船用和其它环境的金属和电子设备涂布方法_3

文档序号:9641824阅读:来源:国知局
如但不 限于计算机、用于深孔钻的钻机设备、在石油钻塔上暴露的电子设备。在其它实施方式中, 该物体可以是要求特别粗糙的涂层的物体。
[0123] 如果在该物体的外表面存在开口,所述开口允许包括该保形涂层化合物和该导热 材料(例如氮化硼粉末颗粒)的气态混合物进入该物体的内部,则至少涂有保形涂层化合 物和导热材料例如氮化硼的物体可以在该物体的外部以及在该物体的内部具有保形涂层。 在优选的实施方案中,该外部保形涂层与该内部保形涂层相连续。例如,电子设备如手机可 在该设备内的电路板和电池上以及在手机的键盘和屏幕上具有保形涂层。
[0124] 在一些实施方案中,帕利灵和氮化硼可以间布分散在物体7'上的涂层8'内。图 3C。在一些实施方案中,帕利灵和氮化硼的间布分散可在分子水平上。在一些实施方案中, 帕利灵和氮化硼间布分散的涂层为约〇. 0025毫米一约0. 050毫米。在其它实施方案中,帕 利灵和氮化硼间布分散的该涂层为小于约2. 0毫米。
[0125] 在其它实施方案中,在该物体的独立层中发现至少一种保形涂层如帕利灵保形涂 层和氮化硼。所考虑的保形涂层包括但不限于聚萘(1-4-萘)、二胺(邻联甲苯胺)、聚四氟 乙烯(Teflon?)、聚酰亚胺。在优选的实施方案中,聚合物涂层可以是帕利灵c。在其它 实施方案中,可以使用其它形式的帕利灵,包括但不限于帕利灵N、帕利灵D和帕利灵HT?。 在优选的实施方案中,氮化硼和聚合物涂层的层每个约为〇.〇5毫米厚度。在其它优选实施 方案中,每层可以主要地包含聚合物涂层或主要地包含氮化硼。在一些实施方案中,硝酸硼 层2'可以比帕利灵层3'更接近物体Γ。图3A。在其它实施方案中,帕利灵层5'可以比 氮化硼6'更接近物体4'。图3B。
[0126] 保形组合物/涂层
[0127] 根据一些方面,提供包括保形涂层化合物和导热材料的涂料组合物。文中使用 的"保形涂层化合物"是能够在表面上形成和该表面的几何形状一致的超薄无针孔的聚 合物涂层的化合物(例如部分纯化的化合物、纯化的化合物、合成的化合物、分离的天然 化合物)。文中将这样的涂层称为"保形涂层"。保形涂层化合物可以等同地称为"共形 (conformational)的涂层化合物"。保形涂层化合物可以通过包括例如化学气相沉积的各 种方法施加到物体表面作为涂层。例如,保形涂层化合物的气相单体可以在单体冷凝、吸附 到表面和相伴地一起聚合从而在表面上形成无针孔保形涂层的条件下与物体的该表面接 触。根据应用,涂层的厚度范围可以为从约10埃直到50微米或更大。例如,涂层可具有最 多3毫米的厚度。在一些实施方案中,涂层具有约0.0025毫米一约0.050毫米的厚度。保 形涂层可为电绝缘体(例如体积电阻率大于10 1°欧姆*厘米)。可替代地或附加地,保形 聚合物具有约R70 -约R90的硬度(洛氏硬度值)。根据应用,保形涂层也可以是疏水性 的。保形涂层化合物可以各种形式包括单体和聚合物(例如二聚体、多聚体)形式以及相 态(例如气态、固态)存在。
[0128] 特别有用的保形涂层化合物是帕利灵化合物。帕利灵是独特的化合物系列成员 的类名。称为帕利灵N的该系列的基本成员是聚对亚苯基二甲基,由二-对亚苯基二甲基 ([2, 2]对环芳烃)制造成的化合物。帕利灵N是完全线形的高结晶材料。帕利灵C一该系 列的第二种市售可得成员,是由仅仅通过氯原子取代一个芳氢改性的相同单体制备。帕利 灵D-该系列的第三种成员,是由通过氯原子取代两个芳氢改性的相同单体制备。帕利灵 D在性能上与帕利灵C相似,具有额外的承受更高使用温度的能力。在一些实施方案中,帕 利灵可以是通过取代各种化学部分而衍生自聚对亚苯基二甲基的帕利灵。在优选实施方案 中,帕利灵能够形成线形高结晶材料。也可使用其它帕利灵分子,例如上述的衍生物和类似 物。在一些实施方案中,可使用通过商业来源例如Specialty Coating Systems (SCS),Inc. 提供的帕利灵化合物。
[0129] 保形涂层化合物也可包括但不限于聚萘(1,4-萘)、二胺(邻联甲苯胺)、聚四氟 乙烯(Tef Ion?)和聚酰亚胺。如本领域普通技术人员所熟知,可通过标准技术应用这些聚 合物。
[0130] 包括帕利灵的保形涂层可以为热绝缘,并且不易使涂布物体将热释放到环境中。 帕利灵的此特性对发热的物体如电子设备是成问题的,如果热不扩散,则可导致设备的提 早损害。文中公开的一些帕利灵类保形涂层包括促进从涂布物体热分散的导热材料。与单 有帕利灵的涂层相比,通过释放热或吸收热,这样的保形涂层对涂布要求散热的物体有用。 文中公开的帕利灵类保形涂料组合物与单有帕利灵的涂层相比也可增加硬度。因此,帕利 灵类涂料组合物也可以对要求涂布粗糙保护涂层的物体有用,如在它们的寿命中将经受剧 烈的物理冲击的那些。
[0131] 因此,根据该公开的一些方面,保形涂层化合物可以与其它添加剂相组合以获得 与单独的保形涂层化合物相比较具有一种或多种改善的性能特性的涂料组合物。例如,可 以生产具有改善热传递能力的涂料组合物。文中使用的"导热材料"是这样的材料,该材料 能够与保形涂层化合物组合以形成具有比单独的保形涂层化合物的热导率更大的热导率 的涂料组合物。文中公开的该导热材料典型地与保形涂层化合物本身相比较具有更高的热 导率。示例的导热材料具有至少为lWAm*K),至少为5WAm*K),至少为10WAm*K),至少为 15WAm*K),或至少为20WAm*K)的热导率。有经验的技术人员将理解存在各种热导率的测 定方法,包括例如在以下标准中提出的测试方法:IEEE标准98-2002,"用于准备固体电绝 缘材料热评价的测试步骤的标准",ISBN 0-7381-3277-2 ;ASTM标准D5470-06,"用于导热 电绝缘材料的热传递性能的标准试验方法";ASTM标准E1225-04, "利用隔绝-比较-轴向 热流技术的固体导热性标准试验方法";ASTM标准D5930-01,"利用瞬变线源技术的塑料热 导率标准试验方法";和ISO 22007-2:2008 "塑料-热导率和热扩散性的测定一第2部分: 瞬变平面热源(热盘)方法"。示例的导热材料包括各种陶瓷材料,包括例如二氧化硅和氮 化硅。导热材料也可以选自:氮化铝、氧化铝和氮化硼。其它导热材料包括例如二氧化钛 (TiO 2)。对本领域技术人员来说显而易知还有其它导热材料。在一些实施方案中,该涂料 组合物包括保形涂层化合物和六硼化镧(LaB 6)。在一些实施方案中,该涂料组合物包括保 形涂层化合物和二氧化硅(SiO2)。
[0132] 在一些方面,包括帕利灵化合物作为保形涂层化合物和导热材料的涂料组合物具 有比单独的帕利灵化合物大的热导率,在一些情形中,比单独的帕利灵化合物的热导率大 了约10%。在一些实施方案中,这样的涂料组合物的热导率比单独的帕利灵化合物大了约 5-10%。可替代地或此外地,该涂料组合物可具有比单独的帕利灵大的硬度,并且特别是具 有比单独的帕利灵大了约10%的硬度。
[0133] 示例的导热材料是氮化硼。氮化硼(BN)是二元化合物,由相等数的硼和氮原子组 成。因此其经验式是BN。氮化硼是与碳等电子的,像碳一样,氮化硼以各种多晶型的形式存 在,其中之一类似于金刚石,并且另一个类似于石墨。和金刚石类似的多晶型是已知的最坚 硬的材料之一和和石墨类似的多晶型是有用的润滑剂。另外,这些多晶型中的这两种显示 出吸波性质。(Silberberg, Martin S.Chemistry:The Molecular Nature of Matter and Change,第5版· New York:McGraw-Hi 11,2009.第483页)。因此,在一些方面,该公开提 供可以包含帕利灵化合物和氮化硼的涂料组合物。在这些组合物中,帕利灵化合物和氮化 硼可间布分散(例如氮化硼颗粒可分散在帕利灵聚合物中)。尽管这些组合物中可以使用 任何帕利灵化合物,但优选帕利灵D、帕利灵C、帕利灵N和帕利灵11爾化合物,并特别优选 帕利灵C化合物。在这些组合物中、氮化硼可具有六边形片状结构。在一些实施方案中,氮 化硼的重量对于帕利灵化合物和氮化硼的总重量可以少于约80%。在一些实施方案中,氮 化硼的重量可以为帕利灵化合物和氮化硼总重量的至多约1 %、至多约2%、至多约3%、至 多约5%、至多约10%或至多约20%。
[0134] 在一些实施方案中,涂料组合物可以主要由帕利灵和氮化硼组成。在其它实施方 案中,涂料组合物由帕利灵和氮化硼组成。在一些实施方案中,帕利灵和氮化硼占组合物的 至少约50 %、至少约70 %、至少约90 %、至少约95 %、至少约99 %或至少约99. 9 %。
[0135] 在一些实施方案中,在物体上的涂层包括帕利灵和氮化硼,在涂层中该氮化硼可 间布分散(分散在帕利灵化合物的聚合物中)的帕利灵中。尽管任何帕利灵可以用于这些 物体,但优选帕利灵C、帕利灵N、帕利灵D和帕利灵并特别优选帕利灵C。在一些实 施方案中,该涂层为约〇. 0025毫米-约0. 050毫米的厚度。
[0136] 尽管在一些实施方案中,该帕利灵-氮化硼涂料组合物可包含帕利灵C,而在其它 实施方案中,它可以包含帕利灵D、帕利灵N或帕利灵HT?,图1A、1B、1C和1D。在一些实 施方案中,通过各种化学部分的取代,帕利灵可衍生自帕利灵N或聚对亚苯基二甲基。在优 选的实施方案中,帕利灵形成完全线形的高结晶材料。在一些实施方案中,氮化硼具有六边 形片状结构。在一些实施方案中,在该帕利灵组合物内帕利灵和氮化硼形成独立的层。在 一些实施方案中,在帕利灵和氮化硼的层内帕利灵组合物可以具有强共价键。在其它实施 方案中,在帕利灵和氮化硼的层之间帕利灵组合物可以具有弱范德华力。
[0137] 在一些实施方案中,帕利灵组合物具有比单独的帕利灵大的热导率,例如其 以(cal/sec)/cm2/C来测定。在特定的实施方案中,帕利灵-氮化硼组合物具有比单 独的帕利灵大了约10 %、约30 %或约50 %的热导率。在其它实施方案中,帕利灵组合 物可以具有比单独的帕利灵大的按照洛氏硬度试验所定义的硬度。E. L. ToboI ski&A. Fee,Macroindentation Hardness Testing ASM Handbook. Volume 8:Mechanical Testing and Evaluation,203-211 (ASM International,2000) D 在特定的实施方案中,帕利灵-氮 化硼组合物具有比单独的帕利灵大了约10%、约30%、约50%或约90%的硬度。在帕利 灵-氮化硼组合物中帕利灵和氮化硼的相对量可定定组合物的热导率和硬度。在一些实施 方案中,氮化硼的重量在组合物中帕利灵和氮化硼的总重量中将低于约5%、低于约10%、 低于约20%、低于约40%、低于约60 %或低于约80%。在一些实施方案中,氮化硼的重量 在组合物中帕利灵和氮化硼总重量中为至多约1 %、至多约2%、至多约3%或至多约4%。
[0138] 在某些情形下,物体需要预先处理以使物体表面更易于粘合保形涂层,如通过施 加硅烷。预处理方法需要将物体浸渍在包含合适的化合物的溶液中,包括例如有机化合物 如硅烷,然后从硅烷-溶液移除该物体并使物体干燥。这样的预处理可改善保形涂层化合 物的表面粘结和提高(改善)机械和电气性质。
[0139] 在物体浸入溶液可能遭破坏的情况下,例如电子设备,可使用替代的预处理方法, 其包括用硅烷涂布物体。例如,可以气相将硅烷施加到要用包含帕利灵化合物的保形涂层 涂布的物体。这可使一些物体例如不适合浸入但需要用硅烷表面预处理的那些用帕利灵来 涂布。
[0140] 在另一方面,该公开包括具有至少一个保形涂层化合物涂层和至少一个氮化硼涂 层的物体。在一些实施方案中,保形涂层化合物可以是聚萘、二胺、聚四氟乙烯、聚酰亚胺。 帕利灵C、帕利灵N、帕利灵D或帕利灵HT?,并可优选为帕利灵C。在一些实施方案中,氮 化硼涂层可以比聚合物涂层更接近物体,然而在其它实施方案中,聚合物涂层可比氮化硼 涂层更接近物体。在一些实施方案中,氮化硼和聚合物涂层每个为至少约0. 〇5_厚。
[0141] 保形涂层装置
[0142] 也公开了可用于通过气相沉积在物体表面施加超薄保形涂层的装置。在其它方 面,公开了用于气相沉积超薄保形聚合物涂层的多阶段加热装置。
[0143] 在一些方面,该公开提供施加包括帕利灵的保形涂层的装置,其包括具有多个 (两个或更多个)温度区的蒸发室,其操作性地连接到热解室,该热解室操作性地连接到真 空室。在一些实施方案中,该真空室可包括操作性连接到热解室和真空工具的沉积室,并且 该真空工具可以是一个或更多个真空栗。在一些实施方案中,该蒸发室可以具有多个温度 区,优选两个温度区。在其它实施方案中,该热解室可以具有多个温度区,优选两个温度区。 在一些实施方案中,该蒸发室和/或该热解室可以是管式炉。
[0144] 用于将保形涂层化合物化学气相沉积到物体上的其它装置在本领域是已知的。参 见例如,美国专利号 4, 945, 856、5, 078, 091、5, 268, 033、5, 488, 833、5, 534, 068、5, 536, 319、 5, 536, 321、5, 536, 322、5, 538, 758、5, 556, 473、5, 641,358、5, 709, 753、6, 406, 544、 6, 737, 224和6, 406, 544号,在文中将它们引为参考。
[0145] 在另一方面,该公开提供施加包括保形涂层化合物和导热材料的保形涂层的装 置,其可以包括操作性地连接到热解室的蒸发室,该热解室操作性地连接到真空室,其中连 接件包括操作性地将该热解室连接到该真空室的T 一阀口。在一些实施方案中,操作性地 连接热解室和真空室的连接件可以是将气体从该热解室传送到该真空室的工具。在其它实 施方案中,该T一阀口可以是操作性地连接到用于将固体颗粒(例如粉末)或其它气体注 入通过连接件输送的气体中的工具。在一些实施方案中,该真空室可以包含操作性地连接 到热解室和真空工具的沉积室,其中该真空工具可以是一个或多个真空栗。
[0146] 一个实施方案是用于化学气相沉积帕利灵的装置,其可包括改善的蒸发室和/或 热解
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