EP4278870A1

EP4278870A1 - Spraying unit and method for spraying a material obtained from a solid

Info

Publication number: EP4278870A1
Application number: EP22702886.7A
Authority: EP
Inventors: Carsten Schulze
Original assignee: Alethia Group GmbH
Current assignee: Alethia Group GmbH
Priority date: 2021-01-18
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2023-11-22
Also published as: WO2022152932A1; DE102021200421A1

Abstract

The invention describes a spraying unit for spraying a material obtained from a solid onto a material surface, in particular a heat-sensitive material surface, by means of a spraying process under atmospheric pressure. The spraying unit has a process gas preparation device which is designed to heat a gas-conducting body in order to provide a process gas flow at at least 1500°C. The spraying unit also has a material deposition device, which is designed to convert the solid into a gaseous phase under this atmospheric pressure by heating a material deposition body of the material deposition device and to supply it to the process gas flow in this phase.

Description

Sprüheinheit und Verfahren zum Aufsprühen eines aus einem Festkörper gewonnenen Materials Spray unit and method for spraying a solid-derived material

Die Erfindung betrifft eine Sprüheinheit sowie ein Verfahren zum Aufsprühen, insbesondere zum thermischen Aufsprühen eines aus einem Festkörper gewonnenen Materials auf wärmempfindliche Matenaloberflächen. The invention relates to a spray unit and a method for spraying, in particular for thermally spraying, a material obtained from a solid onto heat-sensitive material surfaces.

Das Dokument DE 10 2014 103025 A1 befasst sich mit einem Verfahren zur thermischen Beschichtung eines wärmeempfindlichen Substrats unter Atmosphärendruck. Dabei soll die Beschichtung durch Abscheidung von Partikeln aus einer gasförmigen Phase, welche dort als Wärmeträger bezeichnet ist, erfolgen. Um das abscheidefähige Partikelgas zu erhalten, schlägt das Dokument dabei das induktive Heizen des Wärmeträgers vor und verweist dabei auf unterschiedliche Technologien. Genannt werden z.B. das Elektrospray Verfahren zur Dimensionierung der Tropfengröße, oder das Plasmaspritz Verfahren zum Aufsprühen des Wärmeträgers. Zum Schutz des Substrates beschreibt das Dokument eine Sol-Gel Vorbehandlung der Substratoberfläche. Die dort offenbarte Vorrichtung verwendet dazu eine Strömungsbarriere mit einer Öffnung, welche zwischen dem Substrat und dem ausströmenden Wärmeträger angeordnet ist, wobei in dem aus Strömungsbarriere und Substrat gebildeten Zwischenraum zusätzlich ein Plasma-Jet wirkt. Document DE 10 2014 103025 A1 deals with a method for thermally coating a heat-sensitive substrate under atmospheric pressure. In this case, the coating should take place by separating particles from a gaseous phase, which is referred to there as a heat transfer medium. In order to obtain the particulate gas that can be separated, the document proposes inductive heating of the heat transfer medium and refers to different technologies. Mentioned are, for example, the electrospray process for dimensioning the droplet size, or the plasma spray process for spraying on the heat transfer medium. To protect the substrate, the document describes a sol-gel pretreatment of the substrate surface. For this purpose, the device disclosed there uses a flow barrier with an opening which is arranged between the substrate and the outflowing heat transfer medium, a plasma jet also acting in the intermediate space formed by the flow barrier and substrate.

Die EP 197 8038 A1 offenbart eine Vorrichtung sowie ein Verfahren, welches auf der Verwendung eines Aerosolgenerators in Kombination mit einem kapazitiv erzeugten, nicht-thermischen Plasma basiert und welches unter Atmosphärendruck betrieben wird. Der Aerosolgenerator konvertiert dabei das zu beschichtende Material aus einer anfänglich flüssigen Phase in ein Aerosol. Das Aerosol wird dann zur Abscheidung auf einer Oberfläche, dem nicht-thermischen Plasma zugeführt (Fig. 1). Zur Verbesserung der Haftungseigenschaften wird eine UV-Belichtung der aufgetragenen Schicht vorgeschlagen. Weitere, bekannte Verfahren der Gasphasenabscheidung sind z.B. das AP-CVD- Verfahren (Atmospheric Pressure - Chemical Vapor Deposition), welches zur Abscheidung atomarer Schichten geeignet ist. Das AP-CVD Verfahren ist apparativ aufwändig und erfordert ein hohes Maß an Prozesskontrolle. Die zu beschichtenden Atome müssen durch chemische Reaktionen aus der Gasphase erzeugt werden. Die erzeugten Schichten sind aufgrund des zeitaufwendigen Abscheideprozess teuer. EP 197 8038 A1 discloses a device and a method which is based on the use of an aerosol generator in combination with a capacitively generated, non-thermal plasma and which is operated under atmospheric pressure. The aerosol generator converts the material to be coated from an initially liquid phase into an aerosol. The aerosol is then fed to the non-thermal plasma for deposition on a surface (Figure 1). UV exposure of the applied layer is proposed to improve the adhesion properties. Other known methods of gas phase deposition are, for example, the AP-CVD method (Atmospheric Pressure—Chemical Vapor Deposition), which is suitable for the deposition of atomic layers. The AP-CVD process is complex in terms of equipment and requires a high degree of process control. The atoms to be coated must be generated from the gas phase by chemical reactions. The layers produced are expensive due to the time-consuming deposition process.

Alternativen zur Abscheidung dickerer Schichten sind Spray-, bzw. Zerstäubungsverfahren, sowie thermische, insbesondere Plasmasprühverfahren. Alternatives to the deposition of thicker layers are spray or atomization processes, as well as thermal, in particular plasma spray processes.

Das Ausbilden einer Beschichtung mittels Plasmasprühtechnik beinhaltet das Schmelzen einzelner Partikel, während die Partikel mit hoher Geschwindigkeit auf das Substrat beschleunigt werden. Die Partikel werden typischerweise als Pulver in das Plasma injiziert und im Anschluss im Plasma thermisch zersetzt. Dabei wird die gewünschte Beschichtung durch kontinuierliches Abflachen und Verfestigen der Partikel erreicht. Die gewöhnlich induktiv gekoppelten Plasmabrenner (ICP-Brenner) erzeugen meist Plasmen mit hoher Gastemperatur, hoher Enthalpie und großem Plasmavolumen. Typischerweise werden zweiatomige Gase in einem IPC-Brenner verwendet, um ein Plasma mit hohem Energiegehalt und guter Wärmeleitfähigkeit zu erzeugen. Der Einsatz gewöhnlicher ICP- Brenner ist daher aufgrund der damit verbundenen hohen Gastemperatur zur Beschichtung thermisch sensitiver Substrate nur bedingt geeignet. Forming a coating using plasma spray technology involves melting individual particles while accelerating the particles at high velocity onto the substrate. The particles are typically injected into the plasma as a powder and then thermally decomposed in the plasma. The desired coating is achieved by continuously flattening and solidifying the particles. The usually inductively coupled plasma torches (ICP torches) usually generate plasmas with high gas temperatures, high enthalpy and large plasma volumes. Typically, diatomic gases are used in an IPC torch to produce a plasma with high energy content and good thermal conductivity. The use of conventional ICP burners is therefore only suitable to a limited extent for coating thermally sensitive substrates due to the associated high gas temperature.

Aufgabe der Erfindung ist es eine kompakte Sprüheinheit zur Beschichtung eines Substrats mit dem Material eines Festkörpers bereit zu stellen, wobei der Wärmeübertrag auf das Substrat reduziert ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Sprüheinheit gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 15. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstände der Unteransprüche, der Beschreibung und der Figuren. The object of the invention is to provide a compact spray unit for coating a substrate with the material of a solid, with the heat transfer to the substrate being reduced. The invention solves this problem by a spray unit according to claim 1 and a method according to claim 15. Preferred configurations are the subject matter of the dependent claims, the description and the figures.

Gemäß der Erfindung wird eine Sprüheinheit wie folgt bereitgestellt. Sprüheinheit zum Aufsprühen eines aus einem Festkörper gewonnenen Materials auf eine, insbesondere wärmeempfindliche, Matenaloberfläche mittels Sprühprozess unter Atmosphärendruck, aufweisend eine Prozessgasbereitstellungseinrichtung, eingerichtet einen ersten Gasführungskörper zu erhitzten, um einen Prozessgasstrom von mindestens 1500°C bereitzustellen, und der Prozessgasstrom auf 1500°C erhitzt ist, eine Materialabscheideeinrichtung, eingerichtet unter diesem Atmosphärendruck den Festkörper durch Erhitzen eines Materialabscheidekörpers der Materialabscheideeinrichtung in eine gasförmige Phase umzuwandeln und in dieser Phase dem Prozessgasstrom zuzuführen, eine Strömungsführung, eingerichtet, ein mit dieser Phase angereichertes Prozessgas in Richtung der zu besprühenden Materialoberfläche zu führen. According to the invention there is provided a spray unit as follows. Spraying unit for spraying a material obtained from a solid onto a material surface, in particular a heat-sensitive material surface, by means of a spraying process under atmospheric pressure, having a process gas supply device set up to heat a first gas guide body in order to provide a process gas flow of at least 1500° C., and the process gas flow is heated to 1500° C is, a material separation device, set up to convert the solid under this atmospheric pressure by heating a material separation body of the material separation device into a gaseous phase and to feed it to the process gas stream in this phase, a flow guide, set up to lead a process gas enriched with this phase in the direction of the material surface to be sprayed.

Unter einer Sprüheinheit ist insbesondere ein Sprühkopf zu verstehen, welcher sich einfach bedienen lässt und von einem Benutzer, insbesondere manuell, d.h. händisch durch den Benutzer, über eine zu beschichtende Oberfläche geführt werden kann. Der Sprühkopf kann aber auch maschinell gehalten und/oder geführt sein. A spray unit is to be understood in particular as a spray head which is easy to operate and can be guided over a surface to be coated by a user, in particular manually, i.e. manually by the user. However, the spray head can also be held and/or guided mechanically.

Als Festkörper ist das zu beschichtende Material in seiner festen Form zu verstehen, wobei darunter auch eine Vielzahl fester Körper, z.B. der Festkörper in Pulverform zu verstehen ist. The material to be coated is to be understood as a solid in its solid form, which also includes a large number of solid bodies, e.g. solid bodies in powder form.

Der Festkörper kann im Sprühkopf teilweise oder auch vollständig vorhanden sein, d.h. gelagert sein, um für einen Sprühvorgang zur Verfügung zu stehen. Die Sprüheinheit umfasst nicht notwendigerweise den Festköper. Der Festkörper kann von außerhalb der Sprüheinheit, insbesondere kontinuierlich während eines Sprühvorgangs, in diese zugeführt werden, oder beispielsweise in Form einer Patrone in die Sprüheinheit geladen werden vor einem Sprühvorgang. Der Festkörper ist in der Sprüheinheit austauschbar entnehmbar. Eine Sprühsystem kann sich auf die Sprüheinheit, sowie auf die Kombinati- on der Sprüheinheit, bzw. des Sprühkopfes und einer von diesem separat angeordnete Matenalnachführeinheit beziehen. Eine Matenalnachführeinheit führt das zu beschichtende Material der Sprüheinheit zu, so dass Material zum Beschichten der Oberfläche in der Sprüheinheit vorhanden ist. Dies kann in Form einer Flüssigkeit oder eines Festkörpers oder auch in Kombinationen davon erfolgen. The solid body can be partially or completely present in the spray head, ie it can be stored in order to be available for a spraying process. The spray unit does not necessarily include the solid. The solid can be fed into the spraying unit from outside, in particular continuously during a spraying process, or loaded into the spraying unit in the form of a cartridge, for example, before a spraying process. The solid body can be removed interchangeably in the spray unit. A spray system can refer to the spray unit, as well as to the combination on the spray unit or the spray head and a material tracking unit arranged separately from this. A material feed unit feeds the material to be coated to the spray unit so that material for coating the surface is present in the spray unit. This can be in the form of a liquid or a solid or a combination thereof.

Die Sprüheinheit umfasst weiter ein Gehäuse welches die Prozessgasbereitstellungseinrichtung, die Materialabscheideeinrichtung zumindest teilweise beinhaltet. Dabei können Baugruppen der Prozessgasbereitstellungseinrichtung und/oder der Materialabscheideeinrichtung außerhalb des Gehäuses der Sprüheinheit angeordnet sein. Das Gehäuse weist Halterungen auf, damit die Prozessgasbereitstellungseinrichtung und die Materialabscheideeinrichtung in dem Gehäuse und/oder an dem Gehäuse befestigt sind. Die Sprüheinheit weist zudem Anschlüsse auf um ein Gas, als Prozessgas in die Sprüheinheit zu leiten, so dass das Prozessgas in der Sprüheinheit verfügbar ist. The spray unit also includes a housing which at least partially contains the process gas supply device and the material separation device. In this case, assemblies of the process gas supply device and/or the material separation device can be arranged outside the housing of the spray unit. The housing has holders so that the process gas supply device and the material separation device are fastened in the housing and/or on the housing. The spray unit also has connections to conduct a gas as a process gas into the spray unit, so that the process gas is available in the spray unit.

Das Sprühsystem kann die Sprüheinheit, eine Materialnachführeinheit, eine Gasflasche, Gasleitungen, und eine elektronische Steuereinrichtung aufweisen. Das Sprühsystem kann weiter eine Haltevorrichtung zum Befestigen der Sprüheinheit oberhalb einer zu beschichtenden Oberfläche aufweisen. Die Haltevorrichtung kann manuell und/oder maschinell, insbesondere als Roboterarm ausgestaltet sein. The spray system may include the spray unit, a material feed unit, a gas bottle, gas lines, and an electronic controller. The spray system can also have a holding device for fastening the spray unit above a surface to be coated. The holding device can be designed manually and/or mechanically, in particular as a robot arm.

Die elektronische Steuereinrichtung des Sprühsystems steuert die Sprüheinheit. Die elektronische Steuereinrichtung kann überdies auch zum Steuern der Haltevorrichtung genützt sein. Die elektronische Steuereinrichtung steuert mindestens eine Heizung der Sprüheinheit damit das Prozessgas erhitzt ist. Die elektronische Steuereinheit steuert die Gaszufuhr, z.B. in Form der Gasmenge, der Gasgeschwindigkeit und des Gasdrucks, in die Sprüheinheit, z.B. mittels einer pneumatischen Ventilsteuerung, welche Teil des Sprühsystems sein kann. The electronic controller of the spray system controls the spray unit. The electronic control device can also be used to control the holding device. The electronic control device controls at least one heater of the spray unit so that the process gas is heated. The electronic control unit controls the gas supply, e.g. in the form of gas quantity, gas velocity and gas pressure, into the spray unit, e.g. by means of a pneumatic valve control which can be part of the spray system.

Die elektronische Steuereinrichtung umfasst eine elektrische Schaltung zum Steuern der Heizung der Prozessgasbereitstellungseinrichtung und/oder der Materialabscheideeinrichtung der Sprüheinheit. Insbesondere eine elektrische Schaltung zum Steuern einer insbesondere induktiv arbeitenden Heizung, besonders bevorzugt einer Induktionsspule. Die elektronische Steuereinrichtung kann aber auch eine elektrische Schaltung zur Steuerung einer optischen Heizung, z.B. eines Lasers und/oder einer kapazitiven Heizung umfassen. The electronic control device includes an electrical circuit for controlling the heating of the process gas supply device and/or the material separation device of the spray unit. In particular, an electrical circuit for controlling a in particular inductive heating, particularly preferably an induction coil. However, the electronic control device can also include an electrical circuit for controlling an optical heater, for example a laser and/or a capacitive heater.

Die elektronische Steuereinrichtung umfasst eine Datenverarbeitungseinrichtung, um Abläufe, wie das Heizen der Sprüheinheit, das Bedienen der Haltevorrichtung oder die Gaszufuhr automatisiert ausführen zu können. Die elektronische Steuereinrichtung kann weiter eine Benutzerschnittstelle zur Programmierung des Sprühsystems durch einen Benutzer aufweisen, sowie eine Speichereinrichtung um Prozessparameter der Sprüheinheit und/oder des Sprühsystems zu erfassen. The electronic control device includes a data processing device in order to be able to carry out automated processes such as heating the spray unit, operating the holding device or supplying gas. The electronic control device can also have a user interface for programming the spray system by a user, as well as a memory device for recording process parameters of the spray unit and/or the spray system.

Unter einem Festkörper ist vorliegend ein Material in seiner insbesondere unter Raumtemperatur und Normaldruck gegebenen festen Phase zu verstehen. Darunter kann auch ein Pulver eines Festkörpers oder eine Vielzahl einzelner Festkörper, insbesondere auch Mischungen aus Pulvern und/oder unterschiedlichen Festkörpern zu verstehen sein. Festkörper (auch Feststoff) bezeichnet vorliegend Materie (auch Material) im festen Aggregatzustand. Im engeren Sinne versteht man hierunter auch einen Stoff, der bei einer Temperatur von 20 °C einen festen Aggregatzustand aufweist, wobei die Bezeichnung Feststoff in diesem Fall stoffspezifisch, jedoch nicht temperaturspezifisch ist. Festkörper haben im verwendeten technischen Sprachgebrauch eine gewisse Mindest- Ausdehnung, die aber hierbei nicht scharf definiert ist. Sie sind demnach makroskopische Körper - im Gegensatz zu mikroskopischen Körpern. Zum Beispiel gilt im Regelfall ein Makromolekül für sich allein noch nicht als Festkörper. Materie im Übergangsbereich soll hierbei als Cluster bezeichnet sein. Stellvertretend für den Begriff Cluster wird vorliegend auch der Begriff Partikel verwendet. Dabei sollen damit insbesondere die durch Erhitzen des Festkörpers gebildeten und in einer gasförmigen Phase vorliegenden Partikel gemeint sein. Darunter fallen auch die durch Koagulation, Nukleation und Kondensation gebildeten Cluster bzw. Partikel, die sich nach dem Erhitzen des Festkörpers in bzw. aus der erhaltenen gasförmigen Phase des Festkörpers ausbilden. Unter der gasförmigen Phase des Festkörpers ist vorliegend somit insbesondere die durch Erhitzen des Festkörpers gewonnene gasförmige Menge von Partikeln, Atomen, Molekülen und Mak- romolekülen gemeint. Unter dem angereicherten Prozessgas ist vorliegend die Menge aus erstem und zweiten Prozessgasstrom und der insbesondere gasförmigen Phase des Festkörpers zu verstehen. In the present case, a solid is to be understood as meaning a material in its solid phase, which is in particular at room temperature and normal pressure. This can also mean a powder of a solid or a large number of individual solids, in particular also mixtures of powders and/or different solids. Solids (also solid) refers to matter (also material) in the solid state of aggregation. In the narrower sense, this also means a substance that has a solid state of aggregation at a temperature of 20 °C, the term solid in this case being substance-specific but not temperature-specific. In the technical language used, solids have a certain minimum expansion, which is not clearly defined here. They are therefore macroscopic bodies - in contrast to microscopic bodies. For example, as a rule, a macromolecule is not considered a solid on its own. Matter in the transition area should be referred to as a cluster. The term particle is also used here to represent the term cluster. In this case, the particles that are formed by heating the solid body and are present in a gaseous phase should be meant in particular. This also includes the clusters or particles formed by coagulation, nucleation and condensation, which are formed in or from the resulting gaseous phase of the solid after the solid has been heated. In the present case, the gaseous phase of the solid is therefore in particular the gaseous quantity of particles, atoms, molecules and components obtained by heating the solid. meaning romolecules. In the present case, the enriched process gas is to be understood as meaning the quantity of the first and second process gas streams and the in particular gaseous phase of the solid body.

Mit dem Sprühkopf wird das zu beschichtenden Material auf die Substratoberfläche aufgebracht, bzw. auf diese aufgesprüht. Der Begriff Substrat wie hierin alternativ für das zu beschichtenden Material verwendet. Dabei weist das Material bzw. das Substrat jeweils eine Materialoberfläche bzw. Substratoberfläche auf. Tatsächlich wird diese Oberfläche des Substrats bzw. des Materials beschichtet. Wird davon gesprochen das Substrat bzw. das Material zu beschichten, so ist die jeweilige Oberfläche damit analog gemeint. Durch den Sprühvorgang bzw. das Aufträgen bildet sich auf dem Substrat, welches insbesondere wärmeempfindlich ist, eine Oberflächenbeschichtung aus dem Material des Festkörpers zumindest teilweise aus. Das wärmeempfindliche Substrat und/oder die wärmeempfindliche Oberfläche des Substrats wird durch den Sprühvorgang zumindest nicht wesentlich beschädigt. Beispielsweise kann das wärmeempfindliche Substrat in Form organischer Oberflächen oder als vollständig organisches Substrat und/oder Material, z.B. als Holz vorliegen. Es sind aber unterschiedlichste, auch nicht wärmeempfindliche Substrate denkbar. Beispiele sind, Holz, Metalle, Beton, Kunststoffe, Lacke, Stein, Marmor, Textilien, Keramiken oder Kombinationen davon. Unter einer Beschädigung des wärmeempfindlichen Substrats wäre zum Beispiel ein Änderung der mechanischen, elastischen oder sonstigen insbesondere das Material charakterisierenden Eigenschaften im Sinne physikalischer Materialparameter zu verstehen, welche insbesondere die Verwendung des Materials für einen typischen Zweck bedingen. Die Sprüheinheit verändert durch den Sprühvorgang die insbesondere charakteristischen Eigenschaften des Substrats nicht wesentlich. Nicht wesentlich bedeutet, dass das Material nach wie vor für seinen typischen Zwecke insbesondere uneingeschränkt und/oder beschränkt weiterverwendet werden kann. The material to be coated is applied or sprayed onto the substrate surface with the spray head. The term substrate as used herein alternatively for the material to be coated. In this case, the material or the substrate has a material surface or substrate surface in each case. In fact, this surface of the substrate or material is coated. When talking about coating the substrate or the material, the respective surface is meant analogously. As a result of the spraying process or the application, a surface coating made of the material of the solid forms at least partially on the substrate, which is in particular heat-sensitive. The heat-sensitive substrate and/or the heat-sensitive surface of the substrate is at least not significantly damaged by the spraying process. For example, the heat-sensitive substrate may be in the form of organic surfaces or an entirely organic substrate and/or material such as wood. However, a wide variety of substrates, including non-heat-sensitive substrates, are conceivable. Examples are wood, metals, concrete, plastics, paints, stone, marble, textiles, ceramics or combinations thereof. Damage to the heat-sensitive substrate would be understood to mean, for example, a change in the mechanical, elastic or other properties that characterize the material in particular, in the sense of physical material parameters, which in particular require the material to be used for a typical purpose. The spraying unit does not significantly change the particularly characteristic properties of the substrate as a result of the spraying process. Not essential means that the material can continue to be used for its typical purpose, in particular with no restrictions and/or restrictions.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Prozessgasbereitstellungseinrichtung. Unter einer Prozessgasbereitstellungseinrichtung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche das von außen an die Sprüheinheit geleitete Gas in der Sprüheinheit aufheizt und in der Sprüheinheit zumindest abschnittsweise leitet, d.h. durch die Sprüheinheit hindurch lei- tet. Dabei strömt das Gas über einen Gasanschluss an einen einem proximalen Ende der Sprüheinheit in diese ein und an einem distalen Ende aus der Sprüheinheit in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche aus. Zu diesem Zweck weist die Sprüheinheit eine Sprühöffnung an dem distalen Ende auf sowie mindestens einen Gasanschluss, welcher insbesondere auch Teil der Prozessgasbereitstellungseinrichtung sein kann, sowie Halterungen zum Befestigen eines Gasanschlusses an der Sprüheinheit. Dabei können die Halterungen auch Teil der Prozessgasbereitstellungseinrichtung sein. The invention also relates to a process gas supply device. A process gas supply device is to be understood as a device which heats the gas fed from the outside to the spray unit in the spray unit and conducts it at least in sections in the spray unit, ie conducts it through the spray unit. tet. The gas flows into the spray unit via a gas connection at a proximal end of the latter and out of the spray unit at a distal end in the direction of the surface to be coated. For this purpose, the spray unit has a spray opening at the distal end and at least one gas connection, which in particular can also be part of the process gas supply device, and holders for attaching a gas connection to the spray unit. The holders can also be part of the process gas supply device.

Die Prozessgasbereitstellungseinrichtung dient zur Bereitstellung des Prozessgases, vorzugsweise ein Edelgas, vorzugsweise Argon, wobei das Prozessgas durch die Prozessgasbereitstellungseinrichtung auf eine Temperatur von > 1500°C, bevorzugt in einem Bereich von 1500°C bis 3000°C, vorzugsweise von 1500°C bis 3300°C, vorzugsweise von 1500°C bis 3500°C, vorzugsweise von 1500°C bis 4000°C, vorzugsweise von 1500°C bis 5000°C, erhitzt wird, wobei die Temperatur des Prozessgases am Austritt des Prozessgases aus der Prozessgasbereitstellungseinrichtung erreicht wird. The process gas supply device serves to supply the process gas, preferably an inert gas, preferably argon, with the process gas being heated by the process gas supply device to a temperature of > 1500°C, preferably in a range from 1500°C to 3000°C, preferably from 1500°C to 3300 °C, preferably from 1500 °C to 3500 °C, preferably from 1500 °C to 4000 °C, preferably from 1500 °C to 5000 °C, the temperature of the process gas being reached at the outlet of the process gas from the process gas supply device .

Weiter kann die Prozessgasbereitstellungseinrichtung den Prozessgasstrom formen. Darunter ist die strömungsmechanische Form des insbesondere aus der Prozessgasbereitstellungseinrichtung austretenden Prozessgasstroms zu verstehen. Diese Gas- Strahlformung kann durch die geometrische Form der Austrittsöffnung der Prozessgasbereitstellungseinrichtung erreicht werden, z.B. durch Abändern der Austrittsöffnung mindestens eines Gasführungskörpers der Prozessgasbereitstellungseinrichtung. In einer Ausführungsform kann die Austrittsöffnung geometrisch z.B. in ihrem Öffnungsquer- schnitt variieren, sich z.B. vergrößern und/oder verkleinern damit eine punktuelle oder flächige Anströmung der Beschichtungsoberfläche erreicht wird und/oder der aus der Austrittsöffnung austretende Prozessgasstrom in eine Rotationsbewegung versetzt wird, z.B. eine wirbelförmige Strömung aufweist. Dabei sind beliebige geometrische Modifikationen der Austrittsöffnung zur Modifikation des Strömungsbildes des Prozessgasstroms denkbar. Furthermore, the process gas supply device can shape the process gas flow. This is to be understood as meaning the flow-mechanical form of the process gas stream escaping in particular from the process gas supply device. This gas jet formation can be achieved by the geometric shape of the outlet opening of the process gas supply device, e.g. by modifying the outlet opening of at least one gas guide body of the process gas supply device. In one embodiment, the outlet opening can vary geometrically, e.g has flow. Any geometric modifications of the outlet opening are conceivable in order to modify the flow pattern of the process gas flow.

Weiter kann die Sprüheinheit oder die Prozessgasbereitstellungseinrichtung einen Strömungsring aufweisen. Der Strömungsring kann an einem Gehäuse der Prozessgasbe- reitstellungseinrichtung und/oder an dem Gehäuse der Sprüheinheit befestigt sein. Der Strömungsring ist dabei bevorzugt im Bereich der Austrittsöffnung des Prozessgases aus der Prozessgasbereitstellungseinrichtung positioniert oder besonders bevorzugt am Auslass der Sprüheinheit, d.h. im Bereich, in dem das Prozessgas aus der Sprüheinheit in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche ausstritt. Der Strömungsring weist einen separaten Gasanschluss bevorzugt für Argon auf. Der Strömungsring führt das in ihn eintretende Gas. Dazu weist der Strömungsring einen Hohlraum auf. Der Strömungsring weist weiter Öffnungen auf, damit das Gas aus den Öffnungen in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche aus dem Strömungsrings austreten kann, so dass das Gas das zu beschichtende Substrat umspült, bzw. die Substratoberfläche, um atmosphärische Einflüsse (Oxidation, Hydrolisierung) des Prozessgases, bevorzugt des angereicherten Prozessgases aufweisend die gasförmige Phase des Festkörpers und des Prozessgases, d.h. bevorzugt des Glasdampfes, in der Kondensationsphase zu vermeiden. Der Strömungsring ist bevorzugt aus einer hitzebeständigen Keramik gefertigt. Furthermore, the spray unit or the process gas supply device can have a flow ring. The flow ring can be attached to a housing of the process gas provision device and/or be attached to the housing of the spray unit. The flow ring is preferably positioned in the area of the outlet opening of the process gas from the process gas supply device or particularly preferably at the outlet of the spray unit, ie in the area in which the process gas emerges from the spray unit in the direction of the surface to be coated. The flow ring has a separate gas connection, preferably for argon. The flow ring guides the gas entering it. For this purpose, the flow ring has a cavity. The flow ring also has openings so that the gas can exit the flow ring from the openings in the direction of the surface to be coated, so that the gas flows around the substrate to be coated or the substrate surface in order to absorb atmospheric influences (oxidation, hydrolysis) of the process gas , Preferably the enriched process gas comprising the gaseous phase of the solid and the process gas, ie preferably the glass vapor to avoid in the condensation phase. The flow ring is preferably made of a heat-resistant ceramic.

Die Begriffe Gas und Prozessgas werden hierbei analog verwendet und beziehen sich auf das in die Sprüheinheit geleitete Gas und/oder auf das in der Sprüheinheit transportierte Gas. Darunter kann an einigen Stellen der Anmeldung auch das in der Sprüheinheit erhitzte Prozessgas zu verstehen sein. The terms gas and process gas are used analogously here and refer to the gas conducted into the spray unit and/or to the gas transported in the spray unit. In some places in the application, this can also mean the process gas heated in the spray unit.

Zum zumindest abschnittsweisen Transportieren und Führen des Prozessgases in der Sprüheinheit durch die Prozessgasbereitstellungseinrichtung weist die Prozessgasbereitstellungseinrichtung in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zwei Gasführungskörper auf. Die Prozessgasbereitstellungseinrichtung kann einen oder zwei oder mehrere Gasführungsköper umfassen. Die Gasführungskörper können durch Halterungen an dem Gehäuse der Sprüheinheit und/oder an einem Gehäuse der Prozessgasbereitstellungseinrichtung befestigt sein. In a particularly preferred embodiment, the process gas supply device has two gas guide bodies for at least partially transporting and guiding the process gas in the spray unit through the process gas supply device. The process gas supply device can comprise one or two or more gas guiding bodies. The gas guide bodies can be fastened to the housing of the spray unit and/or to a housing of the process gas supply device by means of holders.

In einen Gasführungskörper wird das von außen an die Sprüheinheit geleitet Gas eingeleitet. Ein Gasführungskörper kann aus einem Körper und/oder aus mehreren Körpern geformt sein. Beispielsweise kann ein Gasführungskörper als Zylinder und/oder zylinderförmig, einen Innen- und einen Außenradius aufweisend geformt sein. Durch den Innen- radius wird eine Innenwand des Zylinders definiert und durch den Außenradius eine Außenwand. Dabei ist man nicht auf zylindrische Geometrien beschränkt, sondern beliebige räumliche Geometrien sind möglich. Ein Prozessgasstrom kann im einfachsten Fall durch das von der Innenwand gebildete Innenvolumen des Zylinders strömen. Alternativ kann ein Prozessgasstrom aber auch durch das Volumen der Wandung des Zylinders strömen. D.h. durch den kleineren Innenradius der Innenwand des Zylinders entsteht zum größeren Außenradius der Außenwand ein Volumen der Wandung, d.h. ein Wandvolumen. Dieses Wandvolumen kann von einem ersten Prozessgasstrom durchströmt werden. Ein zweiter Prozessgasstrom kann durch das Innenvolumen des Zylinders strömen. Dabei kann die Innen- und Außenwand beispielweise aus Wolfram gebildet sein. Der Zylinder kann aus einem porösen Material gefertigt sein. In diesem besonders bevorzugten Fall kann ein erster Prozessgasstrom durch das aus dem porösen Material gebildete Wandvolumen strömen. Das poröse Material kann Wolfram sein. Dabei kann eine Folie und/oder eine weitere Materialschicht das poröse Wandvolumen nach Außen und/oder in Richtung des Innenvolumens des Zylinders abdichten. Eine derartige Materialschicht kann aus Wolfram gebildet sein, vorzugsweise aus Carbiden und/oder Nitriden, insbesondere aus Aluminiumnitrid und/oder aus Siliziumcarbid und/oder Tantalnitrid, oder ein solches Material oder mehrere solche Materialien aufweisen. Ein zweiter Prozessgasstrom kann dann durch das Innenvolumen des porösen zylinderförmigen Gas- führungskörper strömen, insbesondere ohne sich mit dem ersten Prozessgasstrom materiell auszutauschen. The gas fed to the spray unit from the outside is introduced into a gas guide body. A gas guide body can be formed from one body and/or from a plurality of bodies. For example, a gas guiding body can be shaped as a cylinder and/or cylindrical, having an inner and an outer radius. through the inner radius defines an inner wall of the cylinder and the outer radius defines an outer wall. You are not limited to cylindrical geometries, but any spatial geometries are possible. In the simplest case, a process gas stream can flow through the inner volume of the cylinder formed by the inner wall. Alternatively, a process gas flow can also flow through the volume of the wall of the cylinder. This means that due to the smaller inner radius of the inner wall of the cylinder, a volume of the wall, ie a wall volume, is created in relation to the larger outer radius of the outer wall. A first process gas stream can flow through this wall volume. A second stream of process gas can flow through the interior volume of the cylinder. The inner and outer wall can be made of tungsten, for example. The cylinder can be made of a porous material. In this particularly preferred case, a first stream of process gas can flow through the wall volume formed from the porous material. The porous material can be tungsten. A foil and/or another layer of material can seal the porous wall volume towards the outside and/or in the direction of the inner volume of the cylinder. Such a material layer can be formed from tungsten, preferably from carbides and/or nitrides, in particular from aluminum nitride and/or from silicon carbide and/or tantalum nitride, or can have such a material or several such materials. A second process gas stream can then flow through the interior volume of the porous, cylindrical gas guide body, in particular without materially exchanging with the first process gas stream.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Prozessgasbereitstellungseinrichtung einen ersten und einen zweiten jeweils aus porösem Material gefertigten zylinderförmigen Gasführungskörper auf. Die Gasführungskörper werden jeweils durch einen Prozessgasstrom durchströmt. Dabei wird zwischen einem ersten und einem zweiten Prozessgasstrom unterschieden. Damit ist gemeint, dass der erste und der zweite Prozessgasstrom in der Sprüheinheit durch die Prozessgasbereitstellungseinrichtung unterschiedlich geführt werden können, z.B. räumlich getrennt voneinander und/oder bei unterschiedlicher Temperatur und/oder bei weiteren unterschiedlichen Prozessparame- tern, wie dem Prozessgasdruck. Das Gas kann dabei bereits durch getrennte Einlässe in die Sprüheinheit und dann in die entsprechenden Gasführungskörper geführt werden, insbesondere bei unterschiedlichen Eingangsdrücken. Die Prozessgasbereitstellungseinrichtung kann Einlässe zum Einströmen des Prozessgases aufweisen, welche insbesondere als Gasanschlüsse ausgebildet sind, d.h. z.B. gasdichtend und/oder drucktest. Der erste Prozessgasstrom wird dabei auf mindestens 1500°C aufgeheizt, insbesondere während er durch die Prozessgasbereitstellungseinrichtung transportiert wird. In die Prozessgasbereitstellungseinrichtung wird das Gas über die Einlässe in die Gasführungskörper eingeleitet. In der Prozessgasbereitstellungseinrichtung wird zumindest ein Teil des Prozessgases durch mindestens eine Heizung der Prozessgasbereitstellungseinrichtung erhitzt. Das Beheizen der Gasführungskörper kann dabei durch das Heizen eines Gasführungskörpers und/oder durch das Beheizen der Prozessgasströme im Gasführungskörper erfolgen. In a particularly preferred embodiment, the process gas supply device has a first and a second cylindrical gas guide body, each made of porous material. A process gas stream flows through each of the gas guide bodies. A distinction is made between a first and a second process gas stream. This means that the first and the second process gas stream in the spray unit can be routed differently through the process gas supply device, eg spatially separated from one another and/or at different temperatures and/or with other different process parameters, such as the process gas pressure. The gas can already be fed through separate inlets into the spray unit and then into the corresponding gas guide body, especially with different inlet pressures. The process gas supply device can have inlets for the inflow of the process gas, which are designed in particular as gas connections, ie for example gas-tight and/or pressure-resistant. The first process gas flow is heated to at least 1500° C., in particular while it is being transported through the process gas supply device. The gas is introduced into the process gas supply device via the inlets in the gas guide bodies. At least part of the process gas is heated in the process gas supply device by at least one heater of the process gas supply device. The heating of the gas guide body can take place by heating a gas guide body and/or by heating the process gas streams in the gas guide body.

Durch Heizen des Prozessgasstromes auf mindestens 1500°C wird eine Wärmebarriere zum kälteren Gehäuse der Sprüheinheit und zum heißeren, insbesondere ersten Prozessgasstrom vorteilhaft aufgebaut. Weiter wird ein Kondensieren und/oder eine Nuklea- tion und/oder eine Koagulation der gasförmigen Phase des Festkörpermaterials, beispielsweise zu Partikeln, insbesondre an dem ersten Prozessgasstrom und/oder an Bauteilen der Sprüheinheit und/oder an Gasen, wie z.B. der Raumluft, effizient reduziert. Das Gehäuse der Sprüheinheit und/oder ein Gehäuse der Prozessgasbereitstellungseinrichtung können die Prozessgasbereitstellungseinrichtung räumlich zumindest teilweise umgeben. Damit ist gemeint, dass insbesondere das Beheizen eines Prozessgasstromes und/oder eines Gasführungskörpers durch eine außerhalb des Gehäuses der Sprüheinheit und/oder außerhalb eines Gehäuses der Prozessgasbereitstellungseinrichtung angebrachte Heizung der Prozessgasbereitstellungseinrichtung umgesetzt sein kann. Dabei ist vorteilhaft bewirkt, dass eine Heizung durch einen Luftstrom der Außenluft gekühlt wird. By heating the process gas flow to at least 1500° C., a thermal barrier to the colder housing of the spray unit and to the hotter, in particular first, process gas flow is advantageously built up. Furthermore, condensation and/or nucleation and/or coagulation of the gaseous phase of the solid material, for example to form particles, becomes efficient, in particular on the first process gas flow and/or on components of the spray unit and/or on gases such as the room air reduced. The housing of the spray unit and/or a housing of the process gas supply device can spatially at least partially surround the process gas supply device. This means that in particular the heating of a process gas flow and/or a gas guide body can be implemented by heating the process gas supply device mounted outside the housing of the spray unit and/or outside a housing of the process gas supply device. This has the advantageous effect that a heater is cooled by an air flow from the outside air.

Unter einer Materialabscheideeinrichtung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche den Festkörper so erhitzt, dass dieser zumindest teilweise in die gasförmige Phase übergeht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird durch die Materialabscheideeinrichtung auch das mit der gasförmigen Phase des Festkörpers angereicherte Prozessgas erhitzt. Der Festkörper kann als Pulver vorliegen. Die Materialabscheideeinrichtung weist einen Materialabscheidekörper auf. Die Materialabscheideeinrichtung weist weiter eine Heizung zum Beheizen des Materialabscheidekörpers auf, um den Festkörper durch Erhitzen des Materialabscheidekörpers der Materialabscheideeinrichtung in eine gasförmige Phase umzuwandeln und in dieser Phase dem zweiten Prozessgasstrom zuzuführen. Die Heizung der Materialabscheideeinrichtung kann außerhalb des Gehäuses der Sprüheinheit angeordnet sein. Dabei ist vorteilhaft bewirkt, dass eine Heizung durch einen Luftstrom der Außenluft gekühlt wird. A material separating device is to be understood as meaning a device which heats the solid body in such a way that it is at least partially converted into the gaseous phase. In a particularly preferred embodiment, the process gas enriched with the gaseous phase of the solid is also heated by the material separation device. The solid can be present as a powder. The material separating device has a material separating body. The material separating device also has a heater for heating the material separating body in order to convert the solid body into a gaseous phase by heating the material separating body of the material separating device and to feed it to the second process gas stream in this phase. The heating of the material separation device can be arranged outside the housing of the spray unit. This has the advantageous effect that a heater is cooled by an air flow from the outside air.

Der Materialabscheidekörper kann in einer Ausführungsform als Kapsel und/oder als Hülse ausgebildet sein, insbesondere als metallische Kapsel und/oder Hülse. Besonders bevorzugt ist der Materialabscheidekörper als eine aus Wolfram gebildete zylinderförmige Kapsel und/oder als zylinderförmige Hülse aus Wolfram geformt. Der Materialabscheidekörper ist bevorzugt an die geometrische Form eines Gasführungskörpers der Prozessgasbereitstellungseinrichtung adaptiert. Damit ist gemeint, dass die geometrische Form des Materialabscheidekörpers zumindest teilweise so ausgestaltet ist, dass zur Verbesserung einer Wärmekopplung diese in den Gasführungskörper eingreift. Dazu hat der Materialabscheidekörper besonders bevorzugt eine zylinderförmige Außenhaut, welche in ein zylinderförmiges Innenvolumen eines Gasführungskörpers zumindest abschnittsweise eingeführt werden kann. Eine Heizung der Materialabscheideeinrichtung kann außerhalb des Gehäuses der Sprüheinheit und/oder der Prozessgasbereitstellungseinrichtung angebracht sein. In one embodiment, the material separating body can be designed as a capsule and/or as a sleeve, in particular as a metallic capsule and/or sleeve. The material separating body is particularly preferably formed as a cylindrical capsule made of tungsten and/or as a cylindrical sleeve made of tungsten. The material separating body is preferably adapted to the geometric shape of a gas guide body of the process gas supply device. This means that the geometric shape of the material separating body is designed at least in part in such a way that, in order to improve thermal coupling, it engages in the gas guiding body. For this purpose, the material separating body particularly preferably has a cylindrical outer skin which can be inserted at least in sections into a cylindrical inner volume of a gas guide body. A heater for the material separation device can be fitted outside the housing of the spray unit and/or the process gas supply device.

Der Materialabscheidekörper umfasst je nach Ausführungsform des Materialabscheidekörpers und/oder des Festkörpers diesen zumindest teilweise. Beispielsweise kann der Festkörper als fester Körper, insbesondere als Glasstab oder Glasfaden oder als eine Menge von Glaskügelchen vorliegen, d.h. in der Materialabscheideeinheit angeordnet sein. Bevorzugt wird Glas, insbesondere Quarzglas (SiO2), oder Kalk-Natron-Gläser, oder Alumosilikatgläser, oder Fluoridglas, oder Glaskeramiken, insbesondere Titanoxid und/oder Aluminiumoxid verwendet, dabei können auch Mischungen von Gläsern oder Glaskeramiken und Mischungen aus Gläsern und Glaskeramiken, insbesondere Mischungen der vorherig genannten Gläser und Glaskeramiken. Depending on the embodiment of the material separating body and/or the solid body, the material separating body at least partially encloses the latter. For example, the solid body can be present as a solid body, in particular as a glass rod or glass thread or as a quantity of glass beads, ie it can be arranged in the material separation unit. Glass, in particular quartz glass (SiO2), or soda-lime glasses, or aluminosilicate glasses, or fluoride glass, or glass ceramics, in particular titanium oxide and/or aluminum oxide, is preferably used; mixtures of glasses or Glass ceramics and mixtures of glasses and glass ceramics, in particular mixtures of the aforementioned glasses and glass ceramics.

Dabei ist der Festkörper in dieser Ausführungsform zumindest teilweise, bevorzugt mit einem Endabschnitt in den Materialabscheidekörper eingeschoben. Insbesondere so, dass eine gute Wärmeübertragung zwischen Materialabscheidekörper und Festkörper stattfindet. Der Festkörper kann auch als Pulver oder in Pulverform vorliegen. In dieser Ausführungsform kann das Pulver vollständig in einer beispielsweise als Kapsel ausgebildeten Ausführung des Materialabscheidekörpers beinhaltet sein. In this embodiment, the solid body is at least partially inserted, preferably with an end section, into the material separating body. In particular in such a way that there is good heat transfer between the material separation body and the solid body. The solid can also be present as a powder or in powder form. In this embodiment, the powder can be contained entirely in an embodiment of the material separating body designed, for example, as a capsule.

Der Festkörper kann wieder aufgefüllt werden. In einer Ausführungsform indem beispielsweise die Kapsel ausgetauscht wird. Es kann aber auch das Austauschen bzw. das neue Bestücken eines beispielsweise als Ganzes geformten Festköpers, z.B. des Glasstabs oder des Glasfadens in die Sprüheinheit umgesetzt sein. In einer anderen Ausführungsform kann eine Nachführung des Festkörpers zum Nachschieben beispielsweise des als Glasstab ausgebildeten Festkörpers als Teil der Materialabscheideeinrichtung umgesetzt sein, als eine insbesondere kontinuierliche Nachführung. Dabei kann, beispielsweise kontinuierlich, ein Festkörper in die Materialabscheideeinrichtung, insbesondere den Materialabscheidekörper, eingeführt werden und/oder zumindest teilweise eingeschoben oder in diese eingefüllt sein und von dieser zumindest teilweise umschlossen sein, so dass wenn der Materialabscheidekörper erhitzt wird, sich der Festkörper von seiner festen in eine gasförmige Phase umwandelt. The solid can be refilled. In one embodiment, for example by replacing the capsule. However, it is also possible to exchange or re-equip a solid body, e.g. the glass rod or the glass thread, which is formed as a whole in the spray unit. In another embodiment, a tracking of the solid body for pushing the solid body designed as a glass rod, for example, can be implemented as part of the material separation device, as a particularly continuous tracking. A solid body can be introduced, for example continuously, into the material separating device, in particular the material separating body, and/or at least partially pushed in or filled into it and at least partially surrounded by it, so that when the material separating body is heated, the solid body separates from its solid into a gaseous phase.

Durch Erhitzen des Materialabscheidekörpers der Materialabscheideeinrichtung wird der Festkörper in eine gasförmige Phase umgewandelt. Dabei tritt die gasförmige Phase aus der Materialabscheideeinrichtung, d.h. aus dem Materialabscheidekörper aus, insbesondere in Richtung des Prozessgasstroms. Aufgrund des austretenden Materials wird weiteres Material des Festkörpers insbesondere automatisch und/oder aufgrund der Gravitation in den Materialabscheidekörper transportiert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform vermischt sich die gasförmige Phase mit einem ersten und zweiten Prozessgasstrom und bildet dadurch das angereicherte Prozessgas. In einer weiter bevor- zugten Ausführungsform wird das angereicherte Prozessgas durch die Heizung der Materialabscheideeinrichtung zusätzlich aufgeheizt. The solid body is converted into a gaseous phase by heating the material separating body of the material separating device. The gaseous phase emerges from the material separating device, ie from the material separating body, in particular in the direction of the process gas flow. Due to the escaping material, further material of the solid body is transported into the material separating body, in particular automatically and/or due to gravitation. In a particularly preferred embodiment, the gaseous phase mixes with a first and second process gas stream and thereby forms the enriched process gas. In a further In the preferred embodiment, the enriched process gas is additionally heated by the heating of the material separation device.

Die insbesondre zweiteilige Ausgestaltung der Sprüheinheit in Form einer Materialabscheideeinrichtung und eine Prozessgasbereitstellungseinrichtung hat den vorteilhaften Effekt, dass dem Prozessgasstrom keine zusätzliche Energie, beispielsweise zum Schmelzen eines Festkörperpulvers zugeführt werden muss, weil in den Prozessgasstrom die gasförmige Phase des Festkörpers eintritt. Damit ist es vorteilhaft ausreichend, dem angereicherten Prozessgas nur diejenige Energiemenge zuzuführen, die notwendig ist, eine durch Abkühlung verbundene Kondensation beispielsweise an der Strömungsführung des Gehäuses zu unterbinden. Weiter vorteilhaft ist nur diejenige Energiemenge zuzuführen, die notwendig ist, damit die während des Transports zur Materialoberfläche insbesondere gewachsenen Partikel keine vollständig feste Phase ausbilden, d.h. eine im Wesentlichen flüssige Randschicht bzw. Grenzschicht aufweisen. Dadurch haften die Partikel beim Auftreffen an die Materialoberfläche an dieser an, sowie untereinander. Wäre hingegen die, insbesondere erste Prozessgastemperatur zu niedrig, würde beispielsweise ein hohe Kondensationsrate zu starkem Wachstum der Partikel beitragen und damit die Ausbildung fester Partikelgrenzschichten begünstigen. Folglich wäre die Fähigkeit der Partikel eine Oberfläche auf dem Substrat auszubilden eingeschränkt. The two-part configuration of the spray unit in particular in the form of a material separation device and a process gas supply device has the advantageous effect that no additional energy, for example to melt a solid powder, has to be supplied to the process gas stream, because the gaseous phase of the solid body enters the process gas stream. It is thus advantageously sufficient to supply the enriched process gas with only that amount of energy which is necessary to prevent condensation associated with cooling, for example on the flow guide of the housing. It is also advantageous to supply only that amount of energy that is necessary so that the particles, which have grown in particular during transport to the material surface, do not form a completely solid phase, i.e. have an essentially liquid surface layer or boundary layer. As a result, the particles adhere to the material surface when they hit it, as well as to each other. On the other hand, if the process gas temperature, in particular the first one, were too low, a high condensation rate, for example, would contribute to strong growth of the particles and thus promote the formation of solid particle boundary layers. Consequently, the ability of the particles to form a surface on the substrate would be limited.

Liegen die geeigneten Gastemperaturen von insbesondere größer 1500°C des Prozessgasstroms der Prozessgasbereitstellungseinrichtung vor, muss die Temperatur des Prozessgasstroms, welcher in Richtung der Substratoberfläche transportiert wird, diese Temperatur im Wesentlichen halten bzw. nicht wesentlich darüber liegen, z.B. bei T < 2000°C, oder bei T < 2500°C, oder bei T < 3000°C. Folglich ist auch die Temperatur des Prozessgases, welches die Oberfläche des Substrates trifft, geringer. Dies begünstigt die Beschichtung wärmeempfindlicher Oberflächen. If the suitable gas temperatures of in particular greater than 1500°C of the process gas flow of the process gas supply device are present, the temperature of the process gas flow, which is transported in the direction of the substrate surface, must essentially maintain this temperature or not be significantly higher, e.g. at T < 2000°C, or at T < 2500°C, or at T < 3000°C. Consequently, the temperature of the process gas that hits the surface of the substrate is also lower. This favors the coating of heat-sensitive surfaces.

Die Temperatur des angereicherten Prozessgases, welches in Richtung der Substratoberfläche durch die Strömungsführung transportiert wird, muss so hoch sein, dass die während des Transports zur Oberfläche anwachsenden und/oder neugebildeten Partikel, eine angeschmolzene, insbesondere annähernd flüssige und/oder flüssigkeitsartige Oberfläche aufweisen, d.h. die Partikeloberflächen sind beim Auftreffen auf die Substratoberfläche im Wesentlichen ineinander verformbar, d.h. können miteinander verschmelzen, d.h. besitzen die Fähigkeit, sich miteinander und/oder aneinander zu größeren Partikelflächen zusammen zu schließen, d.h. zu koagulieren, d.h. die Partikel können zumindest teilweise eine insbesondere abschnittsweise gemeinsame Fläche auf der Oberfläche des Substrats ausbilden. Die ausgebildeten Oberflächen können in mehreren Sprühprozessen miteinander durch Ausbilden weitere Oberflächen verbunden werden. The temperature of the enriched process gas, which is transported in the direction of the substrate surface through the flow guide, must be so high that the particles growing and/or newly formed during transport to the surface, have a melted, in particular approximately liquid and/or liquid-like surface, i.e. the particle surfaces can essentially be deformed into one another when they hit the substrate surface, i.e. can fuse with one another, i.e. have the ability to join with one another and/or one another to form larger particle surfaces, ie to coagulate, ie the particles can at least partially form a common area, in particular in sections, on the surface of the substrate. The surfaces formed can be connected to one another in a number of spraying processes by forming further surfaces.

Das Bereitstellen einer Materialabscheideeinrichtung und einer Prozessgasbereitstellungseinrichtung der Sprüheinheit, bedeutet ferner vorteilhaft, dass der Heizprozess zum Bereitstellen einer geeigneten Prozessgastemperatur nach unterschiedlichen technischen Prinzipien in einer derjeweiligen Einrichtungen umgesetzt sein kann. The provision of a material separation device and a process gas provision device of the spray unit also advantageously means that the heating process for providing a suitable process gas temperature can be implemented according to different technical principles in one of the respective devices.

Dabei kann das technische Prinzip auf dem direkten Heizen des Prozessgasstromes der Prozessgasbereitstellungseinrichtung, beispielsweise durch induktives Heizen des Prozessgasstroms basieren. Alternativ kann das Heizen des Prozessgasstromes in der der Prozessgasbereitstellungseinrichtung auch indirekt erfolgen. Dabei kann ein Material der Prozessgasbereitstellungseinrichtung beheizt werden, welches die Wärme dann an den Prozessgasstrom abgibt. Z.B. durch ohmsches und oder durch optisches, z.B. Laser Heizen und/oder durch induktives Heizen des Materials der Prozessgasbereitstellungseinrichtung, bevorzugt durch Heizen des Materials der Gasführungskörper der Prozessgasbereitstellungseinrichtung. Kombinationen der angesprochenen Technologien sind ebenfalls denkbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die optische Wellenlänge dabei so gewählt, dass diese maximal in dem Material der Gasführungskörper der Prozessgasbereitstellungseinrichtung absorbiert wird und diese erhitzt. The technical principle can be based on the direct heating of the process gas flow of the process gas supply device, for example by inductive heating of the process gas flow. Alternatively, the process gas stream can also be heated indirectly in the process gas supply device. In this case, a material of the process gas supply device can be heated, which then gives off the heat to the process gas stream. E.g. by ohmic and/or by optical heating, e.g. laser, and/or by inductive heating of the material of the process gas supply device, preferably by heating the material of the gas guiding body of the process gas supply device. Combinations of the technologies mentioned are also conceivable. In a preferred embodiment, the optical wavelength is selected in such a way that it is maximally absorbed in the material of the gas guide body of the process gas supply device and heats it.

Das technische Prinzip des Heizens der Materialabscheideeinrichtung kann in einer Ausführungsform auf dem direkten Heizen des Materials des Materialabscheidekörpers basieren. Beispielsweise bevorzugt durch induktives Heizen eines zumindest teilweise metallischen Materialabscheidekörpers. Alternativ kann der Materialabscheidekörper durch eine Heizung der Materialabscheideeinrichtung indirekt, beispielsweise durch optisches Heizen mittels Laser und/oder ohmsches Heizen des Materials des Gasführungskörpers erhitzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine weitere Heizung der Materialabscheideeinrichtung vorgesehen, dies kann insbesondere auch zum direkten Heizen des angereicherten Prozessgases zumindest teilweise dienen. Diese kann induktiv und/oder auch kapazitiv arbeiten. Kombinationen der angesprochenen Technologien sind ebenfalls denkbar. In one embodiment, the technical principle of heating the material separation device can be based on the direct heating of the material of the material separation body. For example, preferably by inductive heating of an at least partially metallic material separating body. Alternatively, the Materialabscheidekörper by heating the Materialabscheideeinrichtung indirectly, for example by optical Heating by laser and / or ohmic heating of the material of the gas guide body are heated. In a particularly preferred embodiment, a further heating of the material separation device is provided, which can in particular also be used at least partially for direct heating of the enriched process gas. This can work inductively and/or also capacitively. Combinations of the technologies mentioned are also conceivable.

Vorteilhaft ist die Heizung der Materialabscheideeinrichtung so ausgestaltet, den Materialabscheidekörper direkt, den zweiten Prozessgasstrom direkt als auch das angereicherte Prozessgas direkt zu beheizen. Dies ist kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform durch rotationssymmetrische Anordnung von Materialabscheidekörper und zweiten Gasführungskörper zueinander erfolgen. The heating of the material separating device is advantageously designed in such a way that the material separating body is heated directly, the second process gas stream directly and the enriched process gas directly. In a particularly preferred embodiment, this can be done by means of a rotationally symmetrical arrangement of the material separator body and the second gas guide body in relation to one another.

Eine induktive und/oder optische Heizung kann dabei vorteilhaft an die Prozessgasbereitstellungseinrichtung oder an die Materialabscheideeinrichtung angepasst sein. Damit ist beispielsweise gemeint, dass eine Heizung auf Betriebsparameter der Prozessgasbereitstellungseinrichtung oder der Materialabscheideeinrichtung optimal angepasst ist. Beispielsweise durch Verwendung einer bestimmten elektrischen Frequenz und/oder Wellenlänge, welche das Material der Prozessgasbereitstellungseinrichtung effizient, d.h. unter Verwendung einer für dieses Material und/oder den Aufbau der Prozessgasbereitstellungseinrichtung geringstmöglichen elektrischen Leistung erhitzt, insbesondere basierend auf elektrischer Induktion und/oder optischer Absorption. Weiter kann die Materialabscheideeinrichtung eine insbesondere induktive Heizung aufweisen, welche an die Abscheidung des Festkörpers in dessen gasförmige Phase angepasst ist. Beispielsweise kann eine induktive Heizung des Materialabscheidekörpers in einem Frequenzbereich arbeiten, welcher das Material des Materialabscheidekörpers ideal aufwärmt und gleichzeitig das mit der gasförmigen Phase des Festköpers angereicherte Prozessgas schnell aufheizt. D.h. in einem Frequenzbereich und einer elektrischen Leistung betrieben sein, die ein Aufheizen des Materials als auch des Prozessgases ermöglicht. In einer Ausführungsform ist dabei insbesondere die Dicke einer als Hülse ausgebildeten Materialabscheidekörpers so bestimmt, dass die Eindringtiefe der elektromagnetischen Welle daran angepasst ist, d.h. die Welle tief in das Material des Materialabscheidekörpers eindringt. Die Hülse kann aus Wolfram gefertigt sein, Die Hülse kann eine Beschichtung aus Aluminiumnitrid aufweisen. Die Hülse kann aus Wolfram gefertigt sein und eine Beschichtung aus vorzugsweise Aluminiumnitrid aufweisen. Statt Aluminiumnitrid kann eines der folgenden Materialien gewählt werden: Eine derartige Materialschicht kann aus Wolfram gebildet sein, vorzugsweise aus Carbiden und/oder Nitriden, insbesondere aus Aluminiumnitrid und/oder Siliziumcarbid und/oder Tantalnitrid, oder ein solches Material oder mehrere solche Materialien aufweisen. An inductive and/or optical heating can advantageously be adapted to the process gas supply device or to the material separation device. This means, for example, that a heater is optimally adapted to the operating parameters of the process gas supply device or the material separation device. For example, by using a specific electrical frequency and/or wavelength, which efficiently heats the material of the process gas supply device, ie using the lowest possible electrical power for this material and/or the structure of the process gas supply device, in particular based on electrical induction and/or optical absorption. Furthermore, the material separation device can have in particular inductive heating, which is adapted to the separation of the solid in its gaseous phase. For example, an inductive heating of the material separating body can work in a frequency range which ideally heats up the material of the material separating body and at the same time quickly heats up the process gas enriched with the gaseous phase of the solid. This means that it must be operated in a frequency range and with an electrical output that allows the material and the process gas to be heated. In one embodiment, the thickness of a material separating body designed as a sleeve is determined in such a way that the penetration depth of the electromagnetic wave is adapted to it, ie the wave penetrates deep into the material of the material separating body. The sleeve can be made of tungsten. The sleeve can have a coating of aluminum nitride. The sleeve can be made of tungsten and have a coating of preferably aluminum nitride. One of the following materials can be selected instead of aluminum nitride: Such a material layer can be formed from tungsten, preferably from carbides and/or nitrides, in particular from aluminum nitride and/or silicon carbide and/or tantalum nitride, or can have such a material or several such materials.

Unter einer Strömungsführung kann eine Innenfläche des Gehäuses zu verstehen sein. Alternativ kann auch eine an das Gehäuse anschraubbare Fläche gemeint sein. Die Fläche muss in diesem Fall an die Temperaturen des ausströmenden Prozessgasstroms angepasst sein, d.h. darf sich nicht verformen oder unter den Temperaturen abbauen, bzw. zersetzen. Die Strömungsführung kann auch die Form einer Düse haben, um den Prozessgasstrom beispielsweise zusätzlich zu beschleunigen. Die Strömungsführung kann auch demontierbar und/oder schwenkbar an der Sprüheinheit befestigt sein. Die Strömungsführung führt das Prozessgas mit den darin enthaltenen Partikeln des Festkörpers in Richtung der Oberfläche des Substrats. A flow guide can be understood to mean an inner surface of the housing. Alternatively, a surface that can be screwed onto the housing can also be meant. In this case, the surface must be adapted to the temperatures of the outflowing process gas stream, i.e. it must not deform or degrade or decompose under the temperatures. The flow guide can also be in the form of a nozzle, in order to additionally accelerate the process gas flow, for example. The flow guide can also be attached to the spray unit so that it can be removed and/or pivoted. The flow guide guides the process gas with the particles of the solid contained therein in the direction of the surface of the substrate.

Unter der gasförmigen Phase des Festkörpers kann auch ein Aerosol zu verstehen sein und/oder das abgedampfte Festkörpermaterial in der Gasphase, beispielsweise in Form von Partikeln und/oder koagulierten Partikeln und/oder nukleierten Partikeln und/oder ionisierten Partikeln und/oder Kombinationen davon. Unter einem Aerosol ist eine Suspension feiner fester Partikel oder Flüssigkeitströpfchen in einem Gas zu verstehen. Die flüssigen oder festen Partikel haben Durchmesser von typischerweise weniger als 1 pm. Die Partikel können auch teilweise flüssig und fest sein, z.B. eine flüssige oder weiche Oberfläche und einen festen Kem aufweisen. Der Zustand der Partikel in dieser gasförmigen Phase oder die gasförmige Phase an sich, kann sich ändern aufgrund unterschiedlicher Prozesse, wie Koagulation, d.h. eine teilweise Anlagerung von Partikeln aneinander, Nukleation, lonenbindung oder chemischer Bindung, was zu einem Partikelwachstum führt. Der angereicherte Prozessgasstrom weist diese gasförmige Phase des Festkörpers auf. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wir ein Verfahren gemäß Anspruch 15 wie folgt bereitgestellt. The gaseous phase of the solid can also mean an aerosol and/or the evaporated solid material in the gas phase, for example in the form of particles and/or coagulated particles and/or nucleated particles and/or ionized particles and/or combinations thereof. An aerosol is a suspension of fine solid particles or liquid droplets in a gas. The liquid or solid particles typically have diameters of less than 1 μm. The particles can also be partly liquid and solid, eg have a liquid or soft surface and a solid core. The state of the particles in this gaseous phase, or the gaseous phase itself, can change due to different processes such as coagulation, ie a partial attachment of particles to one another, nucleation, ionic bonding or chemical bonding leading to particle growth. The enriched process gas stream has this gaseous phase of the solid. According to a second aspect of the invention there is provided a method according to claim 15 as follows.

Verfahren zum Aufsprühen eines aus einem Festkörper gewonnenen Materials auf eine insbesondere wärmeempfindliche Materialoberfläche mittels Sprühprozess unter Atmosphärendruck, aufweisend die Schritte: Method for spraying a material obtained from a solid onto a material surface, in particular a heat-sensitive material, by means of a spraying process under atmospheric pressure, comprising the steps:

Erhitzen eines ersten Gasführungskörpers um einen ersten Prozessgasstrom von mindestens 1500°C bereitzustellen, heating a first gas guide body to provide a first process gas stream of at least 1500°C,

Erhitzen eines Materialabscheidekörpers einer Materialabscheideeinrichtung, um unter Atmosphärendruck den Festkörper in eine gasförmige Phase umzuwandeln und in dieser Phase Prozessgasstrom zuzuführen; Heating a material separating body of a material separating device in order to convert the solid body into a gaseous phase under atmospheric pressure and to supply a process gas stream in this phase;

Führen eines mit dieser Phase angereicherten Prozessgases in Richtung der zu besprühenden Materialoberfläche, um die Materialoberfläche mit dem aufzusprühenden Material zu besprühen. Conducting a process gas enriched with this phase in the direction of the material surface to be sprayed in order to spray the material surface with the material to be sprayed on.

Weitere Aspekte der erfindungsgemäßen Verfahrens können der Beschreibung des erfindungsgemäßen Sprühkopfs, sowie dessen optionalen Ausgestaltungsformen, Funktionen und möglichen Verwendungsweisen entnommen werden, die in dieser Anmeldung beschrieben und beansprucht sind. Further aspects of the method according to the invention can be found in the description of the spray head according to the invention, as well as its optional configurations, functions and possible uses, which are described and claimed in this application.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ein erster Gasführungskörper zumindest teilweise aus porösem Material, insbesondere aus Wolfram (W) geformt sein. Dabei wird das poröse Material von einem ersten Prozessgasstrom durchströmt. Dadurch kann beispielsweise eine induktiv arbeitende Heizung das Material des Gasführungskörpers erwärmen. Die Porosität vergrößert die Kontaktfläche effizient, so dass der erste Prozessgasstrom effizient, d.h. in beispielsweise kurzer Zeit auf die gewünschte Temperatur erhitzt werden kann. Durch das poröse Material erhöht sich die Kontaktfläche zwischen Gasführungskörper und erstem Prozessgasstrom, so dass sich die zum Heizen benötigte Energie vorteilhaft reduziert. Der Gasführungskörper kann eine abdichtende Beschich- tung aus bevorzugt Aluminiumnitrid und/oder aus Wolfram aufweisen. Statt Aluminiumnitrid kann eines der folgenden Materialien gewählt werden: Eine derartige Materialschicht kann aus Wolfram gebildet sein, vorzugsweise aus Carbiden und/oder Nitri-den, insbesondere aus Aluminiumnitrid und/oder Siliziumcarbid und/oder Tantalnitrid, oder ein solches Material oder mehrere solche Materialien aufweisen. According to one embodiment of the invention, a first gas guide body can be formed at least partially from porous material, in particular from tungsten (W). A first stream of process gas flows through the porous material. As a result, for example, an inductive heater can heat the material of the gas guide body. The porosity increases the contact area efficiently, so that the first process gas stream can be heated to the desired temperature efficiently, ie in a short time, for example. The porous material increases the contact surface between the gas guide body and the first process gas stream, so that the energy required for heating is advantageously reduced. The gas guide body can have a sealing coating preferably have aluminum nitride and/or tungsten. One of the following materials can be selected instead of aluminum nitride: Such a material layer can be formed from tungsten, preferably from carbides and/or nitrides, in particular from aluminum nitride and/or silicon carbide and/or tantalum nitride, or can have such a material or several such materials .

Alternativ kann der erste Gasführungskörper auch ohne ein poröses Gasführungsvolumen ausgestaltet sein, beispielsweise in Form eines doppelwandigen Körpers, welcher insbesondere zum Zwecke einer induktiven Beheizung eine Wolfram Beschichtung aufweisen kann. Das durch die Doppelwandung ausgebildete Volumen wird von dem Prozessgasstrom durchströmt. Alternativ kann der erste Gasführungskörper auch optisch geheizt werden. Insbesondere durch einen Laser einer bestimmten Wellenlänge, welche die Absorption der Laserenergie im Material des Gasführungskörpers begünstigt. Alternatively, the first gas guide body can also be designed without a porous gas guide volume, for example in the form of a double-walled body, which can have a tungsten coating, in particular for the purpose of inductive heating. The process gas stream flows through the volume formed by the double wall. Alternatively, the first gas guide body can also be heated optically. In particular by a laser of a certain wavelength, which promotes the absorption of the laser energy in the material of the gas guide body.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Gasführungskörper mit einer Folie, insbesondere mit einer W-Folie, ummantelt sein und/oder mit einer Schicht, insbesondere mit einer W-Schicht und/oder mit einer Aluminiumnitrid Schicht zusätzlich beschichtet sein, bzw. umspritzt sein. In Kombination mit einem porösem Gasführungskörper dient die W-Folie und/oder die W-Spritzschicht dazu, den Gasführungskörpers abzudichten, insbesondere seitlich abzudichten, damit der Gasstrom innerhalb des Gas- führungskörpers geführt verläuft. Eine Aluminiumnitrid Schicht verhindert ein Oxidieren insbesondere ein Oxidieren einer Wolframschicht, wodurch die Wolframschicht abgebaut werden könnte. D.h. eine Beschichtungsschicht, insbesondere eine Aluminiumnitrid Schicht kann in einer Ausführungsform den Gasführungskörper vor chemischer Zersetzung schützen. Statt Aluminiumnitrid kann eines der folgenden Materialien gewählt werden: Eine derartige Materialschicht kann aus Wolfram gebildet sein, vorzugsweise aus Carbiden und/oder Nitri-den, insbesondere aus Aluminiumnitrid und/oder Siliziumcarbid und/oder Tantalnitrid, oder ein solches Material oder mehrere solche Materialien aufweisen. Alternativ kann die W-Folie und/oder die W-Spritzschicht bei Abwesenheit eines porösen Gasführungskörpers dazu dienen, eine insbesondere induktive und/oder optische Heizleistung in den Gasführungskörper einzukoppeln. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Prozessgasbereitstellungseinrichtung eine erste Prozessgasheizung zum Erhitzen des ersten Gasführungskörpers aufweisen. Die erste Prozessgasheizung kann dabei induktiv und/oder optisch und/oder ohmsch betrieben werden. Das Bereitstellen einer ersten Prozessgasheizung bietet den Vorteil einen ersten Prozessgasstrom auf eine individuelle, insbesondere auf eine der gasförmigen Phase des Festkörpers angepasst Temperatur zu erhitzen. Damit kann vorteilhaft Kondensation der gasförmigen Phase am ersten Prozessgasstrom reduziert und/oder verhindert werden. According to a further embodiment of the invention, the gas guide body can be encased with a foil, in particular with a W foil, and/or additionally coated with a layer, in particular with a W layer and/or with an aluminum nitride layer, or overmolded . In combination with a porous gas guide body, the W foil and/or the W sprayed layer serves to seal the gas guide body, in particular to seal it laterally, so that the gas flow is guided within the gas guide body. An aluminum nitride layer prevents oxidation, in particular oxidation of a tungsten layer, as a result of which the tungsten layer could be degraded. In one embodiment, a coating layer, in particular an aluminum nitride layer, can protect the gas guide body from chemical decomposition. One of the following materials can be selected instead of aluminum nitride: Such a material layer can be formed from tungsten, preferably from carbides and/or nitrides, in particular from aluminum nitride and/or silicon carbide and/or tantalum nitride, or can have such a material or several such materials . Alternatively, in the absence of a porous gas guide body, the W foil and/or the W sprayed layer can serve to couple an in particular inductive and/or optical heating output into the gas guide body. According to a further embodiment of the invention, the process gas supply device can have a first process gas heater for heating the first gas guide body. The first process gas heater can be operated inductively and/or optically and/or ohmically. The provision of a first process gas heater offers the advantage of heating a first process gas stream to an individual temperature, in particular one that is adapted to the gaseous phase of the solid body. This can advantageously reduce and/or prevent condensation of the gaseous phase on the first process gas stream.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, kann die Prozessgasheizung der Prozessgasbereitstellungseinrichtung induktiv arbeiten, insbesondere in einem Bereich von 250 - 950 KHz, oder bevorzugt 450 - 850 KHz, oder besonders bevorzugt 650 bis 850 KHz arbeiten. Es ist auch möglich und bevorzugt die Prozessgasheizung im Frequenzbereich 250 KHz bis 4 MHz, vorzugsweise von 500 kHz bis 3 MHz, vorzugsweise von 800 kHz bis 3 MHz, weiter vorzugsweise von 800 kHz bis 2,8 MHz zu betrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine erste und/oder eine zweite Prozessgasheizung in dem Bereich von 250KHz bis 4 MHz, vorzugsweise von 500KHz bis 3 MHz, weiter vorzugsweise von 800 kHz bis 2,8MHz betrieben werden. Vorteilhaft kann der Gasführungskörper damit sehr effizient, d.h. durch geringen Energieaufwand geheizt werden, da die induktive Erwärmung ein unmittelbares Erwärmungsverfahren darstellt, d.h. die Wärme im Werkstück selbst entsteht und nicht etwa über die Oberfläche von außen durch Wärmeleitung, Konvektion oder Strahlung zugeführt wird. Soll der Gasführungskörper durchgreifend erwärmt werden, beispielsweise um das darin transportiere erste Prozessgas zu erhitzen, ist eine entsprechend niedrigere Frequenz zweckmäßig. Für eine durchgreifende Erwärmung erhält man in kürzester Zeit eine gleichmäßige Temperaturverteilung über den Querschnitt, wenn der, insbesondere zylindrische Werkstückdurchmesser des Gasführungskörpers, etwa 3,5-mal größer als das Eindringmaß ist. Diese Verhältnisse ergeben sich aus einem Kompromiss zwischen direkter gleichmäßiger Erwärmung über den Querschnitt bei entsprechend niedrigerer Frequenz und zunehmendem elektrischen Wrkungsgrad bei höherer Frequenz. Ein dabei verwendeter Induktor besteht im Allgemeinen aus einem insbesondere wassergekühlten Kupferleiter, der in seiner Form an die Geometrie des Werkstücks, d.h. des Gasführungskörpers und der Erwärmungsaufgabe angepasst ist. Der Induktor kann eine zylindrische oder flache Spule sein, aber auch linien- oder haarnadelförmige Spulenformen können alternativ eingesetzt werden. Zusätzlich können mitunter Elemente zur Führung des magnetischen Feldes, z. B. Blechpakete, Ferritkerne oder Magnetflusskonzentratoren, erforderlich sein, um die Effizienz der Erwärmung weiter vorteilhaft zu steigern. Damit ergibt sich eine insgesamt unmittelbare, schnelle Erwärmung des Einsatzmaterials, d.h. des Gasführungskörpers und damit des Prozessgases, insbesondere des aus W geformten porösen Gas- führungskörpers, bei einem geringen Platzbedarf, d.h. einer kompakten Bauform der Sprüheinheit. According to a further aspect of the invention, the process gas heating of the process gas supply device can work inductively, in particular in a range of 250-950 KHz, or preferably 450-850 KHz, or particularly preferably 650 to 850 KHz. It is also possible and preferable to operate the process gas heater in the frequency range from 250 kHz to 4 MHz, preferably from 500 kHz to 3 MHz, preferably from 800 kHz to 3 MHz, more preferably from 800 kHz to 2.8 MHz. In a preferred embodiment, a first and/or a second process gas heater can be operated in the range from 250 kHz to 4 MHz, preferably from 500 kHz to 3 MHz, more preferably from 800 kHz to 2.8 MHz. Advantageously, the gas guide body can thus be heated very efficiently, ie with little energy consumption, since inductive heating is a direct heating process, ie the heat is generated in the workpiece itself and is not supplied via the surface from the outside by thermal conduction, convection or radiation. If the gas guide body is to be thoroughly heated, for example in order to heat the first process gas transported therein, a correspondingly lower frequency is expedient. For thorough heating, an even temperature distribution across the cross section is obtained in the shortest possible time if the workpiece diameter, in particular the cylindrical diameter of the gas guide body, is approximately 3.5 times larger than the penetration dimension. These ratios result from a compromise between direct, uniform heating across the cross-section at a correspondingly lower frequency and increasing electrical efficiency at higher frequencies. An inductor used in this case consists generally of a particularly water-cooled copper conductor, the shape of which is adapted to the geometry of the workpiece, ie the gas guide body and adapted to the heating task. The inductor can be a cylindrical or flat coil, but line or hairpin coil shapes can alternatively be used. In addition, elements for guiding the magnetic field, e.g. B. laminated cores, ferrite cores or magnetic flux concentrators may be required to further advantageously increase the efficiency of the heating. This results in an overall immediate, rapid heating of the input material, ie the gas guide body and thus the process gas, in particular the porous gas guide body formed from W, with a small space requirement, ie a compact design of the spray unit.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, weist die Materialabscheideeinrichtung eine Prozessgasheizung zum Erhitzen des Materialabscheidekörpers und/oder des angereicherten Prozessgases auf. Die Prozessgasheizung ist dabei besonders bevorzugt eine elektrisch induktive Heizung. Damit kann die zweite Heizung zum einen den Materialabscheidekörper der Materialabscheideeinrichtung induktiv beheizen, so dass der Festkörper in die gasförmige Phase übergeht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, kann damit auch das mit der gasförmigen Phase angereicherte Prozessgas zweier Prozessgasströme unterschiedlicher Temperaturen erhitzt werden. Daher weist bei Verwendung einer induktiven zweiten Prozessgasheizung der Materialabscheidekör- per zumindest teilweise eine metallische Beschichtung und/oder metallische Bauelemente auf, oder ist vorteilhaft aus metallischen Komponenten oder aus Metall gefertigt, um eine elektrisch induktive Erwärmung zu ermöglichen. According to a further aspect of the invention, the material separating device has a process gas heater for heating the material separating body and/or the enriched process gas. The process gas heater is particularly preferably an electrically inductive heater. The second heater can thus inductively heat the material separating body of the material separating device, so that the solid body changes into the gaseous phase. In a particularly preferred embodiment, the process gas enriched with the gaseous phase of two process gas streams at different temperatures can also be heated in this way. Therefore, when using an inductive second process gas heater, the material separator body at least partially has a metallic coating and/or metallic components, or is advantageously made of metallic components or of metal in order to enable electrically inductive heating.

Alternativ kann die zweite Prozessgasheizung darüber hinaus, insbesondere als eine weitere Heizungseinheit der Materialabscheideeinrichtung mittels kapazitiver Technologie betrieben werden. In diesem Fall ist eine Erwärmung des Prozessgases durch Anlegen eines zusätzlichen elektrischen hochfrequenten Spannungsfeldes, vorteilhaft eines elektrischen Wechselfeldes zum Erhitzen und/oder in Kombination mit einem elektrischen DC Feld zwischen Substrat und Sprüheinheit, ebenso zum Transport des Prozessgases in Richtung der zu beschichten Oberfläche dienen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, kann die zweite Prozessgasheizung induktiv und in einem Bereich von 1 - 8 MHz, bevorzugt 2 - 5 MHz, besonders bevorzugt 2 - 3 MHz, betrieben werden. Alternatively, the second process gas heater can also be operated, in particular as a further heating unit of the material separation device, using capacitive technology. In this case, the process gas is heated by applying an additional electrical high-frequency voltage field, advantageously an alternating electrical field for heating and/or in combination with an electrical DC field between the substrate and spray unit, also to transport the process gas in the direction of the surface to be coated. According to a further aspect of the invention, the second process gas heater can be operated inductively and in a range of 1-8 MHz, preferably 2-5 MHz, particularly preferably 2-3 MHz.

Durch induktives Heizen ergibt sich eine Stromdichteverteilung im Werkstück, d.h. in dem Materialabscheidekörper, die von einem Maximalwert an der Oberfläche zum Werkstückinneren hin abnimmt. Diese charakteristische Stromdichteverteilung wird von der elektrischen Leitfähigkeit K und der magnetischen Permeabilität p des Werkstücks sowie insbesondere von der Frequenz f bestimmt und quantitativ durch das elektromagnetische Eindringmaß ö beschrieben: Inductive heating results in a current density distribution in the workpiece, ie in the material separating body, which decreases from a maximum value on the surface towards the interior of the workpiece. This characteristic current density distribution is determined by the electrical conductivity K and the magnetic permeability p of the workpiece and in particular by the frequency f and is described quantitatively by the electromagnetic penetration ö:

Das elektromagnetische Eindringmaß, auch Stromeindringtiefe genannt, ist die Schlüsselgröße für die induktive Erwärmung. Im Bereich der Stromeindringtiefe werden 86 % der gesamten induzierten Energie in Wärme umgesetzt. Nur die restlichen 14 % der gesamten induzierten Energie werden von den tiefer gelegenen Schichten des leitenden Körpers absorbiert. Da das Eindringmaß unmittelbar von der Frequenz abhängt, kann also mit der Frequenz des Spulenstroms die Dicke der direkt erwärmten Randschicht gezielt eingestellt werden. Dabei kann die Frequenz vorteilhaft so eingestellt werden, dass die Erwärmung im Wesentlichen am Übergangsbereich zwischen Materialabscheidekörper und ersten und/oder zweitem Prozessgasstrom entsteht, so dass ein Abdampfprozess des Festkörpers in den gasförmigen Zustand idealerweise in diesem Bereich unterstützt wird. Es ist also kein zusätzlicher Wärmeeintrag notwendig, um Wärmeleitprozesse über einen größeren Bereich des Materialabscheidekörpers zu kompensieren. The electromagnetic penetration, also known as current penetration depth, is the key variable for inductive heating. In the area of the current penetration depth, 86% of the total induced energy is converted into heat. Only the remaining 14% of the total induced energy is absorbed by the deeper layers of the conducting body. Since the degree of penetration is directly dependent on the frequency, the thickness of the directly heated surface layer can be adjusted with the frequency of the coil current. The frequency can advantageously be adjusted so that the heating essentially occurs in the transition area between the material separation body and the first and/or second process gas stream, so that an evaporation process of the solid body into the gaseous state is ideally supported in this area. No additional heat input is therefore necessary in order to compensate for heat conduction processes over a larger area of the material separating body.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann ein Endabschnitt des Festkörpers in den Materialabscheidekörper eingeschoben sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Festkörper beispielsweise als Stab, insbesondere als Glasstab und oder als Glasfaden und oder aus einer Vielzahl von Glasfäden geformt ist. Dabei wird ein Endbereich des Stabes in den Materialabscheidekörper insbesondere beweglich eingeschoben, so dass wenn sich das Volumen des eingeschobenen Endbereichs durch Übergang in die gasförmige Phase verringert, die weiteren Bereiche des Stabes insbesondere durch Gravitation und/oder durch eine Nachführeinrichtung in den Materialabscheidekörper insbesondere automatisch nachgeschoben werden. Damit wird vorteilhaft sichergestellt, dass kontinuierlich Material zum Besprühen der Substratoberfläche zur Verfügung steht. According to a further embodiment of the invention, an end section of the solid body can be pushed into the material separating body. This is particularly advantageous when the solid body is formed, for example, as a rod, in particular as a glass rod and/or as a glass thread and/or from a large number of glass threads. In this case, an end area of the rod is pushed into the material separating body, in particular in a moveable manner, so that when the volume of the pushed-in end area expands Transition into the gaseous phase is reduced, the other areas of the rod are in particular pushed up automatically, in particular by gravitation and/or by a tracking device in the material separating body. This advantageously ensures that material is continuously available for spraying the substrate surface.

Die Materialabscheideeinrichtung kann als Hülse, insbesondere als Metallhülse, insbesondere als Wolframhülse, geformt sein. The material separation device can be formed as a sleeve, in particular as a metal sleeve, in particular as a tungsten sleeve.

Der in den Materialabscheidekörper eingeschobene, eingeführte oder in einer anderen Form, z.B. als Pulver oder als Partikel darin zumindest teilweise vorhandene Festkörper kann den Materialabscheidekörper insbesondere flächig berühren, so dass sich eine möglichst große Kontaktfläche zwischen dem Materialabscheidekörper und dem umzuwandelnden Material des Festkörpers ergibt, damit eine effiziente Wärmeübertragung vom Materialabscheidekörper zum Material des Festkörpers stattfindet. Zu diesem Zweck kann der Festkörper und der Materialabscheidekörper eine zueinander komplementäre innen bzw. außen Geometrie aufweisen, was die Ausbildung einer gemeinsamen Kontaktfläche begünstigt. The solid that is pushed into or introduced into the material separating body or that is at least partially present in another form, e.g. as a powder or as particles, can touch the material separating body, in particular over a large area, so that the largest possible contact surface results between the material separating body and the material of the solid body to be converted, so that efficient heat transfer from the material separation body to the material of the solid takes place. For this purpose, the solid body and the material separating body can have a geometry that is complementary to one another on the inside and outside, which promotes the formation of a common contact surface.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann der Materialabscheidekör- per Austrittsöffnungen aufweisen, zum Austritt der gasförmigen Phase des Festkörpers aus der Materialabscheideeinrichtung in den Prozessgasstrom. Die Austrittsöffnungen können seitlich an einem Endabschnitt des Materialabscheidekörpers angeordnet sein. Wobei der Endabschnitt zumindest teilweise durch denjenigen Bereich gebildet wird, der von Prozessgasstrom umströmt wird. Die Austrittsöffnungen sind bevorzugt schlitzförmig, insbesondere kreisförmig und/oder gitterförmig ausgebildet. Weiter vorteilhaft sind die Austrittsöffnungen gleichmäßig auf, insbesondere einer Außenfläche des Materialabscheidekörpers verteilt, so dass eine räumlich gleichmäßige Austrittsmenge in den zweiten Prozessgasstrom erzielt wird. Weiter vorteilhaft können die Austrittsöffnungen gleichmäßig, insbesondere um einen zylinderförmigen Endabschnitt des Materialabscheidekörpers angeordnet sein. Die Anzahl der Austrittsöffnungen ist dabei so eingerichtet, dass eine Materialaustrittsrate erzielt wird, bei welcher das im Wesentlichen ge- samte aus den Austrittsöffnungen austretende Material in die gasförmige Phase übergeht. According to a further embodiment of the invention, the material separating body can have outlet openings for the exit of the gaseous phase of the solid body from the material separating device into the process gas stream. The outlet openings can be arranged laterally on an end section of the material separating body. The end section is formed at least partially by that area around which the process gas flow flows. The outlet openings are preferably slit-shaped, in particular circular and/or grid-shaped. The outlet openings are also advantageously distributed uniformly, in particular on an outer surface, of the material separating body, so that a spatially uniform outlet quantity into the second process gas flow is achieved. The outlet openings can also advantageously be arranged uniformly, in particular around a cylindrical end section of the material separating body. The number of outlet openings is set up in such a way that a material outlet rate is achieved at which the essentially all of the material emerging from the outlet openings is converted into the gaseous phase.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann ein zweiter Prozessgasstrom durch einen zweiten Gasführungskörper der Prozessgasbereitstellungseinrichtung strömen, welcher mindestens teilweise innerhalb des ersten Gasführungskörpers angeordnet verläuft. Der zweite Gasführungskörper kann dabei bevorzugt auf analoge Weise zu dem ersten Gasführungskörper aufgebaut sein. Dies ist insbesondere bei einer zylinderförmigen Ausbildung von einem erstem und zweiten Gasführungskörper dadurch umgesetzt, dass die Öffnung des ersten zylindrischen Gasführungskörpers den zweiten zylindrischen Gasführungskörper aufnimmt, d.h. dieser innerhalb des ersten Zylinders angeordnet ist. Eine solche kaskadierte Anordnung der Gasführungskörper führt vorteilhaft zu einer kompakten Sprüheinheit. Weiter vorteilhaft, wird der im zweiten Gasführungskörper verlaufende zweite Prozessgasstrom durch die Abwärme des ersten Prozessgasstroms mit aufgeheizt. Dadurch kann vorteilhaft Wärmeleistung der ersten Heizung zum Vorheizen des zweiten Prozessgases genutzt werden. According to a further embodiment of the invention, a second process gas stream can flow through a second gas guide body of the process gas supply device, which gas guide body runs at least partially inside the first gas guide body. The second gas guide body can preferably be constructed in a manner analogous to the first gas guide body. This is implemented in particular in the case of a cylindrical design of a first and second gas guide body in that the opening of the first cylindrical gas guide body accommodates the second cylindrical gas guide body, i.e. this is arranged inside the first cylinder. Such a cascaded arrangement of the gas guide bodies advantageously leads to a compact spray unit. Further advantageously, the second process gas flow running in the second gas guide body is also heated by the waste heat of the first process gas flow. As a result, the heat output of the first heater can advantageously be used to preheat the second process gas.

Die Sprüheinheit kann eine rotationssymmetrische, insbesondere zylindersymmetrische Ausgestaltung von erstem und/oder zweitem Gasführungskörper und/oder dem Gehäuse aufweisen. Dadurch kann die in das System gesteckte Heizleistung optimal genutzt werden, da dies erlaubt an thermisch zu trennenden Abschnitten Hohlräume geschaffen werden können, die thermisch isolierend wirken und an anderen Abschnitten Hohlräume geschaffen werden können, die den Wärmeaustausch verbessern. The spray unit can have a rotationally symmetrical, in particular cylindrically symmetrical design of the first and/or second gas guiding body and/or the housing. As a result, the heating power put into the system can be used optimally, since this allows cavities to be created in sections that are to be thermally separated, which have a thermally insulating effect, and cavities that improve the heat exchange can be created in other sections.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann ein zweiter Gasführungskörper aus porösem Material, insbesondere aus Wolfram, geformt sein und/oder mit einer Folie, insbesondere mit einer W-Folie, ummantelt sein und/oder mit einer Schicht, insbesondere mit einer W-Schicht, umspritzt sein. Der Gasführungskörper kann weiter eine Beschichtung aus vorzugsweise Aluminiumnitrid aufweisen, um das Material des Gasführungskörpers vor chemischen Reaktionen, insbesondere vor chemischer Zersetzung zu schützen. Statt Aluminiumnitrid kann eines der folgenden Materialien gewählt werden: Eine derartige Materialschicht kann aus Wolfram gebildet sein, vorzugsweise aus Carbiden und/oder Nitri-den, insbesondere aus Aluminiumnitrid und/oder Silizi- umcarbid und/oder Tantalnitrid, oder ein solches Material oder mehrere solche Materialien aufweisen. Verwendung des porösen Materials als gasführendes Element des zweiten Gasführungskörpers vergrößert vorteilhaft die Wechselwirkung des zweiten Prozessgases mit dem beispielsweise durch den ersten Gasführungskörper indirekt beheizten zweiten Gasführungskörper. Damit wird weniger Heizleistung zum Erwärmen des zweiten Prozessgases benötigt. According to a further embodiment of the invention, a second gas guide body can be formed from porous material, in particular from tungsten, and/or covered with a foil, in particular with a W foil, and/or with a layer, in particular with a W layer , be overmoulded. The gas guide body can also have a coating, preferably made of aluminum nitride, in order to protect the material of the gas guide body from chemical reactions, in particular from chemical decomposition. One of the following materials can be chosen instead of aluminum nitride: Such a material layer can be formed from tungsten, preferably of carbides and/or nitrides, in particular of aluminum nitride and/or silicon carbide and/or tantalum nitride, or such a material or several such materials. Use of the porous material as a gas-carrying element of the second gas-carrying body advantageously increases the interaction of the second process gas with the second gas-carrying body, which is indirectly heated, for example, by the first gas-carrying body. As a result, less heating power is required to heat the second process gas.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann der Materialabscheidekör- per mindestens teilweise in den insbesondere zweiten Gasführungskörper eingeschoben sein. Gemäß einem besonders bevorzugten Aspekt ist der Materialabscheidekörper und der Gasführungskörper vorteilhaft als Zylinder oder zylinderförmig ausgebildet, so dass der Materialabscheidekörper in dem röhrenförmigen Durchlass des Gasführungskörpers angeordnet sein kann. Dadurch ergibt sich eine bevorzugt rotationssymmetrischer Prozessgasstrom, bei welchem der erste Prozessgasstrom den zweiten Prozessgasstrom ummantelt und der zweiten Prozessgasstrom den Materialabscheidekörper zumindest teilweise umströmt und Wärme an diesen zusätzlich abgeben und/oder von diesem Wärme aufnehmen kann. According to a further embodiment of the invention, the material separating body can be pushed at least partially into the, in particular, second gas guiding body. According to a particularly preferred aspect, the material separating body and the gas guiding body are advantageously designed as cylinders or in the shape of a cylinder, so that the material separating body can be arranged in the tubular passage of the gas guiding body. This results in a preferably rotationally symmetrical process gas flow, in which the first process gas flow encases the second process gas flow and the second process gas flow at least partially flows around the material separating body and can additionally give off heat to it and/or absorb heat from it.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann die Strömungsführung durch einen Endbereich eines Gehäuses der Sprüheinheit gebildet sein, der eingerichtet ist das angereicherte Prozessgas in Richtung einer Sprühöffnung des Gehäuses zu führen. Das Gehäuse ist dabei insbesondere aus Quarzglas gebildet, damit eine möglichst hohe Temperaturverträglichkeit des Gehäuses erzielt wird. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse zumindest teilweise eine dünne, bevorzugt aufgedampfte, vorzugsweise hoch reflektive Schicht mit einer Reflexionseigenschaft von bevorzugt größer 90% im Infrarotbereich (IR-Bereich), d.h. im IR-Bereich zwischen 0,78 - 1 ,4 pm Wellenlänge und/oder 1 ,4 - 3,0 pm Wellenlänge und/oder 3 - 50 pm Wellenlänge und/oder 50 - 1000 pm Wellenlänge Metallschicht, bevorzugt Pt-Schicht und/oder Au-Schicht aufweisen, damit Wärmestrahlung der Gasführungskörper abgeschirmt werden kann. Bei Verwendung einer induktiven Heizung ist dabei die Metallschicht, vorzugsweise die Pt-Schicht nicht flächig aufgebracht, sondern in voneinander getrennten Bereichen, z.B. kurzen nicht zu- sammenhängenden Liniensegmenten, damit ein von außen auf die Schicht wirkendes elektromagnetisches Feld keine induktive Leistung in der Schicht induzieren kann, wodurch Überspannungen in der Metallschicht unterbunden werden. According to a further embodiment of the invention, the flow guide can be formed by an end area of a housing of the spray unit, which is set up to guide the enriched process gas in the direction of a spray opening of the housing. In this case, the housing is formed in particular from quartz glass, so that the highest possible temperature tolerance of the housing is achieved. For this purpose, the housing can at least partially have a thin, preferably vapour-deposited, preferably highly reflective layer with a reflection property of preferably greater than 90% in the infrared range (IR range), ie in the IR range between 0.78 - 1.4 pm wavelength and /or 1.4-3.0 pm wavelength and/or 3-50 pm wavelength and/or 50-1000 pm wavelength metal layer, preferably Pt layer and/or Au layer, so that thermal radiation of the gas guide body can be shielded. When using inductive heating, the metal layer, preferably the Pt layer, is not applied over a large area, but rather in areas that are separate from one another, e.g. contiguous line segments, so that an electromagnetic field acting on the layer from the outside cannot induce any inductive power in the layer, which prevents overvoltages in the metal layer.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugtem Ausführungsform der Erfindung umhüllt ein zweiter Prozessgasstrom zumindest abschnittsweise einen erstem Prozessgasstroms, insbesondere bei einer rotationssymmetrischen Anordnung der Gasführungskörper, d.h. einer Anordnung der Gasführungskörper bei welcher insbesondere ein zweiter röhrenförmiger Gasführungskörper innerhalb eines ersten röhrenförmigen Gas- führungskörpers verläuft und die Materialabscheideeinrichtung insbesondere zylinderförmig ausgestalte ist und in einem distalen Abschnitt, d.h. zur Sprühöffnung des Gehäuses weisenden Abschnitt des röhrenförmigen zweiten Gasführungskörpers positioniert angeordnet ist. According to a further particularly preferred embodiment of the invention, a second process gas stream envelops at least sections of a first process gas stream, in particular in the case of a rotationally symmetrical arrangement of the gas guide bodies, i.e. an arrangement of the gas guide bodies in which, in particular, a second tubular gas guide body runs within a first tubular gas guide body and the material separation device in particular is cylindrical and is positioned in a distal section, i.e. the section of the tubular second gas guide body pointing towards the spray opening of the housing.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann der Festkörper aus einer Vielzahl von Festkörpern, beispielsweise in Form von Glaskugeln ausgebildet sein, welche in dem Innenraum des insbesondere röhrenförmigen Gasführungskörpers beweglich gestapelt angeordnet sind. According to a further embodiment of the invention, the solid body can be formed from a large number of solid bodies, for example in the form of glass balls, which are arranged in a movably stacked manner in the interior of the, in particular, tubular gas guide body.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann ein distales Ende der Materialabscheideeinrichtung, d.h. ein zur Sprühöffnung des Gehäuses weisender Abschnitt der Materialabscheideeinrichtung, eine Strömungswirbel verringernde, insbesondere konusförmige Form, aufweisen. According to a further embodiment of the invention, a distal end of the material separating device, i.e. a section of the material separating device pointing towards the spray opening of the housing, can have a flow turbulence-reducing, in particular conical, shape.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, sind das Gehäuse und/oder ein erster Gasführungskörper und/oder ein zweiter Gasführungskörper im Wesentlichen röhrenförmig ausgebildet. Dabei sind in einem distalen Bereich der Sprüheinheit, d.h. in Richtung der dem Substrat zugewandten Seite der Sprüheinheit, die jeweiligen Gasführungskörper und das Gehäuse abschnittsweise konusförmig ineinander lagernd angeordnet. Weiter sind in einem proximalen Bereich der Sprüheinheit, d.h. in der dem Substrat abgewandten Richtung, das Gehäuse und/oder der erste Gasführungskörper und/oder der zweite Gasführungskörper durch ein Halteelement und Kupplungselement miteinander verbunden gelagert, so dass die Gasführungskörper und das Gehäuse zueinander räumlich fixiert angeordnet sind. According to a further embodiment of the invention, the housing and/or a first gas guiding body and/or a second gas guiding body are of essentially tubular design. In this case, in a distal area of the spray unit, ie in the direction of the side of the spray unit facing the substrate, the respective gas guide body and the housing are arranged in sections one inside the other in a conical manner. Furthermore, in a proximal region of the spray unit, ie in the direction away from the substrate, the housing and/or the first gas guiding body and/or the second gas guiding body are held by a holding element and a coupling element stored connected to each other, so that the gas guide body and the housing are arranged spatially fixed to one another.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Prozessgas ein Edelgas, bevorzugt Ar auf. Das Prozessgas ist besonders bevorzugt Ar. According to a further embodiment of the invention, the process gas contains an inert gas, preferably Ar. The process gas is particularly preferably Ar.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sprüheinheit und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich ferner aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den Figuren und deren Beschreibung. Gleiche Bauteile der Ausführungsbeispiele werden im Wesentlichen durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet, falls dies nicht anders beschrieben wird oder sich nicht anders aus dem Kontext ergibt. Es zeigen: Further preferred configurations of the spray unit according to the invention and the method according to the invention also result from the following description of the exemplary embodiments in connection with the figures and their description. Identical components of the exemplary embodiments are essentially identified by the same reference symbols, unless this is described differently or the context does not indicate otherwise. Show it:

Fig.1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sprüheinheit entlang einer Symmetrieachse. 1 shows a side view of an embodiment of the spray unit according to the invention along an axis of symmetry.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht der Ausführungsform aus Fig. 1 der Sprüheinheit. Fig. 2 shows a cross-sectional view of the embodiment of Fig. 1 of the spray unit.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittansicht der Ausführungsform aus Fig. 1 der Sprüheinheit entlang der Schnittebene B-B. Fig. 3 shows a cross-sectional view of the embodiment of Fig. 1 of the spray unit along section plane B-B.

Fig. 4 zeigt in einer Querschnittsansicht das distale Ende einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sprüheinheit. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the distal end of a further embodiment of the spray unit according to the invention.

Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht der Sprüheinheit aus Fig. 1 angeordnet oberhalb einer zu beschichtenden Substratoberfläche. FIG. 5 shows a schematic view of the spray unit from FIG. 1 arranged above a substrate surface to be coated.

In Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Sprüheinheit 1 entlang einer Symmetrieachse A gezeigt. Die Symmetrieachse A verläuft dabei von einem distalen Ende 19 des Gehäuses 8 der Sprüheinheit 1 zu einem proximalen Ende 20. Das distale Ende 19 des Gehäuses 8 weist dabei eine Sprühöffnung 9 auf und ist in Richtung der zu beschichtenden Materialoberfläche 3 ausgerichtet. Aus der Sprühöffnung 9 strömt das angereicherte Prozessgas 7, welches das erhitzte gasförmige Material des Festkörpers 2 enthält, in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche 3 (nicht gezeigt). Das proximale Ende 20 des Gehäuses 8 der Sprüheinheit 1 weist in Richtung eines Benutzers (nicht gezeigt). Das proximale Ende 20 umfasst hierbei einen ersten 21 und einen zweiten 22 Gaseinlass. Der erste Gaseinlass 21 leitet das Prozessgas in den ersten Gasführungskörper 4a, der zweiten Gaseinlasse 22 leitet das Prozessgas in den zweiten Gasführungskörper 4e. Das Prozessgas ist in dieser Ausführungsform Ar und/oder N, besonders bevorzugt nur Ar. Am proximalen Ende 20 der Sprüheinheit 1 befindet sich eine Halterung für einen Wellendichtring 23. Das proximale Ende 20 zeigt weiter eine Schraubkappe 24. Der Verlauf des Gehäuses 8 entlang der Symmetrieachse A ist abschnittsweise konusförmig, wobei sich vom proximalen Ende 20 zum distalen Ende 19 das Gehäuse nach einem ersten konusförmigen Abschnitt 25 verjüngt und nach einem zweiten konusförmigen Abschnitt 26 weiter verjüngt. Der konusförmige zweite Abschnitt des Gehäuses 8 bildet die Strömungsführung 6, indem er das angereicherte Prozessgas 7 in Richtung der Sprühöffnung 9 führt. Das Gehäuse 8 ist in dieser Ausführungsform aus Quarzglas hergestellt. Am distalen Ende 19 des Gehäuses 8 sind zwei Bereich mit einem jeweiligen Rechteck markiert gezeichnet. Dabei skizziert das näher zur Sprühöffnung 9 angeordnete Rechteck denjenigen Bereich, in dem die zweite Prozessgasheizung 5b positioniert ist. Das sich über den zweiten konusförmigen Abschnitt erstreckende Rechteck, denjenigen Bereich, in dem die erste Prozessgasheizung 4d positioniert ist. 1 shows a side view of an embodiment of the spray unit 1 along an axis of symmetry A. The axis of symmetry A runs from a distal end 19 of the housing 8 of the spray unit 1 to a proximal end 20. The distal end 19 of the housing 8 has a spray opening 9 and is in the direction of the coating material surface 3 aligned. The enriched process gas 7, which contains the heated gaseous material of the solid body 2, flows out of the spray opening 9 in the direction of the surface 3 to be coated (not shown). The proximal end 20 of the housing 8 of the spray unit 1 points towards a user (not shown). The proximal end 20 includes a first 21 and a second 22 gas inlet. The first gas inlet 21 directs the process gas into the first gas guide body 4a, the second gas inlet 22 directs the process gas into the second gas guide body 4e. In this embodiment, the process gas is Ar and/or N, particularly preferably only Ar. At the proximal end 20 of the spray unit 1 there is a holder for a shaft sealing ring 23. The proximal end 20 also has a screw cap 24. The course of the housing 8 along the axis of symmetry A is conical in sections, with the proximal end 20 to the distal end 19 Housing tapered after a first conical portion 25 and after a second conical portion 26 further tapered. The cone-shaped second section of the housing 8 forms the flow guide 6 by guiding the enriched process gas 7 in the direction of the spray opening 9 . In this embodiment, the housing 8 is made of quartz glass. At the distal end 19 of the housing 8, two areas are marked with a respective rectangle. The rectangle arranged closer to the spray opening 9 delineates that area in which the second process gas heater 5b is positioned. The rectangle extending over the second conical section, that area in which the first process gas heater 4d is positioned.

In Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform der Sprüheinheit aus Fig. 1 schematisch dargestellt. Die Querschnittsansicht ist dabei zur Seitenansicht aus Fig. 1 um 90° um die Symmetrieachse A gedreht dargestellt. Bei der in Fig. 2 gezeigten rohförmigen ineinander Anordnung von Gehäuse 8, erstem 4a und zweitem 4e Gasführungskörper verläuft ein jeweiliger rohförmiger Körper innerhalb des rohförmigen Körpers eines jeweils anderen Körpers, wobei die lediglich rohförmigen Wandvolumen 28, 29, 30 der Körper in Fig. 2 gezeichnet sind. Ausgehend von der Sprühöffnung 9 am distalen Ende 19 des Gehäuses 8 der Sprüheinheit 1 befindet sich der Materialabscheidekörper 5a der Materialabscheideeinrichtung 5. Der Materialabscheidekörper 5a weist dabei an seinem distalen Ende in Richtung der Sprühöffnung 9 eine stromlinienförmige Außen- kontur auf. Durch die Stromlinienform wird eine Wirbelbildung im Ausstrombereich des Gehäuses 8 verringert. Der distale Bereich des Materialabscheidekörpers 5a weist zwei parallel angeordnete Reihen von schlitzförmigen Austrittsöffnungen 5c auf. Die jeweiligen Austrittsöffnungen 5c sind zudem gegenüber der Symmetrieachse A um einen Winkel geneigt gezeichnet. Der proximale Bereich des Materialabscheidekörpers 5a ist in den distalen Bereich des zweiten Gasführungskörpers 4e eingeschoben gezeichnet. Zum Haltern des Materialabscheidekörpers 5a in dem proximalen Bereich des zweiten Gasführungskörpers 4e verläuft das proximale Ende des Abscheidekörpers konusförmig, so dass sich der konusförmige Abschnitt des Materialabscheidekörpers 5a in einer entsprechenden Aussparung 27 des zweiten Gasführungskörpers 4e verhakt. Die Aussparung 27 setzt sich in der Außenkontur des Wandvolumens 28 des zweiten Gasführungskörpers 4e als Stufe fort. In diese Stufe des Wandvolumens 28 greifen das Wandvolumen 29 des ersten Gasführungskörpers 4a und das Wandvolumen 30 des Gehäuses 8 ein, so dass sich ein insgesamt abschnittsweise konusförmig verjüngender Verlauf des Gehäuses der aneinander anliegenden Wandvolumina 28, 29, 30 ergibt. Dabei verläuft das Wandvolumen 30 des Gehäuses 8, welches massiv sein kann, bis zum distalen Ende 19 der Sprüheinheit 1 und bildet dort die Sprühöffnung 9 aus. Der zweite Gasführungskörper 4e erstreckt sich über das distale Ende des ersten Gasführungskörpers 4a etwas hinaus, so dass der aus dem Material des Wandvolumens 28 des ersten Gasführungskörpers 4a austretende erste Prozessgasstrom 4b in diesen Bereich von dem Wandvolumen 29 des zweiten Gasführungskörpers 4e geführt verläuft. Dabei heizt der aus dem Wandvolumen 29 des ersten, insbesondere porösen Gasführungskörpers 4a austretende erste Prozessgasstrom 4d das Wandvolumen 28 des zweiten Gasführungskörpers 4e in diesem Abschnitt auf. Der zweite Gasführungskörper 4d erstreckt sich bis unterhalb der schlitzförmigen Austrittsöffnungen 5c des Materialabscheidekörpers 5a, so dass der aus dem Wandvolumen 28 des zweiten Gasführungskörpers 4e austretende zweite Prozessgasstrom 4c über die Austrittsöffnungen 5c hinwegströmt und dabei die aus den Austrittsöffnungen 5c austretende gasförmige Phase des Festkörpers 2 von den Austrittsöffnungen 5c in Richtung der Sprühöffnung 9 transportiert. Die schräg zur Symmetrieachse verlaufenden Austrittsöffnungen 5c induzieren durch die Schrägstellung einen helikalen, vortex-förmigen angereicherten Prozessgasstrom in Richtung der Substratoberfläche. Da der erste Gasführungskörper 4a einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des darin lagernden zweiten Gasführungskörper 4e aufweist, bildet sich zwischen den Wandvolumina 28, 29 der Gasführungskörper 4a, 4e ein Hohlraum 31 aus. Durch das konische Ineinandergreifen der Wandvolumina 28, 29 der Gasführungskörper 4a, 4e und dem Wandvolumen 30 und oder der Wandung 30 des Gehäuses 8 am distalen Ende der Sprüheinheit 1 , sind die jeweiligen Gasführungskörper 4a, 4e in dem Gehäuse insbesondere rotationssymmetrisch distal zum Gehäuse 8 gelagert. Eine proximale Lagerung des zweiten Gasführungskörpers 4e an dem ersten Gasführungskörper 4a erfolgt durch ein Kupplungselement 32. Ein Halteelement 33 lagert den ersten Gasführungskörper 4a am Gehäuse 8 nahe dem proximalen Ende 20. Das Gehäuse 8, sowie der erste Gasführungskörper 4a werden dann am proximalen Ende 20 durch eine Schraubkappe 24 nach Außen verschlossen. In die Schraubkappe 24 integriert sind dabei auch die jeweiligen Gaseinlässe 21 in das, insbesondere poröse, Wandvolumen 28 des ersten Gasführungskörpers 4a. Das Kupplungselement 32 greift in distaler Richtung in das proximale Ende des zweiten Gasführungskörper 4e ein und in proximaler Richtung ist ein Führungszylinder 34 in das Kupplungselement 32 eingeschoben. Dabei weisen das Kupplungselement 32 und der Führungszylinder 34 einen jeweils konischen Endabschnitt auf, damit der Führungszylinder dichtend an der Innenwand des Kupplungselements 32 anliegt. An dem Führungszylinder 34 ist ein Gaseinlass 22 montiert, um den zweiten Prozessgasstrom 4c durch den Führungszylinder zum ersten Gasführungskörper zu leiten. Das Kupplungselement 32 dient dabei auch zum Einleiten des zweiten Prozessgasstroms 4c in das, insbesondere poröse, Wandvolumen 29 des zweiten Gasführungskörpers 4e. Der Führungszylinder 34 wird durch einen Radialwellendichtring 35 welcher in einer Halterung 36 am proximalen Ende des Führungszylinders 34 angeordnet ist abgedichtet. Dadurch wird verhindert, dass zum einen Sauerstoff von außen in das Innere der Sprüheinheit 1 gelangt, zum anderen, dass Prozessgas von Innen nach Außen treten kann. In FIG. 2 a cross-sectional view of the embodiment of the spray unit from FIG. 1 is shown schematically. The cross-sectional view is shown rotated by 90° about the axis of symmetry A in relation to the side view from FIG. In the tubular arrangement of housing 8, first 4a and second 4e gas guide body shown in Fig. 2, each tubular body runs inside the tubular body of another body, with the merely tubular wall volumes 28, 29, 30 of the body in Fig. 2 are drawn. Starting from the spray opening 9 at the distal end 19 of the housing 8 of the spray unit 1, the material separating body 5a of the material separating device 5 is located. contour up. The streamline shape reduces the formation of vortices in the outflow area of the housing 8 . The distal region of the material separating body 5a has two parallel rows of slit-shaped outlet openings 5c. The respective outlet openings 5c are also drawn inclined at an angle relative to the axis of symmetry A. The proximal area of the material separating body 5a is drawn inserted into the distal area of the second gas guiding body 4e. To hold the material separating body 5a in the proximal area of the second gas guiding body 4e, the proximal end of the separating body is conical, so that the conical section of the material separating body 5a hooks into a corresponding recess 27 of the second gas guiding body 4e. The recess 27 continues as a step in the outer contour of the wall volume 28 of the second gas guide body 4e. The wall volume 29 of the first gas guide body 4a and the wall volume 30 of the housing 8 engage in this step of the wall volume 28, so that the housing of the adjacent wall volumes 28, 29, 30 narrows conically in sections. The wall volume 30 of the housing 8, which can be solid, extends to the distal end 19 of the spray unit 1 and forms the spray opening 9 there. The second gas guide body 4e extends slightly beyond the distal end of the first gas guide body 4a, so that the first process gas stream 4b emerging from the material of the wall volume 28 of the first gas guide body 4a runs guided in this area by the wall volume 29 of the second gas guide body 4e. The first process gas stream 4d emerging from the wall volume 29 of the first, in particular porous, gas guide body 4a heats up the wall volume 28 of the second gas guide body 4e in this section. The second gas guide body 4d extends below the slit-shaped outlet openings 5c of the material separating body 5a, so that the second process gas stream 4c exiting from the wall volume 28 of the second gas guide body 4e flows over the outlet openings 5c and the gaseous phase of the solid body 2 exiting from the outlet openings 5c transported to the outlet openings 5c in the direction of the spray opening 9. The outlet openings 5c, which run obliquely to the axis of symmetry, induce a helical, vortex-shaped enriched process gas flow in the direction of the substrate surface as a result of the oblique position. Since the first gas guide body 4a has a larger inside diameter than the outside diameter of the second gas guide body 4e located therein, a cavity 31 is formed between the wall volumes 28, 29 of the gas guide bodies 4a, 4e. Due to the conical interlocking of the wall volumes 28, 29 of the gas guide bodies 4a, 4e and the wall volume 30 and/or the wall 30 of the housing 8 at the distal end of the spray unit 1, the respective gas guide bodies 4a, 4e are mounted in the housing, in particular rotationally symmetrically, distal to the housing 8 . A coupling element 32 mounts the second gas guide body 4e proximally on the first gas guide body 4a. A holding element 33 mounts the first gas guide body 4a on the housing 8 near the proximal end 20. The housing 8 and the first gas guide body 4a are then attached to the proximal end 20 closed by a screw cap 24 to the outside. The respective gas inlets 21 in the, in particular porous, wall volume 28 of the first gas guide body 4a are also integrated in the screw cap 24 . The coupling element 32 engages in the proximal end of the second gas guiding body 4e in the distal direction and a guide cylinder 34 is pushed into the coupling element 32 in the proximal direction. The coupling element 32 and the guide cylinder 34 each have a conical end section so that the guide cylinder rests against the inner wall of the coupling element 32 in a sealing manner. A gas inlet 22 is mounted on the guide cylinder 34 in order to direct the second process gas stream 4c through the guide cylinder to the first gas guide body. The coupling element 32 also serves to introduce the second process gas stream 4c into the, in particular porous, wall volume 29 of the second gas guide body 4e. The guide cylinder 34 is sealed by a radial shaft sealing ring 35 which is arranged in a holder 36 at the proximal end of the guide cylinder 34 . This prevents, on the one hand, oxygen from getting into the interior of the spray unit 1 from the outside and, on the other hand, process gas from being able to escape from the inside to the outside.

In Fig. 2 ist der Verlauf von erstem und zweitem Prozessgasstrom durch Pfeile angedeutet. Die Pfeile sind auf den jeweiligen Wandvolumina 28, 29 der zylinderförmigen Gas- führungskörper verlaufend eingezeichnet, um anzudeuten, dass der Gasstrom innerhalb der Wandvolumina 28, 29 stattfindet. Dabei sind die Wandvolumina 28, 29 vorteilhaft aus einen porösem Materialvolumen geformt, so dass eine hohe Kontaktrate zwischen Gasfluss und Wandvolumina 28, 29 entsteht. Dabei kann ein erster und/oder ein zweiten Gasführungskörper porös ausgebildet sein. Alternativ verlaufen die Gasströme innerhalb doppelwandiger Geometrien, insbesondere doppelwandiger Zylinder, d.h. einer Geometrie, bei welcher durch eine innere und äußere Wandung ein Hohlraum gebildet wird, welcher von einem Gas durchströmt werden kann. In Fig. 2 nicht gezeigt ist der Austritt der gasförmigen Phase aus dem Materialabscheidekörper 5a. The course of the first and second process gas streams is indicated by arrows in FIG. 2 . The arrows are drawn running on the respective wall volumes 28, 29 of the cylindrical gas guide body to indicate that the gas flow within of the wall volumes 28, 29 takes place. The wall volumes 28, 29 are advantageously formed from a porous material volume, so that there is a high contact rate between the gas flow and the wall volumes 28, 29. In this case, a first and/or a second gas guide body can be made porous. Alternatively, the gas streams run within double-walled geometries, in particular double-walled cylinders, ie a geometry in which an inner and outer wall forms a cavity through which a gas can flow. Not shown in FIG. 2 is the exit of the gaseous phase from the material separating body 5a.

Weiter in Fig. 2 gezeigt sind die durch Rechtecke markierten Bereiche in denen die jeweiligen erste und zweite Prozessgasheizung 4d, 5b angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform arbeitet die erste und zweite Prozessgasheizung 4d, 5b jeweils bevorzugt induktiv. Die erste Prozessgasheizung 4d dient im Wesentlichen dazu, den ersten Prozessgasstrom 4b auf eine Temperatur größer als 1500°C zu erhitzen. Dabei ist in der Ausführungsform die elektrische Frequenz der induktiv arbeitenden Prozessgasheizung auf 800 KHz eingestellt. Die Frequenz hat in dem gewählten Bereich eine hohe Eindringtiefe in das Material des Gasführungskörpers 4a wodurch sich dieser schnell erwärmt. Das dadurch aufgeheizte Prozessgas gibt zusätzlich über den Hohlraum und insbesondere im konisch verlaufenden distalen Abschnitt Wärme an den zweiten Gasführungskörper 4e ab, wodurch auch der zweiten Prozessgasstrom 4c weiter erhitzt wird. Die Erwärmung des zweiten Gasführungskörpers 4c führt auch zu einer Erwärmung des in den Gasführungskörper 4c eingeschobenen Materialabscheidekörpers 5a. Bei Ausstritt des ersten Gasstroms 4b aus dem Gasführungskörper 4a umströmt dieser den zweiten Gasführungskörper 4e und ummantelt dabei den zweiten Prozessgasstrom 4c rotationssymmetrisch. Die zweite Prozessgasheizung 5b ist so angeordnet, dass diese das distale Ende 19 des zweiten Gasführungskörpers 4e erhitzt sowie das austretende angereicherte Prozessgas 7. Dabei wird die zweite Prozessgasheizung 5b bei einer Frequenz von 2.8 MHz betrieben. Die Eindringtiefe der zweiten induktiv arbeitenden Prozessgasheizung 5b in den Gasführungskörper 4e ist geringer, da die Heizung ebenfalls das angereicherter Prozessgas 7 erhitzen soll. Durch Austritt des Festkörpermaterials durch die Austrittsöffnungen 5c wird der Strömungsverlauf so gestört, dass eine heli kale, vortex-förmige Strömung erzielt wird, wobei der erste Prozessgasstrom 4b den aus zweiten 4c und der gasförmigen Phase angereicherten Prozessgasstrom umhüllt. Damit entfällt vorteilhaft das, beispielsweise bei einem IPC-Brenner übliche Schmelzen des Festkörperpulvers im Prozessgasstroms während des Transports zur Substratoberfläche. Damit kann die in den zweiten und ersten Prozessgasstrom induzierte Energiemenge in Form von insbesondere elektrisch induktiver Leistung niedriger sein. Also shown in FIG. 2 are the areas marked by rectangles in which the respective first and second process gas heaters 4d, 5b are arranged. In the present embodiment, the first and second process gas heaters 4d, 5b each preferably work inductively. The first process gas heater 4d essentially serves to heat the first process gas stream 4b to a temperature greater than 1500°C. In this case, the electrical frequency of the inductively operating process gas heating is set to 800 KHz in the embodiment. In the selected range, the frequency has a high penetration depth into the material of the gas guide body 4a, as a result of which it heats up quickly. The process gas heated up as a result also gives off heat to the second gas guide body 4e via the cavity and in particular in the conical distal section, as a result of which the second process gas flow 4c is also heated further. The heating of the second gas guiding body 4c also leads to a heating of the material separating body 5a pushed into the gas guiding body 4c. When the first gas stream 4b emerges from the gas guide body 4a, it flows around the second gas guide body 4e and encases the second process gas stream 4c in a rotationally symmetrical manner. The second process gas heater 5b is arranged in such a way that it heats the distal end 19 of the second gas guide body 4e and the enriched process gas 7 exiting. The second process gas heater 5b is operated at a frequency of 2.8 MHz. The depth of penetration of the second inductively operating process gas heater 5b into the gas guide body 4e is less, since the heater is also intended to heat up the enriched process gas 7 . By exiting the solid material through the outlet openings 5c, the flow pattern is disturbed in such a way that a helical, vortex-shaped flow is achieved, the first process gas stream 4b envelops the process gas stream enriched from the second 4c and the gaseous phase. This advantageously eliminates the melting of the solid powder in the process gas stream during transport to the substrate surface, which is common in an IPC burner, for example. The amount of energy induced in the second and first process gas flow in the form of, in particular, electrically inductive power can thus be lower.

In Fig. 3 ist eine Querschnittansicht der Ausführungsform aus Fig. 1 der Sprüheinheit entlang der Schnittebene B-B schematisch gezeigt. In der rotationssymmetrischen Anordnung bildet das Gehäuse 8 die äußere Form der Sprüheinheit, an welche der zylinderförmige erste Gasführungskörper 4a angrenzt. Der zweite Gasführungskörper 4e weist einen deutlich geringeren Außenradius als der erste Gasführungskörper 4a auf, so dass ein Hohlraum 31 zwischen den beiden Gasführungskörpern 4a, 4e entsteht. Innerhalb des zweiten Gasführungskörper 4e ist der Festkörper schräg schraffiert angedeutet. In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist der Festköper als Glasstab ausgebildet.In Fig. 3 a cross-sectional view of the embodiment of Fig. 1 of the spray unit along the section plane B-B is shown schematically. In the rotationally symmetrical arrangement, the housing 8 forms the outer shape of the spray unit, which is adjoined by the cylindrical first gas guide body 4a. The second gas guide body 4e has a significantly smaller outer radius than the first gas guide body 4a, so that a cavity 31 is formed between the two gas guide bodies 4a, 4e. Inside the second gas guide body 4e, the solid body is indicated with oblique hatching. In the embodiment shown in FIG. 3, the solid is designed as a glass rod.

Die Größenverhältnisse spiegeln nicht die tatsächlichen Größenverhältnisse wider. Die Wandstärken der Gasführungskörper 4a, 4e sowie die des Gehäuses können von den in Fig. 3 gezeigten abweichen. Die Prozessgasströmung verläuft aus der Schnitteben B-B heraus und innerhalb der punktiert gezeichneten, insbesondere porösen Wandvolumina 28, 29 der Zylinder. In einer Ausführungsform mit porösen Wandungsmaterial, bevorzugt porösem Wolfram (W), wird eine W-Schicht auf die jeweiligen Wandungen aufgespritzt oder die jeweiligen Wandungen werden mit einer W-Folie zur Abdichtung der jeweiligen Wandvolumina ummantelt (nicht gezeigt). Damit wird ein jeweiliger Prozessgasstrom innerhalb der porösen Wandvolumina 28, 29 transportiert. Durch die damit verbundene erhöhte Wechselwirkung des Gases mit den Wandungsflächen wird die Temperatur der Wandvolumina 28, 29 effizient auf den Prozessgasstrom übertragen. The proportions do not reflect the actual proportions. The wall thicknesses of the gas guide bodies 4a, 4e and that of the housing can deviate from those shown in FIG. The process gas flow runs out of the sectional plane B-B and within the porous wall volumes 28, 29 of the cylinders, which are shown in dotted lines. In an embodiment with porous wall material, preferably porous tungsten (W), a W layer is sprayed onto the respective walls or the respective walls are covered with a W foil to seal the respective wall volumes (not shown). A respective process gas flow is thus transported within the porous wall volumes 28 , 29 . Due to the associated increased interaction of the gas with the wall surfaces, the temperature of the wall volumes 28, 29 is efficiently transferred to the process gas flow.

Fig. 4 zeigt in einer Querschnittsansicht das distale Ende einer weiteren Ausführungsform der Sprüheinheit. In den strichpunktiert gezeichneten rechteckförmigen Bereichen sind die jeweiligen Spulenkörper einer induktiven ersten und zweiten Prozessgasheizung 4d, 5b skizziert dargestellt. In den Materialabscheidekörper 5a ist der Festkörper 2 in einer festen Phase eingeschoben gezeichnet. Dabei kann der Festkörper bis an die Austrittsöffnungen der Materialabscheidekörpers 5a durch insbesondere ein automatisches Nachrutschen des Festkörpers 2 positioniert sein. Die erste Prozessgasheizung 4d wird in dieser Ausführungsform bei einer Frequenz von 800 kHz betrieben und erhitzt im Wesentlichen den ersten Gasführungskörper 4a. Die zweite Prozessgasheizung wird in dieser Ausführungsform bei einer Frequenz von 2.8 MHz betrieben und erhitzt den distalen Bereich des zweiten Gasführungskörpers 5b als auch das angereicherte Prozessgas. In dieser Ausführungsform sind die Austrittsöffnungen 5c des Materialabscheidekörpers 5a schräg gegen eine Symmetrieachse (nicht gezeigt) geneigt eingezeichnet. Der Verlauf des Gasstroms ist jeweils durch Pfeile im Bereich der durch das Gehäuse 8 gebildeten Strömungsführung 6 eingezeichnet. In dieser Ausführungsform ist das distale Ende des Materialabscheidekörpers 5a nicht stromlinienförmig abschließend dargestellt, sondern rechteckförmig gezeichnet. Dabei kommt es zu einer vermehrten Wirbelbildung an der rechteckförmigen Kante des distalen Endes der Materialabscheideeinrichtung 5, da dies als Abrisskante wirkt. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the distal end of a further embodiment of the spray unit. The respective coil formers of an inductive first and second process gas heater 4d, 5b are sketched in the rectangular areas drawn with dot-dash lines. The solid body 2 is drawn inserted in a solid phase into the material separation body 5a. The solid can up to the outlet openings of the Materialabscheidekörpers 5a by in particular an automatic Be positioned after slipping of the solid 2. In this embodiment, the first process gas heater 4d is operated at a frequency of 800 kHz and essentially heats the first gas guide body 4a. In this embodiment, the second process gas heater is operated at a frequency of 2.8 MHz and heats the distal area of the second gas guide body 5b as well as the enriched process gas. In this embodiment, the outlet openings 5c of the material separating body 5a are drawn in at an angle to an axis of symmetry (not shown). The course of the gas flow is indicated by arrows in the area of the flow guide 6 formed by the housing 8 . In this embodiment, the distal end of the material separating body 5a is not shown in a streamlined manner, but drawn in the shape of a rectangle. This leads to an increased formation of vortices at the rectangular edge of the distal end of the material separation device 5, since this acts as a tear-off edge.

In Fig. 5 ist eine schematische Ansicht der Sprüheinheit 1 aus Fig. 1 gezeigt, die oberhalb einer zu beschichtenden Materialoberfläche 3 angeordnet ist. In bestimmungsgemäßen Gebrauch der Sprüheinheit 1 ist die Sprüheinheit 1 senkrecht, d.h. unter einem Wnkel von im Wesentlichen 90° gegenüber der Materialoberfläche 3 angeordnet. Die Materialoberfläche 3, auch Substratoberfläche 3, kann zum Zwecke der Beschichtung mit einer Vorbeschichtung 37, insbesondere mit einer auf Silikat basierten Sol Schicht, vorbehandelt sein. Die Beschichtung der Materialoberfläche 3 kann aber auch ohne diese Vorbehandlung durchgeführt werden. Die Materialoberfläche 3 kann aus Beton, Keramik, Glas, Kalksandstein, Marmor, Holz, Kunststoffen, Stahl oder Metall geformt sein, sowie aus Kombinationen derartiger Materialien. Das aus der Sprühöffnung 9 austretende angereicherte Prozessgas 7 strömt in Richtung der zu beschichtenden Materialoberfläche 3 und wird auf dieser Materialoberfläche 3 deponiert, bzw. aufgesprüht. Dabei sind die aus der gasförmigen Phase durch beispielsweise Kondensation, Koagulation und/oder Nukleation gebildeten Partikel des angereicherten Prozessgases 7, beispielsweise als Aerosol vorhanden. Die Temperatur des angereicherten Prozessgases 7 kann im Bereich zwischen 1500°C - 2500°C liegen. Der Beschichtungsprozess findet unter Atmosphärendruck statt. Die Oberflächen der gebildeten Partikel sind weich, insbesondere in einer flüssigen Phase, so dass sich die auf der Materialoberfläche 3 oder der Vorbeschichtung 37 auftreffenden Partikel untereinander und mit der Materialoberfläche, insbesondere einer vorbeschichteten Substratoberfläche 37, zumindest teilweise verbinden. FIG. 5 shows a schematic view of the spray unit 1 from FIG. 1, which is arranged above a material surface 3 to be coated. When the spray unit 1 is used as intended, the spray unit 1 is arranged vertically, ie at an angle of essentially 90° with respect to the material surface 3 . The material surface 3, also substrate surface 3, can be pretreated for the purpose of coating with a precoating 37, in particular with a silicate-based sol layer. However, the coating of the material surface 3 can also be carried out without this pretreatment. The material surface 3 can be formed from concrete, ceramics, glass, sand-lime brick, marble, wood, plastics, steel or metal, and from combinations of such materials. The enriched process gas 7 emerging from the spray opening 9 flows in the direction of the material surface 3 to be coated and is deposited or sprayed onto this material surface 3 . The particles of the enriched process gas 7 formed from the gaseous phase by, for example, condensation, coagulation and/or nucleation are present, for example as an aerosol. The temperature of the enriched process gas 7 can be in the range between 1500°C - 2500°C. The coating process takes place under atmospheric pressure. The surfaces of the particles formed are soft, especially in a liquid phase, so that on the material surface 3 or the Pre-coating 37 impinging particles with each other and with the material surface, in particular a pre-coated substrate surface 37, at least partially connect.

Die Sprüheinheit 1 kann zum Beschichten gegen die in Fig. 5 eingezeichnete Achse A geneigt sein. Bevorzugt ist die Sprüheinheit 1 senkrecht, d.h. unter einem 0° Winkel zur Achse A angeordnet. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Sprüheinheit 1 sind aber weitere denkbare Neigungen möglich. Beispielsweise kann die Sprüheinheit 1 unter 30°, 45°, 60° gegen die Achse A geneigt sein, wie dies in Fig. 5 angedeutet skizziert ist. For coating, the spray unit 1 can be inclined relative to the axis A shown in FIG. The spray unit 1 is preferably arranged vertically, ie at an angle of 0° to the axis A. If the spray unit 1 is used as intended, however, other conceivable inclinations are possible. For example, the spray unit 1 can be inclined at 30°, 45°, 60° to the axis A, as is outlined in FIG.

Liste der Bezugszeichen List of References

1. Sprüheinheit i 1. Spray unit i

2. Festkörper 2 2. Solid 2

3. Endabschnitt des Festkörpers 2a 3. End section of the solid 2a

4. Matenaloberfläche 3 4. Matenal surface 3

5. Prozessgasbereitstellungseinrichtung 4 5. Process gas supply device 4

6. Gasführungskörper 4a 6. Gas guide body 4a

7. Erster Prozessgasstrom 4b 7. First process gas stream 4b

8. Zweiter Prozessgasstrom 4c 8. Second process gas stream 4c

9. Erste Prozessgasheizung 4d 9. First process gas heater 4d

10. Zweiter Gasführungskörper 4e 10. Second gas guide body 4e

11 . Materialabscheideeinrichtung 5 11 . Material separation device 5

12. Materialabscheidekörpers 5a 12. Material separating body 5a

13. Zweite Prozessgasheizung 5b 13. Second process gas heater 5b

14. Austrittsöffnungen 5c 14. Outlet openings 5c

15. Strömungsführung 6 15. Flow guide 6

16. Angereichertes Prozessgas 7 16. Enriched process gas 7

17. Gehäuses 8 17. Housing 8

18. Sprühöffnung 9 18. Spray hole 9

19. Distales Ende 19 19. Distal end 19

20. Proximales Ende 20 20. Proximal end 20

21. Gaseinlass 21 , 22 21. Gas inlet 21, 22

22. Halterung für Wellendichtring 23 22. Oil seal bracket 23

23. Schraubkappe 24 23. Screw cap 24

24. Konusförmiger erster und zweiter Abschnitt 25, 2624. Conical first and second sections 25, 26

25. Aussparung 27 25. Recess 27

26. Wandvolumen 28, 29, 30 26. Wall volumes 28, 29, 30

27. Hohlraum 31 27. Cavity 31

28. Kupplungselement 32 29. Halteelement 33 28. Coupling element 32 29. Holding element 33

30. Führungszylinder 34 30. Guide cylinder 34

31. Radialwellendichtring 35 31. Radial shaft seal 35

32. Halterung für Radialwellendichtring 36 33. Vorbeschichtung 32. Bracket for radial shaft seal 36 33. Pre-coating

Claims

- 36 - - 36 -

Ansprüche Sprüheinheit zum Aufsprühen eines aus einem Festkörper gewonnenen Materials auf eine, insbesondere wärmeempfindliche, Materialoberfläche mittels Sprühprozess unter Atmosphärendruck, aufweisend Having a spray unit for spraying a material obtained from a solid onto a material surface, in particular a heat-sensitive material surface, by means of a spraying process under atmospheric pressure

- eine Prozessgasbereitstellungseinrichtung, eingerichtet einen Gasführungskörper zu erhitzten, so dass ein Prozessgasstrom von mindestens 1500°C be- reitgestellt wird, - a process gas supply device, set up to heat a gas guide body so that a process gas flow of at least 1500°C is provided,

- eine Materialabscheideeinrichtung, eingerichtet unter diesem Atmosphärendruck den Festkörper durch Erhitzen eines Materialabscheidekörpers der Materialabscheideeinrichtung in eine gasförmige Phase umzuwandeln und in dieser Phase dem Prozessgasstrom zuzuführen, und - a material separating device, set up to convert the solid body into a gaseous phase under this atmospheric pressure by heating a material separating body of the material separating device and to supply it to the process gas stream in this phase, and

- eine Strömungsführung, eingerichtet, das mit dieser Phase angereicherte Prozessgas in Richtung der zu besprühenden Materialoberfläche zu führen. Sprüheinheit nach Anspruch 1 , wobei der Gasführungskörper zumindest teilweise aus porösem Material, insbesondere aus Wolfram (W), geformt ist, welches der Prozessgasstrom durchströmt. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 1 - 2, wobei der Gasführungskörper mit einer Folie, insbesondere mit einer W-Folie, ummantelt ist und/oder mit einer Schicht, - 37 - insbesondere mit einer W-Schicht, umspritzt ist. - A flow guide set up to guide the process gas enriched with this phase in the direction of the material surface to be sprayed. Spray unit according to claim 1, wherein the gas guide body is formed at least partially from porous material, in particular from tungsten (W), through which the process gas stream flows. Spray unit according to one of claims 1 - 2, wherein the gas guide body is covered with a foil, in particular with a W foil, and/or with a layer - 37 - in particular with a W layer that is overmoulded.

4. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei die Prozessgasbereitstellungseinrichtung eine Prozessgasheizung auf, so dass der Gasführungskörpers und/oder das Prozessgas erhitzt ist. 4. Spray unit according to one of claims 1-3, wherein the process gas supply device has a process gas heater, so that the gas guide body and/or the process gas is heated.

5. Sprüheinheit nach Anspruch 4, wobei die Prozessgasheizung, insbesondere die der Prozessgasbereitstellungseinrichtung, induktiv und in einem Bereich von 250 - 950 KHz, bevorzugt 450 - 850 KHz, besonders bevorzugt 650 bis 850 KHz arbeitet. 5. Spray unit according to claim 4, wherein the process gas heating, in particular that of the process gas supply device, works inductively and in a range of 250-950 KHz, preferably 450-850 KHz, particularly preferably 650 to 850 KHz.

6. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei die Materialabscheideeinrichtung eine Prozessgasheizung aufweist, so dass der Materialabscheidekörper und/oder das, insbesondere angereicherte Prozessgases erhitzt ist. 6. Spray unit according to one of claims 1-5, wherein the material separating device has a process gas heater, so that the material separating body and/or the, in particular enriched, process gas is heated.

7. Sprüheinheit nach Anspruch 6, wobei die Prozessgasheizung, insbesondere die der Materialabscheideeinrichtung, induktiv und in einem Bereich von 1 - 8 MHz, bevorzugt 2 - 5 MHz, besonders bevorzugt 2 - 3 MHz, arbeitet. 7. Spray unit according to claim 6, wherein the process gas heating, in particular that of the material separation device, works inductively and in a range of 1-8 MHz, preferably 2-5 MHz, particularly preferably 2-3 MHz.

8. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei ein Endabschnitt des Festkörpers in den Materialabscheidekörper eingeschoben ist. 8. Spray unit according to one of claims 1 - 7, wherein an end portion of the solid body is inserted into the material separating body.

9. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei der Materialabscheidekör- per Austrittsöffnungen aufweist, zum Austritt der gasförmigen Phase des Festkörpers aus der Materialabscheideeinrichtung in den Prozessgasstrom. 9. Spray unit according to one of claims 1-8, wherein the Materialabscheidekör- has outlet openings for the outlet of the gaseous phase of the solid from the Materialabscheideeinrichtung into the process gas stream.

10. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei der Prozessgasstrom einen weiteren Gasführungskörper der Prozessgasbereitstellungseinrichtung durchströmt, welcher mindestens teilweise innerhalb des ersten Gasführungskörpers angeordnet verläuft. 10. Spray unit according to one of claims 1 - 9, wherein the process gas stream flows through a further gas guiding body of the process gas supply device, which is arranged at least partially within the first gas guiding body.

11 . Sprüheinheit nach Anspruch 10, wobei der weitere Gasführungskörper aus porösem Material, insbesondere aus Wolfram, geformt ist und/oder mit einer Folie, insbesondere mit einer W-Folie, ummantelt ist und/oder mit einer Schicht, insbesondere mit einer W-Schicht, umspritzt ist. 11 . Spray unit according to claim 10, wherein the further gas guide body is formed from porous material, in particular from tungsten, and/or is encased with a film, in particular with a W film, and/or is spray-coated with a layer, in particular with a W layer is.

12. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 10 - 11 , wobei der Materialabscheidekörper mindestens teilweise in den weiteren Gasführungskörper eingeschoben ist. 12. Spray unit according to any one of claims 10-11, wherein the Materialabscheidekörper is at least partially pushed into the other gas guide body.

13. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 1 - 12, wobei die Strömungsführung durch einen Endbereich eines Gehäuses der Sprüheinheit gebildet ist, eingerichtet, dass angereicherte Prozessgas in Richtung einer Sprühöffnung des Gehäuses zu führen. 13. Spray unit according to one of claims 1-12, wherein the flow guide is formed by an end region of a housing of the spray unit, set up to guide the enriched process gas in the direction of a spray opening of the housing.

14. Sprüheinheit nach Anspruch 13, wobei das Gehäuse aus Quarzglas gebildet ist und mindestens teilweise eine Pt-Schicht aufweist. 14. Spray unit according to claim 13, wherein the housing is formed from quartz glass and at least partially has a Pt layer.

15. Verfahren zum Aufsprühen eines aus einem Festkörper gewonnenen Materials auf eine insbesondere wärmeempfindliche Materialoberfläche mittels Sprühprozess unter Atmosphärendruck, aufweisend die Schritte 15. A method for spraying a material obtained from a solid onto a particularly heat-sensitive material surface by means of a spraying process under atmospheric pressure, comprising the steps

Erhitzen eines ersten Gasführungskörpers, so dass ein Prozessgasstrom von mindestens 1500°C bereitgestellt wird; Erhitzen eines Materialabscheidekörpers einer Materialabscheideeinrichtung, um unter Atmosphärendruck den Festkörper in eine gasförmige Phase umzuwandeln und in dieser Phase dem Prozessgasstrom zuzuführen; Heating a first gas guide body so that a process gas flow of at least 1500° C. is provided; Heating a material separating body of a material separating device in order to convert the solid body into a gaseous phase under atmospheric pressure and to feed it to the process gas stream in this phase;