本发明涉及用于涂覆工件特别是用于涂覆涡轮叶片的设备和方法。该方法优选是物理气相沉积方法(pvd)，特别是电子束/物理气相沉积方法(eb/pvd)。涂层特别是隔热层，其也被称为热障涂层(tbc)。
背景技术：
涡轮叶片在操作期间受到非常高的温度和温度梯度。通过隔热层，工件的耐热性得到提高，因此操作期间的使用寿命也得到延长。为了借助于eb/pvd涂覆涡轮叶片，所述涡轮叶片特别被引入真空气氛中，然后在预加热区域中加热，以便随后在处理区域中以所定的移动曲线在真空和高温下得到涂覆。这是在被称为操作器的部件的协助下进行的。处理区域的区域一般非常热，并且出现灰尘特别是呈磨屑形式的灰尘。强加在操作器的材料以及该区域中所有其它部件的材料上的要求因此非常严格。
借助于eb/pvd方法涂覆涡轮叶片的设备和方法在现有技术中是已知的。
例如，ep2520689a1教导了用于涂覆工件的eb/pvd设备和方法。该设备具有操作器，其将工件保持在涂覆腔室中的延伸位置以及涂覆腔室外的缩回位置。操作器设置有加热罩，其与工件一起被拉出处理腔室。操作器可具有外部和内部。这里的内部相对于外部是可移动的。内部可保持工件，并且外部保持加热罩。内部相对于外部围绕操作器的纵向轴线是可旋转的。除了涂覆腔室之外，该设备可具有引入腔室和预加热腔室。在涂覆期间，工件可被旋转。该现有技术文献中的设备的设计使之有必要在处理腔室(见图6，附图标记332)中设置密封件。不利的是将设备的可移动部分和密封件设置在处理腔室、最大温度负载和灰尘负载的区域中，因此希望的是在该区域中将这种部件的数量保持得尽可能少。总之，所引用文献中的设备在处理腔室的区域中的设计比较复杂，其缺点是发生维护费用增加。
ep2157204a1同样教导了一种涂覆方法和用于实施该方法的设备。该方法是用于沉积隔热层的eb/pvd方法。没有描述操作器。
ep2374913a1同样教导了一种涂覆方法和用于实施该方法的设备。该方法是用于沉积隔热层的eb/pvd方法。设置有涂覆腔室和预加热腔室。在其描述的设备中，用于工件的保持件被紧固至操作器。操作器可将工件从引入腔室移动到预加热腔室和涂覆腔室中。工件的旋转运动从而是不可能的。
ep2468918a2涉及用于在工件上沉积涂层的设备。该设备具有多个保持件，其适于接收工件。所实施的方法是eb/pvd方法。设置有操作器，其设计为能沿着其纵向轴线移动并且能围绕纵向轴线旋转。这样，工件能在涂覆腔室中旋转，以便获得尽可能均匀的涂层。通过特殊的工件保持器，意图是甚至能够涂覆以其它方式难以达到的工件区域。
ep2236643a2也描述了用于在工件上沉积涂层的eb/pvd设备。工件在涂覆期间的移动旨在经由控制单元得到调节。设置有操作器，以便前后移动工件，并将之保持在涂覆腔室中。为此目的，操作器具有杆部。操作器进一步适于使工件在涂覆腔室内发生旋转。缺乏关于操作器的更多细节。
现有技术的方案具有的缺点是，处理区域的区域中的操作器具有复杂的设计，因此容易出错。操作期间在位于处理区域中的操作器的区域中使用密封件和可动部件也是不利的。用于操作器的驱动器和可能存在的推车或轨道特别容易出错。操作器的驱动器经常配置在真空区域中，其结果是不仅设备的使用寿命缩短，而且整个设施也必须设计得更大。因为eb/pvd方法是在真空下实施的，所以成本和设备费用随着处理腔室的尺寸显著地上升。
技术实现要素：
因此，本发明的一个目的是提供一种设备和方法，借其能够以降低的维护费用、降低的能量消耗和降低的设备费用实现工件的涂覆。
上述目的通过本发明的技术方案得以实现。
设备
本发明所基于的目的通过以下设备得以实现：一种用于涂覆工件特别是涡轮叶片的设备，其包括至少一个引入腔室和至少一个处理区域，其中所述设备包括具有保持件的至少一个操作器，一个或多个工件能紧固至所述保持件，其中所述保持件是至少部分地可移动的，特别是能围绕操作器的纵向轴线旋转，其中所述操作器能沿纵向轴线的方向移动特别是水平地移动，并且其中所述保持件能沿所述操作器的纵向轴线的方向从引入腔室移动到处理区域中。所述操作器具有轴，所述轴能插入引入腔室中，并且适于使所述保持件和/或位于所述保持件上的工件发生移动，特别是发生旋转移动，其中所述引入腔室具有管道，所述管道配置在所述引入腔室的背离所述处理区域的一侧，并且其中所述管道具有能彼此推入的至少两个伸缩部段，并且所述轴延伸通过所述伸缩部段，其中第一伸缩部段具有小于第二伸缩部段的直径，其中至少一个密封件配置在第一伸缩部段的外周缘的一部分与第二伸缩部段的内周缘的一部分之间的中间区域中。伸缩部段配置在管道的位于引入腔室之外的一侧，并且它们的运动区域主要在引入腔室外部延伸。“主要”在本申请的意义上意指>50％，优选>66％，>75％，特别是>95％并且还包括100％。
在本说明书中提到“工件”时，这明确地包括多个工件。通常地并且优选地根据本发明，多个工件共同紧固至保持件，并且同样地，多个工件在本方法中被同时涂覆。保持件特别适于保持至少2个，特别是至少4个、至少6个或至少8个工件。工件的数量优选局限于最多24个，特别是最多20个，最多18个或最多14个。已经证明的是，鉴于涡轮叶片和能被设备处理的其它工件的常规尺寸，工件的这些数量特别适于在比较小的设备中获得最大可能的效率。
设备特别有利地具有多个引入腔室，因此处理区域的容量能提高。具体而言，每个引入腔室被分配有操作器和/或根据本发明具有伸缩部段的管道。在排出已涂覆工件的同时，其它工件能经由自由的引入腔室已经被引入。特别有利的是设置至少2个、至少3个或至少4个引入腔室。由于与现有技术相比根据本发明使用了相对较小尺寸的引入腔室，所以能在一个设备使用多个这种腔室。在一特别优选的实施例中，设置有多个预加热区域(或预加热腔室)，因此能进一步提高效率。每个引入腔室优选都分配有预加热区域(或预加热腔室)。作为结果，能再次显著地提高吞吐量。
由于这种构造，本发明的设备能被设计得相对较小。由于轴延伸通过伸缩部段，用于轴的驱动单元能配置在引入腔室外。这是特别有利的，因为驱动单元具有一定的尺寸，并且配备有敏感部件。借助于本发明的特定构造，驱动单元能配置在发生特别高的温度并且出现灰尘的区域外。呈位于引入腔室的背离处理区域的一侧并且朝外侧伸缩形式的轴用管道的构造使得伸缩管道所需的密封件和引导件能够配置得尽可能远离处理区域，从而使得磨损得到降低，并且所述设备零部件的相对较简单的维护成为可能。损害可移动零部件的使用寿命的磨蚀性灰尘不可避免地出现在设备的处理区域中。如果较少的可移动零部件配置在受磨蚀性灰尘影响的区域中，则在这方面的维护费用将降低。根据本发明的设备使得能够将敏感零部件(比如伸缩部段的中间区域中的密封件、伸缩部段的引导件、驱动单元和用于驱动单元的引导件)配置在处理区域外，以及配置在距具有最大热负载和磨蚀性负载的所述区域相对较远的距离处。此外，根据本发明的设备能具有相对较小的真空区域，因为用于操作器轴的驱动器和滑车能配置在腔室外。因此较小的真空泵就足以用于操作设备。
操作器至少具有轴和保持件。操作器可具有多于一个的轴，其中所述轴优选同轴地延伸。保持件可具有多于一个的保持臂。因此特别可想到的是将保持件分成两个或两个以上的保持臂，在这里可在每种情况下提供措施来保持一个或多个工件(例如保持销)。工件能围绕它们自身的轴线在保持件上旋转，以便实现尽可能均匀的涂覆。此外，保持件能围绕轴的纵向轴线旋转。保持件的导致工件更均匀涂覆的再一些移动模式也符合本发明。
在一个实施例中，设备包括预加热区域。预加热区域用于预加热工件。它优选配置在引入腔室与处理区域之间。因此，在该方法中，首先将待处理的至少一个工件插入引入腔室中并紧固至保持件。在沿环境的方向封闭引入腔室之后，可抽空所述引入腔室。工件于是可移动到预加热区域中，以便将工件预加热到升高的温度。工件可从预加热区域移动到处理区域中，以便得到涂覆。在涂覆之后，已涂覆工件可移动退出处理区域而进入引入腔室中，所述引入腔室也可用于排出已涂覆工件。
预加热区域和/或处理区域优选构造为气密腔室。引入腔室优选构造为气密腔室。在本发明的一个实施例中，在引入腔室与处理区域或处理腔室之间设置供紧固至保持件的工件通过的以气密方式可闭合的开口。在一个实施例中(其除了引入腔室和处理区域或处理腔室之外，还具有预加热区域或预加热腔室)，优选在引入腔室与预加热区域之间和/或在预加热区域与处理区域之间设置供紧固至保持件的工件通过的以气密方式可闭合的开口。
根据本发明，“腔室”意味着设备的以这种方式提到的部分在空间中的所有方向上都具有至少一个界限。所述界限可包括封闭的壁，或者该壁可具有一个或多个开口。开口可以是可闭合的，特别是以气密方式可闭合。腔室并且特别是整个设备在闭合状态下优选是气密的。在本发明的上下文内，“气密”意味着在被称为“气密”的空间(例如处理腔室)中的或者在被称为“气密”的闭合开口或密封件处的体积泄漏率小于1*10-2mbar*l/s，特别是小于5*10-3mbar*l/s。体积泄漏率优选是在20℃和1013hpa的环境压力下测量的。
不排除的是，腔室具有本文未明确提及的再一些开口。在气密腔室的情况下，所述开口朝环境是可闭合的。具体而言，引入腔室具有至少一个可闭合的引入开口，通过其可将工件插入引入腔室中。可通过相同开口或其它可闭合开口再次从设备中移除已涂覆工件。
在一个实施例中，引入腔室的引入开口位于引入腔室的面向处理区域的那侧。在这种实施例中，引入腔室优选是可移动的，特别是在操作器的纵向轴线的方向上。引入开口于是特别通过引入腔室在伸缩部段的方向上沿着操作器的纵向轴线移动而得到打开，因此伸缩部段被至少部分地推入彼此，并且保持件得以暴露。为了闭合引入开口，引入腔室经由保持件沿处理区域的方向被推回，因此引入腔室再次以气密方式闭合。保持件在引入腔室(引入位置)的打开和闭合期间特别是不移动的。预加热和处理腔室的外壁可特别具有密封件，以便以气密方式闭合引入开口。引入腔室可以是可移动的，特别是在轨道上，例如在与驱动单元相同的轨道上。
引入腔室进一步优选具有通向处理区域或通向预加热区域的可闭合开口。预加热区域(如果它构造为腔室)优选具有通向引入腔室的至少一个开口和通向处理区域的至少一个开口。一个开口或两个开口可以是以气密方式可闭合的，优选地，通向引入腔室的开口是以气密方式可闭合的，因为环境压力可暂时在引入腔室中占优势。处理区域(如果它构造为腔室)可具有通向引入腔室和/或通向预加热区域(如果存在的话)的可闭合开口。此外，处理腔室可具有再一些开口，具体而言，可设置可闭合开口，以便插入由涂覆材料制成的材料源，特别是铸锭。此外，腔室中的一个或多个，特别是引入腔室和/或处理腔室，可具有抽取开口，以便连接一个或多个真空泵。
在本发明的一个实施例中，管道具有至少3个，优选至少4个并且特别优选至少5个伸缩部段。根据本发明，伸缩部段的数量优选局限于最多12个，更优选最多8个，特别优选最多6个伸缩部段。如果使用了过多数量的伸缩部段，则密封点的数量和管道的直径增加，这是不利的。伸缩部段的在本文中相对于中间区域、中间抽取器(extractor)、密封件、防扭转装置和/或引导件所描述的特征根据本发明优选涉及多个特别是所有伸缩部段。
管道优选具有一个或多个防扭转装置，以避免伸缩部段的扭转。防扭转装置可包括介于伸缩部段的外周缘的一部分与引导件特别引导轨道之间的连接部件。连接部件在这里在轨道上是可移动的，因此所述连接部件随伸缩部段沿着纵向轴线是可移动的。因此避免了伸缩部段的扭转，并且优选还避免了伸缩部段和滑动引导件的过度机械应力。
配置在中间区域中的密封件可包括一个或多个密封元件，比如特别是密封环(例如o形环或方形环)。两个密封元件可形成密封中间空间。在所提及的中间区域中，设备可具有抽取器，以便在密封中间空间中获得负压。密封件可特别具有至少两个密封环，其彼此间隔开地配置在中间区域中并且形成至少一个中间空间。可使用抽取器在中间空间中设定负压。这具有的优点是，有效地避免了环境空气的渗透，即使在有裂纹或划痕的情况下。
特别还可在中间区域中设置引导件特别是滑动引导件，以便支持伸缩部段在彼此中的可移动性，并且确保向彼此的不受阻碍的推入或滑入。引导件包括：至少一个引导件内部元件，其位于伸缩部段的外周缘上，具有较小的直径；和至少一个引导件外部元件，其位于伸缩部段的内周缘上，具有较大的直径。引导件内部元件优选沿操作器的纵向轴线的方向延伸经过该元件所紧固至的伸缩部段的至少50％的长度，更优选至少70％，并且更优选至少90％的长度。因此，在延伸状态下，引导件内部元件的一部分，特别是大部分(>50％)，可配置在中间区域外。因此确保了伸缩部段能在很大长度上推入彼此，结果是操作器能在很大程度上推入设备的内部区域。适当的引导元件可为本领域的技术人员熟知的任何引导件，特别是滑动引导件。每个伸缩部段优选具有至少一个引导件，特别是至少两个引导件。
根据本发明，“第一伸缩部段”是指与其它伸缩部段相比具有最小截面直径的部段。根据本发明，“最大伸缩部段”是指与其它伸缩部段相比具有最大截面直径的部段。连接至引入腔室的伸缩部段在本文中也被称为“基础部段”。在一个实施例中，第一伸缩部段连接至驱动单元。在另一实施例中，最大伸缩部段连接至驱动单元。连接优选为气密设计。它特别是经由凸缘进行的。伸缩部段一起形成在管道内对外闭合的空间。伸缩部段沿着操作器的纵向轴线具有开口，从而至少允许轴被引导通过。开口还可以是较大的，特别是因为在该区域中不需要密封件。伸缩部段可具有圆形截面，因此可被称为“管状部段”。替代地，截面也可呈矩形、多边形或任何其它形状，只要各相邻部段的形状彼此协调即可。伸缩部段优选仅在操作器的纵向轴线的方向上设置有开口，并且在其它方面为封闭设计，即在侧向表面的区域中。然而，如果设置有开口，则它们是以气密方式可闭合的。
至少设置“可推入彼此的两个伸缩部段”的这种表述方式意味着两个伸缩部段之一(即具有较小直径的部段)能被至少部分地推入另一伸缩部段中(特别是达较小伸缩部段的长度的至少50％、至少70％或至少90％)。根据本发明被插入的每个伸缩部段优选可推入另一伸缩部段中，但最大伸缩部段除外。伸缩部段可以是可推入配置在引入腔室上的基础部段中的。基础部段于是当然具有比可推入基础部段中的伸缩部段更大的直径。基础部段自身特别是不可推入再一伸缩部段中的。基础部段优选牢固地连接(例如通过凸缘)至引入腔室。各伸缩部段的长度之和至少等于引入腔室中的引入位置与处理区域中的涂覆位置之间的距离，所述操作器的保持件在工件引入期间位于所述引入位置，所述操作器的保持件在涂覆期间位于所述涂覆位置。
驱动单元特别是沿着操作器的纵向轴线可移动的。可移动性优选可借助于平行于特别是在操作器的纵向轴线下方延伸的引导件得以实现。引导件可特别为轨道，并且/或者驱动单元可以是在滑车上的引导件上是可移动的。引入腔室(如果它同样是可移动的)可同样可移动地配置在引导件上，特别是在与驱动单元相同的引导件上。
方法
根据本发明，还提供了用于涂覆工件特别是涡轮叶片的方法，其具有以下步骤：
-将一个或多个工件插入根据本发明的设备的引入腔室中，并将工件紧固至保持件，
-或者将已紧固至保持件的一个或多个工件插入本发明的设备的引入腔室中，并将保持件紧固至操作器，
-借助于操作器将工件从引入腔室移动到处理区域中，或者移动到预加热区域中然后到处理区域中，
-在处理区域中涂覆工件，以及
-将已涂覆工件从所述设备中移除，
其中，在将工件移动到处理区域中，或者移动到预加热区域中然后到处理区域中的期间，各伸缩部段被推入彼此。
在根据本发明的方法中所施加的涂层优选是隔热涂层，其特别包括y2o3-稳定化的zro2、莫来石、al2o3、ceo2、稀土锆酸盐、稀土氧化物和/或金属/玻璃复合材料，或者由其构成。涂覆材料优选包括y2o3-稳定化的zro2、gd2o3、yb2o3和/或nd2o3，并且特别地涂覆材料由其构成。在一个实施例中，涂覆材料可包括金属或金属合金或者可由其构成，特别地它们是基于镍、铬和/或钴的金属或金属合金，比如特别是nicocraly。
方法进一步优选包括插入和至少部分地蒸发材料源，特别是涂覆材料的铸锭。
涂覆优选在真空下进行，特别是在<50pa、<40pa、<30pa、<20pa或小于<10pa的压力下。涂覆优选在至少800℃，特别是至少850℃或至少900℃的温度下进行。温度应该优选不超过1250℃、1200℃或1100℃的值。
根据一个优选实施例的更详细的方法序列如下进行，其中本优选实施例中提供的每个方法步骤通过自身与本发明的方法的独立技术方案的组合一起构成根据本发明的方法的独立优选的改进。
-将一个或多个工件插入根据本发明的设备的引入腔室中，并将工件紧固至保持件，
-或者将已紧固至保持件的工件插入根据本发明的设备的引入腔室中，并将保持件紧固至操作器，
-闭合引入腔室的可闭合的引入开口，
-抽空引入腔室，
-打开引入腔室与预加热区域之间的或者引入腔室与处理区域之间的可闭合开口，
-通过将伸缩部段推入彼此来将紧固至操作器的工件从引入腔室移动到处理区域中，或者移动到预加热区域中然后到处理区域中，
-使处理区域中的操作器上的工件旋转，同时涂覆处理区域中的工件，
-通过延伸伸缩部段来将紧固至操作器的已涂覆工件从处理区域撤回引入腔室中，
-闭合引入腔室与预加热区域之间的或者引入腔室与处理区域之间的可闭合开口，
-打开引入腔室的可闭合的引入开口或排出开口，以及
-将已涂覆工件从所述设备中移除。
附图说明
图1示出了根据本发明的设备，其具有总共四个伸缩部段150、160、170、140，其中连接至引入腔室的伸缩部段在本文中也被称为基础部段140。
图2示出了根据本发明使用的伸缩部段160、170以及基础部段140的详细视图。
图3示出了伸缩部段已推入彼此的根据本发明的设备，其中仅基础部段140是可见的。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的设备，其具有总共四个伸缩部段150、160、170、140，其中连接至引入腔室的伸缩部段在本文中也被称为基础部段140。这些伸缩部段可推入彼此。伸缩部段170可推入基础部段140中。可能的移动方向在伸缩部段上由箭头示出。引入腔室120和基础部段140能一起移动，由同一箭头示出。具有与驱动单元200连接的轴的操作器(未示出)在伸缩部段内延伸。驱动单元200位于滑车220上，所述滑车220能在引导件即轨道210上移动。伸缩部段160和170通过防扭转装置190来防止扭转。防扭转装置190连接在伸缩部段与引导件210之间。本设备具有引入腔室120，其配备有管道，它的组成部分有伸缩部段150、160、170以及基础部段140。管道位于引入腔室120的背离处理区域的一端。引入腔室120能在轨道210上移动，以便能够打开和闭合引入开口，其配置在面向引入腔室120的处理区域的一侧。
图2示出了根据本发明使用的伸缩部段160、170以及基础部段140的详细视图。中间区域230形成在相应地较小的伸缩部段160、170的外周缘的一部分与相邻的较大的伸缩部段140或基础部段140的内周缘的一部分之间。密封件240和滑动引导件250配置在中间区域中。防扭转装置190也可见。根据本发明，该防扭转装置优选配置在位于密封件240相对侧的较大伸缩部段的外周缘上。
图3示出了伸缩部段已推入彼此的根据本发明的设备，其中仅基础部段140是可见的。操作器(未示出)通过引入腔室120推入处理区域(未示出)中。驱动单元200配置在能在轨道210上移动的滑车220上。
附图标记列表
120：引入腔室
140：基础部段
150：第一伸缩部段
160：第二伸缩部段
170：第三伸缩部段
190：防扭转装置
200：驱动单元
210：轨道
220：滑车
230：中间区域
240：密封件
250：滑动引导件