size and / or mass. Clearly, with increasing size and / or mass of the particles (or particle clusters), their weight force can dominate, so that they become sluggish, which inhibits the stimulation of movement. In this way, isolated, lighter and / or smaller particles can clearly “float” and thus be separated from the larger or more massive particle clusters.
Das Ansteuern der Schwingungsquelle kann beispielsweise mittels einer Steuervorrichtung erfolgen, z.B. gemäß dem Schema.The vibration source can be controlled, for example, by means of a control device, for example according to the diagram.
Eine hierin beschriebene Elektronenquelle kann eingerichtet sein, Elektronen abzugeben, z.B. in ein Vakuum oder in einen Festkörper hinein. Die Elektronenquelle kann beispielsweise eingerichtet sein zur thermischen Emission von Elektronen in das Vakuum hinein, zur Sekundäremission von Elektronen in das Vakuum hinein, zur Bildung eines Plasmas (das die Elektronen aufweist) und/oder die Elektronen bei Kontakt mit dem Festkörper auf diesen zu übertragen (d.h. diesen elektrisch aufzuladen). Mit anderen Worten kann die Elektronenquelle auch eine Plasmaquelle aufweisen. Dazu kann die Elektronenquelle mit einer Stromversorgung gekoppelt sein, welche der Elektronenquelle mit einem elektrischen Strom versorgt, so dass die abgegebenen Elektronen nachgeführt werden.An electron source described herein can be configured to deliver electrons, e.g., into a vacuum or into a solid. The electron source can, for example, be set up for the thermal emission of electrons into the vacuum, for the secondary emission of electrons into the vacuum, for the formation of a plasma (which has the electrons) and / or to transfer the electrons to the solid body upon contact with it ( ie to charge it electrically). In other words, the electron source can also have a plasma source. For this purpose, the electron source can be coupled to a power supply which supplies the electron source with an electrical current so that the electrons released are tracked.
Beispielsweise kann zur Vereinzelung oder Auflockerung von Partikel-Agglomerationen Mikrowellenstrahlung angewandt werden. Die Partikel-Agglomerationen durchlaufen dabei - vorzugsweise im freien Fall - einen Bereich, in den Mikrowellenstrahlung einwirkt, beispielsweise im üblichen Frequenzbereich von 2,45 GHz. Durch die Mikrowellenstrahlung wird die in den Partikel-Agglomerationen enthaltene Restfeuchtigkeit erhitzt und verdampft, wobei die Agglomeration gesprengt wird und in EinzelPartikel zerfällt.For example, microwave radiation can be used to separate or loosen particle agglomerations. The particle agglomerations pass through - preferably in free fall - an area in which microwave radiation acts, for example in the usual frequency range of 2.45 GHz. The residual moisture contained in the particle agglomerations is heated and evaporated by the microwave radiation, the agglomeration being broken up and disintegrating into individual particles.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verdampfen eines Beschichtungsmaterials mittels eines Elektronenstrahls erfolgen (auch als Elektronenstrahl-Verdampfung bezeichnet). Optional kann das Beschichtungsmaterial (auch als Verdampfungsgut bezeichnet) in Form von sublimierenden (oder semi-sublimierenden) Material bereitgestellt sein oder werden, z.B. welches unterhalb des Beschichtungsraums und/oder (d.h. alternativ oder zusätzlich dazu) auch beliebig seitlich des Beschichtungsraums angeordnet sein kann.In various embodiments, a coating material can be evaporated by means of an electron beam (also referred to as electron beam evaporation). Optionally, the coating material (also referred to as evaporation material) can be or will be provided in the form of subliming (or semi-subliming) material, e.g. which can be arranged below the coating room and / or (i.e. alternatively or in addition to this) also any side of the coating room.
1 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. 1 Figure 11 illustrates a particle singulation device 100 according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view.
Die Partikelvereinzelungsvorrichtung 100 kann eine Eingangsöffnung 102e und eine Ausgangsöffnung 102a aufweisen, und mehrere Vereinzelungsstufen 104, welche die Eingangsöffnung 102e mit der Ausgangsöffnung 102a koppeln. Die mehreren Vereinzelungsstufen 104 können die durch die Eingangsöffnung 102e hindurch aufgenommenen Partikel 106 zu der Ausgangsöffnung 102a führen, z.B. entlang eines Pfades 111 (auch als Führungspfad 111 bezeichnet). Das Aufnehmen der Partikel 106 an der Eingangsöffnung 102e kann kontinuierliche oder auch schubweise erfolgen. Der Führungspfad 111 kann beispielsweise den Pfad beschreiben, den der gemittelte Schwerpunkt der Vielzahl Partikel 106 nimmt.The particle singulation device 100 can have an entrance opening 102e and an exit port 102a have, and several levels of isolation 104 showing the entrance opening 102e with the exit opening 102a couple. The several levels of isolation 104 can through the entrance opening 102e particles picked up through it 106 to the exit port 102a lead, e.g. along a path 111 (also as a leadership path 111 designated). Picking up the particles 106 at the entrance opening 102e can be carried out continuously or in batches. The leadership path 111 can, for example, describe the path that the mean center of gravity of the plurality of particles takes 106 takes.
Entlang des Führungspfades 111 können die mehreren Vereinzelungsstufen 104 beispielsweise seriell angeordnet sein, z.B. hintereinander. Es können aber auch entlang des Führungspfades 111 unmittelbar aufeinanderfolgende Vereinzelungsstufen 104 ineinandergreifen oder zumindest gemeinsame Bauteile aufweisen.Along the guide path 111 can use the several separation levels 104 for example, be arranged in series, for example one behind the other. But it can also be along the guide path 111 immediately successive separation stages 104 interlock or at least have common components.
Die mehreren Vereinzelungsstufen 104 können zumindest eine erste Vereinzelungsstufe 104a und eine zweite Vereinzelungsstufe 104b aufweisen. Die erste Vereinzelungsstufe 104a kann elektrischen Vereinzelungstyps sein (vereinfacht auch als elektrische Vereinzelungsstufe 104a bezeichnet). Die zweite Vereinzelungsstufe 104b kann mechanischen Vereinzelungstyps sein (vereinfacht auch als mechanische Vereinzelungsstufe 104b bezeichnet). Die erste Vereinzelungsstufe 104a und die zweite Vereinzelungsstufe 104b können optional mittels einer gemeinsamen Anordnung bereitgestellt sein oder werden, in welcher optional ein oder mehr als ein Bauteil ein Bestandteil der ersten Vereinzelungsstufe 104a und der zweiten zweite Vereinzelungsstufe 104b sein kann. Dies wird später genauer beschrieben.The multiple levels of isolation 104 can at least a first isolation level 104a and a second separation stage 104b exhibit. The first level of isolation 104a can be of the electrical isolation type (also referred to as an electrical isolation stage 104a designated). The second level of isolation 104b can be of the mechanical separation type (simplified also as a mechanical separation stage 104b designated). The first level of isolation 104a and the second separation stage 104b can optionally be provided by means of a common arrangement, in which optionally one or more than one component is a component of the first separation stage 104a and the second second separation stage 104b can be. This will be described in more detail later.
Mittels der elektrischen Vereinzelungsstufe 104a können Elektronen 113 in die Vielzahl von Partikel 106 eingebracht werden, wobei eine dadurch bewirkte Aufladung die Partikel 106 voneinander trennt (auch als elektrische Vereinzelung 101v bzw. elektrisches Vereinzeln 101v bezeichnet). Mit anderen Worten können den Partikel Elektronen zugeführt 101 werden (auch als Elektronenzufluss 101 oder „Einbringen 101 von Elektronen“ bezeichnet). Dazu kann die Vereinzelungsstufe 104a eine Elektronenquelle aufweisen, wie nachfolgend noch genauer beschrieben wird, welche die Elektronen 113 bereitstellt. Die Elektronen können beispielsweise als freie Elektronen bereitgestellt sein oder werden, z.B. mittels einer nichtthermalen Dunkelentladung oder mittels einer Glühkathode.By means of the electrical isolation stage 104a can electrons 113 in the multitude of particles 106 be introduced, with a resulting charge the particles 106 separates from each other (also as electrical isolation 101v or electrical isolation 101v designated). In other words, electrons can be supplied to the particles 101 be (also called electron inflow 101 or “Bring in 101 of electrons ”). The isolation level 104a have an electron source, as will be described in more detail below, which the electrons 113 provides. The electrons can for example be or are provided as free electrons, for example by means of a nonthermal dark discharge or by means of a hot cathode.
Mittels der Elektronen können die Partikel 106 elektrisch aufgeladen werden, so dass zwischen diesen eine elektrische Kraft vermittelt wird (beispielsweise gemäß dem coulombschen Gesetz), welche die Partikel 106 voneinander abstößt (auch als Abstoßungskraft bezeichnet). Die in die Partikel 106 eingebrachte elektrische Leistung kann dabei derart klein sein, dass eine Temperatur der Partikel 106 kleiner bleibt als eine Temperatur, bei welchen die Partikel 106 ihren Aggregatszustand ändern (z.B. schmelzen, verdampfen und/oder sublimieren). Mit anderen Worten können die Partikel 106 während der elektrischen Vereinzelung fest bleiben.By means of the electrons, the particles can 106 are electrically charged, so that an electrical force is imparted between them (for example, according to Coulomb's law), which the particles 106 repel each other (also known as repulsive force). Those in the particle 106 The electrical power introduced can be so small that a temperature of the particles 106 remains lower than a temperature at which the particles 106 change their physical state (e.g. melt, evaporate and / or sublimate). In other words, the particles can 106 remain firm during electrical isolation.
Mittels der mechanischen Vereinzelungsstufe 104b können die Partikel 106 beschleunigt 103 werden in Richtung zu einer Prallfläche 104p hin. Mit anderen Worten kann den Partikeln 106 kinetische Energie zugeführt 103 werden, welche die Partikeln 106 beschleunigt 103 (auch als Beschleunigen 103 bezeichnet). Das Beschleunigen 103 kann beispielsweise schräg zu oder entgegen der Richtung 155 der Gravitationskraft (auch als Vertikale 155 bezeichnet) und/oder zusätzlich zu einer Beschleunigung durch die Gravitationskraft erfolgen.By means of the mechanical separation stage 104b can the particles 106 are accelerated 103 in the direction of a baffle 104p down. In other words, the particles can 106 kinetic energy are supplied 103, which the particles 106 accelerates 103 (also called accelerate 103 designated). Accelerating 103 can for example be inclined to or against the direction 155 the gravitational force (also called vertical 155 designated) and / or take place in addition to an acceleration by the gravitational force.
Mittels des Aufpralls auf die Prallfläche 104p kann den Partikeln 106 eine mechanische Kraft (auch als Stoßkraft bezeichnet) vermittelt werden, welche die Partikel 106 voneinander trennt (auch als mechanische Vereinzelung 103v bzw. mechanisches Vereinzeln 103v bezeichnet). Die Partikel 106 können während der mechanischen Vereinzelung 103v fest verbleiben. Die Prallfläche 104p kann beispielsweise mittels einer Prallwand 104p (z.B. einer Prallplatte 104p) bereitgestellt sein oder werden.By means of the impact on the impact surface 104p can the particles 106 a mechanical force (also known as impact force) is imparted to the particles 106 separates from each other (also as mechanical separation 103v or mechanical separation 103v designated). The particles 106 can during mechanical separation 103v remain firm. The baffle 104p can for example by means of a baffle 104p (e.g. a baffle plate 104p) be or will be provided.
Allgemein kann das (z.B. mechanische und/oder elektrische) Vereinzeln 101v, 103v bewirken, dass zwei oder mehr Partikel, die aneinanderhaften, voneinander separiert (d.h. getrennt) werden (auch als Vereinzelungsprozess bezeichnet). Dabei können die individuellen Partikel in ihrer Integrität erhalten bleiben (auch als zerstörungsfreie Vereinzelung bezeichnet). Die aneinanderhaftenden zwei oder mehr Partikel werden hierin auch als Partikelcluster oder Partikelaggregat bezeichnet. Mittels des Vereinzelns kann ein oder mehr als ein Partikel aus einem Partikelcluster herausgelöst werden, so dass sich dadurch ein Partikelcluster mit weniger Partikeln oder ein einzelnes Partikel ergibt. In jeder Vereinzelungsstufe der mehreren Vereinzelungsstufen kann eine Vielzahl von Vereinzelungsprozessen erfolgen, so dass die Anzahl und/oder Größe der Partikelcluster, welche der Vereinzelungsstufe zugeführt werden, größer ist, als die Anzahl bzw. Größe der Partikelcluster, welche von der Vereinzelungsstufe abgegeben werden. Die Anzahl und/oder Größe der Partikelcluster kann beispielsweise auf ein Zeitintervall bezogen sein.In general, this can (for example mechanical and / or electrical) separation 101v , 103v cause two or more particles that adhere to one another to be separated (that is, separated) from one another (also referred to as a singulation process). The individual particles can be retained in their integrity (also referred to as non-destructive separation). The two or more particles adhering to one another are also referred to herein as particle clusters or particle aggregates. By means of the singulation, one or more than one particle can be detached from a particle cluster, so that a particle cluster with fewer particles or a single particle results. In each isolation stage of the multiple isolation stages, a multitude of isolation processes can take place, so that the number and / or size of the particle clusters which are supplied to the isolation stage is greater than the number or size of the particle clusters which are emitted by the isolation stage. The number and / or size of the particle clusters can be related to a time interval, for example.
Innerhalb jeder Vereinzelungsstufe der mehreren Vereinzelungsstufen 104 kann ein Vakuum bereitgestellt werden, durch welches hindurch der Führungspfad 111 führt. Mit anderen Worten kann das Vereinzeln 101v, 103v im Vakuum erfolgen. Die hier dargestellte Reihenfolge der Vereinzelungsstufen 104a, 104b kann auch anders ein. Bezüglich des Führungspfads 111 kann die elektrische Vereinzelungsstufe 104a der mechanischen Vereinzelungsstufe 104b nachgeschaltet sein oder andersherum. Beide mechanische Vereinzelungsstufen 104b können auch parallel zueinander geschaltet sein.Within each isolation level of the several isolation levels 104 a vacuum can be provided through which the guide path 111 leads. In other words, the isolation can 101v , 103v take place in a vacuum. The sequence of the isolation levels shown here 104a , 104b can also be different. Regarding the leadership path 111 can do the electrical isolation level 104a the mechanical separation stage 104b be downstream or vice versa. Both mechanical isolation levels 104b can also be connected in parallel to one another.
Optional kann die Partikelvereinzelungsvorrichtung 100 mehr als eine elektrische Vereinzelungsstufe 104a und/oder mehr als eine mechanische Vereinzelungsstufe 104b aufweisen, z.B. um die Zuverlässigkeit der Vereinzelung zu verbessern.Optionally, the particle separation device 100 more than one electrical isolation stage 104a and / or more than one mechanical isolation stage 104b have, for example to improve the reliability of the isolation.
Die oder jede mechanische Vereinzelungsstufe 104b (auch als mechanische Dispersionsstufe bezeichnet), kann das Beschleunigen 103 der Partikelcluster mittels einer Rotationsbewegung bewirken, wobei die Rotationsbewegung eine Fliehkraft auf ein Partikel bzw. Partikelcluster (vereinfacht auch als Agglomerat bezeichnet) überträgt, die das Beschleunigen 103 bewirkt. Der derart beschleunigte Partikelcluster kann einen hinreichend großen Impuls aufnehmen und effektiv zerschlagen werden beim Aufprall auf die Prallfläche 104p.The or each mechanical separation stage 104b (also known as the mechanical dispersion stage), can accelerate 103 bring about the particle cluster by means of a rotational movement, wherein the rotational movement transmits a centrifugal force to a particle or particle cluster (also referred to as an agglomerate), which accelerates 103 causes. The particle cluster accelerated in this way can absorb a sufficiently large impulse and be effectively smashed upon impact with the impact surface 104p .
Die vereinzelten Partikel 106 können nachfolgend prozessiert werden, z.B. kann diesen Material hinzugefügt werden (z.B. mittels Beschichtens), diesen Material entnommen werden (z.B. mittels Abtragens), oder diese können chemisch umgewandelt werden (z.B. mittels Erhitzens oder Bestrahlens). Die vereinzelten Partikel 106 lassen sich zum Beschichten beispielsweise einer Beschichtungsanordnung zuführen, wie im Folgenden beschrieben wird. Werden die Partikel vor ihrer Beschichtung vereinzelt, kann dies kleinere Einheiten zu Folge haben, die eine größere funktionalisierte Oberfläche bereitstellen. Dies vergrößert die Wirkung der Beschichtung bzw. der dadurch bereitgestellten Funktionalisierung.The scattered particles 106 can be subsequently processed, e.g. this material can be added (e.g. by coating), this material can be removed (e.g. by ablation), or it can be chemically converted (e.g. by heating or irradiation). The scattered particles 106 can be fed, for example, to a coating arrangement for coating, as will be described below. If the particles are isolated before they are coated, this can result in smaller units that provide a larger functionalized surface. This increases the effect of the coating or the functionalization provided by it.
Das Vereinzeln der Partikel (z.B. bevor diese beschichtet werden) muss aber nicht notwendigerweise oder kann nur zum Teil erfolgen, je nach vorherrschender Anforderung oder Wirtschaftlichkeit. Beispielsweise können allerdings ebenso nur Partikelcluster oder ein Gemisch aus Partikeln und Partikelclustern prozessiert (z.B. beschichtet) werden. Im Folgenden wird sich zum vereinfachten Verständnis auf bereits vereinzelte Partikel bezogen. Das für vereinzelte Partikel Beschriebene kann in Analogie auch für Partikelcluster oder das Gemisch gelten.The separation of the particles (e.g. before they are coated) does not necessarily have to or can only be done partially, depending on the prevailing requirements or economic efficiency. For example, only particle clusters or a mixture of particles and particle clusters can also be processed (e.g. coated). In the following, for a simplified understanding, reference is made to already isolated particles. What has been described for individual particles can also apply analogously to particle clusters or the mixture.
2 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. 2 illustrates a coating arrangement 200 according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view.
Die Beschichtungsanordnung 200 kann eine Partikelzuführung 202 und einen Auffangbehälter 204 aufweisen, zwischen denen ein Hohlraum 206 (auch als Beschichtungsraum 206 bezeichnet) gebildet ist. Ferner kann die Beschichtungsanordnung 200 eine Beschichtungsmaterial-Quelle 208 aufweisen, welche beispielsweise ein Beschichtungsmaterial aufweist, mit dem die Partikel 106 beschichtet werden sollen. Die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 kann im Allgemeinen eine Beschichtungsmaterial-Haltevorrichtung (z.B. einen Tiegel) zum Halten des Beschichtungsmaterials aufweisen. Optional kann die Beschichtungsmaterial-Quelle einen Antrieb zum Drehen und/oder Nachzuführen des Beschichtungsmaterials aufweisen, um einen stabilen Prozess zu gewährleisten.The coating arrangement 200 can be a particle feeder 202 and a collecting container 204 have, between which a cavity 206 (also as a coating room 206 designated) is formed. Furthermore, the coating arrangement 200 a source of coating material 208 have, which has, for example, a coating material with which the particles 106 to be coated. The source of the coating material 208 may generally have a coating material holding device (eg, a crucible) for holding the coating material. Optionally, the coating material source can have a drive for rotating and / or feeding the coating material in order to ensure a stable process.
Beispielsweise kann die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 zur Durchführung einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) eingerichtet sein, beispielsweise mittels Verdampfens des Beschichtungsmaterials. Beispielsweise kann die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 Teil einer Beschichtungsvorrichtung sein, z.B. einer PVD-Beschichtungsvorrichtung oder CVD-Beschichtungsvorrichtung, wie später noch genauer beschrieben wird. Die Beschichtungsvorrichtung kann ferner eine Leistungszuführung (z.B. eine Elektronenstrahlkanone, eine Gasentladungsvorrichtung oder eine Heizvorrichtung in Form eines Schiffchenverdampfers) aufweisen, welche eingerichtet ist, die zum Verdampfen des Beschichtungsmaterials benötigte Leistung zuzuführen.For example, the coating material source 208 be set up to carry out a physical vapor deposition (PVD), for example by means of evaporation of the coating material. For example, the coating material source 208 Be part of a coating device, for example a PVD coating device or CVD coating device, as will be described in more detail later. The coating device can furthermore have a power supply (for example an electron beam gun, a gas discharge device or a heating device in the form of a boat evaporator) which is set up to supply the power required to evaporate the coating material.
Eine Beschichtungsvorrichtung kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen zum Beschichten 2600 von Partikeln eingerichtet sein, welche dem von der Beschichtungsvorrichtung emittierten Beschichtungsmaterial ausgesetzt werden. Beispielsweise kann die Beschichtungsvorrichtung zum Bereitstellen eines gasförmigen Beschichtungsmaterials (z.B. Materialdampf) eingerichtet sein, welches z.B. auf den Partikeln zum Bilden einer Schicht abgeschieden werden kann. Eine Beschichtungsvorrichtung kann zumindest eines von Folgendem aufweisen: eine Sputtervorrichtung, eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung (z.B. einen Laserstrahlverdampfer, einen Lichtbogenverdampfer, einen Schiffchenverdampfer, einen Elektronenstrahlverdampfer und/oder einen resistiv-thermischen Verdampfer). Eine Sputtervorrichtung kann zum Zerstäuben des Beschichtungsmaterials mittels eines Plasmas eingerichtet sein. Eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung kann zum Verdampfen des Beschichtungsmaterials mittels thermischer Energie eingerichtet sein. Die thermische Energie kann beispielsweise mittels eines Elektronenstrahls und/oder mittels einer resistiven Heizvorrichtung (z.B. bei der sogenannten Schiffchenverdampfung) dem Beschichtungsmaterial zugeführt werden. Je nach der Beschaffenheit des Beschichtungsmaterials kann alternativ oder zusätzlich zu dem thermischen Verdampfen, d.h. ein thermisches Überführen eines flüssigen Zustands (flüssige Phase) in einen gasförmigen Zustand (gasförmige Phase), auch ein Sublimieren, d.h. ein thermisches Überführen eines festen Zustands (feste Phase) in einen gasförmigen Zustand, auftreten. Mit anderen Worten kann die thermisch-Verdampfungsvorrichtung das Beschichtungsmaterial auch sublimieren. Die Sputtervorrichtung zum Sputtern kann beispielsweise zentrisch in dem Beschichtungsraum angeordnet sein oder werden, z.B. mittels einer vertikalen Anordnung von Sputtertargets (z.B. Rohrmagnetrons die beispielsweise gemäß einer Planetenbewegung angetrieben werden.According to various embodiments, a coating device can be used for coating 2600 of particles which are exposed to the coating material emitted by the coating device. For example, the coating device can be set up to provide a gaseous coating material (for example material vapor) which, for example, can be deposited on the particles to form a layer. A coating device may include at least one of the following: a sputtering device, a thermal evaporation device (e.g., a laser beam evaporator, an arc evaporator, a boat evaporator, an electron beam evaporator and / or a resistive thermal evaporator). A sputtering device can be set up for atomizing the coating material by means of a plasma. A thermal evaporation device can be set up to evaporate the coating material by means of thermal energy. The thermal energy can be supplied to the coating material, for example, by means of an electron beam and / or by means of a resistive heating device (for example in so-called boat evaporation). Depending on the nature of the coating material, alternatively or in addition to thermal evaporation, i.e. thermal conversion of a liquid state (liquid phase) into a gaseous state (gaseous phase), sublimation, i.e. thermal conversion of a solid state (solid phase) in a gaseous state. In other words, the thermal evaporation device can also sublime the coating material. The sputtering device for sputtering can for example be arranged centrally in the coating room, for example by means of a vertical arrangement of sputtering targets (for example tubular magnetrons which are driven, for example, according to a planetary motion.
Im Folgenden wird auf eine Beschichtungsvorrichtung in Form einer thermisch-Verdampfungsvorrichtung (vereinfacht auch als Verdampfungsvorrichtung bezeichnet) Bezug genommen. Das Beschriebene kann in Analogie auch für eine Beschichtungsvorrichtung anderen Typs, wie vorstehend beschrieben ist, gelten. Das Beschichtungsmaterial kann in den Hohlraum 206 hinein verdampft 109 (allgemeiner emittiert 109) werden. Im Sinne eines sublimierenden oder semi-sublimierenden Beschichtungsmaterials kann auch aus einer seitlichen Richtung, z.B. mit beliebigem Winkel zur Vertikalen, in den Beschichtungsraum hinein verdampft werden.In the following, reference is made to a coating device in the form of a thermal evaporation device (also referred to in simplified terms as an evaporation device). What has been described can also apply analogously to a coating device of another type, as described above. The coating material can be in the cavity 206 evaporated into it 109 (more generally emitted 109 ) become. In the sense of a subliming or semi-subliming coating material, it is also possible to vaporize into the coating space from a lateral direction, for example at any angle to the vertical.
Die Partikelzuführung 202 kann einen Zuführungsspalt 202s aufweisen. Der Zuführungsspalt 202s kann in Form eines Ringspalts bereitgestellt sein und/oder an die Ausgangsöffnung 102a angrenzen.The particle feed 202 can have a feed slot 202s exhibit. The feed gap 202s can be provided in the form of an annular gap and / or at the outlet opening 102a adjoin.
Als Ringspalt kann hierin ein Spalt verstanden werden, der entlang eines in sich geschlossenen Pfades 202p (auch als Spaltpfad 202p bezeichnet) erstreckt ist, z.B. über mehr als 90% des Spaltpfads 202p. Beispielsweise kann der Ringspalt zusammenhängend sein. Alternativ kann der Ringspalt ein oder mehr als einmal unterbrochen sein oder zumindest mehrere voneinander separierte Segmente aufweisen. Beispielsweise kann der Ringspalt zumindest zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des Spaltpfads 202p angeordnete Abschnitte (z.B. voneinander separierte Segmente aufweisen).An annular gap can be understood here as a gap that is along a path that is closed in itself 202p (also as a crevice path 202p designated) extends, for example over more than 90% of the cleavage path 202p . For example, the annular gap can be contiguous. Alternatively, the annular gap can be interrupted one or more than once or can have at least several segments that are separated from one another. For example, the annular gap can be at least two on opposite sides of the gap path 202p arranged sections (eg having separated segments).
Der Hohlraum 206 kann mehrere Bereiche, z.B. einen ersten Bereich 206a und einen zweiten Bereich 206b, aufweisen oder daraus gebildet sein. Der erste Bereich 206a kann von dem Zuführungsspalt 202s zu dem Auffangbehälter 204 erstreckt sein und den zweiten Bereich 206b umgeben (z.B. an diesen angrenzend). Der zweite Bereich 206b (auch als Dampfausbreitungsbereich 206b bezeichnet) kann an die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 angrenzen.The cavity 206 can have several areas, e.g. a first area 206a and a second area 206b , have or be formed therefrom. The first area 206a can from the feed gap 202s to the collecting container 204 his and the second area 206b surround (e.g. adjacent to these). The second area 206b (also as a steam expansion area 206b can be sent to the coating material source 208 adjoin.
Anschaulich kann der erste Bereich 206a (auch als Fallbereich 206a bezeichnet) innen ausgespart sein, und in der Aussparung kann der Dampfausbreitungsbereich 206b angeordnet sein. Der Dampfausbreitungsbereich 206b kann beispielsweise zylinderförmig (z.B. mit der Zylinderachse parallel zur Vertikalen 155) sein oder zumindest eine Mantelfläche aufweisen, welche von dem Fallbereich 206a vollständig bedeckt wird.The first area is clear 206a (also as a case area 206a designated) inside, and in the recess can be the vapor diffusion area 206b be arranged. The steam spreading area 206b can for example be cylindrical (e.g. with the cylinder axis parallel to the vertical 155 ) be or have at least one lateral surface, which from the fall area 206a is completely covered.
In dem Hohlraum 206 kann beispielsweise im Betrieb ein Vakuum gebildet sein, in welches das Beschichtungsmaterial hinein verdampft wird.In the cavity 206 For example, a vacuum can be formed during operation, into which the coating material is evaporated.
Mittels der Partikelzuführung 202 kann eine Vielzahl von Partikeln 106 in den Hohlraum 206 (z.B. das Vakuum darin) eingebracht werden, z.B. in den Fallbereich 206a hinein und/oder durch den Zuführungsspalt 202s hindurch. In dem Hohlraum 206 können die Partikeln 106 dann von der Gravitationskraft beschleunigt werden (auch als Fallen bezeichnet), z.B. zu dem Auffangbehälter 204 hin und/oder entlang eines Freifallpfads 211, der beispielsweise den Führungspfad 111 fortsetzt. Das Fallen der Partikel 106 kann diese an dem Dampfausbreitungsbereich 206b vorbei führen. Beispielsweise können die Partikel 106 außen an dem Dampfausbreitungsbereich 206b vorbei fallen. Aufgrund der Beschleunigung können die Abstände zwischen den Partikeln beim Fallen zunehmen, was es beispielsweise erleichtert, dass diese umseitig dem Beschichtungsmaterial ausgesetzt sind.By means of the particle feed 202 can be a variety of particles 106 into the cavity 206 (e.g. the vacuum in it), e.g. in the drop area 206a into and / or through the feed gap 202s through. In the cavity 206 can the particles 106 are then accelerated by the force of gravity (also known as falling), e.g. to the collecting container 204 to and / or along a free fall path 211 , for example, the guide path 111 continues. The falling of the particles 106 can this at the steam expansion area 206b pass by. For example, the particles 106 outside of the steam spreading area 206b fall past. Due to the acceleration, the distances between the particles can increase when they fall, which makes it easier, for example, that they are exposed to the coating material on the reverse side.
Der Freifallpfad 211 kann in dem Hohlraum 206 im Wesentlichen senkrecht (d.h. parallel zur Vertikalen 155) verlaufen (z.B. mit weniger als 10° Abweichung davon). Beispielsweise kann die Abweichung zustande kommen, wenn Elektronen und/oder das Beschichtungsmaterial mit den Partikeln 106 wechselwirken, z.B. diese leicht nach außen treiben. Dies kann auch unter Umständen im größeren Maße geschehen. Beispielsweise können besonders kleine Partikel, z.B. Nanopartikel mit einer Partikelgröße von sehr viel weniger als 1 µm in Schwebung geraten und nach außen (d.h. in Richtung zu Kammerwand hin) getragen werden, bis in Bereiche geringerer Metalldampfdichten. Es kann auch sein, dass bei ungünstigen Materialverhältnissen (z.B. ein hohe Rate, schwere Atome, mit hohen spezifischen Verdampfungsenergien zusammen mit leichten Partikeln (z.B. Graphit) und kleinen Volumina) ein Hochtreiben der Partikel erfolgen kann. Für diesen Fall, kann eine Ringelektrode bzw. ein elektrisches Potential derart angeordnet sein oder werden, (beispielsweise direkt am/der Einleger), dass auf die geladenen Partikel eine Kraft nach unten übertragen wird.The free fall path 211 can in the cavity 206 essentially perpendicular (i.e. parallel to the vertical 155 ) run (e.g. with less than 10 ° deviation therefrom). For example, the deviation can come about when electrons and / or the coating material with the particles 106 interact, e.g. push them slightly outwards. Under certain circumstances, this can also be done to a greater extent. For example, particularly small particles, for example nanoparticles with a particle size of very much less than 1 µm, can start to float and be carried outwards (ie in the direction of the chamber wall) up to areas of lower metal vapor densities. It can also be the case that in the case of unfavorable material conditions (eg a high rate, heavy atoms, with high specific evaporation energies together with light particles (eg graphite) and small volumes) the particles can be blown up. For this case, a ring electrode or an electrical potential can be arranged (for example directly on the insert) in such a way that a downward force is transmitted to the charged particles.
Das Einbringen der Partikel 106 kann durch den Zuführungsspalt 202s hindurch erfolgen entlang des Freifallpfads 211. Der Zuführungsspalt 202s kann derart eingerichtet sein, dass der Freifallpfad 211 von dem Spaltpfad 202p (z.B. von jedem Punkt des Spaltpfades 202p) aus an dem Dampfausbreitungsbereich 206b vorbeiführt und/oder innerhalb des Fallbereichs 206a angeordnet ist, z.B. bis in den Auffangbehälter 204 hinein.The introduction of the particles 106 can through the feed gap 202s take place along the free fall path 211 . The feed gap 202s can be set up in such a way that the free fall path 211 from the crevice path 202p (e.g. from any point on the cleavage path 202p ) off at the steam propagation area 206b past and / or within the fall area 206a is arranged, for example up to the collecting container 204 into it.
Dies erreicht, dass die Vielzahl von Partikeln 106, welche entlang des Freifallpfads 211 fallen, den Dampfausbreitungsbereich 206b umgibt. Das in den Dampfausbreitungsbereich 206b hinein verdampfte Beschichtungsmaterial kann somit von dem Dampfausbreitungsbereich 206b aus radial nach außen strömen durch die fallenden Partikel 106 hindurch, so dass die Vielzahl von Partikeln 106 mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet 2600 wird (auch als Beschichten 2600 bezeichnet).This achieves that the multitude of particles 106 which along the freefall path 211 fall, the vapor spread area 206b surrounds. That in the steam expansion area 206b evaporated into it Coating material can thus be removed from the vapor spread area 206b from radially outward flow through the falling particles 106 through it so that the multitude of particles 106 coated with the coating material 2600 is (also called coating 2600 designated).
Die räumliche Verteilung der Vielzahl von Partikeln 106, mit der diese durch den Zuführungsspalt 202s zugeführt werden, kann (entlang des Spaltpfads 202p) im Wesentlichen statistisch sein (auch als statistische Verteilung bezeichnet). Anschaulich können die Partikeln 106 entlang des gesamten Zuführungsspalts 202s gleichmäßig verteilt werden. Dies erreicht eine möglichst gleichmäßige Ausnutzung des Beschichtungsmaterials in dem Hohlraum 206.The spatial distribution of the multitude of particles 106 with which this through the feed gap 202s can be fed (along the cleavage path 202p ) be essentially statistical (also known as statistical distribution). The particles can be vividly illustrated 106 along the entire feed gap 202s be evenly distributed. This achieves the most uniform possible utilization of the coating material in the cavity 206 .
Beispielsweise kann für jeden Spaltabschnitt des Zuführungsspalts 202s (z.B. gleicher Größe) die Menge an Partikeln, die über ein Zeitintervall summiert durch den Spaltabschnitt geführt werden, gegen denselben Wert konvergieren mit zunehmender Länge des Zeitintervalls. Vereinfacht ausgedrückt, kann die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmtes Partikel 106 den Weg durch den Spaltabschnitt nimmt für jeden Spaltabschnitt im Wesentlichen gleich groß sein (auch als Gleichverteilung bezeichnet). Diese Art der Zuführung (auch als gleichverteilte Zuführung bezeichnet) der Partikel 106 kann mittels der Partikelzuführung 202 bereitgestellt sein oder werden, wie im Folgenden noch genauer beschrieben wird.For example, for each gap section of the feed gap 202s (eg of the same size) the amount of particles that are summed up over a time interval through the gap section converge towards the same value with increasing length of the time interval. Put simply, the probability of a particular particle 106 the path through the gap section takes essentially the same size for each gap section (also referred to as uniform distribution). This type of feed (also referred to as uniformly distributed feed) of the particles 106 can by means of the particle feed 202 be provided, as will be described in more detail below.
Mittels der gleichverteilten Zuführung kann erreicht werden, dass der mittlere Abstand einander unmittelbar benachbarter Partikel im Fall (auch als Partikelvorhang bezeichnet) minimiert wird und/oder die statistische Abweichung von diesem mittleren Abstand minimiert wird. Dies erreicht eine möglichst homogene Beschichtung der Partikel.By means of the uniformly distributed supply, it can be achieved that the mean distance between directly adjacent particles in the case (also referred to as a particle curtain) is minimized and / or the statistical deviation from this mean distance is minimized. This achieves a coating of the particles that is as homogeneous as possible.
Im Folgenden werden die Mechanismen der voranstehend beschriebenen Vereinzelung, der Beschichtung und deren Zusammenwirken dieser anhand exemplarischer Ausführungsformen beschrieben. Die Partikelvereinzelungsvorrichtung 100 kann dabei Teil der Beschichtungsanordnung 200 sein. Diese können allerdings auch separat voneinander bereitgestellt werden, z.B. wenn die vereinzelten Partikel anderweitig prozessiert werden sollen oder wenn Partikelcluster beschichtet werden sollen.In the following, the mechanisms of the above-described separation, the coating and their interaction of these are described with the aid of exemplary embodiments. The particle singulation device 100 can be part of the coating arrangement 200 be. However, these can also be provided separately from one another, for example if the individual particles are to be processed in some other way or if particle clusters are to be coated.
Der Dampfausbreitungsbereich 206b kann beispielsweise frei von Partikeln bleiben und/oder zumindest neben dem Freifallpfad angeordnet sein.The steam spreading area 206b can for example remain free of particles and / or at least be arranged next to the free fall path.
3 veranschaulicht die Kinetik der elektrischen Vereinzelung 101v gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm 300, wobei der Zeitverlauf nach unten gerichtet ist. Hier und im Folgenden wird auf ein Partikelcluster 106c Bezug genommen, das aus zwei Partikeln 106 besteht (auch als Dicluster 106c bezeichnet). Das für das Dicluster 106c Beschriebene kann in Analogie auch für einen Partikelclusters aus mehr als zwei Partikeln gelten. 3 illustrates the kinetics of electrical isolation 101v according to various embodiments in a schematic flowchart 300 , with the passage of time pointing downwards. Here and below we refer to a particle cluster 106c Referred to as that of two particles 106 exists (also as dicluster 106c designated). That for the Dicluster 106c By analogy, what has been described can also apply to a particle cluster made up of more than two particles.
Die elektrische Vereinzelung 101v kann beispielsweise elektrostatisch erfolgen (auch als elektrostatische Vereinzelung oder elektrostatische Dispersion bezeichnet). Die elektrische Vereinzelung kann mittels Beladens der Partikel 106 mit (z.B. freien) Elektronen erfolgen, so das Partikelclusters 106c in kleinere Untereinheiten (z.B. in zwei Partikelcluster 106c und/oder einzelne Partikel) zerlegt werden kann. Die elektrische Vereinzelung 101v kann dabei auf der Coulombschen Abstoßung beruhen, welche die treibende elektrostatische Kraft beschreibt, die zwei oder mehrere aneinanderhaftende Partikel (angenommene Ladungsschwerpunkte) voneinander weg treibt (durch elektrostatische Aufladung dieser) und so ein Voneinanderlösen dieser anregt.The electrical isolation 101v can for example take place electrostatically (also referred to as electrostatic separation or electrostatic dispersion). The electrical isolation can be achieved by loading the particles 106 occur with (e.g. free) electrons, so the particle cluster 106c into smaller subunits (e.g. into two particle clusters 106c and / or individual particles) can be broken down. The electrical isolation 101v can be based on the Coulomb repulsion, which describes the driving electrostatic force that drives two or more particles (assumed charge centers) away from each other (by electrostatic charging of these) and thus stimulates their separation.
Der Radius r eines Partikels beliebiger Form und Größe kann dem Radius einer Kugel (d.h. eines sphärischen Partikels) entsprechen, welche dasselbe Volumen aufweist, wie das Partikel beliebiger Form und Größe. Vereinfacht kann daher ein sphärisches (z.B. elektrisch leitfähiges) Partikel mit dem Radius r betrachtet werden.The radius r of a particle of any shape and size can correspond to the radius of a sphere (i.e. a spherical particle) which has the same volume as the particle of any shape and size. In a simplified way, a spherical (e.g. electrically conductive) particle with the radius r can be considered.
Die elektrostatisch induzierte Ladung q und Abstoßungskraft FC auf dieses Partikel 106 kann folgender Relation genügen:
wobei
ist.The electrostatically induced charge q and repulsion force F C on this particle 106 can satisfy the following relation: in which is.
Hier ist ∈0 die elektrische Feldkonstante. Die mittels der Ladung q induzierte Abstoßungskraft FC wirkt einer Haftkraft FH entgegen, die beschreibt, wie stark die Partikel 106 aneinanderhaften. Überschreitet die Abstoßungskraft FC die Haftkraft FH, lösen sich die Partikel 106 voneinander (d.h. diese werden voneinander getrennt). Die Haftkraft FH lässt sich mit der Hamakerkonstante A der Oberflächen, dem molekularen Abstand s der Oberflächen (exemplarisch ungefähr 0.4 nm) abschätzen als:
wobei sich mit
verkürzter schreiben lässt
Here ∈ 0 is the electric field constant. The repulsion force F C induced by the charge q counteracts an adhesive force F H , which describes how strong the particles are 106 stick together. If the repulsive force F C exceeds the adhesive force F H , the particles become detached 106 from each other (ie these are separated from each other). The adhesive force F H can be estimated with the Hamaker constant A of the surfaces, the molecular distance s between the surfaces (approximately 0.4 nm as an example) as: being with can be written in abbreviated form
Setzt man die induzierte Abstoßungskraft FC gleich der Haftkraft FH, erhält man aus den obigen Relationen die Spannung U, oberhalb der Partikel des Radius r und der Haftkonstante β voneinander elektrostatisch getrennt werden, wobei
ist.If the induced repulsion force F C is set equal to the adhesive force F H , the voltage U, above the particles of radius r and the adhesive constant β, are obtained from the above relationships, whereby is.
Neben der numerischen Bestimmung einer Haftgröße existieren ebenso experimentell bestimmte Abschätzungen, welche sich auf ein Verhältnis von Gewichtskraft zu Haftkraft FH beziehen. So kann angenommen werden, dass die Haftkraft FH im Allgemeinen um einen Faktor von bis zu 109 höher ist als die Gewichtskraft eines Partikels 106. Dies entspricht einer exemplarischen Haftkonstante von β=0,3 kg/s2 (Kilogramm pro Sekunde zum Quadrat). Diese exemplarische Haftkonstante kann der folgenden Beschreibung zugrunde liegen.In addition to the numerical determination of an adhesive size, there are also experimentally determined estimates that relate to a ratio of weight force to adhesive force F H. It can thus be assumed that the adhesive force F H is generally increased by a factor of up to 10 9 is higher than the weight of a particle 106 . This corresponds to an exemplary sticking constant of β = 0.3 kg / s 2 (kilograms per second squared). The following description can be based on this exemplary sticking constant.
Die Vereinzelung und Beschichtung werden im Folgenden exemplarisch gemeinsam anhand verschiedener Beschichtungsanordnungen beschrieben, können aber auch separat voneinander bereitgestellt sein oder werden.The separation and coating are described below by way of example together with the aid of different coating arrangements, but can also be provided separately from one another.
4 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. 4th illustrates a coating arrangement 400 according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view.
Die vertikal erstreckte Beschichtungsanordnung 400 kann ein Kammergehäuse 802k aufweisen, in welchem eine oder mehr als eine Vakuumkammer 802 bereitgestellt ist. Mehrere Vakuumkammern 802 können beispielsweise vakuumtechnisch miteinander gekoppelt sein und mittels einer Öffnung 202s (z.B. dem Zuführungsspalt 202s) miteinander verbunden sein.The vertically extended coating arrangement 400 can be a chamber housing 802k have in which one or more than one vacuum chamber 802 is provided. Several vacuum chambers 802 can, for example, be coupled to one another in terms of vacuum technology and by means of an opening 202s (e.g. the feed gap 202s ) be connected to each other.
Das Kammergehäuse 802k kann beispielsweise rotationssymmetrisch eingerichtet sein. Das Kammergehäuse 802k kann beispielsweise geerdet sein oder auf einem anderen Referenzpotential liegen. Mit anderen Worten kann das Referenzpotential beispielsweise elektrische Erde sein. Eine hierin beschriebene elektrische Spannung kann beispielsweise auf das Referenzpotential bezogen sein. Die elektrische Spannung kann beispielsweise zu einem elektrischen Potential korrespondieren, welches eine Differenz zu dem Referenzpotential in Höhe der Spannung aufweist.The chamber housing 802k can for example be set up to be rotationally symmetrical. The chamber housing 802k can for example be grounded or at a different reference potential. In other words, the reference potential can be electrical earth, for example. An electrical voltage described herein can be related to the reference potential, for example. The electrical voltage can correspond, for example, to an electrical potential which has a difference to the reference potential in the amount of the voltage.
Jede Vakuumkammer 802 kann einen oder mehr als einen Hohlraum (auch als Prozessierraum bezeichnet) bereitstellen, durch welchen die Partikel 106 hindurchgeführt und in welchem diese prozessiert (z.B. beschichtet) werden. Das Prozessieren in dem Prozessierraum kann mittels einer Prozessierstufe 400a bis 400f erfolgen, die den jeweiligen Prozessierraum aufweist.Any vacuum chamber 802 can provide one or more than one cavity (also referred to as processing space) through which the particles 106 and in which these are processed (e.g. coated). The processing in the processing room can be carried out by means of a processing stage 400a to 400f take place, which has the respective processing room.
Mittels einer ersten Prozessierstufe 400a kann eine Materialnachführung erfolgen. Dazu kann in die erste Prozessierstufe 400a einen Nachführmechanismus 402 aufweisen, der eingerichtet ist, kontinuierlich Pulvermaterial in einen Prozessierraum einer zweiten Prozessierstufe 400b oder einer dazu alternativen oder zusätzlichen dritten Prozessierstufe 400c zu fördern.By means of a first processing stage 400a a material tracking can take place. This can be done in the first processing stage 400a a tracking mechanism 402 have, which is set up to continuously powder material in a processing space of a second processing stage 400b or an alternative or additional third processing stage 400c to promote.
Mittels der zweiten Prozessierstufe 400b und der dazu alternativen oder zusätzlichen dritten Prozessierstufe 400c kann ein Vereinzeln der Partikel 106 erfolgen. Beispielsweise kann die zweite Prozessierstufe 400b eine oder mehr als eine mechanische Vereinzelungsstufe 104b aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die dritte Prozessierstufe 400c eine oder mehr als eine elektrische Vereinzelungsstufe 104a aufweisen oder daraus gebildet sein. Die hier dargestellte elektrische Vereinzelungsstufe 104a kann beispielsweise zum Emittieren freier Elektronen bereitgestellt sein (auch als Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a bezeichnet), wie später noch genauer beschrieben wird.By means of the second processing stage 400b and the alternative or additional third processing stage 400c can isolate the particles 106 respectively. For example, the second processing stage 400b one or more than one mechanical isolation stage 104b have or be formed therefrom. As an alternative or in addition, the third processing stage can be used 400c one or more than one electrical isolation stage 104a have or be formed therefrom. The electrical isolation stage shown here 104a can for example be provided for emitting free electrons (also as an electron emitter isolation stage 104a as will be described in more detail later.
Je nach Fall und Gegebenheit, wie beispielsweise dem Material, der Morphologie und/oder der Partikelgröße der Partikel 106, kann auch nur eine mechanische Vereinzelungsstufe 104b oder nur eine elektrische Vereinzelungsstufe 104a ausreichend sein.Depending on the case and circumstances, such as the material, the morphology and / or the particle size of the particles 106 , can also only have a mechanical separation stage 104b or just an electrical isolation stage 104a be enough.
Mittels einer vierten Prozessierstufe 400d kann die gleichverteilte Zuführung erfolgen (dann auch als Gleichverteilungsstufe 400d bezeichnet). Beispielsweise kann die Gleichverteilungsstufe 400d die Partikelzuführung 202 aufweisen, wie vorstehend beschrieben ist. Anschaulich kann die Gleichverteilungsstufe 400d eine homogenisierte Pulverbereitstellung und Zuführung in einen Prozessierraum 206 (auch als Beschichtungsraum 206 oder Beschichtungszone 206 bezeichnet) einer fünften Prozessierstufe 400e (auch als Beschichtungsstufe 400e bezeichnet) bereitstellen.By means of a fourth processing stage 400d evenly distributed feed can take place (then also as a uniform distribution stage 400d designated). For example, the equal distribution level 400d the particle feed 202 as described above. The level of equal distribution can be illustrated 400d a homogenized powder supply and supply to a processing room 206 (also as a coating room 206 or coating zone 206 designated) a fifth processing stage 400e (also as a coating stage 400e designated).
Die Gleichverteilungsstufe 400d kann optional eine vibrationsfähige und/oder rotationsfähige kreisrunde Membran 202m oder Scheibe 202m (z.B. Metall aufweisend oder daraus gebildet) aufweisen. Die Membran 202m (z.B. deren äußere kreisrunde Kontur) kann den Zuführungsspalt 202s (z.B. dessen innere Kontur) begrenzen. Die Gleichverteilungsstufe 400d kann anschaulich einen durch den Zuführungsspalt 202s hindurch dünnfallenden Partikelvorhang bereitstellen.The level of equal distribution 400d can optionally be a vibratory and / or rotatable circular membrane 202m or disk 202m (for example comprising metal or formed therefrom). The membrane 202m (eg their outer circular contour) can be the feed gap 202s (e.g. its inner contour). The level of equal distribution 400d can vividly one through the feed gap 202s Provide a thin curtain of particles falling through.
In dem Beschichtungsraum 206 der Beschichtungsstufe 400e kann die Funktionalisierung der Partikel 106 erfolgen mittels der Beschichtungsmaterial-Quelle 208. Die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 kann beispielsweise zur Elektronenstrahlverdampfung (EB-Verdampfung) eingerichtet sein oder Teil einer anderen Hochrate-Verdampfungsvorrichtung sein. Der Beschichtungsraum 206 kann beispielsweise den Fallbereich 206a und/oder den Dampfausbreitungsbereich 206b aufweisen.In the coating room 206 the coating stage 400e can functionalize the particles 106 take place by means of the coating material source 208 . The source of the coating material 208 can for example be set up for electron beam evaporation (EB evaporation) or be part of another high-rate evaporation device. The coating room 206 can for example be the fall area 206a and / or the vapor spread area 206b exhibit.
Die Beschichtungsvorrichtung kann auch mittels einer PVD-Kammer (mit beispielsweise vertikal angeordneten Rohrmagnetrons) oder eine CVD-Kammer bereitgestellt sein. Die Beschichtungsvorrichtung kann auch eine Schiffchenverdampfung durchführen. Bei der Schiffchenverdampfung erfolgt nicht notwendigerweise ein Bestrahlen des Beschichtungsmaterials mittels eines Elektronenstrahls.The coating device can also be provided by means of a PVD chamber (with, for example, vertically arranged tubular magnetrons) or a CVD chamber. The coating device can also perform boat evaporation. In the case of boat evaporation, the coating material is not necessarily irradiated by means of an electron beam.
Durch den Beschichtungsraum 206 hindurch können die Partikel 106 den Auffangbehälter 204 (auch als Kollektor bezeichnet) einer sechsten Prozessierstufe 400f hineinfallen. Mittels des Auffangbehälters 204 können die Partikel gesammelt und/oder konzentriert und optional aus diesem heraus bzw. in diesem ausgeschleust 204a werden.Through the coating room 206 the particles can pass through 106 the collecting container 204 (also referred to as a collector) of a sixth processing stage 400f fall into it. By means of the collecting container 204 the particles can be collected and / or concentrated and optionally discharged 204a from this or into it.
Die Beschichtungsvorrichtung, welche die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 aufweist, kann ferner eine Elektronenstrahlquelle 404 aufweisen, welche eingerichtet ist, einen Elektronenstrahl 23 zu erzeugen in Richtung zu der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 hin. Die Elektronenstrahlquelle 404 kann auch Teil einer Elektronenstrahlkanone 404 sein, welche ferner ein Ablenksystem 142a aufweist zum Ablenken des Elektronenstrahls 23 in Richtung zu der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 hin. Das Ablenksystem 142a kann beispielsweise eine oder mehr als eine elektrische Spule oder einen oder mehr als einen Kondensator aufweisen. Die Elektronenstrahlquelle 404 kann eine Primärelektrode (z.B. eine Primärkathode, z.B. eine Glühkathode) und eine Strahlformeinheit (z.B. eine Primäranode) aufweisen. Im Allgemeinen kann eine oder mehr als eine Elektronenstrahlquelle verwendet werden, von denen beispielsweise eine erste Elektronenstrahlquelle 404 das Beschichtungsmaterial 208m verdampft und eine zweite oder die erste Elektronenstrahlquelle 404 Elektronen zum Vereinzeln bereitstellt.The coating device, which is the source of the coating material 208 can further include an electron beam source 404 have, which is set up, an electron beam 23 to be generated in the direction of the coating material source 208 down. The electron beam source 404 can also be part of an electron beam gun 404 be, which also has a deflection system 142a has for deflecting the electron beam 23 towards the coating material source 208 down. The distraction system 142a may for example have one or more than one electrical coil or one or more than one capacitor. The electron beam source 404 can have a primary electrode (eg a primary cathode, eg a hot cathode) and a beam shaping unit (eg a primary anode). In general, one or more than one electron beam source can be used, of which for example a first electron beam source 404 the Coating material 208m evaporated and a second or the first electron beam source 404 Provides electrons for isolation.
Die mehreren Prozessierstufen 400a bis 400f können anschaulich übereinandergestapelt angeordnet sein, so dass diese entlang eines Partikelpfads 111, 211, der den Führungspfad 111 und/oder den Freifallpfad 211 aufweist, hintereinander angeordnet sind.The multiple processing stages 400a to 400f can be clearly arranged stacked on top of each other so that they follow a particle path 111 , 211 who is the lead path 111 and / or the free fall path 211 having, are arranged one behind the other.
Mittels der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 können die Verdampfung des Beschichtungsmaterials 208m und die gekoppelte Funktionalisierung eines Stroms aus herabfallenden Partikeln 106 (auch als Partikelstrom bezeichnet) erfolgen. Die Partikel 106 können beispielsweise vor dem Beschichten vereinzelt werden, z.B. mittels der einen oder mehr als einen Vereinzelungsstufe 104a, 104b.By means of the coating material source 208 can cause evaporation of the coating material 208m and the coupled functionalization of a stream of falling particles 106 (also referred to as particle flow) take place. The particles 106 can, for example, be separated before coating, for example by means of one or more than one separation stage 104a , 104b .
Das Verdampfen 109 des Beschichtungsmaterials (auch als Bilden von Materialdampf bezeichnet) kann mittels des Elektronenstrahls 23 erfolgen. Der Elektronenstrahl 23 kann dazu auf das zu verdampfende Beschichtungsmaterial 208m gerichtet sein oder werden. Optional kann das Beschichtungsmaterial 208m aus einem Tiegel (auch als Verdampfungstiegel bezeichnet) heraus verdampft werden und/oder aus einem Strang bestehen. Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial in dem Verdampfungstiegel angeordnet sein. Wird der Strang von unten nachgeführt, kann der Verdampfungstiegel rohrförmig eingerichtet sein und sich durch den Auffangbehälter 204 hindurch erstrecken oder von diesem umgeben sein.The evaporation 109 of the coating material (also referred to as the formation of material vapor) can by means of the electron beam 23 respectively. The electron beam 23 can do this on the coating material to be evaporated 208m be or will be directed. Optionally, the coating material 208m be evaporated from a crucible (also referred to as an evaporation crucible) and / or consist of a strand. For example, the coating material can be arranged in the evaporation crucible. If the strand is tracked from below, the evaporation crucible can be tubular and extend through the collecting container 204 extend therethrough or be surrounded by it.
Aufgrund dieser Bauform kann der Elektronenstrahl 23 in einen Kanal 406 (auch als Strahlführungskanal 406 bezeichnet, z.B. eine Rohrleitung, vereinfacht auch als Strahlführungsrohr 406 bezeichnet) hindurchgeführt werden, welche beispielsweise zum größten Teil durch den gesamten Aufbau führt und/oder zentral in dem Kammergehäuse 802k angeordnet ist.Due to this design, the electron beam 23 into a channel 406 (also as a beam guiding channel 406 referred to, for example a pipeline, also simplified as a beam guide tube 406 referred to), which for example leads for the most part through the entire structure and / or centrally in the chamber housing 802k is arranged.
Primär kann der Elektronenstrahl 23 auf das Beschichtungsmaterial der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 gerichtet sein zur Verdampfung des Beschichtungsmaterials, welches im unteren Teil des Kammergehäuses 802k angeordnet ist. Optional kann der Elektronenstrahl 23 zur Bereitstellung von freien Elektronen verwendet werden. Mittels der freien Elektronen kann die elektrische Vereinzelung erfolgen, d.h. es können aneinanderheftende (d.h. agglomerierte) Partikel elektrostatisch dispergiert werden. Mit anderen Worten kann mittels des Elektronenstrahls 23 optional die oder jede elektrische Vereinzelungsstufe 104a elektrisch versorgt werden.Primarily the electron beam can 23 on the coating material of the coating material source 208 be directed to the evaporation of the coating material, which in the lower part of the chamber housing 802k is arranged. Optionally, the electron beam 23 can be used to provide free electrons. The electrical isolation can take place by means of the free electrons, ie particles that stick to one another (ie agglomerated) can be electrostatically dispersed. In other words, by means of the electron beam 23 optionally the or each electrical isolation stage 104a be supplied electrically.
Um ein ungewolltes dauerhaftes parasitäres Beschichten des Kammergehäuses 802k (z.B. dessen Kammerwand) und/oder anderer darin angeordneter Bauteile zu hemmen, kann ein oder mehr als ein Opferblech 408 (oder allgemeiner Abschirmung 408) innerhalb des Kammergehäuses 802k angeordnet sein. Zumindest eine Abschirmung 408 kann beispielsweise zwischen der Kammerwand und dem Fallbereich 206a angeordnet sein oder werden. Beispielsweise kann die zumindest eine Abschirmung 408 kegelförmig sein und/oder in Form eines wechselbaren Einlegers (auch als Inlay bezeichnet) eingerichtet sein. In Analogie kann zumindest eine zusätzliche Abschirmung an anderen wichtigen Bauteilen angeordnet sein und/oder wechselbar sein.An unwanted permanent parasitic coating of the chamber housing 802k (eg its chamber wall) and / or other components arranged therein can be inhibited by one or more than one sacrificial sheet 408 (or more general shielding 408 ) inside the chamber housing 802k be arranged. At least a shield 408 can, for example, between the chamber wall and the fall area 206a be or will be arranged. For example, the at least one shield 408 Be conical and / or be set up in the form of an exchangeable insert (also referred to as an inlay). Analogously, at least one additional shield can be arranged on other important components and / or can be exchanged.
Anschaulich kann mittels des Einlegers 408 erreicht werden, dass das Innere des Kammergehäuses, gesehen als Außenmantel, frei vom angelagertem Beschichtungsmaterial beleibt, wohingegen der Einleger (z.B. ein Blechkegel) als Streudampfopfer fungiert und in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden kann. Optional kann eine Fluidkammer auf dem Kammergehäuse, z.B. dessen Kammerwand, und/oder zwischen der Kammerwand und dem Einleger 408 angeordnet sein. Die Fluidkammer kann beispielsweise an eine Temperiervorrichtung (z.B. einen Kühl- und/oder ein Wärmekreislauf aufweisend) angeschlossen sein oder werden. Optional kann die Beschichtungsanordnung 400 eine Gaszuführungsvorrichtung 1716 aufweisen zum Zuführen eines Gases in das Kammergehäuse 802k hinein aufweisen. Optional kann der Einleger oder eine gesondert-berücksichtige Ringelelektrode ein elektrisches Potential tragen, damit die intrinsisch (beispielsweise via Sekundärelektronenbeschuss) oder gesondert geladene Partikel in ihrer Trajektorie bewusst beeinflusst werden können. Beispielsweise können bei sehr hohen gerichteten Beschichtungsraten via Atomstoßprozessen und kleinen Partikelmassen, die Partikel zum Schweben gebracht werden - bis hin, dass die leichteste Fraktion einer entsprechenden Partikelverteilung (<< 1 µm) nach oben bewegt werden.Vividly can by means of the insert 408 What can be achieved is that the interior of the chamber housing, seen as the outer jacket, remains free of the accumulated coating material, whereas the insert (eg a sheet metal cone) acts as a stray steam victim and can be replaced at regular intervals. Optionally, a fluid chamber can be placed on the chamber housing, for example its chamber wall, and / or between the chamber wall and the insert 408 be arranged. The fluid chamber can for example be connected to a temperature control device (for example having a cooling and / or a heating circuit). Optionally, the coating arrangement 400 a gas supply device 1716 have for supplying a gas into the chamber housing 802k have inside. Optionally, the insert or a separately considered ring electrode can carry an electrical potential so that the intrinsically (for example via secondary electron bombardment) or separately charged particles can be consciously influenced in their trajectory. For example, at very high directed coating rates, atomic impact processes and small particle masses can cause the particles to float - up to and including the lightest fraction of a corresponding particle distribution (<< 1 µm) being moved upwards.
Mittels der Gaszuführungsvorrichtung 1716 kann dem Vakuumkammergehäuse 802k ein Prozessgas zugeführt werden zum Bilden einer Prozessatmosphäre in dem Vakuumkammergehäuse 802k. Das Prozessgas kann beispielsweise ein Präkursorgas, ein Reaktivgas und/oder ein Inertgas aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Inertgas kann beispielsweise Argon aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Reaktivgas kann beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoff aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Präkursorgas kann beispielsweise Gasmoleküle aufweisen, die mehr als 4 Atome aufweisen. Beispielsweise kann die Gaszuführungsvorrichtung 1716 mit einer Gasquelle gekoppelt sein für einen chemisch-physikalischen Reaktionsprozess.By means of the gas supply device 1716 can the vacuum chamber housing 802k a process gas can be supplied to form a process atmosphere in the vacuum chamber housing 802k . The process gas can, for example, have a precursor gas, a reactive gas and / or an inert gas or be formed therefrom. The inert gas can, for example, comprise argon or be formed from it. The reactive gas can for example contain nitrogen or oxygen or be formed from them. The precursor gas can, for example, have gas molecules that have more than 4 atoms. For example, the gas supply device 1716 be coupled to a gas source for a chemical-physical reaction process.
Ferner kann das Vakuumkammergehäuse 802k mit einem Pumpensystem 804 (aufweisend zumindest eine Grobvakuumpumpe und optional zumindest eine Hochvakuumpumpe) gekoppelt sein. Das Pumpensystem 804 kann eingerichtet sein, dem Vakuumkammergehäuse 802k ein Gas (z.B. das Prozessgas) zu entziehen, so dass innerhalb des Vakuumkammergehäuses 802k ein Vakuum (d.h. ein Druck kleiner als 0,3 bar) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10-3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10-3 mbar bis ungefähr 10-7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z.B. kleiner als ungefähr 10-7 mbar (mit anderen Worten Ultrahochvakuum) bereitgestellt sein oder werden kann. Der Prozessdruck kann sich aus einem Gleichgewicht an Prozessgas bilden, welches mittels der Gaszuführungsvorrichtung 1716 zugeführt und mittels des Pumpensystems 804 entzogen wird.Furthermore, the vacuum chamber housing 802k with a pump system 804 (having at least one rough vacuum pump and optionally at least one high vacuum pump). The pump system 804 can be set up the vacuum chamber housing 802k to withdraw a gas (e.g. the process gas) so that within the vacuum chamber housing 802k a vacuum (ie a pressure less than 0.3 bar) and / or a pressure in a range from approximately 1 mbar to approximately 10 -3 mbar (in other words fine vacuum) and / or a pressure in a range from approximately 10 -3 mbar to approximately 10 -7 mbar (in other words high vacuum) or a pressure of less than high vacuum, for example less than approximately 10 -7 mbar (in other words, ultra-high vacuum) can be provided or can be provided. The process pressure can be formed from an equilibrium of process gas which is generated by means of the gas supply device 1716 fed and by means of the pump system 804 is withdrawn.
Optional kann die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 mehrere räumlich voneinander separierte Beschichtungsmaterialien aufweisen, von denen jedes Beschichtungsmaterial verdampft werden kann zum Beschichten der Partikel 106. Optional kann die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 aktive gekühlt sein oder werden, z.B. mittels eines Kühlfluids, welches den oder jeden Tiegel 208t der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 durchfließt.Optionally, the coating material source 208 have a plurality of spatially separated coating materials, each of which coating material can be evaporated to coat the particles 106 . Optionally, the coating material source 208 actively be or are cooled, for example by means of a cooling fluid, which the or each crucible 208t the coating material source 208 flows through.
Die laterale Ausdehnung der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 kann dabei kleiner sein, als der Abstand einander gegenüberliegender Abschnitte des Zuführungsspaltes 202s (z.B. der Durchmesser der Disseminationsmembran 202m). Dies ermöglicht, dass eine Kontamination der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 durch den Partikelstrom gehemmt wird. Bei der Kollision des Elektronenstrahls 23 mit dem Beschichtungsmaterial (auch als Verdampfungsgut bezeichnet), kann es (z.B. aufgrund elastischer und unelastischer Stöße mit den Rumpfatomen bzw. Elektronen des Beschichtungsmaterials) auch zur Emission von Sekundärelektronen aus dem Beschichtungsmaterial kommen.The lateral extent of the coating material source 208 can be smaller than the distance between opposing sections of the feed gap 202s (e.g. the diameter of the dissemination membrane 202m ). This enables contamination of the coating material source 208 is inhibited by the particle flow. When the electron beam collides 23 with the coating material (also referred to as evaporation material), secondary electrons can also be emitted from the coating material (e.g. due to elastic and inelastic collisions with the core atoms or electrons of the coating material).
Die Sekundärelektronen können beispielsweise die Partikel in dem Fallbereich 206a (auch als Partikelschleier oder Partikelvorhang bezeichnet) elektrisch aufladen. Dadurch kann ein Elektronendruck (anschaulich auch als Wind bezeichnet) entstehen, der die Partikel von der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 wegtreibt. Eine hohe Leistung des Elektronenstrahls 23 und die vergleichsweise schnelle Verdampfung des Beschichtungsmaterials (z.B. eines Metallstabes) bewirken eine zügige Nachführung des Materialdampfs.The secondary electrons can, for example, the particles in the fall area 206a (also known as a particle curtain or particle curtain) to charge electrically. This can create an electron pressure (also called wind), which removes the particles from the coating material source 208 drifts away. A high power of the electron beam 23 and the comparatively fast evaporation of the coating material (eg a metal rod) cause the material vapor to be quickly tracked.
Wie vorstehend beschrieben kann die Nachfütterung des Beschichtungsmaterials 208m (z.B. eines Metallstabes) durch die Kammerwand hindurch in den Beschichtungsraum 206 hinein erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtungsmaterial-Quelle ein Magazin (z.B. innerhalb der Vakuumkammer) aufweisen, in welchem mehrere Stäbe aus dem Beschichtungsmaterial aufgenommen werden und aus diesem nachgeführt werden können.As described above, the coating material can be replenished 208m (eg a metal rod) through the chamber wall into the coating room 206 done into it. As an alternative or in addition, the coating material source can have a magazine (for example within the vacuum chamber) in which a plurality of rods made of the coating material can be accommodated and can be tracked from this.
Wie vorstehend beschrieben kann die Gaszuführungsvorrichtung 1716 ein oder mehr als ein Gaseinlassventil (z.B. an den Kammerwänden des Kammergehäuses 802k angeordnet) aufweisen. Mittels des einen oder mehr als einen Gaseinlassventils kann ein Reaktivgas in den Beschichtungsraum 206 hinein zugeführt werden, z.B. für eine chemisch-physikalische Reaktionen mit den Partikeln 106 und/oder dem Materialdampf 109. Die Menge an Materialdampf 109 (z.B. Metalldampf) und/oder die Verdampfungsrate kann über die Leistung des eingekoppelten Elektronenstrahls 23 gesteuert und/oder geregelt werden (z.B. mittels der Steuervorrichtung). Dies ermöglicht es, die Dicke der Partikelbeschichtung (auch als Beschichtungsstärke bezeichnet) zu kontrollieren. Nachdem die beschichteten Partikel den Beschichtungsraum 206 (auch als Funktionalisierungszone bezeichnet) durchquert haben, können diese der sechsten Prozessierstufe 400f zugeführt werden.As described above, the gas supply device 1716 one or more than one gas inlet valve (e.g. on the chamber walls of the chamber housing 802k arranged). A reactive gas can enter the coating chamber by means of the one or more than one gas inlet valve 206 be fed into it, for example for a chemical-physical reaction with the particles 106 and / or the material vapor 109 . The amount of material vapor 109 (eg metal vapor) and / or the evaporation rate can be determined by the power of the coupled-in electron beam 23 controlled and / or regulated (for example by means of the control device). This makes it possible to control the thickness of the particle coating (also known as coating thickness). After the coated particles enter the coating room 206 (also referred to as the functionalization zone), these can be the sixth processing stage 400f are fed.
Der Auffangbehälter 204 (auch als Kollektor bezeichnet) kann die Funktion bereitstellen, die beschichteten Partikel 106 zu sammeln, zu konzentrieren und mittels eines Ausschleusungsmechanismus 1710 kontinuierlich abzuführen. Der Boden des Auffangbehälters 204 kann eine Partikelauflage bereitstellen, welche schräg ist, d.h. anschaulich geneigt. Im Betrieb kann die Partikelauflage einen Winkel (auch als Neigungswinkel bezeichnet) mit der Horizontalen einschließen.The collecting container 204 (also known as collector) can provide the function of the coated particles 106 to collect, concentrate and by means of a discharge mechanism 1710 to be discharged continuously. The bottom of the collecting container 204 can provide a particle support which is inclined, ie clearly inclined. During operation, the particle support can enclose an angle (also referred to as an angle of inclination) with the horizontal.
Optional kann der Auffangbehälter 204 vibrationsfähig eingerichtet sein, z.B. mittels einer Schwingungsquelle 1704 (vgl. 18). Beispielsweise kann der Auffangbehälter 204 eine Auflockerungsvorrichtung bereitstellen.Optionally, the collecting container 204 be set up to be able to vibrate, for example by means of a vibration source 1704 (see. 18th ). For example, the collecting container 204 provide a loosening device.
Die Neigung und bestimmte Vibrationsfrequenzen können die Partikel in dem Auffangbehälter 204 fluidartig und schonend in einen vertieften Abschnitt des Auffangbehälters 204 führen, an dessen Stelle die Ausschleusung mittels des Ausschleusungsmechanismus 1710 erfolgen kann durch eine Ausgangsöffnung des Auffangbehälters 204 hindurch. Der Ausschleusungsmechanismus 1710 kann beispielsweise eine Förderschnecke (dann auch als Schneckenförderer bezeichnet) aufweisen, die beispielsweise die Partikel verdichtet, und so dazu beiträgt, das bestehende Vakuum in dem Kammergehäuse 802k aufrechtzuerhalten.The inclination and certain vibration frequencies can keep the particles in the collecting container 204 fluid-like and gently into a recessed section of the collecting container 204 lead, in its place the discharge by means of the discharge mechanism 1710 can take place through an outlet opening of the collecting container 204 through. The ejection mechanism 1710 can for example have a screw conveyor (then also referred to as a screw conveyor) which, for example, compresses the particles and thus contributes to the existing vacuum in the chamber housing 802k maintain.
Der Auffangbehälter 204 kann beispielsweise mittels einer Flanschverbindung mit dem Kammergehäuse 802k verbunden sein, so dass dieser bei Bedarf zu einer Seite hin weggedreht werden kann. Dies erleichtert den Austausch der Abschirmung 408 (diese kann dann nach unten hin herausgenommen werden).The collecting container 204 can for example by means of a flange connection with the chamber housing 802k be connected so that it can be turned away to one side if necessary. This makes it easier to replace the shield 408 (this can then be removed downwards).
5 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. deren erste Prozessierstufe 400a. 5 illustrates a coating arrangement 500 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example their first processing stage 400a .
Im Allgemeinen können die Partikel mittels des Zuführmechanismus 402 aus einer Schüttung 511 (anschaulich ein Vorrat an Partikeln) heraus entnommen werden, und durch eine Öffnung hindurch in einen der Prozessierräume hinein gebracht, d.h. diesem zugeführt, werden. Dies kann beispielsweise durch eine Öffnung 102e, 202s hindurch erfolgen. Die Öffnung 102e, 202s kann die Eingangsöffnung 102e oder der Zuführungsspalt 202s sein. Mit anderen Worten können die Partikel beispielsweise der einen oder mehr als einen Vereinzelungsstufe 104a, 104b zugeführt werden oder der Beschichtungsstufe 400e. Die Öffnung 102e, 202s kann optional in Form eines Ringspalts bereitgestellt sein.In general, the particles can be fed by means of the feed mechanism 402 from a bulk 511 (clearly a supply of particles) can be removed and brought through an opening into one of the processing rooms, that is to say fed to it. This can be done, for example, through an opening 102e , 202s take place through. The opening 102e , 202s can the entrance opening 102e or the feed gap 202s be. In other words, the particles can, for example, have one or more than one separation stage 104a , 104b are fed or the coating stage 400e . The opening 102e , 202s can optionally be provided in the form of an annular gap.
Die Schüttung 511 kann in einem Vorratsbehälter 504 angeordnet sein oder werden.The pour 511 can in a storage container 504 be or will be arranged.
Zur Erreichung einer kontinuierlichen Materialnachführung und dem Transfer von Partikeln aus einer atmosphärischen Umgebung 501 in ein Vakuum hinein, kann der Nachführmechanismus 402 Förderschnecke 502 aufweisen (dann auch als Schneckenförderer 402 bezeichnet). Die Partikel 106, welche von der Förderschnecke 502 bewegt werden, werden verdichtet und stellen dadurch und aufgrund der konstruktiven Bauform (Länge, Umfang usw.) der Förderschnecke 502 eine Gasseparation zu der atmosphärischen Umgebung 501 bereit, so dass nicht notwendigerweise ein getaktetes Ein- und Ausschleusen benötigt wird. Mittels der Förderschnecke 502 kann beispielsweise eine kontinuierliche Zuführung der Partikel 106 erfolgen.To achieve continuous material tracking and the transfer of particles from an atmospheric environment 501 into a vacuum, the tracking mechanism 402 Auger 502 have (then also as a screw conveyor 402 designated). The particles 106 , which from the screw conveyor 502 are moved, are compressed and thereby and because of the structural shape (length, circumference, etc.) of the screw conveyor 502 a gas separation to the atmospheric environment 501 ready, so that a clocked inward and outward transfer is not necessarily required. By means of the screw conveyor 502 can for example be a continuous supply of the particles 106 respectively.
Alternativ oder zusätzlich kann eine sogenannte Stapel-Befüllung erfolgen. Dazu kann ein unter Unterdruck stehender Vorratsbehälter 404 über einen Ein- und Ausschleusmechanismus stetig mit Material befüllt werden, wobei beispielsweise eine kürzere Förderschnecke 502 und/oder ein Laufband die Partikel aus dem Unterdruckbehälter 504 durch die Öffnung 102e, 202s hindurch transportiert.As an alternative or in addition, a so-called stack filling can take place. A storage container under negative pressure can be used for this purpose 404 be continuously filled with material via an infeed and outfeed mechanism, for example a shorter screw conveyor 502 and / or a treadmill removes the particles from the vacuum container 504 through the opening 102e , 202s transported through.
Alternativ oder zusätzlich zu der Förderschnecke 502 kann der Zuführmechanismus 402 eine Dosierplatte (z.B. den Ringspalt aufweisend) aufweisen.Alternatively or in addition to the screw conveyor 502 can the feeding mechanism 402 have a metering plate (eg having the annular gap).
Alternativ oder zusätzlich kann das zu funktionalisierende Pulvermaterial auch in Form eines Vorrats- und Auffangbehälters im Vakuum befindlich sein - und bleiben.As an alternative or in addition, the powder material to be functionalized can also be - and remain - in the form of a storage and collecting container in a vacuum.
6A veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 600 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. mit Blick auf eine mechanische Vereinzelungsstufe 104b dieser. 6B und 6C veranschaulichen jeweils die Kinetik des mechanischen Vereinzelns jeweils in einem schematischen Diagramm 600b, 600c. 6A Figure 11 illustrates a particle singulation device 600 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example with a view of a mechanical isolation stage 104b this. 6B and 6C each illustrate the kinetics of mechanical separation in a schematic diagram 600b , 600c .
Die noch teilweise aggregierten Partikel 106 (anschaulich das agglomerathaltige Pulver) kann, z.B. mittels des Zuführmechanismus 402 zu einer mechanischen Beschleunigungsvorrichtung 602 gebracht werden. Die mechanische Beschleunigungsvorrichtung 602 kann eingerichtet sein, ein mechanisches Beschleunigen 103 der Partikel zu bewirken.The still partially aggregated particles 106 (clearly the agglomerate-containing powder) can, for example by means of the feed mechanism 402 to a mechanical accelerator 602 to be brought. The mechanical accelerator 602 can be set up a mechanical acceleration 103 effect of the particles.
Die mechanische Beschleunigungsvorrichtung 602 kann dazu eine drehbar gelagerte Partikelauflage 602 aufweisen, auf welche die Partikel gebracht werden (z.B. darauf herabfallen). Die Partikelauflage 602 kann beispielsweise eine ebene Rotationsscheibe 602 oder einen unebenen Drehteller 602 aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Partikelauflage 602 kann alternativ oder zusätzlich zu der drehbaren Lagerung mit einer Schwingungsquelle gekoppelt sein, um die Partikelauflage 602 in Vibration zu versetzen. In dem Fall kann die Partikelauflage 602 nach oben ausgestülpt sein, z.B. konvex, oder konkav gekrümmt sein. Im Folgenden wird vereinfacht auf eine drehbar gelagerte Rotationsscheibe 602 Bezug genommen, wobei analoges auch für eine anders geformte Partikelauflage 602 gelten kann.The mechanical accelerator 602 a rotatable particle support can be used for this purpose 602 on which the particles are brought (e.g. fall down). The particle pad 602 can for example be a flat rotating disk 602 or an uneven turntable 602 exhibit or from it be educated. The particle pad 602 can alternatively or in addition to the rotatable mounting be coupled to a vibration source around the particle support 602 to vibrate. In that case, the particle coating 602 be everted upwards, for example convex, or concavely curved. The following is simplified to a rotatably mounted rotating disk 602 Reference is made, analogous also for a differently shaped particle support 602 can apply.
Mittels Drehens 601 der Rotationsscheibe 602 können die darauf aufliegenden Partikel mit der Drehung mitgenommen werden und somit eine die Rotationsachse der Rotationsscheibe 602 umkreisende Bewegung ausführen. Aufgrund der umkreisenden Bewegung kann auf die Partikel eine Fliehkraft wirken, welche die Partikel 106 von der Drehachse weg beschleunigt 103, so dass diese kinetische Energie aufnehmen. Die beschleunigten 103 Partikel 106 können gegen die Prallfläche 104p geschleudert werden. Die Prallfläche 104p kann beispielsweise eine Oberfläche des Kammergehäuses 802k sein, z.B. eine Kammerwand dessen, oder mittels einer an dem Kammergehäuse 802k befestigten Prallwand (z.B. eines Prallblechs) bereitgestellt werden.By turning 601 the rotating disk 602 the particles lying on it can be carried along with the rotation and thus the axis of rotation of the rotating disk 602 perform a circling movement. Due to the circling movement, a centrifugal force can act on the particles, which the particles 106 accelerated 103 away from the axis of rotation, so that they absorb kinetic energy. The accelerated 103 particles 106 can against the baffle 104p be thrown. The baffle 104p can for example be a surface of the chamber housing 802k be, for example a chamber wall thereof, or by means of one on the chamber housing 802k attached baffle (e.g. a baffle plate) are provided.
Diagramm 600b stellt die Drehzahl 601 der Rotationsscheibe 602 (z.B. in 1/s) über der Partikelgröße 603 dar die eine Vereinzelung bewirkt. Diese mechanische Einwirkung der zweiten Vereinzelungsstufe 104b, z.B. deren Rotationsscheibe 602, kann genügen, um größere Agglomerate effektiv aufzubrechen, wie in Diagramm 600b schematisch am Beispiel eines aus zwei Partikeln bestehenden Partikelclusters 106c (auch als Dicluster 106c bezeichnet) veranschaulicht ist dieselbe Haftkonstante β bei verschiedenem Durchmesser d der Rotationsscheibe 602.diagram 600b sets the speed 601 the rotating disk 602 (eg in 1 / s) over the particle size 603 which causes an isolation. This mechanical action of the second isolation stage 104b , e.g. their rotating disk 602 , may be enough to effectively break up larger agglomerates, as shown in the diagram 600b schematically using the example of a particle cluster consisting of two particles 106c (also called Dicluster 106c The same sticking constant β is illustrated with a different diameter d of the rotating disk 602 .
Zum Aufbrechen des Diclusters 106c (z.B. aus zwei aneinanderhaftenden gleichgroßen sphärischen Partikeln bestehend) kann eine kinetische Energie benötigt werden, welche in eine Geschwindigkeit v übersetzt werden kann. Für diese kann folgende Relation gelten:
To break up the cluster 106c (e.g. consisting of two spherical particles of the same size adhering to one another), a kinetic energy may be required which can be translated into a velocity v. The following relation can apply to this:
Hier ist n=2 die Anzahl, ρ die Massendichte und so der molekulare Abstand der Partikel 106 des Diclusters 106c. Für einen Partikelcluster mit mehr Partikeln kann n auch größer als 2 sein.Here n = 2 is the number, ρ the mass density and thus the molecular distance between the particles 106 of the cluster 106c . For a particle cluster with more particles, n can also be greater than 2.
Diese Geschwindigkeit v lässt sich anschließend in eine Drehzahl 601 basierend auf der Bauform der Rotationsscheibe (z.B. des Scheibendurchmessers d) überführen. So ergibt sich beispielsweise eine Umdrehungszahl von rund 2,5 s für einen Fall mit einer verhältnismäßig großen Haftkonstante von β=0,5 kg/s2, einem Scheibendurchmesser d von 20 cm und 100 nm großen Partikeln.This speed v can then be converted into a speed 601 based on the design of the rotating disk (e.g. the disk diameter d). For example, a number of revolutions of around 2.5 s results for a case with a relatively large sticking constant of β = 0.5 kg / s 2 , a disk diameter d of 20 cm and particles 100 nm in size.
Die im Diagramm 600b veranschaulichte Drehzahl 601 nimmt mit zunehmender Partikelgröße 603 ab und veranschaulicht den Fall, dass die gesamte kinetische Energie des Diclusters 106c zum Überwinden der Haftkraft HF aufgewendet wird (auch als Energieübertrag bezeichnet). Für eine kleinere Partikelgröße 603 kann eine höhere kinetische Energie bzw. eine höhere Geschwindigkeit des Diclusters 106c zum Dispergieren erforderlich sein, da der Energieübertrag nicht die gesamte kinetische Energie verbraucht.The one in the diagram 600b illustrated speed 601 increases with increasing particle size 603 and illustrates the case that the total kinetic energy of the dicluster 106c to overcome the adhesive force H F is expended (also referred to as energy transfer). For a smaller particle size 603 can have a higher kinetic energy or a higher speed of the cluster 106c be necessary for dispersing, since the energy transfer does not consume all of the kinetic energy.
Demgegenüber können im Experiment schon geringere Geschwindigkeiten zum Vereinzeln größerer makroskopischer Agglomerate (> 1 mm) ausreichen. Dies muss aber nicht notwendigerweise oder kann nur zum Teil für mikroskopische Agglomerate (< 100 µm) zutreffen.In contrast, in the experiment, even lower speeds can be sufficient to separate larger macroscopic agglomerates (> 1 mm). However, this does not necessarily or can only partially apply to microscopic agglomerates (<100 µm).
Der im Diagramm 600b veranschaulichte Zusammenhang zwischen der Partikelgröße 603 und der benötigten Drehzahl 601 ist in Diagramm 600c verallgemeinert veranschaulicht, beispielsweise für eine zweite Vereinzelungsstufe 104b, die nicht notwendigerweise eine Rotationsscheibe 602 aufweisen muss. Diagramm 600c stellt die Geschwindigkeit 605 des Diclusters 106c (z.B. in 1/s) über der Partikelgröße 603 dar, auf welchen dieser zum Vereinzeln beschleunigt 103 wird.The one in the diagram 600b illustrated relationship between particle size 603 and the required speed 601 is in diagram 600c generalized illustrated, for example for a second isolation level 104b that are not necessarily a rotating disk 602 must have. diagram 600c sets the speed 605 of the cluster 106c (eg in 1 / s) over the particle size 603 shows on which this is accelerated 103 for isolation.
Neben dem in den Diagrammen 600b, 600c veranschaulichte Zusammenhang zwischen Partikelgröße 603 und der benötigten kinetischen Energie können bei einem mikroskopischen Agglomerat 106c ferner schwer erfassbare mikrophysikalische Effekte auftreten, die den von der Theorie vorhergesagten Energieübertrag beeinflussen. Der tatsächliche Energieübertrag, d.h. Menge an Energie, die aus der Geschwindigkeit beim Aufprall eines Diclusters 106c auf die Prallfläche 104p in Energie zum Aufbrechen der Haftung übergeht, kann ferner vom Aufprallwinkel abhängig sein.Besides that in the diagrams 600b , 600c illustrated relationship between particle size 603 and the required kinetic energy can with a microscopic agglomerate 106c Furthermore, microphysical effects that are difficult to determine occur that influence the energy transfer predicted by the theory. The actual energy transfer, ie amount of energy resulting from the speed when Impact of a dicluster 106c on the baffle 104p converts into energy to break the adhesion, can also be dependent on the angle of impact.
Um möglichst verschiedene Aufprallwinkel und Wahrscheinlichkeiten zum Lösen der Haftung abzudecken, kann die Prallfläche 104p uneben sein. Beispielsweise kann die Prallfläche 104p eine Vielzahl von makroskopischen Kegeln, Pyramiden und/oder Halbkugeln oder anderen Ausstülpungen bzw. Vertiefungen aufweisen.In order to cover various angles of impact and probabilities of loosening the adhesion, the impact surface 104p be uneven. For example, the baffle 104p have a multitude of macroscopic cones, pyramids and / or hemispheres or other protuberances or depressions.
Je nach Material und Ausnutzungsgrad kann die Rotationsscheibe 602 verschiedene Oberflächenprofile, Neigungswinkel und/oder spiralförmige Führungsrillen aufweisen, um die Partikel 106 mit hohem Energieübertrag gegen die Prallfläche 104p zu beschleunigen.Depending on the material and degree of utilization, the rotating disc 602 have different surface profiles, angles of inclination and / or spiral guide grooves around the particles 106 with high energy transfer against the impact surface 104p to accelerate.
Optional kann ein oder mehr als ein mechanischer Zerkleinerungsprozess erfolgen, beispielsweise mittels eines rotierenden Messerblocks auf der Rotationsscheibe 602 oder darüber, z.B. an der Eingangsöffnung 102e.Optionally, one or more than one mechanical comminution process can take place, for example by means of a rotating knife block on the rotating disk 602 or above, e.g. at the entrance opening 102e .
Ausgangsseitig kann die mechanische Vereinzelungsstufe 104b eine optionale Führungsvorrichtung 604 aufweisen, welche beispielsweise mehrere abgeschrägte und/oder schräg zueinander verlaufende Führungsflächen (z.B. Ablenkbleche) aufweist, zwischen denen ein Spalt 604s bereitgestellt ist. Der Spalt 604s kann beispielsweise in Form eines Ringspalts sein. Die Führungsflächen 604 können die Partikel 106 zu einem (z.B. rotationssymmetrischen) Partikelvorhang fokussieren und/oder allgemeiner zur nächsten Prozessierstufe führen. Optional kann die Führungsvorrichtung 604 eine zuschaltbare Schwingungsquelle aufweisen, die eine Vibration der Führungsflächen anregt (z.B. bis zur Ultraschallanregung), was die Fließfähigkeit des Pulvers verbessert. Die mechanische Vereinzelungsstufe 104b kann als Vorvereinzelungsstufe wirken und bevorzugt größere Agglomerate im makroskopischen Bereich vereinzelt.The mechanical separation stage can be used on the output side 104b an optional guide device 604 have which, for example, has a plurality of beveled and / or inclined guide surfaces (for example deflector plates), between which a gap 604s is provided. The gap 604s can for example be in the form of an annular gap. The guide surfaces 604 can the particles 106 focus on a (eg rotationally symmetrical) particle curtain and / or more generally lead to the next processing stage. Optionally, the guide device 604 have a switchable vibration source that stimulates vibration of the guide surfaces (eg up to ultrasonic excitation), which improves the flowability of the powder. The mechanical isolation level 104b can act as a pre-separation stage and preferably separate larger agglomerates in the macroscopic range.
7 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 700 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht und einer Detailansicht 700a, auf mehrere Vereinzelungsstufen 104a, 104b dieser. 7th Figure 11 illustrates a particle singulation device 700 according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view and a detailed view 700a , on several levels of isolation 104a , 104b this.
Die elektrische Vereinzelungsstufe 104a kann zumindest eine (d.h. eine oder mehr als eine) Elektrode 104e aufweisen, welcher ein erstes elektrisches Potential bereitgestellt ist. Der Führungspfad 111 kann zu der zumindest einen Elektrode 104e hinführen, so dass die Partikel 106 in einen physischen Kontakt mit der Elektrode 104e gebracht werden. Die Partikel 106 können bei Kontakt mit der zumindest einen Elektrode 104e von dieser elektrische Ladungen aufnehmen, welche eine elektrische Vereinzelung 101v der so elektrisch aufgeladenen Partikel 106 anregt.The electrical isolation level 104a can have at least one (ie one or more than one) electrode 104e have, which is provided a first electrical potential. The leadership path 111 can to the at least one electrode 104e lead so that the particles 106 into physical contact with the electrode 104e to be brought. The particles 106 can upon contact with the at least one electrode 104e from this take up electrical charges, which result in electrical isolation 101v the electrically charged particles 106 stimulates.
Die mechanische Vereinzelungsstufe 104b kann eine elektrische Beschleunigungsvorrichtung 602 aufweisen, welche eingerichtet ist, ein elektrisches Feld 602e bereitzustellen. Das elektrische Feld 602e kann eine Kraft auf die elektrisch aufgeladenen Partikel 106 übertragen, welche die Partikel 106 zu der Beschleunigungsvorrichtung 602 hin beschleunig (anschaulich diese anzieht). Die Kraft kann proportional zu der von dem Partikel 106 aufgenommenen Ladung q und proportional zu der Feldstärke des elektrischen Felds 602e sein.The mechanical isolation level 104b can use an electric accelerator 602 have which is set up an electric field 602e provide. The electric field 602e can exert a force on the electrically charged particle 106 transmitted which the particles 106 to the accelerator 602 accelerates towards (clearly this attracts). The force can be proportional to that of the particle 106 recorded charge q and proportional to the field strength of the electric field 602e be.
Die elektrische Beschleunigungsvorrichtung 602 kann beispielsweise eine der Elektrode 104e (z.B. Kathode) zugeordnete Gegenelektrode 602 (z.B. Anode) aufweisen, der ein zweites elektrisches Potential bereitgestellt ist. Das zweite elektrische Potential kann sich von dem ersten elektrischen Potential unterscheiden (und optional von dem Potential der Kammerwand 802k), so dass zwischen diesen das elektrische Feld 602e (bzw. eine elektrische Spannung) bereitgestellt ist. Die Gegenelektrode kann die Prallfläche 104p aufweisen. Die Partikel 106 können bei Kontakt mit der Prallfläche 104p mechanisch vereinzelt werden und gleichzeitig ihre elektrische Ladungen zumindest teilweise an diese abgeben (anschaulich entladen werden). Die so entladenen Partikel 106 können von der Prallfläche 104p abprallen und/oder von dem elektrischen Feld 602e beschleunigt werden zu der Elektrode 104e hin, wo diese wieder aufgeladen werden, so dass der Prozess von neuem beginnt.The electric accelerator 602 can for example be one of the electrodes 104e (eg cathode) associated counter-electrode 602 (for example anode), which is provided with a second electrical potential. The second electrical potential can be different from the first electrical potential (and optionally from the potential of the chamber wall 802k ) so that between them the electric field 602e (or an electrical voltage) is provided. The counter electrode can be the baffle 104p exhibit. The particles 106 can in contact with the impact surface 104p mechanically separated and at the same time at least partially transfer their electrical charges to them (clearly discharged). The particles thus discharged 106 can from the baffle 104p bounce off and / or from the electric field 602e are accelerated to the electrode 104e to where they can be recharged so that the process starts all over again.
Zwischen der Elektrode 104e und der Gegenelektrode 602 (auch als Kanalwände 104e, 602 oder Kontaktelektroden 104e, 602 bezeichnet) kann ein Kanal 702 (auch als Führungskanal 702s bezeichnet) gebildet sein, durch welchen die Partikel 106 unter Einwirkung ihrer Gewichtskraft hindurchgeführt werden und dabei abwechselnd einen oder mehr als einen Kontakt mit der jeder Kanalwand der zwei Kanalwände 104e, 602 durchführt. Der Führungskanal 702s kann beispielsweise als Ringspalt ausgebildet sein. Durch den Führungskanal 702s hindurch kann der Führungspfad 111 erstreckt sein.Between the electrode 104e and the counter electrode 602 (also as channel walls 104e , 602 or contact electrodes 104e , 602 can be a channel 702 (also as a guide channel 702s designated), through which the particles 106 are passed under the action of their weight and thereby alternately one or more than one contact with each channel wall of the two channel walls 104e , 602 performs. The guide channel 702s can for example be designed as an annular gap. Through the guide channel 702s the guide path can pass through it 111 be extended.
In dem gegenpoligen Führungskanal 702s kann somit eine mechanische und elektrische Vereinzelung erfolgen. In ähnlicher Weise können die Partikel optional bei Kontakt mit der Elektrode 104e zerschlagen werden. Beispielsweise kann eine Kanalseite elektrisch positiv und die andere elektrisch negativ geladen sein oder werden, so dass die hindurchfallenden Partikel 106 jeweils zu beiden Kanalwänden 104p hin beschleunigt 103 und beim Aufprall an diesen zerschlagen werden. Je nach elektrischer Spannung und Partikelgrößenverteilung fluktuieren die Partikel stärker oder schwächer zwischen den Kanalwänden 104e, 104p hin und her und erfahren dadurch eine Vielzahl an Stößen, die eine Vereinzelung anregen.In the opposite pole guide channel 702s mechanical and electrical isolation can thus take place. Similarly, the particles can optionally upon contact with the electrode 104e be smashed. For example, one side of the channel can be electrically charged positively and the other electrically negatively charged, so that the particles falling through 106 each to both canal walls 104p accelerated towards 103 and smashed on impact on this. Depending on the electrical voltage and particle size distribution, the particles fluctuate more or less between the channel walls 104e , 104p back and forth and experience a multitude of impacts that stimulate isolation.
8 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf mehrere Prozessierstufen 400b, 400c dieser. Eine mechanische Vereinzelungsstufe 104b kann eine Rotationsscheibe 602 aufweisen bzw. eine mechanische Beschleunigung der Partikel 106 mittels der rotierenden Rotationsscheibe 602 bereitstellen. Eine elektrische Vereinzelungsstufe 104a kann eine Elektrode 104e aufweisen, mittels welcher Elektronen in die Partikel 106 eingebracht werden. Eine zusätzliche mechanische Vereinzelungsstufe 114a kann eine Gegenelektrode 602 des Führungskanals 702s aufweisen, und mittels dieser ein elektrisches Feld bereitstellen, so dass eine Beschleunigung der Partikel 106 mittels des elektrischen Feldes erfolgt. 8th Figure 11 illustrates a particle singulation device 800 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example on several processing stages 400b , 400c this. A mechanical isolation stage 104b can be a rotating disk 602 have or a mechanical acceleration of the particles 106 by means of the rotating rotating disk 602 provide. An electrical isolation stage 104a can be an electrode 104e have, by means of which electrons in the particles 106 be introduced. An additional mechanical separation stage 114a can be a counter electrode 602 of the guide channel 702s have, and by means of this provide an electric field, so that an acceleration of the particles 106 takes place by means of the electric field.
9A veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 900 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, zumindest auf eine elektrische Vereinzelungsstufe 104a dieser. Wie voranstehend beschrieben, kann mittels einer elektrischen Vereinzelungsstufe 104a der Effekt der elektrostatischen, coulombschen Abstoßung zweier oder mehrerer geladener aneinanderhaftender Partikel 106 voneinander bereitgestellt werden. 9A Figure 11 illustrates a particle singulation device 900 according to various embodiments in a schematic detailed view, at least to an electrical isolation stage 104a this. As described above, an electrical isolation stage 104a the effect of the electrostatic, Coulomb repulsion of two or more charged particles adhering to one another 106 provided from each other.
Die elektrische Vereinzelungsstufe 104a der Partikelvereinzelungsvorrichtung 900 kann in Elektronenemitter-Konfiguration (dann auch als Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a bezeichnet) bereitgestellt sein. Mittels der Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a können die Partikel, welche beispielsweise aus einer vorangestellten Prozessierstufe herausfallen, durch einen Vakuumbereich 911 (auch als Aufladungsbereich 911 bezeichnet) geführt werden, in dem sich freie Elektronen aufhalten.The electrical isolation level 104a the particle separation device 900 can be in electron emitter configuration (then also as electron emitter isolation stage 104a designated). By means of the electron emitter isolation stage 104a the particles, which for example fall out of a preceding processing stage, can pass through a vacuum area 911 (also called the charging area 911 called), in which there are free electrons.
Die freien Elektronen können emittiert werden aus einer um den Strahlführungskanal 406 gewickelten und/oder vollumfänglichen Elektronenquelle 902, z.B. einer Glühelektrode 902. Die Glühkathode 902 kann eingerichtet sein, thermisch-emittierte Elektronen bereitzustellen. Die Glühkathode 902 kann beispielsweise eine Heizvorrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, thermische Energie freizusetzen. Alternativ oder zusätzlich zu der Glühkathode 902 kann auch eine Feldemissionskathode verwendet werden. Das für die Glühkathode 902 Beschreiben kann in Analogie auch für die Feldemissionskathode gelten. Die Feldemissionskathode kann beispielsweise ein oder mehr als ein Siliziumfeldemissionsarray aufweisen. Gegenüber der Glühkathode reduziert eine Feldemissionskathode die Wärmeentwicklung.The free electrons can be emitted from around the beam guidance channel 406 wound and / or full-circumference electron source 902 , e.g. a glow electrode 902 . The hot cathode 902 can be set up to provide thermally emitted electrons. The hot cathode 902 can for example have a heating device which is set up to release thermal energy. Alternatively or in addition to the hot cathode 902 a field emission cathode can also be used. That for the hot cathode 902 By analogy, describing can also apply to the field emission cathode. The field emission cathode can have, for example, one or more than one silicon field emission array. Compared to the hot cathode, a field emission cathode reduces the development of heat.
Die Glühelektrode 902 kann beispielsweise elektrisch vom Strahlführungskanal 406 isoliert sein, z.B. mittels einer dielektrischen Schicht, welche diese voneinander separiert. Eine der Glühelektrode 902 zugeordnete (z.B. perforierte) erste Elektrode 904 beschleunigt (beispielsweise über eine Extraktionselektrode) die von der Glühelektrode 902 emittierten Elektronen nach außen (z.B. rotationssymmetrisch und/oder in radiale Richtung), z.B. in Richtung zu dem Aufladungsbereich 911 hin, durch den der Führungspfad 111 erstreckt ist bzw. die (z.B. vertikal) fallenden Partikel 106 angeordnet sind.The glow electrode 902 can for example electrically from the beam guide channel 406 be isolated, for example by means of a dielectric layer which separates them from one another. One of the glow electrode 902 associated (eg perforated) first electrode 904 accelerates (for example via an extraction electrode) that of the glow electrode 902 emitted electrons outwards (for example rotationally symmetrical and / or in a radial direction), for example in the direction of the charging area 911 through which the guide path 111 is extended or the (eg vertically) falling particles 106 are arranged.
Die erste Elektrode 904 (z.B. eine Beschleunigungselektrode 904) kann z.B. ein metallisches Extraktionsgitter 904 aufweisen oder daraus gebildet sein.The first electrode 904 (e.g. an acceleration electrode 904 ) can, for example, be a metallic extraction grid 904 have or be formed therefrom.
Eine der Glühelektrode 902 zugeordnete (z.B. perforierte) zweite Elektrode 906 (anschaulich eine Begrenzungselektrode), die beispielsweise an der Kammerwand 802k angeordnet ist, beschleunigt und begrenzt die freien Elektronen auf den Aufladungsbereich 911, durch welchen hindurch der Führungspfad 111 erstreckt ist. Die erste Elektrode 904 und die zweite Elektrode 906 können sich beispielsweise in ihrem elektrischen Potential voneinander unterscheiden.One of the glow electrode 902 associated (eg perforated) second electrode 906 (clearly a limiting electrode), for example on the chamber wall 802k is arranged, accelerates and limits the free electrons to the charging area 911 through which the guide path 111 is extended. The first electrode 904 and the second electrode 906 can differ from one another, for example, in their electrical potential.
Damit werden die Elektronen anschaulich durch den Pulvervorhang hindurch geleitet. Die beschleunigten Elektronen kollidieren mit den Partikeln 106, dringen in diese ein und induzieren somit eine elektrische Aufladung in die Partikel 106. Ist eine hinreichend große elektrische Aufladung erreicht, stoßen sich gleichgeladene und aneinanderhaftende Partikel 106 auf Grund der Coulombschen Abstoßung voneinander ab.The electrons are thus clearly guided through the powder curtain. The accelerated electrons collide with the particles 106 , penetrate into this and thus induce an electrical charge in the particles 106 . If a sufficiently high electrical charge has been achieved, particles of the same charge and adhering to one another collide 106 due to the Coulomb repulsion from each other.
9B veranschaulicht die Kinetik des elektrischen Vereinzelns in einem schematischen Diagramm 900b exemplarisch anhand der Glühelektrode 902. Der hierzu beschriebene Zusammenhang kann in Analogie auch für ein elektrisches Vereinzeln gelten, das auf anderem Weg Elektronen in die Partikel 106 einbringt. 9B illustrates the kinetics of electrical isolation in a schematic diagram 900b using the glow electrode as an example 902 . The relationship described for this can also apply analogously to an electrical isolation that takes electrons into the particles in a different way 106 brings in.
Im Diagramm 900b ist die elektrische Spannung 901 der Glühelektrode 902 (bezogen auf die Begrenzungselektrode 906 oder ein Referenzpotential) über der Partikelgröße 603 der Partikel 106 aufgetragen, welches ein elektrisches Vereinzeln bewirkt. Wie zu sehen ist, kann bereits ein Potentialunterschied 901 von 30 V ausreichen, um zwei 1 µm große Partikel 106 elektrostatisch voneinander zu trennen. Wegen großer Einflüsse von Luftfeuchtigkeit und Oberflächentopologie ist die Haftkraft FH zwischen zwei oder mehreren Partikeln 106 nicht immer exakt vorherzusagen. Der Betrachtung der Haftkraft FH kann allerdings die Proportionalität der Haftkraft FH zu der Partikelgröße 603 der Partikel 106 (z.B. deren Radius r) und deren Abnahme mit s2 zugrunde gelegt werden. Die Abnahme mit s2 reflektiert, dass die Haftkraft FH bzw. die Haftkonstante β sehr schnell abnimmt, wenn man den Abstand s zwischen den Partikeln 106 (bzw. zwischen deren Oberflächen) vergrößert, wie oben beschrieben ist.In the diagram 900b is the electrical voltage 901 the glow electrode 902 (related to the limiting electrode 906 or a reference potential) over the particle size 603 the particle 106 applied, which causes an electrical isolation. As can be seen, there can already be a potential difference 901 of 30 V are sufficient to produce two 1 µm particles 106 electrostatically separated from each other. Due to the great influence of humidity and surface topology, the adhesive force F H is between two or more particles 106 not always exactly predictable. The consideration of the adhesive force F H can, however, show the proportionality of the adhesive force F H to the particle size 603 the particle 106 (eg their radius r) and their decrease with s 2 are taken as a basis. The decrease with s 2 reflects that the adhesive force F H or the adhesive constant β decreases very quickly if one considers the distance s between the particles 106 (or between their surfaces) enlarged, as described above.
Im Diagramm 900b ist der Zusammenhang für verschieden große Haftkonstanten (β = 0,00015 kg/s2; β = 0,0087 kg/s2 und β = 0,5 kg/s2) dargestellt. Darauf basierend ergeben sich die Ladungen und Spannung, die ein elektrisches Vereinzeln der aneinanderhaftenden Partikel 106 bewirkten, d.h. dass die Partikel 106 einer bestimmten Partikelgröße 603 voneinander gelöst werden. Derselbe Zusammenhang ist in 10A und 10B verallgemeinert veranschaulicht.In the diagram 900b the relationship is shown for adhesion constants of different sizes (β = 0.00015 kg / s 2 ; β = 0.0087 kg / s 2 and β = 0.5 kg / s 2 ). Based on this, the charges and voltage result, which cause an electrical isolation of the particles adhering to one another 106 caused, ie that the particles 106 a certain particle size 603 be separated from each other. The same connection is in 10A and 10B generalized illustrated.
10A und 10B veranschaulichen jeweils die Kinetik des elektrischen Vereinzelns in einem schematischen Diagramm 1000a, 1000b. Im Diagramm 1000a ist die pro Partikel 106 eines Partikelclusters eingebrachte elektrische Ladung 1001 (auch als Aufladung bezeichnet, in Coulomb) über der Partikelgröße 603 des Partikels 106 aufgetragen. Im Diagramm 1000b ist das elektrische Feld 1003 (in Volt/Meter) zwischen der Glühelektrode 902 und der Begrenzungselektrode 906 über der Partikelgröße 603 der Partikel aufgetragen. 10A and 10B each illustrate the kinetics of electrical isolation in a schematic diagram 1000a , 1000b . In the diagram 1000a is the per particle 106 electrical charge introduced into a particle cluster 1001 (also known as charge, in coulombs) versus particle size 603 of the particle 106 applied. In the diagram 1000b is the electric field 1003 (in volts / meter) between the glow electrode 902 and the limiting electrode 906 above the particle size 603 of the particles applied.
Weist der Partikelstrome einen Durchsatz ṁ von 35 g/s (Masse m der Partikel 106 pro Zeitintervall, in Gramm pro Sekunde) auf, durchlaufen ungefähr 1000 Partikel (z.B. einen Durchmesser von ungefähr 1 µm aufweisend) pro Sekunde den Aufladungsbereich 911 an der Glühelektrode 902. Die Glühelektrode 902 kann derart elektrisch versorgt werden, dass diese genügend freie Elektronen erzeugt, um jedes Partikel 106 zu beladen, beispielsweise mit bis zu 30 V (oder auch mehr).If the particle flow has a throughput ṁ of 35 g / s (mass m of the particles 106 per time interval, in grams per second), about 1000 particles (eg having a diameter of about 1 µm) pass through the charging area per second 911 on the glow electrode 902 . The glow electrode 902 can be electrically powered in such a way that it generates enough free electrons to keep each particle 106 to be charged, for example with up to 30 V (or even more).
Die Stromstärke I, mit der die Glühelektrode 902 versorgt wird zum Vereinzeln eines Partikelstromes mit der Masse m (dessen zeitliche Ableitung ṁ ist), kann folgender Relation genügen:
The current I with which the glow electrode 902 is supplied to isolate a particle stream with the mass m (whose time derivative is ṁ), the following relation can suffice:
Hier bezeichnet ρ die Massendichte der Partikel 106 und q die Aufladung pro Partikel (z.B. in Coulomb). In dem Beispiel ergibt sich eine Stromstärke I von bis zu 0,03 A (Ampere) für einen Massenstrom von 35 g/s, einer Dichte ρ von 2,4 g/cm3 und einem elektrischen Potential von 30 V. Die Stromstärke I repräsentiert in Abhängigkeit des Materials der Glühelektrode 902 (auch als Elektrodenmaterial bezeichnet) eine Temperatur der Glühelektrode 902 (z.B. einem Glühdraht, wie beispielsweise einer Glühwendel), die genügend freie thermisch emittierte Elektronen erzeugt, was durch folgende Relation beschrieben ist.
Here ρ denotes the mass density of the particles 106 and q is the charge per particle (eg in coulombs). In the example, a current I of up to 0.03 A (ampere) results for a mass flow of 35 g / s, a density ρ of 2.4 g / cm 3 and an electrical potential of 30 V. The current I represents depending on the material of the glow electrode 902 (also referred to as electrode material) is a temperature of the glow electrode 902 (eg a filament, such as a filament), which generates enough free thermally emitted electrons, which is described by the following relation.
Die Richardsonkonstante A0 kann beispielsweise 600.000 A/m2K2 (Ampere pro Meter zum Quadrat und Kelvin zum Quadrat) für Wolfram oder beispielsweise 100 A/m2K2 für Barium-Strontiumoxid (BaO-SrO) sein. Die Boltzmannkonstante k ist 8,617·10-5 eV/K (Elektronenvolt pro Kelvin). In folgender Tabelle ist eine Übersicht verschiedener Elektrodenmaterialien in verschiedenen exemplarische Konfigurationen 1 bis 4 gelistet.
Konfiguration Elektrodenmaterial Geometrie der Glühelektrode Austrittsarbeit
1 Wolfram Zylinder (D=20 cm, H=0, 5 cm) 4,53 eV
2 Wolfram Drahtring (D=20 cm, S=1 mm) 4,53 eV
3 Barium-Strontiumoxid Zylinder (D=20 cm, H=0, 5cm) 1,00 eV
4 Barium-Strontiumoxid Drahtring (D=20 cm, S=1 mm) 1,00 eV
The Richardson constant A 0 can be, for example, 600,000 A / m 2 K 2 (amperes per meter squared and Kelvin squared) for tungsten or, for example, 100 A / m 2 K 2 for barium strontium oxide (BaO-SrO). The Boltzmann constant k is 8.617 · 10 -5 eV / K (electron volts per Kelvin). The following table provides an overview of various electrode materials in various exemplary configurations 1 to 4. configuration Electrode material Geometry of the glow electrode Work function
1 tungsten Cylinder (D = 20 cm, H = 0.5 cm) 4.53 eV
2 tungsten Wire ring (D = 20 cm, S = 1 mm) 4.53 eV
3 Barium strontium oxide Cylinder (D = 20 cm, H = 0.5 cm) 1.00 eV
4th Barium strontium oxide Wire ring (D = 20 cm, S = 1 mm) 1.00 eV
Hier ist D der Durchmesser der Glühkathode, H die Höhe der Glühelektrode 902 (vereinfacht auch als Glühkathode 902 bezeichnet) und S der Drahtdurchmesser.Here D is the diameter of the hot cathode, H the height of the hot electrode 902 (also simplified as a hot cathode 902 labeled) and S is the wire diameter.
Für die verschiedenen Konfigurationen sind in folgender Tabelle mehrere Parameter dargestellt, wie die Stromstärke I (in Milliampere), mit der die Glühkathode 902 versorgt wird, die Temperatur T (in Kelvin) der Glühkathode 902, die Leistung P (in Watt), mit der die Glühkathode 902 versorgt wird, die empfohlene Temperatur TA der Glühkathode 902 (auch als Arbeitstemperatur bezeichnet, in Kelvin), und die zu erwartende Lebensdauer tL (in Stunden) der Glühkathode 902.
Konfiguration I T P TA tL
1 30 2000 2000 2600 10.000
2 30 1866 743 2600 10.000
3 30 745 40 1100 5.000
4 30 797 16 1100 5.000
The following table shows several parameters for the various configurations, such as the current I (in milliamps) with which the hot cathode 902 is supplied, the temperature T (in Kelvin) of the hot cathode 902 , the power P (in watts) with which the hot cathode 902 is supplied, the recommended temperature TA of the hot cathode 902 (also referred to as working temperature, in Kelvin), and the expected service life tL (in hours) of the hot cathode 902 . configuration I. T P TA tL
1 30th 2000 2000 2600 10,000
2 30th 1866 743 2600 10,000
3 30th 745 40 1100 5,000
4th 30th 797 16 1100 5,000
Anhand der Tabellen lässt sich erkennen, dass eine Stromstärke von 30 mA (Milliampere) nicht notwendigerweise ausreicht, um die empfohlene Arbeitstemperatur TA der Glühkathode 902 zu erreichen. Um diese zu erreichen, kann der Glühkathode 902 eine größere Stromstärke I als 30 mA zugeführt werden, bis deren Arbeitstemperatur TA erreicht wird. Einen Wolframdraht kann bei bis zu 2600 Kelvin betrieben werden, was zu einer Stromstärke I von bis zu 8,3 Ampere korrespondieren kann. Bei einem Barium-Strontiumoxid-Drahtring kann die Arbeitstemperatur zu einer Stromstärke I von ungefähr 3 Ampere korrespondieren. Die zu der Arbeitstemperatur TA korrespondieren Stromstärke I kann somit ausreichend freie Elektronen liefern, um einen Partikelstrom von 35 g/s elektrostatisch zu vereinzeln (d.h. zu dispergieren).The tables show that a current of 30 mA (milliamps) is not necessarily sufficient to reach the recommended working temperature TA of the hot cathode 902 to reach. To achieve this, the hot cathode 902 a current I greater than 30 mA can be supplied until its working temperature TA is reached. A tungsten wire can hold up to 2600 Kelvin, which can correspond to a current I of up to 8.3 amps. In the case of a barium-strontium oxide wire ring, the working temperature can correspond to a current I of approximately 3 amperes. The current intensity I corresponding to the working temperature TA can thus deliver sufficient free electrons to electrostatically separate (ie disperse) a particle flow of 35 g / s.
11 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 1100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang des Führungspfades 111 und/oder entlang der Vertikalen 155), auf eine Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a dieser. 11 Figure 11 illustrates a particle singulation device 1100 according to various embodiments in a schematic detailed view (for example, looking along the guide path 111 and / or along the vertical 155 ), to an electron emitter isolation stage 104a this.
Die Partikelvereinzelungsvorrichtung 1100 kann aufweisen: einen Strahlführungskanal 406, durch welchen hindurch ein Elektronenstrahl 23 geführt werden kann, und die Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a. Die Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a kann aufweisen: eine Haltevorrichtung 1102 zum Halten der elektronenemittierenden Glühelektrode 902 (auch als Glühkathode 902 bezeichnet), die Beschleunigungselektrode 904 (auch als Beschleunigungsanode 904 bezeichnet) und die Begrenzungselektrode 906. Zwischen der Begrenzungselektrode 906 und der Beschleunigungselektrode 904 kann der Aufladungsbereich 911 angeordnet sein, z.B. die Beschleunigungselektrode 904 umgebend.The particle singulation device 1100 can have: a beam guiding channel 406 through which an electron beam 23 can be performed, and the electron emitter isolation stage 104a . The electron emitter isolation stage 104a may have: a holding device 1102 to hold the electron-emitting glow electrode 902 (also called hot cathode 902 labeled), the acceleration electrode 904 (also as an acceleration anode 904 labeled) and the limiting electrode 906 . Between the limiting electrode 906 and the accelerating electrode 904 can the charging area 911 be arranged, for example the acceleration electrode 904 surrounding.
Die Glühelektrode 902 kann beispielsweise einen Glühdraht aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Aufladungsbereich 911 kann beispielsweise in Form eines Ringspalts bereitgestellt sein oder werden. Die Beschleunigungselektrode 904 kann beispielsweise ein Gitter oder Ähnliches aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Glühelektrode 902 kann beispielsweise mit einer Stromversorgung (nicht dargestellt) gekoppelt sein, z.B. mittels eines Stromkabels.The glow electrode 902 can for example have a filament or be formed from it. The charging area 911 can for example be provided in the form of an annular gap. The accelerating electrode 904 can for example have a grid or the like or be formed from it. The glow electrode 902 can for example be coupled to a power supply (not shown), for example by means of a power cable.
12 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 1200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf eine Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a dieser. Die Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a kann zum Emittieren freier Elektronen in Form von Sekundärelektronen eingerichtet sein (auch als freie Sekundärelektronen bezeichnet). Beispielsweise können für die elektrostatische Dispersion freie Sekundärelektronen genutzt werden, welche erzeugt werden mittels einer direkten Einkopplung des Elektronenstrahls 23 in die Elektronenquelle 902, beispielsweise einer Sekundärelektronen-Emitter-Elektrode 902 (auch als elektronenstrahlversorgte Sekundärelektrode 902 oder kurz Sekundärelektrode 902 bezeichnet). 12th Figure 11 illustrates a particle singulation device 1200 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example of an electron emitter isolation stage 104a this. The electron emitter isolation stage 104a can emit free electrons in the form of Secondary electrons be set up (also referred to as free secondary electrons). For example, free secondary electrons can be used for the electrostatic dispersion, which are generated by means of direct coupling of the electron beam 23 into the electron source 902 , for example a secondary electron emitter electrode 902 (also as an electron beam supplied secondary electrode 902 or secondary electrode for short 902 designated).
Die Emission von Sekundärelektronen (auch als Sekundäremission bezeichnet) kann verstanden werden als Aussendung von Elektronen aus der Oberfläche eines Festkörpers, die durch auftreffende „primäre“ Elektronen (auch als Primärelektronen bezeichnet) hervorgerufen wird. Die Primärelektronen können mittels des Elektronenstrahls 23 bereitgestellt sein oder werden, welcher auf die Sekundärelektrode 902 gerichtet wird. Es kann alternativ oder zusätzlich zu den Primärelektronen auch eine andere Strahlung verwendet werden, z.B. Röntgen- oder Gammastrahlung.The emission of secondary electrons (also referred to as secondary emission) can be understood as the emission of electrons from the surface of a solid, which is caused by impinging "primary" electrons (also referred to as primary electrons). The primary electrons can by means of the electron beam 23 be provided or be provided, which on the secondary electrode 902 is judged. As an alternative or in addition to the primary electrons, another radiation can also be used, for example X-ray or gamma radiation.
Die mittels des Elektronenstrahls 23 erzeugten Sekundärelektronen können in den Aufladungsbereich 911 (d.h. in den Partikelfluss) hinein emittiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Sekundärelektrode 902 derart (z.B. abgeschrägt, konkav, konvex und/oder konisch) eingerichtet sein, dass der Elektronenstrahl 23 mittels der Sekundärelektrode 902 in Richtung des Aufladungsbereichs 911 reflektiert wird. Damit kann ein Teil der Leistung des Elektronenstrahls 23 zur elektrischen Vereinzelung verwendet werden.The by means of the electron beam 23 generated secondary electrons can be in the charging area 911 (ie into the particle flow) into it. Alternatively or additionally, the secondary electrode 902 be set up in such a way (for example beveled, concave, convex and / or conical) that the electron beam 23 by means of the secondary electrode 902 towards the charging area 911 is reflected. This allows part of the power of the electron beam 23 can be used for electrical isolation.
Die Sekundärelektrode 902 kann beispielsweise einen Metallring aufweisen oder daraus gebildet sein, auf welchen der Elektronenstrahl 23 gerichtet wird. Die Ladung der von den in den Aufladungsbereich 911 hinein emittierten Elektronen kann ausreichend sein, um einen Partikelstrom von 35 g/s mit bis zu 30 Volt aufzuladen, so dass eine elektrostatische Dispersion erfolgen kann.The secondary electrode 902 can for example have a metal ring or be formed from it, onto which the electron beam 23 is judged. The charge of the by the in the charging area 911 electrons emitted into it can be sufficient to charge a particle flow of 35 g / s with up to 30 volts, so that electrostatic dispersion can occur.
13 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 1300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf eine Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a dieser. Die Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a kann aufweisen: die Sekundärelektrode 902, den optionalen Strahlführungskanal 406, und die Elektronenstrahlquelle 404. Die Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a kann eingerichtet sein, freie Elektronen 1202 in den Aufladungsbereich 911 hinein zu emittieren. Die freien Elektronen 1202 können von der Sekundärelektrode 902 reflektierte Elektronen des Elektronenstrahls 23 und/oder von der Sekundärelektrode 902 emittierte Sekundärelektronen aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Metallring 902 der Elektronenemitter-Vereinzelungsstufe 104a kann beispielsweise eine abgeschrägte ringförmige Metallronde aufweisen. Optional kann der Strahlführungskanal 406 zweie dielektrische Segmente 1302 aufweisen, zwischen denen die Sekundärelektrode 902 angeordnet ist. 13th Figure 11 illustrates a particle singulation device 1300 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example of an electron emitter isolation stage 104a this. The electron emitter isolation stage 104a can have: the secondary electrode 902 , the optional beam guidance channel 406 , and the electron beam source 404 . The electron emitter isolation stage 104a can be set up free electrons 1202 in the charging area 911 to emit into it. The free electrons 1202 can from the secondary electrode 902 reflected electrons of the electron beam 23 and / or from the secondary electrode 902 have emitted secondary electrons or be formed therefrom. The metal ring 902 the electron emitter isolation stage 104a can, for example, have a beveled ring-shaped metal blank. Optionally, the beam guiding channel 406 two dielectric segments 1302 have, between which the secondary electrode 902 is arranged.
Beispielsweise kann der Elektronenstrahl 23 gemäß einem Zyklus angesteuert werden, wobei der Zyklus mehrere Phasen (z.B. jeweils von wenigen Millisekunden Dauer) aufweist, von denen in einer erster Phase der Elektronenstrahl 23 auf die Sekundärelektrode 902 gerichtet wird, und von denen in einer zweiten Phase der Elektronenstrahl 23 auf die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 gerichtet wird (z.B. durch eine Durchgangsöffnung der Sekundärelektrode 902 hindurch oder an dieser vorbei).For example, the electron beam 23 be controlled according to a cycle, the cycle having several phases (for example each of a few milliseconds in duration), of which the electron beam in a first phase 23 on the secondary electrode 902 is directed, and of which in a second phase the electron beam 23 on the coating material source 208 is directed (e.g. through a passage opening in the secondary electrode 902 through or past this).
14 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 1400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf mehrere Vereinzelungsstufen 104a, 114a dieser. Mittels der Beschichtungsanordnung 1400 können beispielsweise besonders gut Partikel 106 prozessiert werden, die alle eine ähnliche Partikelgröße (z.B. nicht notwendigerweise einer Größenverteilung aufweisend) aufweisen. 14th Figure 11 illustrates a particle singulation device 1400 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example on several isolation levels 104a , 114a this. By means of the coating arrangement 1400 are particularly good at particles, for example 106 are processed, all of which have a similar particle size (eg not necessarily having a size distribution).
Mittels der elektrischen Vereinzelungsstufe 104a kann die elektrostatische Vereinzelung mittels Sekundärelektronen erfolgen, die aus einem Metallring 902 emittiert werden, indem dieser mit dem Elektronenstrahl 23 beschossen wird. Alternativ oder zusätzlich kann mittels einer zusätzlichen elektrischen Vereinzelungsstufe 114a eine elektrostatische Vereinzelung mittels thermisch emittierter Elektronen aus einer Glühelektrode 902 erfolgen.By means of the electrical isolation stage 104a the electrostatic separation can be done by means of secondary electrons from a metal ring 902 be emitted by this with the electron beam 23 is shot at. Alternatively or additionally, an additional electrical isolation stage can be used 114a an electrostatic separation by means of thermally emitted electrons from a glow electrode 902 respectively.
Ferner kann mittels der Beschichtungsanordnung 1400 eine elektrostatische Selektion der Partikel 106 erfolgen. Dazu kann die Beschichtungsanordnung 1400 eine Selektionskammer 1401 aufweisen. Die noch agglomerierten Partikel 106 werden beispielsweise mittels einer Dosiereinheit des Nachführmechanismus 402 in die Selektionskammer 1401 geleitet. Der Boden der Selektionskammer 1401 kann eine vibrationsfähige und/oder elektrisch leitfähige Partikelauflage 602 (z.B. eine Membran 202m aufweisend) aufweisen, welche beispielsweise in einen starren und/oder elektrisch isolierten oder elektrisch leitenden und/oder elektrisch isolierten oder elektrisch leitenden Rahmen eingefasst ist. Die elektrostatische Emission kann es beispielsweise ermöglichen, dem nachfolgenden Prozessierraum hauptsächlich (oder nur) dispergierte, sprich vollständig vereinzelte, Partikel 106 zuzuführen, wie im Folgenden genauer beschrieben wird.Furthermore, by means of the coating arrangement 1400 an electrostatic selection of the particles 106 respectively. The coating arrangement 1400 a selection chamber 1401 exhibit. The still agglomerated particles 106 are for example by means of a metering unit of the tracking mechanism 402 into the selection chamber 1401 directed. The bottom of the selection chamber 1401 can be a vibratory and / or electrically conductive particle pad 602 (e.g. a membrane 202m having), which is enclosed, for example, in a rigid and / or electrically insulated or electrically conductive and / or electrically insulated or electrically conductive frame. The electrostatic emission can For example, enable the downstream processing room to have mainly (or only) dispersed, i.e. completely isolated, particles 106 as described in more detail below.
15 veranschaulicht eine Partikelvereinzelungsvorrichtung 1500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf mehrere Vereinzelungsstufen 104a, 114a dieser. 15th Figure 11 illustrates a particle singulation device 1500 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example on several isolation levels 104a , 114a this.
Die Partikelauflage 602 kann beispielsweise einen Boden der Selektionskammer 1401 bereitstellen. Die Selektionskammer 1401 kann beispielsweise einen schwingungsfähigen und/oder elektrisch leitfähigen Kammerboden 602 (auch als Emissionsboden 602 bezeichnet) aufweisen. Der Kammerboden 602 kann beispielsweise eine Membran 202m und/oder eine Platte 602b (z.B. Scheibe, z.B. Vibrationsscheibe) aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Selektionskammer 1401 können die zu vereinzelnden Partikel 106 zugeführt werden, z.B. mittels des Nachführmechanismus 402.The particle pad 602 can for example be a floor of the selection chamber 1401 provide. The selection chamber 1401 can, for example, have a vibratory and / or electrically conductive chamber floor 602 (also as emission base 602 designated). The chamber floor 602 can for example be a membrane 202m and / or a plate 602b (eg disc, eg vibrating disc) have or be formed therefrom. The selection chamber 1401 can the particles to be separated 106 be fed, for example by means of the tracking mechanism 402 .
Die Selektionskammer 1401, z.B. deren Emissionsboden 602 und/oder Kammeroberteil 1402, kann mittels eines oder mehr als eines dielektrischen (anschaulich elektrisch isolierte) Verbindungsstücks 1504 gelagert sein. Jedes Verbindungsstück 1504 kann beispielsweise eine Keramik aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können der Emissionsboden 602 und das Kammeroberteil 1402 mittels des einen oder mehr als einen Verbindungsstücks 1504 miteinander gekoppelt sein. Beispielsweise kann zumindest ein Verbindungsstück 1504 eine Kammerseitenwand der Selektionskammer 1401 bereitstellen, welche sich von dem Emissionsboden 602 zu dem Kammeroberteil 1402 erstreckt.The selection chamber 1401 , e.g. their emission floor 602 and / or upper chamber part 1402 , can by means of one or more than one dielectric (clearly electrically isolated) connector 1504 be stored. Every connector 1504 can for example have a ceramic or be formed from it. Alternatively or in addition, the emission floor 602 and the chamber top 1402 by means of the one or more than one connector 1504 be coupled to each other. For example, at least one connector 1504 a chamber side wall of the selection chamber 1401 provide, which is from the emission soil 602 to the upper chamber part 1402 extends.
Beispielsweise kann die mindestens eine Kammerseitenwand eine oder mehr als eine seitliche Auslassöffnung 1501 aufweisen. Die Auslassöffnung 1501 kann beispielsweise in Form eines Ringspalts bereitgestellt sein oder werden.For example, the at least one chamber side wall can have one or more than one lateral outlet opening 1501 exhibit. The outlet opening 1501 can for example be provided in the form of an annular gap.
Die Membran 202m kann eine Elektrode und das Kammeroberteil 1402 eine dieser zugeordnete Gegenelektrode der zusätzlichen elektrischen Vereinzelungsstufe 114a bereitstellen. Der Membran 202m kann dazu ein elektrisches Potential bereitgestellt sein oder werden (dann auch als Kontaktelektrode 202m bezeichnet), das, wie vorstehend beschrieben, abhängig von der Partikelgröße 603 und/oder der Haftungskonstante β eingerichtet sein kann. Mittels des elektrischen Potentials der Membran 202m kann eine elektrische Ladung in die Partikel 106 eingebracht werden.The membrane 202m can an electrode and the upper chamber part 1402 one of these associated counterelectrodes of the additional electrical isolation stage 114a provide. The membrane 202m an electrical potential can be provided for this purpose (then also as a contact electrode 202m referred to), which, as described above, depends on the particle size 603 and / or the adhesion constant β can be established. By means of the electrical potential of the membrane 202m can create an electrical charge in the particle 106 be introduced.
Das Kammeroberteil 1402 kann für den Selektionseffekt beispielsweise elektrisch geerdet sein (oder allgemeiner das Referenzpotential aufweisen) und anschaulich das Gegenpotential zur elektrisch geladenen Membran 202m bereitstellen. Die Potenzialdifferenz (d.h. elektrische Spannung) zwischen der Membran 202m und dem dazu räumlich und/oder elektrisch separierten Kammeroberteil 1402 kann zwischen diesen ein elektrisches Feld im Kammerinneren bereitstellen. Das elektrische Feld im Kammerinneren kann eine Kraft auf die elektrisch aufgeladenen Partikel 106 übertragen, so dass sich diese entlang der Feldlinien des elektrischen Felds zu dem Kammeroberteil 1402 hin bewegen (z.B. analog zu den gegenpoligen Kanalwänden 104e, 104p).The chamber top 1402 can for example be electrically grounded for the selection effect (or more generally have the reference potential) and clearly the counter potential to the electrically charged membrane 202m provide. The potential difference (ie electrical voltage) between the membrane 202m and the chamber top, which is spatially and / or electrically separated for this purpose 1402 can provide an electric field inside the chamber between these. The electric field inside the chamber can exert a force on the electrically charged particles 106 transferred so that they are along the lines of force of the electric field to the upper chamber part 1402 move towards (e.g. analogous to the opposite polarity channel walls 104e , 104p) .
Für ideal sphärische Partikel 106 kann folgende Relation den Zusammenhang zwischen der Kinetik und der Partikelgröße in Abhängigkeit der Haftung beschreiben:
For ideal spherical particles 106 The following relation can describe the relationship between the kinetics and the particle size depending on the adhesion:
Hierbei hat der Effekt der Haftung der Partikel 106 untereinander und zu dem Kammerboden 602 einen Einfluss auf die Kinetik der aufgeladenen Partikel 106. Überschreitet die Partikelgröße einen Schwellenwert, kann die Feldstärke nicht mehr mit der Partikelgröße kohärent abnehmen, sondern oberhalb des Schwellenwerts abhängig von der Haftungskonstante ansteigen.This has the effect of adhering the particles 106 among each other and to the chamber floor 602 an influence on the kinetics of the charged particles 106 . If the particle size exceeds a threshold value, the field strength can no longer decrease coherently with the particle size, but increase above the threshold value depending on the adhesion constant.
Dieser Zusammenhang ist in 16 veranschaulicht.This connection is in 16 illustrated.
16 veranschaulicht die Kinetik des elektrischen Vereinzelns in einem schematischen Diagramm 1600. Im Diagramm 1600 ist das elektrische Feld 1003 (in Volt/Meter) im Kammerinneren über der Partikelgröße 603 der Partikel aufgetragen für verschiedene verschiedenen Haftungskonstanten. Optional kann mittels der Vibrationsscheibe 602b oder allgemeiner einer Schwingungsquelle eine Schwingung in die Selektionskammer 1401, z.B. deren Kammerboden 602, eingekoppelt werden. Beispielsweise kann die Platte 602b die Schwingungsquelle mit der Membran 202m koppeln oder die Schwingungsquelle aufweisen (z.B. eine Spule). Beispielsweise kann die Schwingungsquelle eingerichtet sein, die Membran 202m zur Vibration anzuregen. 16 illustrates the kinetics of electrical isolation in a schematic diagram 1600 . In the diagram 1600 is the electric field 1003 (in volts / meter) inside the chamber over the particle size 603 the particle applied for various different adhesion constants. Optionally, using the vibrating disc 602b or more generally a vibration source, a vibration in the selection chamber 1401 , e.g. their chamber floor 602 , are coupled. For example, the plate 602b the Vibration source with the membrane 202m couple or have the vibration source (e.g. a coil). For example, the vibration source can be set up, the membrane 202m to stimulate vibration.
Abhängig von der Frequenz der Schwingung (auch als Schwingungsfrequenz bezeichnet) kann die Schwingung in der Lage sein, die Partikel 106 auf dem Kammerboden 602 (z.B. der Membran 202m) in einem fluidartigen Schwebezustand zu versetzen und dadurch der Einfluss der Haftung zu dem Kammerboden 602 zu reduzieren. Dies ermöglicht es, eine geringere Feldstärke zu verwenden.Depending on the frequency of the oscillation (also known as oscillation frequency), the oscillation may be able to control the particles 106 on the chamber floor 602 (e.g. the membrane 202m ) to put in a fluid-like state of suspension and thereby the influence of the adhesion to the chamber floor 602 to reduce. This makes it possible to use a lower field strength.
Beispielsweise kann der fluidartige Schwebezustand von Partikeln (z.B. mit einer Partikelgröße zwischen 10 µm und 100 µm) einsetzen bei einem elektrischen Feld E von ungefähr 2·105 V/m für eine Haftkonstante von ungefähr β = 0,00015 kg/s2. Das elektrische Feld E kann beispielsweise mittels einer elektrisch Spannung von ungefähr 20 Kilovolt (kV) bei einem Abstand der Partikelauflage 602 von dem Kammeroberteil 1402 (oder allgemeiner Elektrode 202m von Gegenelektrode 1402) von 10 cm (auch als Elektrodenabstand bezeichnet) bereitgestellt sein oder werden. Es können aber auch andere Kombinationen von Elektrodenabstand und elektrischer Spannung verwendet werden.For example, the fluid-like state of suspension of particles (eg with a particle size between 10 μm and 100 μm) can set in at an electric field E of approximately 2 · 10 5 V / m for an adhesion constant of approximately β = 0.00015 kg / s 2 . The electric field E can, for example, by means of an electric voltage of approximately 20 kilovolts (kV) at a distance from the particle support 602 from the chamber top 1402 (or more generally electrode 202m of counter electrode 1402 ) of 10 cm (also referred to as electrode spacing) be or will be provided. However, other combinations of electrode spacing and electrical voltage can also be used.
Beispielsweise kann ein Elektrodenabstand von 10 cm oder mehr bewirken, dass hauptsächlich kleinere Partikel ausreichend derart beschleunigt werden, dass diese den exemplarischen Elektrodenabstand von 10 cm überwinden. Die Bewegung größerer Partikel oder Partikelcluster kann von ihrer Gewichtskraft dominiert werden, woraufhin diese anschaulich nach dem Abheben wieder herabfallen. Dies ermöglicht es anschaulich, die Partikelgröße der aus den seitlichen Öffnungen 1501 der Selektionskammer 1401 heraus gebrachten Partikel 106 zu steuern (z.B. mittels der Spannung).For example, an electrode spacing of 10 cm or more can have the effect that mainly smaller particles are accelerated sufficiently in such a way that they overcome the exemplary electrode spacing of 10 cm. The movement of larger particles or particle clusters can be dominated by their weight, whereupon they clearly fall down again after they have lifted off. This makes it possible to clearly see the particle size from the side openings 1501 the selection chamber 1401 brought out particles 106 to control (e.g. by means of the voltage).
Optional können zusätzlich freie Elektronen 1202 in das Kammerinnere emittiert (anschaulich ein Elektronenwind bereitgestellt) werden, z.B. mittels Elektronenstrahlbeschusses eines Metallrings 902 und/oder thermisch emittierter Elektronen aus einer Glühelektrode 902.Optionally, free electrons can also be used 1202 emitted into the chamber interior (an electron wind is clearly provided), for example by means of electron beam bombardment of a metal ring 902 and / or thermally emitted electrons from a glow electrode 902 .
Die freien Elektronen 1202 können die Partikel 106 im Kammerinneren elektrisch aufladen, z.B. über das Emissionspotential hinaus bis zum Erreichen der Coulombschen Abstoßung. Agglomerierte Partikel 106 werden somit effektiv vereinzelt, so dass auch diese nun den exemplarischen Elektrodenabstand (z.B. von 10 cm) überwinden können. Die nach und nach bereitgestellte Zusammensetzung der Partikel im Kammerinneren (anschaulich ein Pulvernebel) kann durch die seitlichen Öffnungen 1501 der Selektionskammer 1401 hindurch von der Begrenzungselektrode 906 der elektrischen Vereinzelungsstufe 104a (z.B. an der Kammerwand 802k) angezogen werden (auch als elektrostatische Anziehung bezeichnet). Die von der Selektionskammer 1401 abgegebenen Partikel treffen auf eine Prallfläche 104p der Begrenzungselektrode 906, an welche diese ihre elektrische Ladung abgeben und im Folgenden herabfallen und in den nächsten Prozessraum geführt werden können.The free electrons 1202 can the particles 106 Electrically charge inside the chamber, e.g. beyond the emission potential until the Coulomb repulsion is reached. Agglomerated particles 106 are thus effectively separated, so that they too can now overcome the exemplary electrode spacing (eg of 10 cm). The gradually provided composition of the particles inside the chamber (clearly a powder mist) can be passed through the side openings 1501 the selection chamber 1401 through from the limiting electrode 906 the electrical isolation stage 104a (e.g. on the chamber wall 802k ) are attracted (also known as electrostatic attraction). The one from the selection chamber 1401 released particles hit a baffle 104p the limiting electrode 906 , to which they give off their electrical charge and then fall down and can be led into the next process room.
Optional kann sich in dem Kammerinneren, beispielsweise alternativ oder zusätzlich zu elektrischen Vereinzelungsstufe 104a und/oder der zusätzlichen elektrischen Vereinzelungsstufe 114a, eine Plasmaquelle angeordnet sein. Die Plasmaquelle kann beispielsweise an der Sekundärelektrode 902 (z.B. Glühelektrode 902) angeordnet sein. Die herabfallenden Partikel 106 können dabei mittels eines im Kammerinneren gebildeten Plasmas (z.B. alternativ oder zusätzlich zu den freien Elektronen) Stöße mit Elektronen und/oder Ionen des Plasmas erfahren. Dieser Effekt unterstützt die Dispersion von Agglomeraten bei gleichzeitiger Oberflächenbehandlung zur Reduzierung von möglichen Oxiden, Karbiden, Nitriden und zur Verbesserung der Haftfestigkeit sowie der elektrischen Eigenschaften in Wechselwirkung mit der darauf abzuscheidenden Funktionsschicht.Optionally, in the interior of the chamber, for example, as an alternative or in addition to the electrical isolation stage 104a and / or the additional electrical isolation stage 114a , be arranged a plasma source. The plasma source can, for example, on the secondary electrode 902 (e.g. glow electrode 902 ) be arranged. The falling particles 106 can experience collisions with electrons and / or ions of the plasma by means of a plasma formed inside the chamber (for example, alternatively or in addition to the free electrons). This effect supports the dispersion of agglomerates with simultaneous surface treatment to reduce possible oxides, carbides, nitrides and to improve the adhesive strength and the electrical properties in interaction with the functional layer to be deposited.
17 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 1700 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Die Beschichtungsanordnung 1700 kann die Rotationsscheibe 602 und eine Glühelektrode 902 aufweisen. 17th illustrates a coating arrangement 1700 according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view. The coating arrangement 1700 can the rotating disk 602 and a glow electrode 902 exhibit.
Die Beschichtungsanordnung 1700 kann eine Schwingungsquelle 1704 (z.B. Vibrationsscheibe) aufweisen, die mit dem Auffangbehälter 204 gekoppelt ist und optional ein elektrisches Potential trägt, welches die Partikel auflädt, und damit im Verlauf ihrer Trajektorie beeinflusst werden können. Die Beschichtungsanordnung 1700 kann ferner eine Haltevorrichtung 1702 zum Halten (z.B. Verschraubungspunkt) der Abschirmung 408 aufweisen, welche formschlüssig in die Abschirmung 408 eingebracht werden kann.The coating arrangement 1700 can be a source of vibration 1704 (e.g. vibrating disc) that are connected to the collecting container 204 is coupled and optionally carries an electrical potential, which charges the particles and can thus be influenced in the course of their trajectory. The coating arrangement 1700 can also have a holding device 1702 for holding (e.g. screw connection point) the shield 408 have, which form-fit in the shield 408 can be introduced.
Die Beschichtungsanordnung 1700 kann ferner einen mit dem Auffangbehälter 204 gekoppelten Ausschleusungskanal 1710 aufweisen zum Ausschleusen 204a der Partikel 106 nach dem Beschichten dieser.The coating arrangement 1700 can also have one with the collecting container 204 coupled discharge channel 1710 have to discharge 204a the particle 106 after coating this.
18 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 1800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Die Beschichtungsanordnung 1800 kann die Selektionskammer 1401 aufweisen, in welcher die elektronenstrahlversorgte Sekundärelektrode 902 und eine horizontal erstreckte Kontaktelektrode 202m aufweisen. Neben der Selektionskammer 1401 kann eine elektrisch geladene Prallfläche 104p angeordnet sein. 18th illustrates a coating arrangement 1800 according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view. The coating arrangement 1800 can the selection chamber 1401 have, in which the electron beam supplied secondary electrode 902 and a horizontally extended contact electrode 202m exhibit. Next to the selection chamber 1401 can be an electrically charged baffle 104p be arranged.
19 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 1900 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Die Beschichtungsanordnung 1900 kann die Rotationsscheibe 602 und eine elektronenstrahlversorgte Sekundärelektrode 902 aufweisen. 19th illustrates a coating arrangement 1900 according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view. The coating arrangement 1900 can the rotating disk 602 and an electron beam supplied secondary electrode 902 exhibit.
20 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 2000 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Die Beschichtungsanordnung 2000 kann exemplarisch die Rotationsscheibe 602 und eine Glühelektrode 902 aufweisen, kann aber auch eingerichtet sein eine der voranstehenden Beschichtungsanordnungen. 20th illustrates a coating arrangement 2000 according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view. The coating arrangement 2000 can use the rotating disk as an example 602 and a glow electrode 902 have, but can also be set up one of the above coating arrangements.
Bei der Beschichtungsanordnung 2000 kann eine seitliche Einkopplung des Elektronenstrahls 23 in die Vakuumkammer 802 vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Strahlführungskanal 406 am oberen Drittel des Beschichtungsraums 206 angeordnet sein. Bei der seitlichen Einkopplung des Elektronenstrahls 23 kann eine zentrische Führung des Elektronenstrahls 23 in der Vakuumkammer 802 nicht notwendig sein. Dies vereinfacht die oberen Komponenten der Beschichtungsanordnung 2000, z.B. die Baugruppen zur Dispersion und/oder zur Dissemination.In the coating arrangement 2000 can be a lateral coupling of the electron beam 23 into the vacuum chamber 802 be provided. For example, the beam guiding channel 406 in the upper third of the coating room 206 be arranged. With the lateral coupling of the electron beam 23 can a centric guidance of the electron beam 23 in the vacuum chamber 802 not be necessary. This simplifies the top components of the coating arrangement 2000 , e.g. the assemblies for dispersion and / or dissemination.
Bei der seitlichen Einkopplung des Elektronenstrahls 23 kann dieser durch den Fallbereich 206a hindurch geführt sein oder werden und dadurch mit den vertikal fallenden Partikeln 106 in Kontakt kommen. Bei Kontakt der Partikel 106 mit dem Elektronenstrahl 23 können diese stark erhitzt werden, so dass es zu einer Verdampfung von Material aus den Partikeln 106 kommen kann, wodurch sich partiell Material verflüchtigt und eine Kontamination der Anlage, bzw. der Partikelbeschichtung erfolgen kann. Dies kann erwünscht sein aber auch kompensiert werden, indem der Zuführungsspalt 202s lokal über dem Strahlführungskanal 406 unterbrochen ist, so dass eine schmale Abschattung in dem Partikelvorhang 106 bereitgestellt wird. Dies verringert das Risiko einer Partikel-Elektronen-Kollision. With the lateral coupling of the electron beam 23 can this through the fall area 206a be passed through it or are thereby and thereby with the vertically falling particles 106 get in touch. When the particles come into contact 106 with the electron beam 23 these can be heated strongly, so that there is an evaporation of material from the particles 106 can occur, as a result of which material is partially volatilized and contamination of the system or the particle coating can occur. This can be desirable but can also be compensated for by the feed gap 202s locally above the beam guidance channel 406 is interrupted, so that a narrow shadow in the particle curtain 106 provided. This reduces the risk of a particle-electron collision.
21A veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 2100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf eine Gleichverteilungsstufe 400d dieser. 21B veranschaulicht die Kinetik der gleichverteilten Zuführung in einem schematischen Diagramm 2100b. 21A illustrates a coating arrangement 2100 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example on a uniform distribution level 400d this. 21B illustrates the kinetics of the uniformly distributed feed in a schematic diagram 2100b .
Die Gleichverteilungsstufe 400d kann eine Partikelauflage 1602 aufweisen, die beispielsweise eine Membran 202m aufweist. Die Partikelauflage 1602 kann den Zuführungsspalt 202s begrenzen bzw. kann der Zuführungsspalt 202s die Partikelauflage 1602 umgeben. Der Zuführungsspalt 202s kann beispielsweise zwischen der Partikelauflage 1602 und einem die Partikelauflage 1602 umgebenden Wandelement 2104 gebildet sein. Das Wandelement 2104 kann beispielsweise Teil des Kammergehäuses 802k sein.The level of equal distribution 400d can be a particle pad 1602 have, for example, a membrane 202m having. The particle pad 1602 can open the feed gap 202s limit or can limit the feed gap 202s the particle pad 1602 surround. The feed gap 202s can, for example, between the particle support 1602 and one the particle pad 1602 surrounding wall element 2104 be educated. The wall element 2104 can for example be part of the chamber housing 802k be.
Beispielsweise kann die Partikelauflage 1602 eine kreisrunde Außenkante aufweisen, welche den Zuführungsspalt 202s begrenzt, d.h. rotationssymmetrisch sein. Die Außenkante der Partikelauflage 1602 kann auch eine andere Symmetrie aufweisen.For example, the particle pad 1602 have a circular outer edge which defines the feed gap 202s limited, ie be rotationally symmetrical. The outer edge of the particle pad 1602 can also have a different symmetry.
Die Partikelauflage 1602 kann eingerichtet sein, in die darauf aufliegenden Partikeln 106 eine Kraft (auch als Abtriebskraft bezeichnet) einzukoppeln, welche zu dem Zuführungsspalt 202s gerichtet ist.The particle pad 1602 can be set up in the particles lying on it 106 to couple a force (also referred to as an output force) which leads to the feed gap 202s is directed.
Die Abtriebskraft kann dieselbe Symmetrie aufweisen, wie die Außenkante der Partikelauflage 1602. Die Abtriebskraft kann beispielsweise im Wesentlichen radialsymmetrisch eingerichtet sein, wobei das Symmetriezentrum beispielsweise im Inneren (z.B. im Mittelpunkt der kreisrunden Außenkante) der Partikelauflage 1602 angeordnet sein kann.The output force can have the same symmetry as the outer edge of the particle support 1602 . The output force can, for example, be set up essentially radially symmetrically, with the center of symmetry, for example, in the interior (for example in the center of the circular outer edge) of the particle support 1602 can be arranged.
Je weniger die Symmetrie der Abtriebskraft und der Außenkante der Partikelauflage 1602 voneinander abweichen, umso gleichverteilter kann die Zuführung der Partikel durch den Zuführungsspalt 202s sein.The less the symmetry of the output force and the outer edge of the particle support 1602 differ from one another, the more evenly the supply of the particles through the supply gap can be 202s be.
Die Abtriebskraft kann auf verschiedene Arten bereitgestellt sein oder werden, wie im Folgenden exemplarisch beschrieben wird.The output force can be or can be provided in various ways, as is described below by way of example.
Zur Bereitstellung der Abtriebskraft kann die Partikelauflage 1602 beispielsweise eine konvexe (z.B. konisch oder zumindest spitz zulaufende) obere Oberfläche aufweisen, d.h. zum Rand hin abfallen. Es kann auch eine konkave ober Oberfläche verwendet werden. Beispielsweise können sich bei bestimmten wellenartigen Oszillationen einer Membran oder Scheibe Partikel auch bergauf bewegen. Dies kann Dosierungsvorteile bringen. Im Betrieb kann die Partikelauflage 1602 einen Winkel (auch als Neigungswinkel bezeichnet) mit der Horizontalen 153, 151 einschließen. Diese kann den Partikeln 106 eine Hangabtriebskraft bereitstellen, welcher Teil der Abtriebskraft sein kann.The particle support can provide the output force 1602 for example have a convex (for example conical or at least tapering) upper surface, ie sloping down towards the edge. A concave top surface can also be used. For example, with certain wave-like oscillations of a membrane or disk, particles can also move uphill. This can bring dosage benefits. During operation, the particle coating 1602 an angle (also known as an angle of inclination) with the horizontal 153 , 151 lock in. This can be the particles 106 provide a downhill force, which can be part of the downhill force.
Zur Bereitstellung der Abtriebskraft kann die Partikelauflage 1602 beispielsweise in einer Drehbewegung versetzt werden, so dass auf die Partikel um das Symmetriezentrum kreisen. Dies kann den Partikeln 106 eine Fliehkraft einkoppeln, welche Teil der Abtriebskraft sein kann.The particle support can provide the output force 1602 be displaced in a rotary movement, for example, so that the particles revolve around the center of symmetry. This can affect the particles 106 couple a centrifugal force, which can be part of the output force.
Optional kann die Gleichverteilungsstufe 400d eine Schwingungsquelle 202v aufweisen, welche eingerichtet ist, der Partikelauflage 1602 (z.B. der Membran 202m) eine Schwingung einzukoppeln, so dass eine Auflockerungsvorrichtung 202v, 1602 bereitgestellt ist. Dies kann die Bewegung der Partikel gemäß der Abtriebskraft anregen und/oder beispielsweise eine flachere Oberfläche ermöglichen.Optionally, the equal distribution level 400d a source of vibration 202v have, which is set up, the particle support 1602 (e.g. the membrane 202m ) to couple a vibration, so that a loosening device 202v , 1602 is provided. This can stimulate the movement of the particles in accordance with the output force and / or, for example, enable a flatter surface.
Beispielsweise können der Gleichverteilungsstufe 400d Partikel aus zumindest einer (d.h. einer oder mehr als einer) Vereinzelungsstufe 104a, 104b zugeführt werden, z.B. entlang des Führungspfads 111. Mittels der zumindest einen Vereinzelungsstufe 104a, 104b kann beispielsweise eine elektrische und/oder mechanische Vereinzelung der Partikel erfolgen, bevor diese der Gleichverteilungsstufe 400d zugeführt werden. Der herabfallende Strom aus Partikeln 106 aus der zumindest einen Vereinzelungsstufe 104a, 104b kann beispielsweise auf eine neigungs- und vibrationsfähige Ebene 202m in Form einer schwingungsfähigen Membran 202m fallen.For example, the equal distribution level 400d Particles from at least one (ie one or more than one) isolation stage 104a , 104b be fed, for example along the guide path 111 . By means of the at least one isolation stage 104a , 104b For example, electrical and / or mechanical separation of the particles can take place before they go to the uniform distribution stage 400d are fed. The falling stream of particles 106 from the at least one isolation stage 104a , 104b can, for example, be on a level capable of inclining and vibrating 202m in the form of an oscillating membrane 202m fall.
Alternativ oder zusätzlich können die von der Gleichverteilungsstufe 400d abgegebenen Partikel 106 dem Beschichtungsraum 206 zugeführt werden, z.B. indem diese über die Außenkante der Partikelauflage 1602 in den Beschichtungsraum 206 hineinfallen.Alternatively or in addition, those from the equal distribution level 400d released particles 106 the coating room 206 be fed, for example by this over the outer edge of the particle support 1602 in the coating room 206 fall into it.
Die Partikelauflage 1602 kann optional einen Spannrahmen 2106 (z.B. einen starren Rahmen) aufweisen, in welchen die Membran 202m eingefasst ist (auch als Randeinspannung bezeichnet). Der Spannrahmen 2106 kann die Außenkante aufweisen. Der Rand der Membran 202m, der mit dem Spannrahmen 2106 gekuppelt ist, kann beispielsweise gewellt und/oder profiliert (z.B. als Sicke bereitgestellt) eingerichtet sein, wie anschaulich bei einem Lautsprecher. Alternativ oder zusätzlich kann der Rand der Membran 202m beispielsweise ein elastisches Material aufweisen, z.B. ein Elastomer. Die Randeinspannung der Membran 202m (d.h. dass der Rand der Membran 202m nicht offen ist) kann definierte Randbedingungen bereitstellen, so dass die Differentialgleichungen der eingekoppelten Schwingung (z.B. die Bessel-Funktion) eine technische Lösung liefert.The particle pad 1602 can optionally use a stenter frame 2106 (eg a rigid frame) in which the membrane 202m is edged (also referred to as edge restraint). The stenter frame 2106 can have the outer edge. The edge of the membrane 202m , the one with the stenter 2106 is coupled, can for example be configured corrugated and / or profiled (for example provided as a bead), as clearly shown in the case of a loudspeaker. Alternatively or additionally, the edge of the membrane 202m for example have an elastic material, for example an elastomer. The edge restraint of the membrane 202m (ie that the edge of the diaphragm 202m is not open) can provide defined boundary conditions so that the differential equations of the coupled oscillation (e.g. the Bessel function) provide a technical solution.
Die Schwingungsquelle 202v kann beispielsweise zur zeitlichen Variation der eingekoppelten Schwingung eingerichtet sein, d.h. der Partikelauflage 1602 mehrere Schwingungsmoden bereitstellen. Die Schwingungsquelle 202v kann beispielsweise zur Erzeugung verschiedener Frequenzen (auch als Schwingungsfrequenzen bezeichnet) eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Schwingungsquelle 202v zur Einkopplung der Schwingung an verschiedenen Stellen 202e (auch als Einkopplungsstellen bezeichnet) der Partikelauflage 1602 eingerichtet sein.The source of vibration 202v can, for example, be set up to vary the coupled vibration over time, ie the particle support 1602 provide several vibration modes. The source of vibration 202v can for example be set up to generate different frequencies (also referred to as oscillation frequencies). Alternatively or additionally, the vibration source 202v for coupling the oscillation at different points 202e (also referred to as coupling points) of the particle support 1602 be set up.
Durch den Neigungswinkel der Partikelauflage kann ein kontinuierlicher radialsymmetrischer Partikelstrom zum äußeren Rand der Partikelauflage 1602 (z.B. eine Scheibe 1602) bereitgestellt sein oder werden. Beispielsweise kann die Membran 202m der Partikelauflage 1602 im Zentrum höher sein als am Rand. The angle of inclination of the particle support allows a continuous, radially symmetrical particle flow to the outer edge of the particle support 1602 (e.g. a disc 1602 ) be or will be provided. For example, the membrane 202m the particle pad 1602 be higher in the center than at the edge.
Optional kann die Partikelauflage 1602 eine Vielzahl von Vertiefungen und/oder Nuten aufweisen, welche über deren gesamte Fläche systematisch oder stochastisch verteilt sind. Dies stellt neben einem gerichteten Partikelstrom über die Kante der Partikelauflage 1602 ferner viele kleinere lokal konzentrierte Partikelströme bereit, welche den Partikeldurchsatz erhöhen und damit die Wirtschaftlichkeit verbessern.Optionally, the particle support 1602 have a plurality of depressions and / or grooves which are systematically or stochastically distributed over their entire surface. This creates a directed flow of particles over the edge of the particle support 1602 Furthermore, many smaller, locally concentrated particle streams are ready, which increase the particle throughput and thus improve the economy.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Raumfüllung der über die Außenkannte der Partikelauflage 1602 herabfallenden Partikel 106 gesteuert und/oder geregelt werden, z.B. indem die Menge an zugeführten Partikeln (z.B. deren Anzahl und/oder Masse) pro Zeit verändert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Raumfüllung der Partikel 106 gesteuert und/oder geregelt werden, indem der Abstand der Partikelauflage 1602 bzw. des Zuführungsspaltes 202s von der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 verändert wird. Dies kann beispielsweise mittels der Steuervorrichtung erfolgen. Die Raumfüllung der Partikel 106 beschreibt anschaulich die Menge der Partikel pro Einheitsvolumen.According to various embodiments, the space filling can be over the outer edge of the particle support 1602 falling particles 106 be controlled and / or regulated, for example by changing the amount of particles supplied (for example their number and / or mass) per time. Alternatively or additionally, the space filling of the particles 106 controlled and / or regulated by the distance of the particle support 1602 or the feed gap 202s from the coating material source 208 is changed. This can be done, for example, by means of the control device. The space filling of the particles 106 clearly describes the amount of particles per unit volume.
Dazu kann die Partikelauflage 1602 beispielsweise verschiebbar (z.B. entlang der Vertikalen und/oder Horizontalen) und/oder neigbar gelagert sein, so dass beispielsweise deren relative Position und/oder Ausrichtung relativ zu der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 verändert werden kann, z.B. deren Abstand voneinander. Dies kann beispielsweise mittels der Steuervorrichtung erfolgen.The particle pad can do this 1602 for example, be mounted displaceably (for example along the vertical and / or horizontal) and / or inclinable, so that, for example, their relative position and / or orientation relative to the coating material source 208 can be changed, e.g. their distance from one another. This can be done, for example, by means of the control device.
In dem Diagramm 2100b ist eine normierte Raumfüllung 2101 der Partikel 106 entlang des Freifallpfads 211 über der Position 2103 auf dem Freifallpfad dargestellt für verschiedene Abstände hStart der Partikelauflage 1602 zu einer Referenzposition. Darin ist der Effekt der Längenausdehnung bzw. die über die Falllänge hervorgerufene Änderung der Raumfüllung eines Partikelstromes zu erkennen.In the diagram 2100b is a standardized space filling 2101 the particle 106 along the free fall path 211 over the position 2103 shown on the free fall path for different distances h start of the particle support 1602 to a reference position. This shows the effect of the linear expansion or the change in the volume of a particle flow caused by the length of the fall.
22 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 2200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, z.B. auf einen Beschichtungsraum 400e dieser. 22nd illustrates a coating arrangement 2200 according to various embodiments in a schematic detailed view, for example of a coating room 400e this.
Optional kann die Partikelauflage 1602 eine Vielzahl von Durchgangsöffnung 2204 aufweisen, welche beispielsweise über deren gesamte Fläche systematisch oder stochastisch verteilt sind. Die Durchgangsöffnung 2204 der Partikelauflage 1602 können beispielsweise mittels Schutzblechen 2206 vor dem Bedampfen und Verschließen geschützt werden. Die Durchgangsöffnung 2204 können beispielsweise in Form eines Ringspalts und/oder konzentrisch zueinander bereitgestellt sein oder werden.Optionally, the particle support 1602 a variety of through hole 2204 have which, for example, are systematically or stochastically distributed over their entire area. The passage opening 2204 the particle pad 1602 can for example by means of protective plates 2206 be protected from steaming and sealing. The passage opening 2204 can for example be provided in the form of an annular gap and / or concentric to one another.
Die Partikelauflage 1602 (z.B. deren Rahmen) kann optional in einem wassergekühlten Gehäuse eingefasst sein. Der untere Teil des Gehäuses kann optional mit einem austauschbaren Hitzeschild 2206 abgeschirmt sein, welches zusätzlich die Funktion als Opferschild aufweisen kann, so dass die Partikelauflage 1602 (z.B. deren Disseminationsmembran 202m) vor dem gerichteten Beschichtungsdampf abgeschirmt wird. Zusätzlich zu dem wassergekühlten Gehäuse (auch als Membrangehäuse bezeichnet), kann ebenso das Opferschild 2206 optional wassergekühlt und/oder optional schwingungsentkoppelt zur Partikelauflage 1602 (z.B. deren Membran) befestigt werden.The particle pad 1602 (eg their frame) can optionally be enclosed in a water-cooled housing. The lower part of the housing can optionally be equipped with a replaceable heat shield 2206 Be shielded, which can also have the function of a sacrificial shield, so that the particle support 1602 (e.g. their dissemination membrane 202m ) is shielded from the directed coating vapor. In addition to the water-cooled housing (also known as the membrane housing), the sacrificial shield can also be used 2206 optionally water-cooled and / or optionally vibration-decoupled from the particle support 1602 (e.g. their membrane) are attached.
Entkopplung und Kühlung schützen dabei die Partikelauflage 1602 (z.B. deren Membran 202m) vor dem Materialdampf und der davon ausgehenden Temperatur. Gelangen die Partikel 106 über die Außenkante der Partikelauflage 1602, ergreift sie die Schwerkraft und die Partikel 106 fallen durch den darunter befindlichen Materialdampf hindurch, wobei der Materialdampf das Beschichtungsmaterial aufweist oder daraus gebildet ist (auch als Beschichtungsmaterial-Dampf bezeichnet, z.B. ein Metalldampf). Die Dicke der Partikelbeschichtung (auch als Beschichtungsdicke bezeichnet) kann mittels zumindest zweier Parameter beeinflusst werden. Der erste Parameter ist die Rate, mit der das Beschichtungsmaterial verdampft wird (auch als Verdampfungsrate bezeichnet), bzw. eine dazu korrespondierende Dampfdichte. Der zweite Parameter ist der Abstand der Partikelauflage 1602 (z.B. deren Disseminationsmembran 202m) von der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 (z.B. Verdampfungsquelle), welche zu der Flug- bzw. Verweilzeit der Partikel 106 in dem Materialdampf korrespondiert. Der optionale Strahlführungskanal 406 (z.B. ein zentrales Elektronenstrahl-Rohr), an dem die Partikelauflage 1602 befestigt oder zumindest angeordnet ist (z.B. deren Disseminationsmembran), kann beispielsweise höhenverstellbar eingerichtet sein, z.B. mittels einer Teleskopverbindung. Die Verdampfungsrate kann mittels der in die Beschichtungsmaterial-Quelle 208 eingebrachten Leistung (z.B. des Elektronenstrahls 23) gesteuert und/oder geregelt sein oder werden.Decoupling and cooling protect the particle layer 1602 (e.g. their membrane 202m ) in front of the material vapor and the resulting temperature. Get the particles 106 over the outer edge of the particle pad 1602 , gravity and particles grasp it 106 fall through the material vapor located underneath, the material vapor comprising the coating material or being formed from it (also referred to as coating material vapor, eg a metal vapor). The thickness of the particle coating (also referred to as the coating thickness) can be influenced by means of at least two parameters. The first parameter is the rate at which the coating material is evaporated (also referred to as the evaporation rate), or a corresponding vapor density. The second parameter is the distance from the particle support 1602 (e.g. their dissemination membrane 202m ) from the coating material source 208 (e.g. evaporation source), which leads to the flight or residence time of the particles 106 corresponds in the material vapor. The optional beam guidance channel 406 (e.g. a central electron beam tube) on which the particle support 1602 is attached or at least arranged (for example its dissemination membrane), can for example be set up to be adjustable in height, for example by means of a telescopic connection. The evaporation rate can be determined by means of the in the coating material source 208 input power (e.g. the electron beam 23 ) be or will be controlled and / or regulated.
Optional kann die Partikelauflage 1602 eine Vielzahl von Segmenten aufweisen, von denen einander unmittelbar benachbarte Segmente mittels eines Zuführungsspalts 202s voneinander separiert sind. Die Segmente können beispielsweise konzentrisch angeordnet sein und/oder zueinander höhenversetzt sein. Die Segmente können beispielsweise radialsymmetrisch zwei oder mehrere Partikelströme in den Fallbereich 206a hinein bereitstellen.Optionally, the particle support 1602 have a plurality of segments, of which directly adjacent segments by means of a feed gap 202s are separated from each other. The segments can, for example, be arranged concentrically and / or offset in height relative to one another. The segments can, for example, have two or more particle streams radially symmetrically into the fall area 206a deploy into it.
Um den Effekt zu kompensieren, dass der Materialdampf im vertikalen Verlauf in Abhängigkeit vom Abstand zu der Beschichtungsmaterial-Quelle 208 eine variable Dampfdichte im Beschichtungsraum 206 aufweist, und sich damit unterschiedliche Wechselwirkungswahrscheinlichkeiten zwischen dem Partikelstrom und dem Materialdampf ergeben, können die Partikelströme mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch den Materialdampf geführt werden. Dazu können die Segmente (auch als Funktionalisierungsbereiche bezeichnet) höhenversetzt angeordnet sein, wie beispielsweise über mehrere stufenartig angeordnete Zuführungsspalte 202s. Zudem wird ein freifallender Partikelstrom über die Länge seines Falls auseinandergezogen bzw. der Abstand von Partikel 106 zum nächsten Partikel vergrößert sich. Um zu hemmen, dass ein erster Partikelstrom einen dahinter befindlichen zweiten Partikelstrom von dem Materialdampf abschattet, kann der erste Partikelstrom von einer höheren Position aus dem freien Fall in den Fallbereich 206a zugeführt werden, als der zweite Partikelstrom. Der zweite Partikelstrom kann wiederum aus einer höheren Lage zugeführt werden als ein optionaler zusätzlicher dritter Partikelstrom, usw.To compensate for the effect that the material vapor is vertical depending on the distance to the coating material source 208 a variable vapor density in the coating room 206 and thus different interaction probabilities between the particle flow and the material vapor result, the particle flows can be guided through the material vapor at different speeds. For this purpose, the segments (also referred to as functionalization areas) can be arranged offset in height, for example over several feed gaps arranged in a step-like manner 202s . In addition, a free-falling particle stream is pulled apart over the length of its fall or the distance between particles 106 to the next particle enlarges. To inhibit that first flow of particles shadows a second particle stream located behind it from the material vapor, the first particle stream can move from a higher position from the free fall into the fall area 206a are supplied as the second particle stream. The second particle stream can in turn be supplied from a higher position than an optional additional third particle stream, etc.
Der Materialdampf (Beschichtungsmaterialdampf) kann so durch den vorderen und weniger dichteren ersten Partikelstrom hindurchdringen und ist in der Lage, einen oder mehr als einen dahinterliegenden zweiten Partikelstrom ebenso zu funktionalisieren.The material vapor (coating material vapor) can thus penetrate through the front and less dense first particle stream and is also able to functionalize one or more than one second particle stream lying behind it.
Optional kann jeder Partikelstrom einem Plasma ausgesetzt sein oder werden (z.B. vor dem Beschichten), so dass eine zusätzliche Vorbehandlung und/oder eine bessere Dispersion bereitgestellt werden kann.Optionally, each particle stream can be exposed to a plasma (e.g. prior to coating) so that additional pretreatment and / or better dispersion can be provided.
23 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 2300 und 24 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 2400 jeweils gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht, welche mehrere kaskadenartige miteinander verbundene Beschichtungsstufen 400e aufweist, von denen jede Beschichtungsstufe 400e einen Beschichtungsraum 206 und eine diesen mit Materialdampf versorgende Beschichtungsmaterial-Quelle 208 aufweist. Die Beschichtungsstufen 400e können untereinander mittels einer Partikelzuführung 202 verbunden sein, welche beispielsweise den Zuführungsspalt 202s aufweist und/oder eine Gleichverteilungsvorrichtung. 23 illustrates a coating arrangement 2300 and 24 illustrates a coating arrangement 2400 each according to various embodiments in a schematic detailed view showing several cascade-like interconnected coating stages 400e having each coating stage 400e a coating room 206 and a coating material source supplying this with material vapor 208 having. The coating stages 400e can be interconnected by means of a particle feed 202 be connected, for example, the feed gap 202s has and / or a uniform distribution device.
Anschaulich kann der oder jeder Beschichtungsraum 206 für einen Beschichtungsvorgang (bzw. für das Bilden genau einer Partikelbeschichtung) eingerichtet sein. Für den Fall, dass ein Schichtsystem mit mehreren Schichten auf den Partikeln 106 aufgebracht werden soll, können auch mehrere Beschichtungsstufen 400e sequentiell angeordnet sein. Optional kann ab der zweiten Beschichtungsstufe keine zusätzliche Vereinzelungsstufe nötig sein.The or each coating room can be vividly illustrated 206 be set up for a coating process (or for the formation of exactly one particle coating). In the event that a layer system with several layers on the particles 106 is to be applied, several coating stages can also be used 400e be arranged sequentially. Optionally, from the second coating stage onwards, no additional separation stage may be necessary.
25 veranschaulicht ein Verfahren 2500 (z.B. zum Vereinzeln 2500 einer Vielzahl von Partikeln) gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm. 25th illustrates a procedure 2500 (e.g. for separating 2500 a plurality of particles) according to various embodiments in a schematic flow diagram.
Das Verfahren 2500 kann aufweisen, in 101, Einbringen von Elektronen in die Vielzahl von Partikeln, wobei eine dadurch bewirkte Aufladung die Partikel voneinander trennt; und in 103, Beschleunigen der Vielzahl von Partikeln zu einer Prallfläche hin, wobei ein dadurch bewirkter Aufprall die Partikel voneinander trennt. Das Einbringen 101 von Elektronen und das Beschleunigen 103 können in einem Vakuum erfolgen, d.h. dass die Partikel beim Einbringen 101 von Elektronen und beim Beschleunigen 103 in dem Vakuum angeordnet sind. Nach dem Aufprall können sich die Partikel von der Prallfläche wegbewegen (d.h. diese wird nicht notwendigerweise mit den Partikeln beschichtet).The procedure 2500 may have in 101 Introducing electrons into the plurality of particles, a charge caused thereby separating the particles from one another; and in 103, accelerating the plurality of particles toward an impact surface, an impact thereby caused separating the particles from one another. Bringing in 101 of electrons and accelerating 103 can be done in a vacuum, which means that the particles are removed when they are introduced 101 of electrons and when accelerating 103 are arranged in the vacuum. After the impact, the particles can move away from the impact surface (ie it is not necessarily coated with the particles).
Das Verfahren 2500 kann optional aufweisen, in 2600, einmaliges oder mehr als einmaliges Beschichten der Vielzahl von Partikeln nach dem Einbringen 101 von Elektronen und dem Beschleunigen 103.The procedure 2500 may optionally have in 2600 , one-time or more than one-time coating of the plurality of particles after the introduction 101 of electrons and accelerating 103 .
26 veranschaulicht ein Verfahren 2600 (z.B. zum Beschichten 2600 der Vielzahl von Partikeln) gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm. 26th illustrates a procedure 2600 (e.g. for coating 2600 the plurality of particles) according to various embodiments in a schematic flow diagram.
Das Verfahren 2600 kann optional aufweisen, in 2600, einmaliges oder mehr als einmaliges Vereinzeln 2500 einer Vielzahl von Partikeln, z.B. mittels des Einbringen 101 von Elektronen und des Beschleunigens 103 der Partikel gegen die Prallfläche.The procedure 2600 may optionally have in 2600 , one-time or more than one-time separation 2500 a plurality of particles, for example by means of the introduction 101 of electrons and accelerating 103 the particles against the impact surface.
Das Verfahren 2600 kann aufweisen, in 107, Einbringen einer Vielzahl von Partikeln in ein Vakuum, und in 109, Verdampfen eines Beschichtungsmaterials in das Vakuum hinein, so dass die Vielzahl von Partikeln mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet wird.The procedure 2600 may have in 107 , Placing a variety of particles in a vacuum, and in 109 , Evaporating a coating material into the vacuum so that the plurality of particles are coated with the coating material.
In dem Vakuum kann sich die Vielzahl von Partikeln von einer Gravitationskraft beschleunigt an dem Dampfausbreitungsbereich vorbei bewegen. Das Einbringen der Partikel in das Vakuum kann beispielsweise durch den Zuführungsspalt 202s hindurch erfolgen, welcher beispielsweise entlang eines in sich geschlossenen Pfades erstreckt ist, so dass die Vielzahl von Partikeln den Dampfausbreitungsbereich umgibt.In the vacuum, the multitude of particles can move past the vapor expansion area, accelerated by a gravitational force. The particles can be introduced into the vacuum, for example, through the feed gap 202s take place therethrough, which extends, for example, along a self-contained path, so that the plurality of particles surrounds the vapor propagation area.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.In the following, various examples are described which relate to those described above and shown in the figures.
Beispiel 1 ist eine Partikelvereinzelungsvorrichtung, aufweisend: eine Eingangsöffnung und eine Ausgangsöffnung, mehrere Vereinzelungsstufen, welche eingerichtet sind, von der Eingangsöffnung zu der Ausgangsöffnung geführte Partikel zu vereinzeln, wobei von den mehreren Vereinzelungsstufen: eine erste Vereinzelungsstufe eingerichtet ist, Elektronen in die Partikel einzubringen, so dass eine dadurch bewirkte Aufladung der Partikel diese voneinander trennt; eine zweite Vereinzelungsstufe eine Prallfläche aufweist und eingerichtet ist, die Partikel in Richtung zu einer Prallfläche hin zu beschleunigen, so dass ein dadurch bewirkter Aufprall der Partikel auf die Prallfläche diese voneinander trennt.Example 1 is a particle separation device, comprising: an input opening and an output opening, several separation stages which are set up to separate particles guided from the input opening to the output opening, wherein of the several separation stages: a first separation stage is set up to introduce electrons into the particles, so that a charging of the particles caused thereby separates them from one another; a second isolation stage has an impact surface and is set up to accelerate the particles in the direction of an impact surface, so that an impact of the particles on the impact surface caused thereby separates them from one another.
Beispiel 2 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß Beispiel 1, wobei die erste Vereinzelungsstufe eine Elektronenquelle aufweist zum Bereitstellen der Elektronen, wobei die Elektronenquelle beispielsweise aufweist: eine Kathode zur thermischen Emission (auch thermisch-Emissionskathode oder Glühkathode als bezeichnet) (z.B. zum Bereitstellen freier Elektronen, z.B. mittels thermischer Emission), eine Kathode zur kalten Emission (auch als Feldemissionskathode bezeichnet) (z.B. zum Bereitstellen freier Elektronen, z.B. mittels kalter Emission), wobei die Elektronenquelle beispielsweise eine Gasentladungsvorrichtung (z.B. eine Plasmaquelle) aufweist zum Bereitstellen einer Gasentladung (z.B. eines Plasmas), das die Elektronen aufweist, wobei die Elektronenquelle beispielsweise eine Kontaktelektrode aufweist (welche die Elektronen bei Kontakt mit den Partikeln in diese einbringt, z.B. bei physischem Kontakt mit diesen).Example 2 is the particle separation device according to Example 1, the first separation stage having an electron source for providing the electrons, the electron source having, for example: a cathode for thermal emission (also referred to as thermal emission cathode or hot cathode) (e.g. for providing free electrons, e.g. by means of thermal emission), a cathode for cold emission (also referred to as field emission cathode) (e.g. for providing free electrons, e.g. by means of cold emission), the electron source, for example, having a gas discharge device (e.g. a plasma source) for providing a gas discharge (e.g. a plasma) that has the electrons, wherein the electron source has, for example, a contact electrode (which introduces the electrons into the particles when they come into contact with them, for example when they come into physical contact with them).
Beispiel 3 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß Beispiel 2, ferner eine Elektronenstrahlkanone aufweisend und wobei die Elektronenquelle eine Sekundärelektronen-Emissionskathode aufweist, wobei die Elektronenstrahlkanone eingerichtet ist zum elektrischen Versorgen der Sekundärelektronen-Emissionskathode mittels eines Elektronenstrahls (so dass beispielsweise von dieser Sekundärelektronen emittiert werden).Example 3 is the particle separation device according to Example 2, furthermore having an electron beam gun and wherein the electron source has a secondary electron emission cathode, the electron beam gun being set up to electrically supply the secondary electron emission cathode by means of an electron beam (so that secondary electrons are emitted, for example).
Beispiel 4 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß Beispiel 3, wobei die Sekundärelektronen-Emissionskathode eine Durchgangsöffnung und eine (z.B. konische) Emissionsfläche aufweist, welche die Durchgangsöffnung umgibt; und wobei die Elektronenstrahlkanone eingerichtet ist, den Elektronenstrahl abwechselnd auf die Durchgangsöffnung und auf die Emissionsfläche zu richten.Example 4 is the particle singulation device according to Example 3, wherein the secondary electron emission cathode has a through-opening and an (e.g., conical) emission surface which surrounds the through-opening; and wherein the electron beam gun is configured to alternately direct the electron beam onto the through opening and onto the emission surface.
Beispiel 5 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, wobei die zweite Vereinzelungsstufe eine drehbar gelagerte Auflagefläche aufweist, mittels welcher das Beschleunigen erfolgt, wobei die Auflagefläche (z.B. vollständig) von der Prallfläche umgeben ist.Example 5 is the particle separation device according to one of Examples 1 to 4, the second separation stage having a rotatably mounted support surface, by means of which the acceleration takes place, the support surface (e.g. completely) being surrounded by the impact surface.
Beispiel 6 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß Beispiel 5, wobei die Partikelauflage: eine rotationssymmetrische Oberfläche und/oder Außenkante aufweist; eine strukturierte Oberfläche aufweist; eine Morphologie aufweist und/oder eine Topographie aufweist. Dies vergrößert die Beschleunigung bzw. den Impulsübertrag auf die Partikel (anschaulich führt eine kleinere Fläche beim Zusammenstoß zu einem höheren Druck).Example 6 is the particle separation device according to Example 5, the particle support having: a rotationally symmetrical surface and / or outer edge; has a structured surface; has a morphology and / or has a topography. This increases the acceleration or the momentum transfer to the particles (clearly a smaller area leads to a higher pressure in the event of a collision).
Beispiel 7 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, wobei die zweite Vereinzelungsstufe eingerichtet ist, mittels der (z.B. positiv geladenen) Prallfläche ein elektrisches Feld bereitzustellen zum Beschleunigen der Partikel mittels des elektrischen Felds zu der Prallfläche hin.Example 7 is the particle separation device according to one of Examples 1 to 6, the second separation stage being set up to provide an electric field by means of the (e.g. positively charged) impact surface to accelerate the particles by means of the electrical field towards the impact surface.
Beispiel 8 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 7, wobei die erste Vereinzelungsstufe beispielsweise eine Elektronenquelle in Form einer Elektrode aufweist, wobei zwischen der Elektronenquelle und der Prallfläche ein (z.B. ringförmiger) Spalt bereitgestellt ist, durch welchen hindurch die Partikel geführt werden.Example 8 is the particle separation device according to one of Examples 1 to 7, the first separation stage having, for example, an electron source in the form of an electrode, with a (e.g. annular) gap being provided between the electron source and the impact surface, through which the particles are guided.
Beispiel 9 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, ferner aufweisend: einen (z.B. vakuumdichten oder offenen) Behälter, welcher die Eingangsöffnung aufweist. Beispiel 10 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 9, ferner aufweisend: einen Schneckenförderer, der innerhalb der Eingangsöffnung (die beispielsweise kanalförmig ist) angeordnet ist.Example 9 is the particle isolation device according to any one of Examples 1 to 8, further comprising: a (e.g. vacuum-tight or open) container having the inlet opening. Example 10 is the particle separation device according to one of Examples 1 to 9, further comprising: a screw conveyor which is arranged within the inlet opening (which is for example channel-shaped).
Beispiel 11 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, ferner aufweisend: eine Vakuumkammer, in welcher die mehreren Vereinzelungsstufen angeordnet sind; und/oder einen Mikrowellengenerator und einen Bereich, in dem Mikrowellenstrahlung auf die Partikel einwirkt.Example 11 is the particle separation device according to one of Examples 1 to 10, further comprising: a vacuum chamber in which the plurality of separation stages are arranged; and / or a microwave generator and an area in which microwave radiation acts on the particles.
Beispiel 12 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 11, wobei die Eingangsöffnung (z.B. vertikal) oberhalb der Ausgangsöffnung angeordnet ist, so dass eine auf die Partikel wirkende Gravitationskraft die Partikel von der Eingangsöffnung zu der Ausgangsöffnung hin führt.Example 12 is the particle singulation device according to one of Examples 1 to 11, the inlet opening (e.g. vertically) being arranged above the outlet opening so that a gravitational force acting on the particles guides the particles from the inlet opening to the outlet opening.
Beispiel 13 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 12, ferner aufweisend: eine Führungsvorrichtung zum Zuführen der Partikel zu der ersten Vereinzelungsstufe und/oder der zweiten Vereinzelungsstufe, wobei die Führungsvorrichtung zumindest eine trichterförmige Oberfläche und/oder einen Antrieb (z.B. Schwingungsquelle) aufweist, wobei beispielsweise der Antrieb der Führungsvorrichtung eingerichtet ist, die trichterförmige Oberfläche mechanisch anzuregen (z.B. mittels einer dieser eingekoppelten mechanischen Schwingung).Example 13 is the particle separation device according to one of Examples 1 to 12, further comprising: a guide device for feeding the particles to the first separation stage and / or the second separation stage, the guide device having at least one funnel-shaped surface and / or a drive (e.g. vibration source) , wherein, for example, the drive of the guide device is set up to mechanically excite the funnel-shaped surface (for example by means of a mechanical vibration coupled into it).
Beispiel 14 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 13, wobei die erste Vereinzelungsstufe und/oder die zweite Vereinzelungsstufe eine (z.B. drehbar gelagerte) Partikelauflage und einen Antrieb aufweisen, wobei der Antrieb eingerichtet ist, die Partikelauflage mechanisch anzuregen, so dass beispielsweise auf die Partikelauflage fallende Partikel in Richtung eines Randes der Partikelauflage getrieben werden, wobei die Partikelauflage beispielsweise die Elektronenquelle oder zumindest eine Elektrode der Elektronenquelle aufweist oder daraus gebildet ist.Example 14 is the particle separation device according to one of Examples 1 to 13, the first separation stage and / or the second separation stage having a (e.g. rotatably mounted) particle support and a drive, the drive being set up to mechanically excite the particle support so that, for example Particles falling from the particle support are driven in the direction of an edge of the particle support, the particle support, for example, having the electron source or at least one electrode of the electron source or being formed therefrom.
Beispiel 15 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß Beispiel 14, wobei die Partikelauflage konvex oder konkav ist und/oder wobei der Antrieb eingerichtet ist, die Partikelauflage mittels einer Schwingung mechanisch anzuregen und die Schwingung in die Auflockerungsvorrichtung einzukoppeln; und/oder wobei der Antrieb eingerichtet ist, die Partikelauflage zu drehen.Example 15 is the particle separation device according to Example 14, wherein the particle support is convex or concave and / or wherein the drive is set up to mechanically excite the particle support by means of a vibration and to couple the vibration into the loosening device; and / or wherein the drive is set up to rotate the particle support.
Beispiel 16 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 15, wobei die Aufladung der Partikel eine elektrische Abstoßungskraft zwischen diesen vermittelt, welche beispielsweise die von den eingebrachten Elektronen aufgeladenen Partikel voneinander abstößt.Example 16 is the particle separation device according to one of Examples 1 to 15, the charging of the particles imparting an electrical repulsive force between them which, for example, repels the particles charged by the electrons introduced from one another.
Beispiel 17 ist die Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 16, wobei der Aufprall einen Kraftstoß zwischen den Partikeln vermittelt, beispielsweise welchen die gegen die Prallfläche beschleunigten Partikel erfahren.Example 17 is the particle separation device according to one of Examples 1 to 16, the impact imparting a force impulse between the particles, for example which the particles accelerated against the impact surface experience.
Beispiel 18 ist eine Beschichtungsanordnung, aufweisend: eine Partikelvereinzelungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 17, eine Beschichtungsvorrichtung, welche einen Hohlraum aufweist, zu welchem hin die Ausgangsöffnung der Partikelvereinzelungsvorrichtung gerichtet ist, wobei die Beschichtungsvorrichtung eine Beschichtungsmaterial-Quelle aufweist zum Verdampfen eines Beschichtungsmaterials in den Hohlraum hinein.Example 18 is a coating arrangement comprising: a particle separation device according to one of Examples 1 to 17, a coating device which has a cavity towards which the exit opening of the particle separation device is directed, the coating device having a coating material source for evaporating a coating material into the Cavity into it.
Beispiel 19 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 18, aufweisend: eine Partikelzuführung und einen dieser zugewandten Auffangbehälter, zwischen denen der Hohlraum gebildet ist; wobei die Partikelzuführung eingangsseitig an die Ausgangsöffnung angrenzt und/oder ausgangsseitig einen Zuführungsspalt aufweist, welcher entlang eines in sich geschlossenen Pfades erstreckt ist; wobei der Hohlraum optional einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei der erste Bereich von dem Zuführungsspalt zu dem Auffangbehälter erstreckt ist und den zweiten Bereich umgibt, und wobei der zweite Bereich an die Beschichtungsmaterial-Quelle angrenzt (die beispielsweise in einem Abstand von dem ersten Bereich angeordnet ist).Example 19 is the coating arrangement according to Example 18, comprising: a particle feed and a collecting container facing this, between which the cavity is formed; wherein the particle feed adjoins the outlet opening on the inlet side and / or has a feed gap on the outlet side which extends along a path that is closed in itself; wherein the cavity optionally has a first region and a second region, wherein the first region extends from the feed gap to the collecting container and surrounds the second region, and wherein the second region is adjacent to the coating material source (which for example is at a distance from the first area).
Beispiel 20 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 18 oder 19, wobei die Beschichtungsmaterial-Quelle durch den Auffangbehälter hindurch erstreckt ist.Example 20 is the coating arrangement according to Example 18 or 19, with the source of coating material extending through the receptacle.
Beispiel 21 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 18 bis 20, wobei die Beschichtungsmaterial-Quelle einen Verdampfungstiegel aufweist, welcher von dem Auffangbehälter umgeben ist.Example 21 is the coating arrangement according to any one of Examples 18 to 20, wherein the coating material source comprises an evaporation crucible which is surrounded by the collecting container.
Beispiel 22 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 18 bis 21, wobei die Beschichtungsmaterial-Quelle einen Beschichtungsmaterial-Nachführmechanismus aufweist, welcher von dem Verdampfungstiegel durch den Auffangbehälter hindurch erstreckt ist.Example 22 is the coating arrangement according to any of Examples 18-21, wherein the coating material source has a coating material supply mechanism which extends from the evaporation crucible through the receptacle.
Beispiel 23 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 18 bis 22, wobei der Auffangbehälter eine bodenseitige Ausgangsöffnung und/oder Vertiefung aufweist.Example 23 is the coating arrangement according to one of Examples 18 to 22, the collecting container having an exit opening and / or depression on the bottom.
Beispiel 24 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 18 bis 23, ferner aufweisend: einen ersten Antrieb (z.B. eine Schwingungsquelle), welcher eingerichtet ist, den Auffangbehälter mechanisch anzuregen (z.B. mittels einer diesem eingekoppelten mechanischen Schwingung).Example 24 is the coating arrangement according to one of Examples 18 to 23, further comprising: a first drive (e.g. a vibration source) which is set up to mechanically excite the collecting container (e.g. by means of a mechanical vibration coupled to it).
Beispiel 25 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 18 bis 24, wobei die Partikelzuführung eine Partikelauflage, welche den Zuführungsspalt begrenzt, und einen zweiten Antrieb (z.B. eine Schwingungsquelle) aufweist, welcher eingerichtet ist, die Partikelauflage mechanisch anzuregen (z.B. mittels einer dieser eingekoppelten mechanischen Schwingung).Example 25 is the coating arrangement according to one of Examples 18 to 24, the particle feed having a particle support which delimits the feed gap and a second drive (e.g. a vibration source) which is set up to mechanically excite the particle support (e.g. by means of a mechanical Vibration).
Beispiel 26 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 18 bis 25, wobei der Pfad kreisförmig ist.Example 26 is the coating arrangement according to any one of Examples 18-25, wherein the path is circular.
Beispiel 27 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 18 bis 26, die Beschichtungsvorrichtung ferner aufweisend: eine Elektronenstrahlkanone, welche eingerichtet ist, einen Elektronenstrahl auf die Beschichtungsmaterial-Quelle zu richten.Example 27 is the coating arrangement according to one of Examples 18 to 26, the coating device further comprising: an electron beam gun which is set up to direct an electron beam onto the coating material source.
Beispiel 28 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 18 bis 27, einen Kanal, durch welchen hindurch der Elektronenstrahl auf die Beschichtungsmaterial-Quelle gerichtet wird, wobei sich der Zuführungsspalt um den Kanal herum erstreckt; und/oder wobei der Kanal durch die Partikelzuführung und/oder die Partikelvereinzelungsvorrichtung hindurch erstreckt ist.Example 28 is the coating arrangement according to any one of Examples 18 to 27, a channel through which the electron beam is directed onto the coating material source, with the feed gap extending around the channel; and / or wherein the channel extends through the particle feed and / or the particle separation device.
Beispiel 29 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 18 bis 28, wobei die Partikelzuführung einen zusätzlichen Zuführungsspalt aufweist, der von dem Zuführungsspalt umgeben ist und in seinem Verlauf dem Zuführungsspalt folgt und/oder konzentrisch zu diesem ist.Example 29 is the coating arrangement according to one of Examples 18 to 28, the particle feed having an additional feed gap which is surrounded by the feed gap and follows the feed gap in its course and / or is concentric with it.
Beispiel 30 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 18 bis 29, ferner aufweisend: eine Vakuumkammer, in welcher der Hohlraum angeordnet ist, wobei die Vakuumkammer mit der Partikelvereinzelungsvorrichtung beispielsweise vakuumtechnisch gekoppelt ist, z.B. mittels der Ausgangsöffnung.Example 30 is the coating arrangement according to one of Examples 18 to 29, further comprising: a vacuum chamber in which the cavity is arranged, the vacuum chamber being coupled to the particle separation device, for example by vacuum technology, e.g. by means of the outlet opening.
Beispiel 31 ist ein Verfahren zum Vereinzeln einer Vielzahl von Partikeln, das Verfahren aufweisend: Einbringen von Elektronen in die Vielzahl von Partikeln, wobei eine dadurch bewirkte Aufladung die Partikel voneinander trennt; und Beschleunigen der Vielzahl von Partikeln zu einer Prallfläche hin, wobei ein dadurch bewirkter Aufprall die Partikel voneinander trennt; wobei das Einbringen von Elektronen und das Beschleunigen der Partikel in einem Vakuum erfolgen.Example 31 is a method for singulating a multiplicity of particles, the method comprising: introducing electrons into the multiplicity of particles, a charge caused thereby separating the particles from one another; and accelerating the plurality of particles toward an impact surface, an impact caused thereby separating the particles; the introduction of electrons and the acceleration of the particles take place in a vacuum.
Beispiel 32 ist ein Verfahren, aufweisend: Vereinzeln einer Vielzahl von Partikeln mittels des Verfahrens gemäß Beispiel 31; und Beschichten der Vielzahl von Partikeln nach dem Vereinzeln.Example 32 is a method comprising: singulating a multiplicity of particles by means of the method according to example 31; and coating the plurality of particles after singulation.
Beispiel 33 ist die Verfahren gemäß Beispiel 32, das Beschichten aufweisend: Einbringen der Vielzahl von Partikeln in ein Vakuum, in welchem die Vielzahl von Partikeln von einer Gravitationskraft beschleunigt (beispielsweise sich an einem Dampfausbreitungsbereich vorbei) bewegen, wobei das Einbringen der Partikel beispielsweise durch einen Spalt hindurch erfolgt, welcher beispielsweise entlang eines in sich geschlossenen Pfades erstreckt ist, so dass die Vielzahl von Partikeln den Dampfausbreitungsbereich umgibt; und/oder Verdampfen eines Beschichtungsmaterials in den Dampfausbreitungsbereich hinein, so dass die Vielzahl von Partikeln mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet wird.Example 33 is the method according to Example 32, the coating comprising: introducing the plurality of particles into a vacuum in which the plurality of particles are accelerated by a gravitational force (e.g. moving past a vapor expansion area), the introduction of the particles e.g. Gap takes place therethrough, which extends, for example, along a self-contained path, so that the plurality of particles surrounds the vapor propagation area; and / or evaporation of a coating material into the vapor spreading area, so that the plurality of particles are coated with the coating material.
