专利名称：含有用于能量辐射的吸收颗粒的层的制造方法
含有用于能量辐射的吸收颗粒的层的制造方法本发明涉及在衬底上制造层的方法。根据该方法，向衬底上涂覆涂层材料，该涂层材料包含溶剂或分散剂、陶瓷的化学前驱体和用于能量辐射的吸收颗粒。然后，对该提供有涂层材料的衬底进行热处理，其中蒸发溶剂或分散剂并且所述化学前驱体在形成层的情况下转化成陶瓷，其中所述热处理包括引入电磁能量辐射，该电磁能量辐射由所述吸收颗粒转化成热。因此，所述吸收颗粒由能够吸收能量辐射的材料构成。该能量辐射必须提供可由一定吸收剂材料吸收的能量，并且以合适的方式选择适于使用的吸收颗粒。作为能量辐射可以特别使用电磁辐射，由此对于吸收颗粒的材料选择提供了大量选项(对此将在下文详述)，从而取决于应用情况，可以选择与所制造的层体系适配的材料。由陶瓷的化学前驱体制造陶瓷层的方法是已知的。例如，一种这种方法记载于WO 00/00660 A中。陶瓷的化学前驱体包括本身不属于陶瓷物质种类但是可以溶于溶剂或分散于分散剂中的材料。以这种方式得到了可以涂覆于待涂覆的衬底上的液体或糊料。后续的热处理的作用在于，首先蒸发溶剂或分散剂，由此硬化该层。接着的烧结处理导致前驱体交联成所期望的陶瓷(热解)。通过用不同的组合物涂覆更多的层，借助该方法也可以制造所谓的多层或梯度层，在层中层组成连续变化或跳跃变化。在热处理时的热输入通常在烘箱中进行，在烘箱中将具有涂覆层的衬底加热至所需的温度。根据DE 10 2007 026 626 B3的记载，热输入还可以有针对性的实施，通过例如将UV-光吸收剂颗粒如氧化钛或氧化锌的颗粒引入层中。热处理可以通过UV-光辐射进行， 或至少得到促进。本发明的目的在于提供一种通过热处理陶瓷的化学前驱体在衬底上制造层的方法，该方法对所需的应用情形提供了层适配的更大空间，并因此可以经济地使用。该目的通过本文开头所述的方法实现，其中对于层的仅一部分体积，使用含有吸收颗粒的涂层材料作为第一涂层材料，并且对于层的其余体积使用至少另一种涂层材料， 其含有溶剂或分散剂和陶瓷的化学前驱体。换句话说，对于本发明方法使用更多的涂层材料，其至少在吸收颗粒的选择方面彼此不同。在各情况中，第一涂层材料含有一定种类的吸收颗粒，而(一种或多种)其他涂层材料不含吸收颗粒或含有不同于第一涂层材料所含吸收颗粒的吸收颗粒。本发明应用吸收颗粒的优点在于，其可以针对一定的应用情形的方法需要进行适配。例如，以所述方式制备较厚的层，其中邻近衬底的较低的层可以设置吸收颗粒。如果接着对这些层进行传统的烘箱中的热处理，那么首先加热层的表面附近，而层的衬底附近对此需要更长的时间。然而，在该区域中，热输入通过向要使用的吸收颗粒中引入适合的能量辐射进行加速，由此可以确保将层中化学前驱体均勻加热并转化成要制造的陶瓷。由此，有利的是减少对衬底的热负荷，缩短热处理的处理时间并且对抗在层中形成内应力。此外，避免在层厚较大时交替引入层材料和实施热处理。这既可以制造品质较高的层，也可以节省制造消耗和并由此节约成本。通过仅向层的一定部分体积中引入吸收颗粒也可以有利地制造如下的层，在该层中使用了热处理时要求不同温度的陶瓷。温度较高的陶瓷可以设置具有吸收颗粒，或者设置具有较高浓度的吸收颗粒，从而在热处理时在该区域产生更高的温度。含有不同涂层材料的层体积的部分优选为多层-层的单个层。层的不同分体积通过依次涂覆不同的涂层材料而形成。以这种途径也可制造分散层，如果在后续热处理层时层组成发生分散并导致在各层之间的浓度平衡。由此形成了构成梯度层特征的浓度梯度。但是要制造的层的分体积也可以不以层形式分布。例如，在衬底上可以形成具有不同功能的层区域。因此，可以例如想到，制备具有特别性能如导电性或耐磨性的层的分区域。根据本发明方法一个有利的实施方案，也可在其他涂层材料或至少一种其他涂层材料中使用吸收颗粒，其中该使用在吸收颗粒在涂层材料中的浓度和/或吸收颗粒的化学组成和/或不同种类吸收颗粒的混合比方面有不同。对此，可以有利地使用吸收颗粒的组合，可以使用不同种类的能量辐射在热处理时同时或依次工作。然后各能量辐射可以用于在一定层体积中针对性地影响温度。还可以借助不同组成的吸收颗粒使用如下的能量辐射，该能量辐射具有不同的向层中的特异性穿透深度(下文将详细解释)。吸收颗粒在涂层材料中的浓度确定了通过辐射层可以向相关层中转化的热能。由此，可以特别地影响加热速率。通过调节特定层中的不同种类吸收颗粒之间的不同混合比，还可以使用不同种类的能量辐射。特别有利的是，涂覆由含有用于微波的吸收颗粒的涂层材料形成的层和在其上涂覆由含有用于顶和/或UV光的吸收颗粒的涂层材料形成的层。在此，可以利用如下条件， 微波作为电磁辐射具有比IR-或UV-光更大的进入层中的穿透深度。在所给方式形成的层中，还可以通过同时用IR-光或UV-光和用微波辐射进行加热，其中在所选的吸收颗粒在层中的浓度情况下可以均勻地加热层，并且可以在加热处理时避免在层内形成温度梯度。有利的是，也可以使用不同的能量辐射以所需顺序先后对层中的层进行加热。对此，先后使用一定顺序的能量辐射，并且可以例如如下实现首先将衬底上的层转化成陶瓷，然后接着转化位于其上的层。这对层的粘合或者对层中的内应力的形成有正面影响。有利的是还可以如下设置，将涂层材料涂覆在具有不同厚度的区域的衬底上，并且在较厚的区域使用较多的吸收颗粒。对此可以有利地实现，在衬底上具有局部不同厚度的层也可以在热处理步骤中硬化。在传统烘箱加热中需求较长处理时间的层厚较大的区域以此方式设置有吸收颗粒，该吸收颗粒向该区域中输入额外热能从而引起快速加热。吸收颗粒的浓度可以如下调节，使得厚度更大的层区域的处理时间适配厚度更薄的区域的处理时间。特别有利的是，在大平面工件中也引入吸收颗粒，因为在热处理时通过吸收颗粒引入热可以实现更大的均勻性。如下也有利于均勻的层结构，例如将微波仅局部地引入大表面工件的层表面的一定区域，并且同时通过IR-或UV-敏感的吸收颗粒促进能量引入。涂覆衬底可以根据常见的方法进行，例如溅射、用橡皮刷(Rakeln)、涂敷、辊压或浸没(Tauchen)。作为陶瓷可以优选制备金属氧化物或金属氮化物或金属氧氮化物 (Metalloxinitride)。此外，可以制备金属硫化物或金属氧硫化物作为涂层材料(例如二硫化钼或二硫化钨)。常见的前驱体为硫代羧酸、烷硫醇和羧酸，其与相应的金属盐混合。 对于吸收颗粒可以考虑以下材料。通过光源(IR-或UV-辐射源)输入能量，由此一般可以考虑所有的吸收剂材料，其中确定能量的光子激发吸收剂的原子和分子。根据热处理(热解)所需的温度和吸光颗粒最终需要的分解，使用有机和/或无机性质的吸收颗粒。无机吸收剂的实例有金属氧化物二氧化钛；氧化锌、二氧化硅、二氧化锡或氧化铜。作为有机IR-吸收剂，可以提及各种酞菁、萘酞菁(Naphthalocyanine)和羰花青、聚甲炔以及二氯甲烷。为了耦合微波，选用具有分子偶极矩并且在电磁交变场上反应的吸收剂(例如 TiN, CuCr, ZrO, SiO, BO、AgCr, AuCr, CrCu、铁氧体 Fe2O3 或 Fe3O4，其通过添加镍、锌或锰化合物而磁化)。所使用的吸收颗粒具有特征激发频率，这在配置激发_能量源时必须考虑。用于微波辐射的一些吸收剂的典型激发频率列于下表中。
权利要求
1.在衬底(11)上制造层(12)的方法，其中-向衬底(11)上涂覆涂层材料，该涂层材料包含溶剂或分散剂、陶瓷的化学前驱体和用于电磁能量辐射的吸收颗粒(16)，和-对该提供有涂层材料的衬底(11)进行热处理，其中蒸发溶剂或分散剂并且所述化学前驱体在形成层(1 的情况下转化成陶瓷，其中所述热处理包括引入电磁能量辐射，该电磁能量辐射由所述吸收颗粒转化成热，其特征在于，-对于层(12)的仅一部分体积，使用含有吸收颗粒的涂层材料作为第一涂层材料，-对于层(1 的其余体积使用至少另一种涂层材料，其含有溶剂或分散剂和陶瓷的化学前驱体，和-在至少一种其他涂层材料中使用吸收颗粒(16)，其中所述使用在吸收颗粒在涂层材料中的浓度和/或吸收颗粒的化学组成和/或不同类型的吸收颗粒的混合比方面有不同。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一涂层材料和至少另一种涂层材料以至少两层(13，14，15)方式涂覆。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于最上层(15)使用不含吸收颗粒的涂层材料。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，涂覆由含有用于微波的吸收颗粒的涂层材料形成的层(1 和在其上涂覆由含有用于顶和/或UV光的吸收颗粒的涂层材料形成的层(14)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，先后使用一定顺序的能量辐射，通过该能量辐射各个层中的吸收颗粒(16)先后被加热。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在具有不同厚度区域的衬底 (11)上涂覆涂层材料，并且在较厚的区域使用较多的吸收颗粒。
全文摘要
本发明涉及在衬底(11)上制造陶瓷层(15)的方法。为此，使用含有化学前驱体的涂层材料。该前驱体通过热处理转化成要制造的陶瓷。本发明提供了用于向各个层中输入热的不同方法。这通过吸收颗粒(16)实现，吸收颗粒(16)可以不同浓度或不同化学组成使用。由此，即使在较低的层区域中也可以针对性地输入热，例如除了传统的热输入(19)之外通过微波激发(16)或UV或IR光输入。因此有利地，较厚的层特别可以通过单个热处理层制备。
文档编号C23C18/12GK102449191SQ201080022695
公开日2012年5月9日 申请日期2010年5月12日 优先权日2009年5月27日
发明者C.多伊, G.温克勒, J.D.詹森, K.库纳特, R.乌尔里克, U.克鲁格 申请人:西门子公司