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Dokumentenidentifikation DE69929971T2 14.09.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001090158
Titel SPRITZVERFAHREN ZUM BILDEN EINER DICKEN METALLOXIDBESCHICHTUNG
Anmelder N.V. Bekaert S.A., Zwevegem, BE
Erfinder HOSTE, Serge, B-9280 Merelbeke, BE;
PERSYN, Frans, B-9080 Lochrist, BE;
VAN DRIESSCHE, Isabel, B-9250 Waasmunster, BE
Vertreter Bird, W., Rechtsanw., Winksele, BE
DE-Aktenzeichen 69929971
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, IE, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 26.05.1999
EP-Aktenzeichen 999264088
WO-Anmeldetag 26.05.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/EP99/03599
WO-Veröffentlichungsnummer 1999061674
WO-Veröffentlichungsdatum 02.12.1999
EP-Offenlegungsdatum 11.04.2001
EP date of grant 22.02.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.09.2006
IPC-Hauptklasse C23C 4/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse C23C 4/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   C23C 14/34(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundstoff und ein Sprühverfahren, um eine Beschichtung auf ebenen oder gewölbten Substraten auszubilden, z.B. entweder als Teile der direkten Ausbildung metallischer oder keramischer Beschichtungen, wie z.B. supraleitenden oder piezoelektrischen Schichten, oder für die Herstellung von Targets für Sputtermagnetrons mit Beschichtungen, die Vorläufer solcher Schichten sind.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Aus der EP-A-286 135 ist es bekannt, komplexe keramische Materialien auf ein Substrat, wie z.B. ein Band, flammzusprühen, um eine supraleitende Schicht auszubilden. Es wird vorgeschlagen, das Substrat auf Temperaturen oberhalb von 540°C vorzuheizen und die Beschichtung langsam abzukühlen. Es wird des weiteren geraten, die Beschichtung in einer Atmosphäre zu behandeln, die eine der Bestandteile der supraleitenden Keramik enthält. Eine Sauerstoffacetylenflamme wird für das Flammsprühen verwendet. Eine Dicke bis zu 3 mm wird beschrieben.

Aus der US 5,196,400 ist auch bekannt, eine Beschichtung auf ein Target für die Verwendung in einem Sputtermagnetron zum Sputtern einer Y-Ba-CuO-Halbleiterbeschichtung plasmazusprühen. Die Abscheidung lediglich einer dünnen Targetbeschichtung von 0,5 mm wird berichtet.

Die Herstellung von supraleitenden Pulvern unter Verwendung des Flammsprühens wird in der US 5,140,005 beschrieben. Eine Sauerstoffacetylenflamme wird verwendet. Es wird stillschweigend akzeptiert, dass die hohe Temperatur der Flamme die stoichiometrischen Verhältnisse der Bestandteile verändert, und dass dies durch Erhöhen der flüchtigeren Bestandteile der ursprünglichen Mischungen kompensiert werden muss. Die US 5,045,365 beschreibt ein Verfahren. zum Abkühlen eines durch Sauerstoffacetylen flammgesprühtes Substrates mit Wasser. Ohne besondere Vorkehrungen ist Wasserkühlung für Halbleiter aufgrund des erzeugten Wasserdampfes ungeeignet.

Die EP-A-355 736 beschreibt die Herstellung flacher Targets mit Metalloxiden bis zu einer Schichtdicke von 3 mm. Die WO 98/0833 beschreibt die Herstellung von Schichten mit einer Dicke von weniger als 20 &mgr;m aus supraleitenden Metalloxidmischungen.

Der Artikel von Murakami et al. "Rapidly Solidified Thick Deposit Layers of Fe-C-Mo Alloys by Flame Spraying" beschreibt bis zu 1,5 mm dicke, schnell abgekühlte Schichten aus Fe-C-Mo-Legierungen mittels Flammsprühen. Besondere Vorkehrungen wurden getroffen, um dichte Schichten herzustellen, z.B. die direkte Anwendung von Tieftemperaturgas auf die Beschichtung während der Anwendung.

Die EP-A- 586 809 beschreibt die Metallsprühauftragung einer Schicht aus relativ homogenem Material (nickelbeschichtetes Silizium), das viel leichter zu beherrschen ist als die heterogenen Oxidmischungen, die von der vorliegenden Erfindung betrachtet werden. Schichtdicken von bis zu 8 mm werden beschrieben, 3 bis 5 mm sind jedoch bevorzugt. Unterschiedliche Schichten einschließlich einer Ni-Al-Schicht werden zur Verbesserung der Anhaftung zwischen der aufgebrachten Schicht und dem Substrat vorgeschlagen. Ein Ni-Al-Haftverbesserer ist aus der DE-A-33 18 828 bekannt.

Das Plasmasprühen von supraleitenden Materialien wird in der EP-A-288711 bis zu einer Dicke von 250 &mgr;m beschrieben.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Sprühen heterogener Metalloxide bereitzustellen, um eine keramische Beschichtung auf flachen oder gewölbten Substraten auszubilden, wie auch den entstehenden Verbundstoff bereitzustellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Sprühen heterogener Metalloxide, um eine dickwandige keramische Beschichtung auf flachen oder gewölbten Oberflächen auszubilden, die strukturell einwandfrei ist, wie auch die sich ergebende Verbundstoff bereitzustellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sprühverfahren, um eine dickwandige Beschichtung aus einem supraleitenden keramischen Material auszubilden, wie auch den resultierenden Verbundstoff bereitzustellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sprühverfahren bereitzustellen, das für die Ausbildung einer dickwandigen Keramikbeschichtung auf einem flachen oder gewölbten Target geeignet ist, um in einem Sputtermagnetron verwendet zu werden, wie auch das daraus resultierende Target bereitzustellen.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein (Magnetron-)Vakuumsputteringtarget wie auch das Target selbst bereitzustellen, mit verbesserter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit und hoher mechanischer Festigkeit unter Verwendung eines Sprühverfahrens, das dezidierte Pulverformulierungen anwendet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Substrat mit einer Beschichtung aus einer Kombination von Metalloxiden mit einer Dicke von mehr als 5 mm und insbesondere von mehr als 8 mm bereitzustellen. Die aufgebrachte Beschichtung umfasst die Zugabe eines Edelmetalls, bevorzugt ungefähr 20% oder bis zu 30%, um die Wärmeleitfähigkeit der Beschichtung zu verbessern. Das Edelmetall ist bevorzugt Silber. Das Edelmetall kann als Salz oder als Oxid, z.B. Silbernitrat oder Silberoxid, in dem zu sprühenden Material eingeschlossen sein. Die Beschichtung wird durch Flamm- oder Plasmassprühen bei atmosphärischem Druck aufgebracht. Bevorzugt ist das Substrat zylindrisch und ist bevorzugter als ein zylindrisches Targetsubstrat für ein Sputtermagnetron geeignet. Die Kombination von Oxiden umfasst bevorzugt mindestens einen supraleitenden Vorläufer oder einen Supraleiter und mindestens 10% der Beschichtung liegt in einer supraleitenden Phase vor, wenn sie aufgebracht ist. Die thermische Leitfähigkeit des aufgebrachten Materials liegt bevorzugt zwischen 1 und 5 Wm–1K–1. Wenn es auf einem Stahlsubstrat abgeschieden wird, liegt die thermische Leitfähigkeit des Verbundstoffes bevorzugt innerhalb des Bereiches von 25 bis 125 Wm–1K–1. Diese Werte sind insbesondere für YBa2Cu3O7-Beschichtungen bevorzugt. Bevorzugt wird eine haftvermittelnde Schicht auf dem Substrat aufgebracht, vor der Aufbringung der Beschichtung der Metalloxidkombination. Der Haftvermittler kann z.B eine Schicht aus Ni-Al oder eine Schicht aus einer In-Legierung sein. Die abgeschiedene Beschichtung ist bevorzugt schlagbeständig, z.B. widersteht sie einem Einschlag einer 0,036 kg Stallkugel aus einer Höhe von 2 m. Bevorzugt ist der spezifische elektrische Widerstand der aufgebrachten Schicht weniger als 15 × 10–6 Ohm·m, bevorzugt weniger als 10 × 10–6 und am bevorzugtesten weniger als 5 × 10–6 Ohm·m. Werte unterhalb von 1 × 10–6 Ohm·m können erreicht werden. Bis zu 30% eines Edelmetalls, wie z.B. Silber, können zugegeben werden, um den spezifischen Widerstand zu verringern. Diese Werte sind insbesondere für YBa2Cu3O7-Beschichtungen bevorzugt.

Die elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften der Beschichtung, die gemäss der vorliegenden Erfindung aufgebracht sind, sollten ausreichend sein, um die aufgebrachte Schicht auf ein geeignetes Substrat mittels eines Sputtermagnetrons, bevorzugt bei einer stationären Sputterabscheidegeschwindigkeit von mindestens 5 nm/Minute, bevorzugter 20 nm/Minute und am bevorzugtesten mindestens 40 nm/Minute, aufbringen zu können.

Wenn ein Supraleitervorläufer oder ein supraleitendes Material aufgebracht wird, liegt mindestens 10% der Beschichtung in der supraleitenden Phase vor, wenn sie abgeschieden wird, bevorzugt 15%. Dies kann durch eine nachfolgende, begrenzte Wärmebehandlung nach der Abscheidung, z.B. 3 Stunden und 940°C, unterstützt werden.

Die. vorliegende Erfindung schließt auch ein Verfahren zum Aufbringen mittels Flamm- oder Plasmasprühen bei atmosphärischem Druck einer Schicht auf einem Substrat ein, um ein Target für ein Sputtermagnetron auszubilden, wobei die Schicht eine Dicke von mindestens 3 mm, bevorzugt mehr als 5 mm und bevorzugter mehr als 8 mm besitzt, wobei die Beschichtung Metalloxide umfasst und das Verfahren den Schritt des Aufbringens eines zusätzlichen Edelmetalls mit der Beschichtung, und während des Aufbringens der Beschichtung das Abkühlen des Substrats, sodass die verfestigte Beschichtung darauf eine Temperatur von 25 bis 150°C besitzt, ein.

Bevorzugte Ausführungsformen gemäss der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 offenbart.

Das Substrat kann ein Target für ein Sputtermagnetron sein, und die endgültige Beschichtung kann auf ein endgültiges Substrat in dem Sputtermagnetron gesputtert werden. Die Flamme der Flammsprühpistole verleiht dem Pulver, das gesprüht werden soll, eine Temperatur von 1500°C oder weniger, bevorzugt 1200°C oder weniger. Bevorzugt kann die Temperatur, die verliehen wird, leicht höher als der Schmelzpunkt des zu sprühenden Pulvers sein, z.B. 600 bis 1000°C für einige Metalloxide. Während des Flammsprühens wird das Substrat bevorzugt durch Inkontaktbringen eines Tieftemperaturfluids mit dem Substrat gekühlt. Insbesondere sollte die Kühlvorrichtung die verfestigte Beschichtung bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur (ungefähr 25°C) und 150°C, bevorzugter von Raumtemperatur (ungefähr 25°C) bis 100°C, halten.

Die obigen Verfahren können z.B. entweder als Teil der direkten Ausbildung von supraleitenden oder piezoelektrischen Schichten auf einem Substrat, z.B. einem Band, oder für die Herstellung von Beschichtungen auf Targets für die Verwendung in einem Sputtermagnetron um eine supraleitende Schicht auf ein endgültiges Substrat zu sputtern, verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann Oxidsputtertargets bereitstellen, die eine sehr hohe Leistungsableitung unterstützen, wodurch hohe Sputterabscheidungsraten von mindestens 50 nm/Minute ermöglicht werden.

Die abhängigen Ansprüche beschreiben zusätzliche einzelne Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung wird nun mit Verweis auf die folgenden Zeichnungen beschrieben werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung eines Flammsprühgerätes, das bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

2 ist eine schematische Darstellung eines Flammsprühgerätes, das bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

3 ist eine schematische Darstellung eines Sprühtrockengerätes, das bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die vorliegende Erfindung wird mit Verweis auf bestimmte Ausführungsbeispiele und mit Verweis auf bestimmte Zeichnungen beschrieben werden, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern lediglich auf die Ansprüche. Insbesondere wird die Erfindung hauptsächlich mit Verweis auf die Abscheidung eines Supraleitervorläufers oder supraleitender Beschichtungen beschrieben werden, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern kann vorteilhaft mit anderen heterogenen Beschichtungen wie z.B. Keramikbeschichtungen, insbesondere jene mit speziellen Eigenschaften wie z.B. piezoelektrischen Eigenschaften und insbesondere Beschichtungen, die Bestandteile enthalten, die bei hohen Temperaturen abgebaut werden können oder die flüchtiger als andere Bestandteile sind, verwendet werden. Insbesondere wird die vorliegende Erfindung mit Verweis auf die Herstellung von YBa2Cu3O7 supraleitenden Pulvern und Beschichtungen beschrieben werden, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern lediglich durch die Ansprüche. Des weiteren wird eine Art und Weise der Ausführung der Erfindung mit Verweis auf Niedrigtemperaturflammsprühen beschrieben werden, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Durch Ausführen der Erfindung gemäss der Bearbeitungsdetails und Prinzipien, die unten beschrieben sind, wurden dicke Schichten (mehr als 5 mm, bevorzugt mehr als 8 mm) aus Metalloxidkombinationen, die für die Verwendung als Sputtermagnetrontarget durch Sauerstoffacetylenflammsprühen mit Wasserkühlung, oder durch Atmosphärdruck- oder Niederdruckplasmasprühen auf Substrate einschließlich zylindrischer Substrate, die in Magnetrons mit rotierender Kathode verwendet werden, aufgebracht werden. Während des Plasmasprühens können Gase, wie z.B. Argon oder Mischungen von Argon und anderen Gasen, verwendet werden, um das Plasmaspray abzuschirmen. Die vorliegende Erfindung wird auch hauptsächlich mit Verweis auf die Einspeisung von sprühgetrocknetem Pulver in den Flammsprühkopf beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sondern schließt andere Formen von Einspeisematerialien, wie z.B. eine Mischung der Metalloxide, einschließlich Aufschlämmungen davon oder Mischungen von Vorläufern von Metalloxiden, wie z.B. Metallnitrate, wie auch Aufschlämmungen und Lösungen davon, ein.

1 ist eine schematische Darstellung eines Flammsprühgerätes 10, das bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Eine Flammsprühpistole wird schematisch bei 12 dargestellt. Die Pistole 12 kann eine kommerziell erhältliche Flammsprühpistole, die z.B. von Sulzer Metco, Westbury, NY, USA erhältlich ist, eine hochgeschwindigkeitssauerstoffbrennstoffsprühende Pistole, die von der gleichen Firma erhältlich ist, sein. Die Pistole 12 kann auch mit einer Luftabklemmung ausgestattet sein. Die Pistole 12 kann mit Brenngas aus Leitung 22, Sauerstoff aus Leitung 23 und Pistolenkühlungsluft aus Leitung 24 versorgt werden. Zusätzliche Gase können der Pistole, wie z.B. in der US 5,273,957 oder der EP-A-413 296 beschrieben, bereitgestellt werden. Das zu beschichtende Material wird in Form eines Pulvers oder einer Flüssigkeit, z.B. als trockenes Pulver, als Aufschlämmnung des Pulvers oder als Flüssigkeit oder in Lösung, der Pistole über Leitung 26 aus dem Eingabemagazin 21 zugeführt. Die Pistole 12 ist auf einem Antrieb (nicht gezeigt) aufgebracht, der die notwendigen Bewegungen der Pistole 12 bereitstellt, um das Substrat 19 zu beschichten. Wenn das Substrat 19 ein zylindrisches Target, z.B. für ein Magnetron mit einer rotierenden Kathode, ist, kann dieses rotiert werden und die Bewegungen der Pistole 12 können einfache Hin- und Her-Bewegungen parallel zur Achse des Targets 19 sein. Wenn das Substrat 19 eine flache, rechteckige oder runde Platte ist, können die Bewegungen durch einen geeigneten Roboter bereitgestellt werden und können komplex sein, z.B. eine rotierende, zykloidale Bewegung einschließen. Für die schnelle Abscheidung können mehrere Pistolen 12 dasselbe Substrat 19 gleichzeitig besprühen.

Das Brenngas für die Pistole 12 kann ausgewählt werden aus Acetylen, Propylen, Wasserstoff oder ähnlichen Brennstoffen, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Insbesondere bevorzugt in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoff mit einem geringen Brennwert, wie z.B. bei Ethylen, Erd- oder Stadtgas, Butan oder Propan, da diese eine geringere Flammtemperatur als Acetylen bereitstellen, und Butan ist insbesondere bevorzugt, da es eine stabile, leicht kontrollierbare Flamme bildet und als sicherer als Acetylen angesehen wird, wenn Pulver aus kupferenthaltenden Verbindungen verwendet werden. Es ist allgemein anerkannt, dass Sauerstoffacetylenflammen Temperaturen von 2000°C und mehr besitzen. Gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Flamme der Flammsprühpistole 12 lediglich eine Temperatur bereitstellt, die ausreichend ist, das zu sprühende Pulver gerade zu schmelzen. Temperaturen von 1500°C oder weniger und bevorzugt 1200°C oder weniger sind bevorzugt, und Temperaturen von 600 bis 1000°C können bevorzugter sein. Diese geringen Flammtemperaturen minimieren die Zersetzung der keramischen Pulverbestandteile während des Flammsprühens. Darüber hinaus beschränken sie den Einfluss der Verdampfung der Materialien, die flammgesprüht werden sollen, und erlauben eine Abscheidungseffizienz von mehr als 80%, d.h. mehr als 80% der festen Masse, die ursprünglich in die Pistole 12 eingebracht wurden, werden an das Substrat 19 angelagert. Mechanisch stabile, kratzfeste, flammgesprühte Beschichtungen werden mit diesen niedrigen Temperaturen hergestellt.

Die Pistole 12 wird bevorzugt 7 bis 15 cm von dem Substrat 19, das beschichtet werden soll, entfernt gehalten, dies hängt jodoch von der Grosse der Flämme ab. Ahnliche Beschichtungen wurden unter Verwendung sowohl des Sauerstoffacetylenflammsprühens als auch des Plasmasprühens erhalten. Es muss auf die Energie, die von den gesprühten Partikeln während des Sprühens aufgenommen wird, geachtet werden, und der Transfer dieser Energie auf das Substrat. Intensive Abkühlung des Substrates wird bevorzugt, welche auf der Seite des Substrates sein kann, die von der aufgebrachten Schicht entfernt ist und/oder auf der gleichen Seite. Durch Ändern der Geschwindigkeit der Partikel in der Flamme oder dem Plasma kann die Verweilzeit darin verändert werden, wodurch die Energieaufnahme durch die Partikel begrenzt wird.

Das Material des Substrates 19 besitzt bevorzugterweise eine hohe Schmelztemperatur und eine hohe Wärmeleitfähigkeit, und wenn das Substrat 19 als ein Target für ein Sputtermagnetron verwendet werden soll, ist eine gute elektrische Leitfähigkeit bevorzugt. Es ist auch bevorzugt, wenn die thermische Ausdehnung des Substratmaterials ähnlich der der aufzubringenden keramischen Beschichtung ist. Gemäss Ausführungsformen der vorliegende Erfindung ermöglichen Tieftemperaturflammsprühen und/oder intensives Kühlen des Substrates 19 die Verwendung von Substraten 19 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten bis zu mindestens zwei oder runter bis zu mindestens ein halb mal dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der keramischen Beschichtung. Eine nicht-einschränkende Liste geeigneter Materialien kann sein Stahl, Eisen, Edelstahl, Kupfer oder Kupferlegierungen, das Tieftemperaturflammsprühverfahren gemäss der vorliegenden Erfindung, entweder unabhängig oder in Verbindung mit intensivem Tieftemperaturkühlen des Substrates 19, erlaubt jedoch die Verwendung anderer Materialien wie z.B. Papier, Pappe oder Polymermaterialien. Bevorzugt sollte das Substrat 19 vor der Abscheidung frei von Fett und trocken sein. Bevorzugt ist die äußere Oberfläche von Metallen sandgestrahlt und dann mit Poliermaterialien poliert. Es können Pufferschichten zwischen dem Substrat und der gesprühten Beschichtung wie z.B. Ni-Al oder eine In-Legierung verwendet werden. Diese können durch Flamm- oder Plasmasprühen vor der Anwendung der Metalloxidbeschichtung aufgebracht werden.

Wenn das Substrat 19 starr ist, kann es auf eine geeignete Spannvorrichtung montiert werden. Zum Beispiel wird ein zylindrisches Substrat 19 bevorzugt in einer rotierenden Vorrichtung wie z.B. eine Drehbank montiert. Das Substrat 19 kann durch rotierbare Spannvorrichtungen an jedem seiner Enden festgehalten werden. Die Temperatur der verfestigten, flammgesprühten Beschichtung 40 auf der Oberfläche des Substrates 19 wird bevorzugt durch einen Temperatursensor 13, 15 gemessen. Der Sensorkopf 13 ist bevorzugt ein optischer Sensorkopf zur Fernmessung, der mit der Oberfläche 40 der flammgesprühten Beschichtung nicht in Kontakt ist. Die Temperatur, die gemessen werden soll, ist die Temperatur der verfestigten Beschichtung 40 und nicht die der Beschichtung unmittelbar am Einschlag des Substrates 19, die eine höhere Temperatur besitzen kann. Daher ist der Temperatursensor 13 bevorzugt so angebracht, dass er hinter der Aufschlagsposition der flammgesprühten Materialien ein bisschen zurückbleibt. Zusätzlich kann ein Temperatursensor 31 innerhalb des Substrates 19 bereitgestellt werden, um das Abscheideverfahren weiter zu überprüfen. Die Überprüfung der Abscheidetemperatur ist ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Überprüfung der Temperatur beeinflusst die Menge an thermischer Spannung in der Beschichtung, wobei eine geringe Spannung die Wahrscheinlichkeit von Rissen, die sich in der Beschichtung ausbilden, reduziert.

Gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Mittel zum intensiven Abkühlen des Substrats 19 bereitgestellt. Dies ist bevorzugt ein Tieftemperaturkühler, der eine Einspeisung 16 eines Tieftemperaturfluids und ein Zuführungssystem 11, 14, 17, 29, 30 umfasst. Das Zuführungssystem kann an die Form des Substrates 19 angepasst sein. Zum Beispiel kann die Kühlvorrichtung ein Leitungsrohr 17 zum Zuführen des Tieftemperaturfluids zu einem Regelventil 11, ein Leitungsrohr 30 mit regelmäßig beabstandeten Löchern 29 zur Verteilung des Tieftemperaturfluids innerhalb des Substrates 19 und eine Regelvorrichtung 14, um den Ausgang des Temperatursensors 13, 15 aufzunehmen und zum Regeln des Betriebs des Regelventils 11 bei einem zylindrischen Substrat 19 sein, um so die Oberflächentemperatur der verfestigten Beschichtung 40 innerhalb eines bestimmten Bereichs zu halten. Insbesondere bevorzugt ist ein Temperaturbereich von Raumtemperatur (25°C bis 30°C) bis 150°C und bevorzugter von Raumtemperatur bis 100°C. Diese niedrigen Temperaturen vermeiden thermische Spannungen zwischen der Beschichtung 40 und dem Substrat 19, wodurch eine gute Bindung und gute Beschichtungsdichte, Härte und Kratzfestigkeit bereitgestellt werden, wodurch unterstützt wird, dass die Langzeitstabilität einer solchen Beschichtung sichergestellt wird. Die Verwendung eines Tieftemperaturfluids, wie z.B. flüssigem Stickstoff (77°K), ist vorteilhaft und ökonomisch, da die Komplikation von perfekt abgedichteten, rotierenden Einlässen und Auslässen an dem Substrat 19, wenn Wasser oder andere flüssige Kühlmittel verwendet Werden, nicht benötigt werden. Zusatzlich erzeugen Tieftemperaturfluide wie z.B. flüssiger Stickstoff große Temperaturgradienten, wodurch der Effekt der thermischen Senke verstärkt wird. Andere flüssige Kühlmittel wie z.B. Wasser werden von der Erfindung nicht ausgeschlossen.

Das zylindrische Substrat 19 kann durch eine Dichtung 26 an einem Ende und mit einer rotierenden Dichtung 28 am anderen Ende abgedichtet sein. Die Dichtung 28 kann mit einer abgedichteten Durchführung 27 zum Bereitstellen eines Tieftemperaturfluids ausgestattet sein. Wenn Wasserkühlung verwendet wird, werden rotierende Dichtungen an beiden Enden des zylindrischen Substrats als sehr wichtig angesehen, um zu verhindern, dass Wasserdampf in die Abscheideumgebung entweicht. Gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Enden 26, 27 das Entweichen eines Tieftemperaturfluids erlauben, das dann ein Schutzgas um das Substrat 19 während des Sprühverfahrens bildet. Besonders bevorzugte Tieftemperaturfluide sind flüssiger Stickstoff, flüssiger Sauerstoff und flüssige Luft. Bei einigen komplexen keramischen Materialien können ein oder mehrere Bestandteile während des Sprühverfahrens reduziert werden. Für solche Materialien kann es vorteilhaft sein, ein Schutzgas einschließlich Sauerstoff, z.B. Flüssigluft oder flüssigen Sauerstoff zu verwenden, die die Reoxidation des reduzierten Bestandteils unterstützen. Auf der anderen Seite kann es bei anderen komplexen Keramiken von Vorteil sein, die Kontaktzeit mit Sauerstoff bei hohen Temperaturen zu vermindern, unter welchen Bedingungen flüssiger Stickstoff bevorzugt wäre, oder ein reduzierendes Gas wie z.B. Wasserstoff kann eingeschlossen sein. Es wird bevorzugt, die Atmosphäre in der Umgebung des Substrates 19 während der Beschichtungsabscheidung zu kontrollieren, um die Gegenwart überschüssigen Wasserdampfes und insbesondere die Kondensation von Wasser auf dem Substrat 19 zu vermeiden. Dies kann durch allgemeine Luftaufbereitung in der Umgebung des Substrates 19 erreicht werden, um den Taupunkt zu reduzieren.

Es wird bevorzugt, wenn die Abscheiderate so gewählt ist, um die oben genannten Substratoberflächentemperaturen beizubehalten. Unter Annahme des zylindrischen Substrates, das in 1 gezeigt ist, kann die Rotationsgeschwindigkeit des Substrates 19, die lineare Geschwindigkeit der Pistole 12 und die Rate des Materials, das die Pistole 12 verlässt, geregelt werden, um die oben spezifizierten Temperaturen zu erreichen. Zum Beispiel wurde festgestellt, dass unter Verwendung von zylindrischen Substraten, die aus Edelstahl mit einem Durchmesser von 15 cm und bis zu 40 cm Länge hergestellt sind, eine Pulvereinbringung von 5 bis 10 g/min geeignet war, um 3 bis 10 mm Beschichtungen herzustellen, wenn eine YBa2Cu3O7-Schicht aufgebracht wurde. Die Rotationsgeschwindigkeit des Substrate 19 kann im Bereich von 10 bis 100 U/min mit einer Oberflächengeschwindigkeit im Bereich von 1 bis 40 m/min und der längslaufenden Zuführung der Pistole 19 im Bereich von 1 bis 3 m/min, typischerweise von 2 m/min, liegen. Die Abscheiderate pro zyklischem Durchlauf der Pistole 12 kann 10 bis 50 &mgr;m Dicke der Beschichtung betragen. Ungefähr 10% bis 15% der aufgebrachten Beschichtung behielten die Gitterstruktur des Pulvers bei und zeigten supraleitende Eigenschaften. Es wird vom Fachmann geschätzt werden, dass ein Erhöhen der Abscheiderate, der Abscheidedicke pro Durchlauf oder der Flammtemperatur oder Vermindern der Wärmeleitfähigkeit des Substratmaterials die Wärmebelastung auf das Kühlsystem erhöht und die Anpassung einer oder mehrerer dieser Parameter notwendig sein kann, um zufriedenstellende Beschichtungen zu erhalten. Die Wärmeleitfähigkeit des abgeschiedenen Materials ist bevorzugt zwischen 1 und 5 Wm–1K–1. Wenn auf einem Stahlsubstrat abgeschieden wird, liegt die Wärmeleitfähigkeit bevorzugt in einem Bereich von 25 bis 125 Wm–1K–1. Diese Werte sind insbesondere bevorzugt für YBa2Cu3O7-Beschichtungen. Bevorzugt wird eine haftungsfördernde Schicht auf dem Substrat aufgebracht, bevor die Auftragung der Beschichtung der Metalloxidkombination durchgeführt wird. Der Haftvermittler kann z.B. eine Schicht aus Ni-Al oder eine Schicht einer In-Legierung sein. Die abgeschiedene Beschichtung ist bevorzugt schlagbeständig, z.B. widersteht sie einem Einschlag einer 0,036 kg Stahlkugel aus einer Höhe von 2 m. Bevorzugt sind ungefähr 20% oder bis zu 30% eines Edelmetalls in dem Oxidmaterial eingeschlossen, um elektrische und thermische Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht zu verbessern. Das Edelmetall ist bevorzugt Silber. Das Edelmetall kann als ein Salz oder Oxid, z.B. Silbernitrat oder Silberoxid, in dem zu sprühenden Material eingeschlossen sein. Bevorzugt ist der spezifische elektrische Widerstand der abgeschiedenen Schicht geringer als 15 × 10–6 Ohm·m, bevorzugter geringer als 10 × 10–6 und am bevorzugtesten weniger als 5 × 10–6 Ohm·m. Werte unterhalb von 1 × 10–6 Ohm·m können erreicht werden. Bis zu 30% eines Edelmetalls wie z.B. Silber können zugegeben werden, um den spezifischen Widerstand zu verringern. Diese Werte sind insbesondere für YBa2Cu3O7-Beschichtungen bevorzugt.

2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Flammsprühverfahrens und -gerätes gemäss der vorliegenden Erfindung. Bestandteile in 2 mit demselben Bezugszeichen wie in 1 beziehen sich auf gleichartige Teile. Das Substrat 19 gemäss dieser Ausführungsform ist eine Folie oder ein Blatt aus Metall, Plastik oder anderem flexiblem Material, das von einer Abwickelspule 32 auf eine Aufnahmespule 36 gewickelt wird. Wenn die endgültige Beschichtung 40 nicht gewickelt werden kann, kann die Folie mit der Beschichtung 14 linear von der Abwickelspule 32 gezogen werden und in Längen geschnitten werden. Die Beschichtung 40, die eine supraleitende Schicht sein kann, wird mit einer Flammsprühpistole 12 ähnlich der, die mit Verweis auf 1 beschrieben wurde, flammgesprüht. Insbesondere ist es bevorzugt, einen Brennstoff mit einem geringeren Brennwert als Acetylen wie z.B. Erd- oder Stadtgas, Butan oder Propan zu verwenden. Bevorzugt verleiht die Temperatur der Flamme der Pistole dem Material, das durch die Flamme besprüht wird, eine Temperatur von 1500°C oder weniger bevorzugt 1200°C oder weniger. Dieses Material kann in Form eines Pulvers entweder fertiger Bestandteile der Beschichtung 40, z.B. Oxiden, oder von Vorläufern davon, z.B. Nitraten, vorliegen, oder kann in der Form einer Aufschlämmung von Pulvern, z.B. Oxiden, oder einer Lösung, z.B. Nitraten, vorliegen. Die Pistole 12 kann von Hand oder bevorzugter durch einen Roboter kontrolliert werden, um Zickzackbewegungen über die Breite der Folie 19 bereitzustellen, wodurch eine gleichmäßige Beschichtung 40 aufgebracht wird. Bevorzugt wird eine Schicht von 10 bis 50 &mgr;m Dicke in jedem Durchlauf aufgebracht.

Die Temperatur der Beschichtung 40 kann durch einen oder mehrere optische Sensoren 13, 15 überwacht werden. Die Temperatur der Folie 19 wird mittels eines Tieftemperaturfluids, das aus Container 16 zu einer Reihe von Löchern oder Düsen 29 über eine Rohrleitung 17, ein regelbares Ventil 11 und eine Rohrleitung 30 zugeführt wird. Das Ventil 11 wird durch einen Regler 14 geregelt, um die Temperatur der Folie, die von dem Sensor 13, 15 bestimmt wird, auf weniger als 400°C, bevorzugt auf weniger als 150°C und am bevorzugtesten zwischen 50 und 100°C beizubehalten. Solche geringe Temperaturen ermöglichen eine große Bandbreite von Materialien als Substrat 19, einschließlich Polymermaterialien, cellulosehaltiger Materialien sowie auch Metalle. Obwohl nur ein Regler 14 dargestellt ist, schließt die vorliegende Erfindung mehrere Regler jeweils mit einer eigenen regelbaren Tieftemperaturkühlvorrichtung 11, 29, 30 ein, um individuell die Temperatur unterschiedlicher Teile der Folie 19 oder Beschichtung 40 zu regeln. Wahlweise kann ein optisches Kodiergerät 34 an einer Walze 35 angebracht sein. Das optische Kodiergerät kann mit einem optischen Sensor 37, 38 abgelesen werden, wobei ale Pulsfrequenz, die in dem Sensor 37, 38 generiert wird, proportional zur linearen Geschwindigkeit der Folie 19 ist. Dieser Wert kann auch von dem Regler 14 verwendet werden, um das vollständige Verfahren zu regeln und die Temperaturen und die Beschichtungsdicke, die oben erwähnt sind, beizubehalten.

Wenn supraleitende Beschichtungen 40 hergestellt werden, ist es bevorzugt, wenn keine Wasserkondensation auf der Beschichtung 40 oder auf der Folie 19 auftritt, weshalb es bevorzugt wird, wenn die Atmosphäre um die Abscheideausrüstung klimatisiert ist, um den Taupunkt unterhalb der Umgebungstemperatur abzusenken. Bevorzugt werden die beschichteten Substrate gemäss dieser Erfindung für einen langen Zeitraum in einer Plastiktüte gelagert, die mit einem trockenen Inertgas, wie z.B. Stickstoff gefüllt ist. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Flammsprühen von Pulvern, die bereits supraleitende Eigenschaften in der Pulverform besitzen. Unter Verwendung der Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ist es möglich, solche Beschichtungen flammzusprühen und 10% bis 15% der supraleitenden Eigenschaften der Beschichtung 40 ohne extensive Hitzenachbehandlungen beizubehalten.

Das supraleitende und/oder das keramische Pulver und/oder das metallische Pulver, das für das Flammsprühen verwendet werden soll, ist bevorzugt homogen, zeigt passende rheologische Eigenschaften und die richtige Stöchiometrie, um die gewünschten Eigenschaften in der endgültigen Beschichtung zu erzeugen. Typische, bevorzugte Dichten für supraleitende Pulver können in dem Bereich von 4 bis 5 g/cm3 liegen. Eine nichtbeschränkende Liste geeigneter Materialien, die als Pulver, Aufschlämmung oder flüssige Lösung gemäss der vorliegenden Erfindung flammgesprüht werden können, sind: supraleitende Materialien wie z.B. R1Ba2Cu3Oy wobei R Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu ist; oder Bi2-xPbxSr2Can-1CunOy, Tl2Ba2Can-1CunO2n+3, HgBa2Can-1CunO2n+2+&dgr;; oder Ba2Can-1O2n+2, oder CaBa2Can-1CunO2n+&dgr;; oder Hochtemperaturcupratsupraleiter der allgemeinen Formel AmE2Rn-1CunO2n+m+2, wobei A, E, R ausgewählt sind aus unterschiedlichen Kationen wie z.B. A = Bi, Tl, Hg, Pb, Cu oder ein Lanthanidelement, E = Ba oder Sr und R = Ca oder ein Seltenerdelement; oder piezoelektrische Keramiken, z.B. mit der allgemeinen Formel M(ZrxTi1-x)O3 wobei M = Pb, Ba oder Sr; oder hitzebeständige Keramikoxide, -nitride, -carbide oder -phosphate, z.B. Al2O3, MgO, ZrxOy; oder Metalle und ihre Legierungen.

Gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für die Herstellung geeigneter keramischer Pulver für die Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Indem man von wässrigen Lösungen ausgeht, die die Salze der Metalle in den richtigen Verhältnissen enthalten, kann ein reaktives Vorläuferpulver unter Verwendung kommerziell erhältlicher Sprühtrockenausrüstungen in Kilogrammmengen erhalten werden. Die Art des Salzes (zumeist Nitrate) sollte bevorzugt mit der thermischen Zersetzung zu Oxiden in den weiteren Prozessen wie z.B. Sintern oder Flammsprühen kompatibel sein. Gemäss der vorliegenden Erfindung können sprühgetrocknete Nitratpulver direkt flammgesprüht werden, oder die Pulver können erst gesintert und dann flammgesprüht werden.

Ein Sprühtrockensystem 50 zur Abgabe von Pulver, das für anschließenden Flammsprühausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist schematisch in 3 gezeigt. Die Eingangsflüssigkeit wird aus einer geeigneten Quelle 53 über eine peristaltische Pumpe 54 zu dem Sprühkopf 72 gezogen. Druckluft 51 wird durch einen Lufttrockner und wahlweise Vorheizer 52 zu dem Sprühkopf 71 durch eine Saugvorrichtung, wie z.B. einem Gebläse 63 am Ende des im allgemeinen geschlossenen Systems, gezogen. Die Flüssigkeit aus der Quelle 53 kommt in den Sprühkopf 71, der durch geeignete Mittel 55 abgekühlt ist, um Verstopfen aufgrund von frühzeitiger Verdampfung der Flüssigkeit zu verhindern. Die Flüssigkeit wird in einer Zweifluiddüse mit Gleichstromeindüsung 71 durch die trockene Druckluft 51 atomisiert und in eine Kammer 56 entladen, wo sie zu einem Pulver trocknet. Die Flüssigkeit aus der Quelle 53 kann eine Lösung geeigneter Nitrate oder eine Aufschlämmung der relevanten Oxide mit Zugabe anderer Mittel wie z.B. Bindemittel sein.

Die Luft 65 wird durch ein Gebläse 63 über ein Heizgerät 64 in die Kammer 56 über eine Ringöffnung 72, die den Auslass des Sprühkopfs 71 umgibt, eingezogen. Die Luft 65 erhitzt auch den Sprühkopf 71. Der umgebende Luftstrom 65 leitet die verdampfende Flüssigkeit in die Kammer 56 und hilft zu Verhindern, dass das Powder an den Wänden der Kammer 56 kleben bleibt. Der Luftstrom des Gebläses 63 ist derart gewählt, sodass Pulver der richtigen Korngröße von der Kammer 36 durch einen wahlweisen Heizbereich 58 in einen Pulverkollektor 59 gefegt wird. Schwerere Partikel setzen sich in einer Falle 57 nieder und werden vom Boden der Kammer 56 entfernt.

Der Pulverkollektor 59 kann irgendeine geeignete Vorrichtung, wie z.B. ein Zyklon, ein Beutelfilter oder ein elektrostatischer Filter sein, obwohl ein Zyklon bevorzugt wird. Der Zyklon entleert das Pulver in einen entfernbaren Container 60, der am Boden des Zyklons 59 angebracht ist. Verbrauchte Luft wird über die Falle 61 entfernt und in einem Washer 12 gewaschen, um Verunreinigungen zu entfernen. Die schließlich saubere Luft wird in die Atmosphäre durch ein Gebläse 63 abgepumpt, das den Luftstrom durch das System regelt.

Das Regelsystem 6670 für das Verfahren arbeitet folgendermaßen. Die Rotationsgeschwindigkeit der Zentrifugalluftpumpe 53, die Temperatur des Heizelements 64 und der Fluss der atomisierten Luft werden mit dem Regler 67, 70 geregelt. Der Luftstrom wird durch das Messgerät 68 gemessen. Die Temperatur der heißen Luft 65 und die Luft in der Röhre, die von der Kammer 56 zu dem wahlweisen Heizgerät 58 führt, wird unter Verwendung von Thermoelementen 66 überwacht, wobei die endgültige Pulvertemperatur durch den Temperatursensor 69 überwacht wird.

Nach dem Sprühtrocknen kann das Pulver in einem einzigen Schritt gesintert werden. Zum Beispiel werden die erforderlichen Nitrate in den richtigen stöchiometrischen Verhältnissen in Wasser gelöst und wie oben beschrieben sprühgetrocknet, um ein supraleitendes Pulver der allgemeinen Formel YBa2Cu3O7 mit wahlweise Ag herzustellen. Die Nitrate werden dann zu Oxiden durch Sintern bei 920–960°C über 40 bis 60 Stunden reduziert. Wahlweise können die Nitrate erst durch Erhitzen in Luft bei 780°C über 10 Stunden reduziert werden, bevor sie bei den obigen Temperaturen und Zeiten gesintert werden. Das YBa2Cu3O7-Pulver, das durch dieses Verfahren hergestellt wurde, ist supraleitend. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, Pulver mit supraleitenden Eigenschaften durch Sprühtrocknen und wahlweises Sintern herzustellen und anschließendes Flammsprühen dieser supraleitenden Pulver bei den niedrigsten Flammtemperaturen, die notwendig sind, um ein Schmelzen des Pulvers und eine Beschichtungsausbildung auf dem Substrat zu erreichen, während die Beschichtung in der schnellstmöglichen Art und Weise gekühlt wird. Durch dieses Verfahren wird die Kristallstruktur, die in dem supraleitenden Pulver vorliegt, so wenig wie möglich durch das Flammsprühverfahren gestört. Natürlich verursacht das Schmelzen des Pulvers während des Flammsprühens einen vollständigen Verlust der Kristallorganisation, wenn die Zeit in der Schmelze lang ist. Durch Verringern der Flammtemperatur und Verkürzen der Zeit in der Schmelzphase durch sehr schnelles Abkühlen der Beschichtung gemäss der vorliegenden Erfindung wird die lokale Kristallorganisation zu einem gewissen Grad in der endgültigen, flammgesprühten Beschichtung beibehalten, z.B. ungefähr 10% in der endgültigen Beschichtung sind in der supraleitenden Phase, wodurch eine Beschichtung auf dem Substrat mit optimalen Ausgangsbedingungen für eine weitere Hitzebehandlung bereitgestellt werden, um volle supraleitende Eigenschaften zu entwickeln. Die Zugabe von metallischem Silber erhöht die thermischen und mechanischen Eigenschaften im späteren Flammsprühen und Magnetronsputtering.

Alternativ kann das Pulver für das Flammsprühen aus Aufschlämmungen der relevanten Oxide in den richtigen stöchiometrischen Verhältnissen mit der wahlweisen Zugabe von Silber in dem oben genannten Gerät gemäss der vorliegenden Erfindung sprühgetrocknet werden. Zum Beispiel kann die Mischung der Oxide bei der Herstellung eines keramischen Materials durch jeweiliges Sieben auf 40 &mgr;m und anschließendes Mischen in den richtigen Verhältnissen hergestellt werden, um die stöchiometrischen Verhältnisse in der endgültigen Beschichtung zu erhalten. Eine Menge endionisiertem Wasser wird zu ungefähr 60 Gew.-% des Pulvers zugegeben, sowie auch eine Menge eines organischen Bindemittels, wie z.B. PVA (Polyvinylacetat), entsprechend ungefähr 2 Gew.-% des Pulvers, und anschließend zu einer Aufschlämmung vermischt. Die Aufschlämmung wird dann wie oben beschrieben sprühgetrocknet, wodurch ein Pulver mit einer Korngröße von 30 bis 50 &mgr;m entsteht. Im allgemeinen erfordern sprühgetrocknete Oxidaufschlämmungen kein Sintern vor dem Flammsprühen. Das organische Bindemittel kann während des Flammsprühens oder in einem extra Sinterschritt ausgebrannt werden.

Das Sprühtrocknen von 10 Gew-%igen Nitratlösungen erzeugt im allgemeinen Korngrößen von 3 &mgr;m im Durchschnitt, wobei mindestens 90% der Körner zwischen 0,5 und 5 &mgr;m liegen. Um die erforderliche Korngröße zu erhalten, ist es bevorzugt, wie oben erwähnt zu Sintern. Leichtes Mahlen und Sieben dieses gesinterten Pulvers kann eine Massenfraktion von mehr als 80% mit Korngrößen zwischen 40 und 80 &mgr;m erzeugen. Durch die Veränderung entsprechender Konzentrationen der Lösung der wässrigen Medien 53 und/oder der Zugabe von Bindemitteln und/oder dem Sprühtrocknen der Aufschlämmungen eher als der Lösungen, erlaubt die Kontrolle der Korngröße in dem endgültigen Produkt auf zwischen 2 und 100 &mgr;m. Zum Beispiel schließt die vorliegende Erfindung die Zugabe von organischem Bindemittel, wie z.B. Polyvinylacetat (PVA), zu der zu sprühzutrocknenden Flüssigkeit ein, um die Korngröße in dem endgültigen Pulver zu regeln. Solche Bindemittel können in einem späteren Hochtemperaturverfahren wie z.B. dem Sintern ausgebrannt werden. Eine durchschnittliche Korngröße von 40 bis 80 &mgr;m wird für eine gute Flammsprühabscheidung bevorzugt. Das endgültige Pulver kann leicht gemahlen und gesiebt werden, um die Homogenität der Korngrößen zu verbessern.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Einschluss von Silbermetall in der endgültigen supraleiteinden Keramikbeschichtung. Dies wird wie oben erwähnt durch das Einschließen von ungefähr 20 bis 30 Gew.-% des keramischen Materials an Silbernitrat erreicht, wenn Silbernitratlösungen sprühgetrocknet werden und anschließend flammgesprüht werden, oder durch Zugabe von Ag2O-Pulver in einer Oxidaufschlämmung, die dann sprühgetrocknet und flammgesprüht wird. Die Zugabe von Silber zu dem flammgesprühten Material ist vorteilhaft für die Anhaftung zwischen den Körnchen und die Wärmeausbreitung während des Flammsprühens, wodurch eine starke und dichte Beschichtung erhalten wird. Das Silber verbessert die Wärme- und elektrische Leitfähigkeit der flammgesprühten Beschichtung, was vorteilhaft für das Sputteringverfahren ist, wenn das Substrat als ein Sputteringtarget verwendet wird. Die verbesserten spezifischen Leitfähigkeiten ermöglichen einen höheren Energiedurchsatz bei dem Magnetron als Targets, die kein Silber enthalten.

Das Flammsprühverfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Aufbereitung von Targets für Sputtermagnetrons. Es ist wohl bekannt, dass das Vorliegen eines statischen Rennbahn(race track)-Plasmas im Magnetron während des Sputterns zu einer Erosionsrille und schlechter Targetausnutzung führt. Unter Verwendung des Flammsprühverfahrens der vorliegenden Erfindung kann ein derart abgenutztes Target durch Sprühen des entsprechenden Targetmaterials in die Erosionsrille und Aufbau des Targets zu seiner ursprünglichen Dicke in diesen Bereichen wiederhergestellt werden. Durch Bereitstellen der intensiven Tieftemperaturkühlung, die oben beschrieben ist, kann die allgemeine Targettemperatur unterhalb von 400°C, bevorzugt unterhalb von 150°C und am bevorzugtesten zwischen Raumtemperatur (ungefähr 25°C) und 100°C gehalten werden. Diese geringen Temperaturen führen zu einer geringfügigen Beschädigung bei bestehendem Targetmaterial, während dennoch eine mechanisch starke Beschichtung in der ehemaligen Erosionsrille erzeugt wird. Solch ein Verfahren ist insbesondere ökonomisch, wenn das Targetmaterial teuer ist, wie z.B. supraleitende Materialien. Die Flammsprühpistole 12, die oben beschrieben ist, kann von Hand gehalten werden und die Kontur der Erosionsrille in dem verwendeten Target kann nachgefahren werden, wodurch das fehlende Material langsam, bevorzugt 10 bis 50 &mgr;m pro Durchgang, wiederaufgebaut wird. Bevorzugt wird die Pistole 12 durch einen Roboter gesteuert, der programmiert ist, die richtigen Bewegungen mit der Pistole 12 auszuführen, um die Erosionsrille in dem Target aufzufüllen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Abscheiden einer Schicht auf einem Substrat durch Flamm- oder Plasmasprühen bei atmosphärischem Druck, um ein Target für ein Sputtermagnetron auszubilden, wobei die Schicht eine Dicke von mindestens 3 mm besitzt, die Beschichtung Metalloxide umfasst, und das Verfahren folgende Schritte einschließt:

    Abscheiden eines zusätzlichen Edelmetalls mit der Beschichtung, und während der Abscheidung der Beschichtung Abkühlen des Substrates, so dass die fest gewordene Beschichtung darauf eine Temperatur von 25–150°C besitzt.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Temperatur der fest gewordenen Beschichtung während der Abscheidung bei 25–100°C gehalten wird.
  3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Edelmetall Silber ist.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Silber enthaltende Material in dem Material eingeschlossen ist, das gesprüht werden soll, wodurch sich bis zu 30% Silber in der abgeschiedenen Beschichtung ergibt.
  5. V erfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sprühschritt das Sprühen eines Materials durch einen Sprühkopf einschließt, wobei das Material in Form eines Pulvers, einer Aufschlämmung oder einer Lösung vorliegt.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Abkühlen mit einer Tieftemperaturflüssigkeit bewirkt wird.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Beschichtung einen supraleitenden Vorläufer umfasst, und mindestens 10% der Schicht in einer supraleitenden Phase vorliegt, wenn sie abgeschieden ist.
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schicht eine Dicke von mehr als 5 mm besitzt.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Schicht eine Dicke von mehr als 8 mm besitzt.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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