涂层方法及装置与流程

涂层方法及装置
1.本发明涉及一种对条状柔性电介质基材进行涂层，特别是对这样的基材进行多重涂层的方法及装置。
2.对于在涂布辊上对条状基材如薄膜进行涂层，已知的是，在涂层之前为基材设置电荷以提高基材在涂布辊处的附着力。对基材进行充电例如借助电子束进行，该电子束在基材与涂布辊接触之前指向基材。电荷使得基材在辊处牢固附着，从而特别是显着改善基材在涂层过程期间的冷却。因此可行的是：提高涂层率和/或降低基材的厚度。这样的方法例如以superbias为名而为人所知。
3.ep 1 686 197 b1描述了一种真空蒸镀沉积方法及装置，其中通过充电使要涂层的绝缘材料层与冷却辊紧密接触。
4.对基材进行充电需要电介质基材，导电基材是无法通过电子束充电的。在上一步骤中已设有金属涂层的基材就无法通过电子束充电。这样的涂层还使得本来是电介质的基材具有导电性，这就使得之后不再能够充电，或者降低先前执行的充电的效果。
5.出于该原因，已知方法的优点只可在一次性的，即仅单面的涂层中实现。
6.因此，本发明的目的在于，为在先前的工艺步骤中已进行过金属涂层的基材也实现充电的有利效果。因此，特别是应实现对涂层过程的改进，以使得该涂层过程也用于对基材进行多重涂层的工艺，其中涂层过程中的至少一个涂层过程包括涂金属涂层，如多重涂层或双面涂层。因而，也应实现对金属涂层之后的涂层过程的改进。
7.这些目的通过根据独立权利要求的本发明的特征来实现；从属权利要求定义了本发明的实施方式。
8.本发明的基本思想为，对基材进行金属涂层时，不在整个宽度上对基材进行涂层，而是设置基材的至少一个纵向条，沿着该纵向条不进行涂层。基材的这些未设有金属层的条于是可保留先前进行的充电效果或重新为它们设置电荷，从而使得至少沿着保持空白的条保留基材在涂布辊处的提高的附着力。后续的进一步涂层于是可在相同表面或背面上进行，优选再次在基材的在第一涂层时涂层过的部分中进行。
9.特别地，本发明提供了一种在涂布辊上为条状柔性电介质基材涂金属层的方法，在涂层期间，将基材沿着基材的纵向方向引导到涂布辊上。对该基材进行充电，以提高该基材在该涂层期间在该涂布辊上的附着力。为该基材涂第一金属层，其中沿着该基材的该纵向方向保留至少一个空白条，并且为该涂层过的基材设置第二金属层。该至少一个空白条优选地设置在该基材的至少一个纵向边缘周围，其中优选地保留至少两个空白条，其中基材的两个纵向边缘各自被空白条中的一个空白条包围，并且空白条在宽度方向上间隔一定距离，该距离优选地在基材的纵向方向上保持不变。
10.在步骤(b)之前，用于处理基材的要涂层表面的应保留空白条的部分的步骤(a1)可如此来执行，使得避免将金属层涂覆在这些空白条中。处理可具有以下至少一项：使用蒸发方法或胶印方法涂抹油或其他介质，这些介质在真空中一定时间之后蒸发；借助遮蔽装置遮盖；使气流发挥作用以吹走金属蒸气；吸取金属蒸气；涂覆保护介质；原位蒸发金属涂覆物；以及创建导电性急剧降低的区域。
11.在步骤(b)中，可对基材的一个表面进行涂层，其中在步骤(c)中，为基材的同一表面涂其他层。同样，在步骤(b)中，可对基材的一个表面进行涂层，并且在步骤(c)中，对基材的相反表面进行涂层，该相反表面在步骤(b)中涂层过的那个表面的反面。
12.在步骤(c)之前，可处理基材的要在步骤(c)中涂层的那个相反表面的应保留空白条的部分，以确保空白条保持空白，
13.其中优选地，该相反表面的空白条对应于步骤(b)中的所述表面的保留部分。
14.另外，可为基材的该一个表面和基材的该相反表面交替地涂第一层以及必要时的后续层，该相反表面在步骤(b)中涂层过的那个表面的反面。
15.该方法还可具有为基材涂更多金属层。
16.必要时，可至少在为基材涂第二金属层或更多金属层的步骤中的一个步骤之前，执行对基材进行重新充电的步骤。
17.对基材进行涂层特别是借助真空蒸镀方法进行的。
18.本发明还提供了一种在涂布辊上为条状柔性电介质基材涂金属层的装置，在涂层期间，将基材沿着基材的纵向方向引导到涂布辊上。该装置具有：
19.对基材进行充电的装置，以提高基材在涂层期间在涂布辊上的附着力；
20.为基材涂第一金属层的装置，
21.其中该装置如此配置，使得在涂层期间沿着基材的纵向方向保留至少一个空白条，不为该空白条涂金属层；和
22.为涂层过的基材涂第二金属层的装置。
23.该装置还可具有将第二金属层涂覆在基材的相反表面上的装置。
24.另外，用于处理基材的要涂层表面的应保留空白条的部分的装置可如此设置，使得避免将金属层涂覆在这些空白条中。
25.通过本发明，即便是在已设有金属涂层的基材的涂层过程中也可实现对基材进行充电的优点。
26.下面参照附图更详细地解释本发明；其中
27.图1示意性地示出了通过根据本发明的方法设有金属层的条状基材的俯视图和侧视图，并且
28.图2示出了用于图解说明根据本发明的实施方式的第二涂层过程的涂布辊。
29.在涂层时，特别是在电子元件的生产中对薄膜幅进行涂层的真空涂层过程中，例如在电池生产或也在包装行业中涂覆铝(al)层时，将要涂层的薄膜(基材)引导到辊上，并且当薄膜在涂布辊上运行时执行实际的涂层。例如，可通过蒸气沉积方法或溅射方法将涂层涂覆在基材上。
30.因而，特别是在包装薄膜的生产中，以及在电池生产中的电容或电极的生产中，在相对厚的基材上需要越来越厚的金属层，特别是铝层。对应地，即使有这些更厚的层，涂层时间也不应显着增加。因而，例如利用先前的方法只能实现：在50nm al的层厚的情况下，在幅材基材上取得最高约10m/s的涂层速率。然而，现在在电池生产中，例如在集电器的生产中，在仅8μm的厚度的薄膜上就已经需要有500nm乃至1.5μm al的层厚。此前的真空涂层方法很难实现这一点。由于高涂层率，基材上的冷凝热增加，从而提高传递给基材的热输入，该热输入在涂层期间是必须要消散的。因此，需要的是能够提高涂布辊冷却能力的方法。
31.通过在涂层之前对基材进行充电，例如利用电子束在背对辊的面上对基材进行充电，将通过电磁力提高基材在涂布辊处的附着力。由此，在涂层期间产生的冷凝热可经由辊更好地散发。
32.这在用于第一涂层过程的电介质基材中是能够成功的。然而，特别是在上述应用领域中，经常需要将两个或几个金属层涂覆到基材上和/或为基材的两个面设置金属层。为此的示例可为阴极对/阳极对的制造。但是，如果金属层被涂覆在基材上，基材就失去了其电介质性质，并且就不再能够将电荷施加到该基材上。
33.为了能够实现：借助在第一涂层过程时就已经用过的充电装置，使得已经金属化的基材在接下来的涂层时也能附着在涂布辊处，根据本发明，在涂金属层期间沿着基材的纵向方向保留至少一个空白条。即不将金属涂层涂覆在基材的整个宽度上，而是沿着至少一个条涂覆，优选涂覆至少两个或更多条，从而使得在基材上保留一个区域，该区域可获得先前施加的电荷并且/或者在接下来的充电过程中可将电荷施加在该区域上。因此，可至少在保持空白的条中，提高在涂布辊处的附着力并且进而可确保将热量传递给辊。
34.图1以俯视图和侧视图示意性地示出了对应涂层过的基材1。沿着要涂层的基材1的纵向方向l，该基材可以长达数千米的长度成幅地提供，为条12设置涂层，而位于其间的条11保持空白(空白条11)。保持空白的条11或区域一方面必须足够宽，以确保部分涂了金属层的基材1具有充足的附着力；另一方面，条11的宽度应选择得尽可能窄，因为保持空白的区域之后不能再用于生产所需产品。
35.为避免在所需区域中对基材进行涂层，可在涂层之前处理对应的区域。例如，可在涂层之前在不要涂层的条11的区域中涂抹一层油。这可优选地通过胶印方法来执行。也可使用油蒸发方法，例如以条状油蒸发器的形式。通常，使用油是优选的，因为油(或其他合适的碳氢化合物)在真空中一定时间之后蒸发而不会损坏基材。这样的物质在随后的真空涂层时蒸发，和/或在涂层期间因加热边界层而蒸发。
36.在涂有油层的位置处，基材不能永久金属化，并且先前施加的电荷保留在这些区域中。在随后的涂层过程中，尽管在剩余区域中进行了金属涂层，但这些区域依然使基材附着在涂布辊处。
37.在基材1上局部防止金属涂层的其他可能性例如为借助遮蔽装置遮盖相应区域或涂覆保护介质或有针对性地使气流发挥作用以吹走金属蒸汽或吸取金属蒸气。进一步地，也可使得已涂覆的金属层有针对性地在要保持空白的条11的对应区域中原位蒸发，例如通过局部热源的作用，如红外激光。也可在涂层之前，在对应的条11中创建导电性急剧降低的区域，方法是在空白条11的区域中反应性介电地涂覆金属。
38.根据本发明的方法也可连续多次实施，其中各自在进行了局部处理以防止涂层和随后的涂层之后，再次，优选地在与第一次过程相同的区域中为基材设置局部区域，在这些局部区域中应防止涂层，并且随后再次对基材进行涂层。因而，不仅涂层本身可连续多次进行，对不设置涂层的区域的中间布置的处理步骤也可连续多次进行，例如通过条状油蒸发器涂油。
39.另外，在一个工作步骤中对基材的正面和背面进行涂层的涂层装置还可具有用于涂覆金属层的其他装置，即特别是第二涂布辊，以及必要时也在背面处理基材以防止在要保持空白的区域中进行涂层的第二装置。
40.例如，在约20cm的宽度的基材中，可涂覆四个条，各自约为3cm至4cm，这些条各自被约1cm的保持空白的条隔开。同样，也可使用宽度例如为600mm至700mm，长度为1.3m至1.7m的基材。这例如可用于生产电池，这些电池应具有一定尺寸，例如约等于din a4或a5尺寸，其中之后可对应地调整条的宽度。
41.优选地，在沿着基材1的纵向方向的两个边缘处留出空白条11。优选地，条图案在基材上形成为对称的。也可从两面这样处理基材，使得在正面和背面上保留相同的区域没有涂层。这对于应将金属涂层涂覆在基材1的两面上的情况来说是特别优选的。由此形成了这样的区域，即尽管将基材1翻转以进行双面涂层或在两面进行多重涂层，但该区域始终保持没有金属涂层。尽管翻转，但这些区域反复提高附着力，并且总是夹杂空气垫，这些气垫保持最佳冷却，下面将参照图2对这一点进行更详细地解释。
42.图2示意性地示出了涂布辊20，将根据本发明的方法在第一涂层过程中已涂了一层金属层的基材1引导到该辊上。在涂覆有金属层的条形区域中，在第一涂层之前已施加的电荷或在第一涂层之后新施加的电荷不再提供使基材1在涂层辊20处附着的效果。相反，空气垫31在辊20与基材1之间的这些区域中形成。如上所述，这样形成的空气垫31支持基材1的冷却。在这些区域中，可通过适当的方法引入气体介质，以加强气垫的效果。
43.在基材1的剩余区域11'中已涂覆有油膜32，该油膜防止在这些区域11'中对基材进行涂层。在这些位置，基材1附着在辊20处，从而使得在中间区域形成空气垫/气垫31，以确保冷却并保证设置在辊周围的金属蒸气4实现最佳的涂层。
44.因此，除了该方法之外，本发明还提供一种对基材进行涂层的对应装置，该对应装置具有对基材进行充电的装置，特别是借助电子束对基材进行充电的装置；处理基材以确保不对所需的空白条进行涂层的装置，例如局部涂覆薄油膜的装置；以及最后是在表面对基材进行涂层的装置，特别是利用涂布辊进行涂层的装置，例如真空蒸镀装置。于是，涂层装置，以及必要时的充电和/或处理装置，可在进行了第一次涂层之后，将不完整的金属涂层的优点再一次用于在相同面上或也在相反面上进行的第二次涂层以及必要时的更多涂层，或者，如上所述，可各自设置有第二装置，以便在一个工艺步骤中涂覆第一涂层和第二涂层，特别是涂覆在基材的正面和背面上。
45.尽管借助于附图和相关的描述示出和详细描述了本发明，但是该示出和该详细描述应理解为说明性的和示例性的，而不是限制本发明。应理解的是，本领域技术人员可以在不脱离以下权利要求的范围的情况下进行改变和改型。特别地，本发明同样包括具有以上针对不同方面和/或实施方式提及或示出的特征的任意组合的实施方式。
46.本发明同样在附图中包括各个特征，即使这些特征在附图中结合其他特征示出和/或上面未提及。
47.进一步地，术语“具有”、“包括”及其派生词并不排除其他元素或步骤。同样，不定冠词“一种”或“一个”及其派生词也不排除复数。在权利要求中列举的多个特征的功能可以通过一个单元来实现。特别地，术语“基本上”、“大约”、“大概”等结合特性或值也精确地限定特性或精确地限定值。权利要求中的所有附图标号不应理解为限制权利要求的范围。