DE102019215044A1

DE102019215044A1 - Niederdruck-Beschichtungsanlage und Verfahren zur Beschichtung von Partikel- oder Faser-Kollektiven mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung

Info

Publication number: DE102019215044A1
Application number: DE102019215044.6A
Authority: DE
Inventors: Nils Mainusch; Daniel Scholz; Wolfgang Viöl; Oliver Kappertz; Tim Tielebärger
Original assignee: Hochschule Fuer Angewandte Wss und Kunst; Hochschule fur Angewandte Wissenschaft und Kunst; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Hochschule Fuer Angewandte Wss und Kunst; Hochschule fur Angewandte Wissenschaft und Kunst; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2021-04-01
Also published as: US20220220604A1; EP4038217A1; WO2021063998A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Beschichtungsanlage und ein Verfahren zur Beschichtung von Partikel- oder Faser-Kollektiven mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung. Hierbei wird eine Deagglomerationsheit eingesetzt, durch welche die Partikel- oder Faserkollektive vereinzelt und anschließend beschichtet werden. Verwendung finden diese Partikel beispielsweise als Aktivmaterial für Batterien und Kondensatoren sowie als 3D-Druckpulver oder Farbpigmente. Verwendung finden die Fasern beispielsweise für Textilien, Membrane, Filter oder Verbundwerkstoffe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Beschichtungsanlage und ein Verfahren zur Beschichtung von Partikel- oder Faser-Kollektiven mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung. Hierbei wird eine Deagglomerationsheit eingesetzt, durch welche die Partikel- oder Faserkollektive vereinzelt und anschließend beschichtet werden. Verwendung finden diese Partikel beispielsweise als Aktivmaterial für Batterien und Kondensatoren sowie als 3D-Druckpulver oder Farbpigmente. Verwendung finden die Fasern beispielsweise für Textilien, Membrane, Filter oder Verbundwerkstoffe.
Es existiert eine Vielzahl industrieller Anwendungen, in denen Pulvermaterialien, insbesondere Kollektive feiner Partikel (Durchmesser von 10 µm bis 100 µm) oder ultrafeiner Partikel (Durchmesser < 10 µm), als Edukt eingesetzt und weiterverarbeitet werden oder ein Endprodukt darstellen. Eigenschaften wie die chemische Beständigkeit, die elektrische oder die thermische Leitfähigkeit, das optische Verhalten, die Dispergierbarkeit sowie das Fließverhalten, welches direkt die weitergehende Verarbeitbarkeit beeinflusst, werden von der Beschaffenheit der Partikeloberfläche mitbestimmt. In einigen Fällen kann eine Zieleigenschaft, z.B. eine katalytische Funktion, erst durch eine Oberflächenvergütung effizient eingestellt werden. Über eine Funktionalisierung von Partikeloberflächen kann also maßgeblich Einfluss auf die finale Produktqualität genommen werden. In Analogie zu Pulvermaterialien sind auch im Fall von Fasern Edukt- und Produktoptimierungen bekannt, die aus einer Modifikation der Faseroberfläche resultieren. Dies gilt z.B. für Faserverbundstoffe, bei denen der Zusammenhalt der Matrix von der Güte der Bindung zwischen Fasern und weiteren Verbundkomponenten abhängt, was wiederrum die Beschaffenheit der Faseroberflächen bestimmt.
Im Stand der Technik sind dünne Beschichtungen (in der Regel « 1 um) von Partikeln und Fasern dargestellt, die mittels nasschemischer Verfahren für bestimmte Metalle oder mittels Pyrolyse für Kohlenstoff erfolgen. Die Attraktivität physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung (PVD, CVD) zu nutzen liegt darin begründet, dass diverse Kohlenstoffvarianten, nahezu alle Metalle und anorganischen Materialien und - mithilfe reaktiver Prozessführungen - auch Oxide, Nitride oder Carbide in einer hochreinen Umgebung mit sehr kontrollierter Schichtbildungsrate abgeschieden werden können. Zudem sind Kompositbeschichtungen, gradierte Beschichtungen und Multilagen-Schichtsysteme effizient erzeugbar.
Ein Merkmal beim Sputtern ist allerdings, dass die schichtbildenden Spezies gerichtet driften, die zu beschichtenden Partikeloberflächen prinzipiell unbedeckt und direkt zugänglich sein müssen. Partikel- oder Faserüberlagerungen oder Anlagerungen an Systemwandungen führen zu Abdeckungen und Verschattungen, die eine Schichtbildung beeinträchtigen. Diese Anforderung muss in vergleichbarer Art bei allen Varianten der physikalischen oder der chemischen Gasphasenabscheidung erfüllt werden.
Aus diesem Grund ist es zwingend notwendig, Partikel- oder Faserkollektive im Beschichtungsprozess zu vereinzeln. Des Weiteren müssen die vereinzelten Partikel oder Fasern fluidisiert und das Fluid den Beschichtungsspezies exponiert werden. Dies muss zudem mit einer kontrollierbaren Verweilzeit des Fluids im Gebilde der Beschichtungsspezies ermöglicht werden, ohne dass Re-Agglomerationen oder Anhaftungen der Partikel oder Fasern an Wandungen auftreten.
Aus diesen Anforderungen - Vereinzelung, Fluidisierung und zeitlich kontrollierbare Exposition des Fluids gegenüber den Beschichtungsspezies- resultiert das technische Problem, dass die kohäsiven und adhäsiven Haft- und Reibungskräfte feinteiliger Partikel- oder Faserkollektive unter den Arbeitsbedingungen für PVD oder CVD (Niederdruckumgebung, d.h. keine einbringbaren Hilfsmittel wie dispergierende Flüssigphasen oder hinreichend Impuls-übertragende Gasmoleküle) überwunden bzw. Bindungen aufgehoben werden müssen. Die Kräfte umfassen dabei Oberflächen- und Feldkräfte (Van-der-Waals-Kräfte, elektrostatische und magnetische Kräfte), Materialbrücken (Flüssigkeits- und Festkörperbrücken), Wasserstoffbrückenbindungen sowie formschlüssige Bindungen (z.B. durch Verhaken).
Die Probleme, die auftreten, wenn kleinteilige Partikel- oder Faserkollektive zum Zweck einer Niederdruck-Sputterbeschichtung vereinzelt, fluidisiert und zeitlich kontrolliert exponiert werden, sind bislang nicht oder nur unzureichend gelöst. Publiziert sind Drehtrommelsysteme oder geneigte Rotationsgefäße mit Finnen, die eine Portionierung, eine Umwälzung oder auch ein Herabfallen von Pulver ermöglichen ( WO 2017/014304 ). Da bei diesen Verfahrensweisen nur eine geringe mechanische Energie in Stoffkollektive eintragen wird und die Methoden primär die Schwerkraft ausnutzen bzw. eine Vereinzelungswirkung auf der Gewichtskraft basiert, aber je nach Partikelgröße die zu überwindenden Haftkräfte 100- bis 100.000-fach größer sind, als die Partikelgewichtskraft, wird eine Vereinzelung nur bei spezifischen Pulvern erreicht. Gleiches gilt für Fasern. Durch den Eintrag von Impulsenergie mittels Stoß, nieder- oder hochfrequenter Vibration des stoffaufnehmenden Gefäßes kann der Energieeintrag in das Kollektiv und somit die Deagglomeration gesteigert werden ( US 6,355,146 B1 ). Eine Vereinzelung kleinteiliger Agglomerate gelingt aber nicht, da der Energieeintrag in ein Kollektiv Dämpfungen unterliegt, d.h. Kraftstöße nicht effizient in Agglomerate eingetragen werden bzw. die Kräfte nicht explizit am agglomerierten Verbund ansetzen, mithin keine die Agglomerate aufspaltende Wirkung entfalten.
Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen eine Vereinzelung und Fluidisierung durch das Einleiten einer Gasströmung mit niedrigem Massenstrom in ein Partikelkollektiv, ggf. in Kombination mit einer Vibrationsanregung eines entsprechenden Fluidisierungsbetts erfolgt. (D. M. Baechle et al., Magnetron sputter deposition onto fluidized particle beds, Surface & Coatings Technology 221 (2013) 94 - 103 und B. Hua et al., Mater. Chem. Phys. 59 (1999) 130). Die Vereinzelungswirkung ist infolge eines geringen Energieeintrags niedrig. Ebenfalls bekannt sind Systeme, bei denen das Material an den Beschichtungsquellen vorbeifällt ( CN 207592775 ). Hierbei besteht das Problem, dass Agglomerate entweder durch Schwerkraftwirkung im Freifall in unzureichender Weise oder erst durch den Aufprall und damit nach Durchtritt durch die Beschichtungszone separiert werden. Nachteilig ist bei allen offenbarten Verfahren also, dass die Separation von Agglomeraten problematisch ist, speziell bei geringen Partikelgrößen (< ca. 10 µm) und hochadhäsiven Oberflächen. Auch ist die Ein- oder Ausbringung von Pulver- oder Fasermaterial in bzw. aus einem Vakuumsystem nicht ohne weiteres möglich und eine kontrollierte und kontinuierliche Behandlung schwierig.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Niederdruck-Beschichtungsanlage bereitzustellen, mit der eine effiziente Vereinzelung der zu beschichtenden Partikel- oder Faserkollektive und eine anschließende kontrollierte, allseitige und homogene Beschichtung ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird durch die Niederdruck-Beschichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren zur Beschichtung von Pulvern und Fasern mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. In Anspruch 15 werden erfindungsgemäße Verwendungen angegeben. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird eine Niederdruck-Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Pulvern oder Fasern mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung bereitgestellt, die folgende Einheiten aufweist:

• eine Beschichtungsquelle und eine Beschichtungszone,
• mindestens eine Öffnungen aufweisende Deagglomerationseinheit zur Vereinzelung der Partikel- oder Faserkollektive, wobei die mindestens eine Deagglomerationseinheit innerhalb oder oberhalb der Beschichtungszone angeordnet ist sowie
• mindestens eine mit der mindestens einen Deagglomerationeinheit verbundene Anregungseinheit zur Übertragung von Impulsen auf die Deagglomerationseinheit.

Die Anregung der Deagglomerationseinheit erfolgt in Form von Impulsübertragung auf die Deagglomerationseinheit, was eine hochfrequente Schwingung oder Vibration eines dünnen Siebgeflechts oder schmaler Stege einer Lochmaske, d.h. dem wesentlichem Bestandteil der Deagglomerationseinheit, initiiert. Auf diese Weise werden Kraftstöße effektiv in ein Kollektiv aus Partikeln oder Fasern übertragen, dieses spalten und vereinzeltes Material durch die Öffnungen treiben. Zugleich obliegt den Öffnungen, d.h. den Siebmaschen oder den Maskenlöchern, die Funktion, dass ggf. nicht spaltbare Agglomerate, deren Größe die Öffnungsgröße übersteigt, zurückgehalten werden.
Vorzugsweise ist die Beschichtungsquelle eine PVD-Beschichtungsquelle, insbesondere eine Sputterquelle oder eine CVD-Beschichtungsquelle.
Die mindestens eine Deagglomerationseinheit ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sieben, Lochmasken, Gittern, Netzen oder Rastern.
Bei den Öffnungen der mindestens einen Deagglomerationseinheit handelt es sich vorzugsweise um Siebmaschen, Maskenlöcher, Gitter- bzw. Rasterstege oder -schlitze
Der Durchmesser der Öffnungen liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 µm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 50 um und besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 20 µm. Dabei liegt der Abstand zwischen benachbarten Öffnungen vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 µm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 50 µm und besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 20 µm.
Die Öffnungen der Deagglomerationseinheit sind bevorzugt durch Stege voneinander getrennt oder von Kanten umgeben.
Es ist bevorzugt, dass die mindestens eine Deagglomerationseinheit senkrecht zur Fallrichtung des Pulvers oder der Fasern angeordnet ist. Dies ermöglicht es, dass die in der Deagglomerationseinheit vereinzelten Partikeln oder Fasern, die Deagglomerationseinheit, z.B. ein Sieb oder eine Lochmaske, passieren können und durch die Schwerkraft in der Beschichtungsanlage in die Beschichtungszone fallen, in der dann die Beschichtung der vereinzelten Partikel oder Fasern erfolgen kann.
Eine alternative bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die mindestens eine Deagglomerationseinheit vertikal oder geneigt zur Fallrichtung des Pulvers oder der Fasern angeordnet ist. In diesem Fall driften dann die Partikel oder die Fasern im Anschluss an den Durchtritt durch die Öffnungen der Deagglomerationseinheit entlang der Oberfläche der Deagglomerationseinheit in der Beschichtungsanlage nach unten. Dabei ist die Deagglomerationseinheit der Beschichtungsquelle zugewandt, so dass die Beschichtung der Partikel oder Fasern erfolgt, während diese entlang der Oberfläche entlang driften.
Vorzugsweise werden mindestens zwei Deagglomerationseinheiten in Fallrichtung der Partikel oder Fasern untereinander angeordnet, wobei der Durchmesser der Löcher oder Öffnungen der Deagglomerationseinheiten in Fallrichtung abnimmt.
Weiter ist es bevorzugt, dass die Niederdruck-Beschichtungsanlage eine Rückführvorrichtung zur Rückführung der zumindest teilweise beschichteten Partikel oder Fasern zur Deagglomerationseinheit aufweist.
Vorzugsweise weist die Niederdruck-Beschichtungsanlage eine ein- oder mehrstufige Zellradschleuse, eine ein- oder mehrstufige Doppelpendelklappen-Schleuse oder ein Dosiertrichter mit Schleusensystem zur Ein- und Ausbringung der Partikel- oder Faser-Kollektive auf.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Anregungseinheit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus

• Anregungseinheiten für niederfrequente Vibrationen, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 10 Hz,
• Ultraschall-Anregungseinheiten, insbesondere für Frequenzen im Bereich von 20 bis 100 kHz,
• Megaschall-Anregungseinheiten, insbesondere für Frequenzen im Bereich von 400 kHz bis 5 MHz, oder
• Kombinationen hiervon.

Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren bereitgestellt, bei dem:

a) in eine Niederdruck-Beschichtungsanlage, die eine Beschichtungsquelle aufweist, ein zu beschichtendes Pulver oder Fasern eingebracht werden,
b) die zu beschichtenden Partikel oder Fasern einer Deagglomerationseinheit zugeführt wird, die mit einer Anregungseinheit so verbunden ist, dass Impulse auf die Deagglomerationseinheit übertragen werden,
c) durch Impulse Kraftstöße auf Partikel- oder Faser-Agglomerate ausgeübt werden, die eine Vereinzelung der Agglomerate bewirken und die vereinzelten Partikeln oder Fasern die Deagglomerationseinheit in Fallrichtung passieren, während verbleibende Agglomerate in der Deagglomerationseinheit zurückgehalten werden,
d) in Fallrichtung unterhalb der mindestens einen Deagglomerationseinheit in einer Beschichtungszone die Partikel oder Fasern beschichtet werden.

Es ist bevorzugt, dass die mindestens eine Deagglomerationseinheit senkrecht zur Fallrichtung des Pulvers oder der Fasern angeordnet wird. Eine alternative bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die mindestens eine Deagglomerationseinheit vertikal oder geneigt zur Fallrichtung des Pulvers oder der Fasern angeordnet ist.
Weiter ist es bevorzugt, dass mittels einer Rückführvorrichtung die zumindest teilweise beschichteten Partikel oder Fasern zur Deagglomerationseinheit zurückgeführt werden. Hierdurch wird eine kontinuierliche Einbringung in die Beschichtungszone ermöglicht. Das Beschichtungsgut kann so auch nach erfolgter Beschichtung erneut in die Beschichtungszone überführt werden, wodurch z.B. die Dicke der Beschichtung weiter erhöht werden kann.
Es ist bevorzugt, dass über eine ein- oder mehrstufige Zellradschleuse, eine ein- oder mehrstufige Doppelpendelklappen-Schleuse oder ein Dosiertrichter mit Schleusensystem die Partikel- oder Faser-Kollektive in die Niederdruck Beschichtungsanlage eingetragen oder aus der Niederdruck Beschichtungsanlage ausgetragen werden.
Durch eine geeignete Kaskadierung können mehrere Deagglomerationseinheiten untereinander angeordnet werden. Dabei ist es bevorzugt, dass die Öffnungen der einzelnen Deagglomerationseinheiten in Fallrichtung kleiner werden.
Zur Steigerung des Durchsatzes einer Einzeleinheit kann das Areal der Trennelemente in der Deagglomerationseinheit, z.B. die Siebfläche, vergrößert werden, was durch einen vergrößerten Durchmesser und die Verwendung eines Trichters, der zur Verringerung von Anhaftungen mit Vibrationen und/oder Ultraschall beaufschlagt wird, erreicht wird. Eine andere Möglichkeit besteht in einer senkrechten, ringförmigen Anordnung mehrerer Siebe. Ebenfalls können mehrstufige Siebverfahren eingesetzt werden. Sputtertargets können als Linear- oder Ringquellen mit oder ohne Magnetunterstüztung ausgeführt sein, sowohl als Planar- wie auch als Rohrkathode. Auch ein Aufbau als die Fallstrecke umfassender Hohlzylinder oder Hohlkegel ist möglich. Statt der Sputterquellen können Plasmaquellen für PECVD zur Oberflächenmodifizierung eingesetzt werden, ebenso lonenstrahlquellen für Ionenstrahlätzen oder Ionenimplantation.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass durch Zugabe Impulsübertragender Elemente, wie bspw. Kugeln, die Deagglomeration, die Vereinzelung und die Partikel- oder die Faserdurchsatzrate erhöht werden. Bei keinem der aus dem Stand der Technik bekannten Ansätze ist es möglich, dass ein vergleichbar hoher Energieeintrag zur Überwindung der Haftkräfte erreicht wird. Zudem werden erfindungsgemäß Partikelagglomerate, die nicht vereinzelt werden konnten, in der Deagglomerationseinheit zurückgehalten. Bei Verwendung eines Siebes bleiben somit die nicht vereinzelten Agglomerate im Sieb zurück, während die vereinzelten Partikel oder Fasern das Sieb passieren und beschichtet werden können. In aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren besteht hingegen bislang keine Möglichkeit, unerwünschte Agglomerate prinzipiell vom Beschichtungsvorgang auszuschließen bzw. im Prozess zu eliminieren.
Anhand der nachfolgenden Figuren soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
In 1 ist eine erste erfindungsgemäße Variante dargestellt, bei der die Vereinzelung von Partikeln ausgehend von einem Partikelkollektiv (1) mithilfe eines Sieb- oder Lochmaskensystems erfolgt. Das System kann ein Einzelsieb (2a) oder eine einzelne Lochmaske sein oder aus mehreren (2b...n) kaskadenartig horizontal oder geneigt zueinander ausgerichteten Sieben oder Lochmasken bestehen. Ein wesentliches Merkmal ist, dass eine Maschen- oder Lochweite vorliegt, kleiner ist, als die typische Ausdehnung der aufzubrechenden Agglomerate. Der minimale Durchmesser kann der mittleren Partikelgröße, die im Kollektiv vorliegt (d50-Wert des Pulvers) oder einer spezifischen Faserlänge, entsprechen. Im Fall einer Kaskade wird die offene Sieb-/Lochfläche sukzessive verringert. Prinzipiell wird der Draht- oder Stegdurchmesser maximal klein ausgelegt. Die Partikelvereinzelung erfolgt durch niederfrequente (0,1 - 10 Hz) Vibrationen (3a, b) oder durch Ultraschall-Anregung (4a, b) (20-100 kHz) oder durch Megaschall-Anregung (400 kHz-5 MHz) oder Kombinationen davon. Zur Vermeidung oder zur Erzeugung, je nach Anforderung, von Resonanzeffekten können die Anregungsfrequenzen kontinuierlich variiert werden. Die Anregung kann sowohl senkrecht (3b,4b) zur Siebfläche oder parallel hierzu (3a,4a) erfolgen, ebenso sind Kombinationen möglich. Dabei kann die Ultraschall- oder Megaschall- Anregung am Siebrand erfolgen, durch spezielle Kontaktpunkte im Sieb, oder durch eine Anordnung von Schallleitern. Durch Variation der Anregung (Frequenz, Amplitude, Pulssequenzen) ist der Energieeintrag regulierbar. Die vereinzelten Partikel (5) fallen an einem Sputtertarget (6) vorbei, wo sie Beschichtungsspezies ausgesetzt werden. Die Schichtdicke wird hierbei unter anderem durch die Fallstrecke kontrolliert. Durch eine Rückführvorrichtung (7) kann der Prozess zyklisiert werden. In das Kollektiv kann zusätzliche mechanische Energie durch Impuls-übertragende Körper (kleine Stahlkugeln o.Ä.) eingebracht werden (8). Die Arbeitsbedingungen für PVD (Niederdruckumgebung) erfordern eine Unterbringung der Komponenten in einem Vakuumrezipienten (9). Weiterhin weist die Beschichtungsanlage zwei Zellradschleusen (12a, 12b) auf, über die die Partikel- oder Faser-Kollektive in die Beschichtungsanlage eingebracht oder aus der Beschichtungsanlage ausgetragen werden können.
In 2 ist eine zweite erfindungsgemäße Variante dargestellt, bei der die Vereinzelung und Fluidisierung von Partikeln (1) auf einer vertikal oder geneigt positionierten Siebfläche (10) erfolgt. Im Zusammenhang mit einer geeigneten Ultraschallanregung des Elements ist es möglich, das Partikelfluid an der Oberfläche desselben mit einer variierbaren Geschwindigkeit herab driften zu lassen (11). Die Oberfläche ist zugleich dem Sputtertarget (6) zugewandt, so dass die Beschichtung während des Abdriftens der Einzelpartikel auf der Siebfläche erfolgt. Die Schichtdicke wird unter anderem durch die Abdriftgeschwindigkeit der Partikel kontrolliert. Durch Variation der Anregung (Frequenz, Amplitude, Pulssequenzen) oder Einbringung zusätzlicher mechanischer Energie (Hammer, Kugeln) besteht die Möglichkeit, sowohl den Massestrom des Pulvers durch das Sieb, als auch eine Verweilzeit der Partikel am Sieb einzustellen. Dem vertikal oder geneigt angestellten Sieb können ein oder mehrere horizontal oder geneigt positionierte Vereinzelungsebenen vorgelagert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/014304 [0007]
US 6355146 B1 [0007]
CN 207592775 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

D. M. Baechle et al., Magnetron sputter deposition onto fluidized particle beds, Surface & Coatings Technology 221 (2013) 94 - 103 und B. Hua et al., Mater. Chem. Phys. 59 (1999) 130 [0008]

Claims

Niederdruck-Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Partikel- oder Faser-Kollektiven mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung enthaltend • eine Beschichtungsquelle und eine Beschichtungszone, • mindestens eine Öffnungen aufweisende Deagglomerationseinheit zur Vereinzelung der Partikel- oder Faserkollektive, wobei die mindestens eine Deagglomerationseinheit innerhalb oder oberhalb der Beschichtungszone angeordnet ist sowie • mindestens eine mit der mindestens einen Deagglomerationeinheit verbundene Anregungseinheit zur Übertragung von Impulsen auf die Deagglomerationseinheit.
Niederdruck-Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsquelle eine PVD-Beschichtungsquelle, insbesondere eine Sputterquelle oder eine CVD-Beschichtungsquelle ist.
Niederdruck-Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Deagglomerationseinheit ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Sieben, Lochmasken, Gittern, Netzen und Rastern.
Niederdruck-Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen der mindestens einen Deagglomerationseinheit Löcher, Maschen oder Schlitze sind.
Niederdruck-Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Öffnungen im Bereich von 1 bis 100 µm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 50 µm und besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 20 µm liegt und/oder der Abstand zwischen benachbarten Öffnungen im Bereich von 1 bis 100 µm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 50 um und besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 20 µm liegt.
Niederdruck-Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen der Deagglomerationseinheit durch Stege getrennt oder von Kanten umgeben sind.
Niederdruck-Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Deagglomerationseinheit senkrecht zur Fallrichtung der Partikel oder der Fasern angeordnet ist.
Niederdruck-Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Deagglomerationseinheit vertikal oder geneigt zur Fallrichtung der Partikel oder der Fasern angeordnet ist.
Niederdruck-Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Deagglomerationseinheiten in Fallrichtung der Partikel oder Fasern untereinander angeordnet sind, wobei der Durchmesser der Löcher oder Öffnungen der Deagglomerationseinheiten in Fallrichtung abnimmt.
Niederdruck-Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck-Beschichtungsanlage eine Trommel als Rückführvorrichtung zur Rückführung der zumindest teilweise beschichteten Partikel oder Fasern zur Deagglomerationseinheit.
Niederdruck-Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck-Beschichtungsanlage eine ein- oder mehrstufige Zellradschleuse, eine ein- oder mehrstufige Doppelpendelklappen-Schleuse oder ein Dosiertrichter mit Schleusensystem, zur Ein- oder Ausbringung der Partikel- oder Faser-Kollektive aufweist.
Niederdruck-Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Anregungseinheit ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus • Anregungseinheiten für niederfrequente Vibrationen, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 10 Hz, • Ultraschall-Anregungseinheiten, insbesondere für Frequenzen im Bereich von 20 bis 100 kHz, • Megaschall-Anregungseinheiten, insbesondere für Frequenzen im Bereich von 400 kHz bis 5 MHz, oder • Kombinationen hiervon.
Verfahren zur Beschichtung von Partikeln oder Fasern mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung, bei dem a) in eine Niederdruck-Beschichtungsanlage, die eine Beschichtungsquelle aufweist, ein zu beschichtendes Partikel- oder Faser-Kollektiv eingebracht werden, b) die zu beschichtenden Partikel oder Fasern einer Deagglomerationseinheit zugeführt wird, die mit einer Anregungseinheit verbunden ist, dass Impulse auf die Deagglomerationseinheit übertragen werden, c) durch die Impulse Kraftstöße auf Partikel- oder Faser-Agglomerate ausgeführt werden, die eine Vereinzelung der Agglomerate bewirken und die vereinzelten Partikel oder Fasern die Deagglomerationseinheit in Fallrichtung passieren, während verbleibende Agglomerate in der Deagglomerationseinheit zurückgehalten werden, d) in Fallrichtung unterhalb der mindestens einen Deagglomerationseinheit in einer Beschichtungszone die vereinzelten Partikel oder Fasern beschichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsquelle eine PVD-Beschichtungsquelle, insbesondere eine Sputterquelle, oder eine CVD-Beschichtungsquelle verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Deagglomerationseinheit ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Sieben, Lochmasken, Gittern, Netzen oder Rastern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Deagglomerationseinheit senkrecht zur Fallrichtung der Partikel oder Fasern oder vertikal oder geneigt zur Fallrichtung der Partikel oder Fasern angeordnet werden, wobei vorzugsweise mindestens zwei Deagglomerationseinheiten in Fallrichtung der Partikel oder Fasern untereinander angeordnet werden und der Durchmesser der Löcher oder Öffnungen der Deagglomerationseinheiten in Fallrichtung abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Rückführvorrichtung die zumindest teilweise beschichteten Partikel oder Fasern wieder der mindestens einen Deagglomerationseinheit zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass über eine ein- oder mehrstufige Zellradschleuse, eine ein- oder mehrstufige Doppelpendelklappen-Schleuse oder ein Dosiertrichter mit Schleusensystem, die Partikel- oder Faser-Kollektive in die Niederdruck-Beschichtungsanlage ein- oder ausgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Anregungseinheit ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus • Anregungseinheiten für niederfrequente Vibrationen, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 10 Hz, • Ultraschall-Anregungseinheiten, insbesondere für Frequenzen im Bereich von 20 bis 100 kHz, • Megaschall-Anregungseinheiten, insbesondere für Frequenzen im Bereich von 400 kHz bis 5 MHz, oder • Kombinationen hiervon.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Deagglomerationseinheit Impuls-übertragende Elemente, insbesondere metallische Kugeln, zugesetzt werden, um die Deagglomeration, die Vereinzelung und den Partikeldurchsatz zu erhöhen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19 unter Verwendung der Niederdruck-Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Verwendung der Niederdruck-Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung von beschichteten Partikeln und Fasern für Aktivmaterialien für Batterien und Kondensatoren sowie als 3D-Druckpulver oder Farbpigmente oder für Textilien, Membrane, Filter, oder Verbundwerkstoffe.