加工條形基材的裝置和方法
【專利摘要】本發明首先涉及一種在處理室(2)中對條形基材(1)進行加工、尤其進行鍍膜的裝置，具有在處理室(2)中圍繞旋轉軸(18)可旋轉地支承的加工輥(3)，從第一卷軸(6)退繞的基材(1)以螺旋狀鋪放在所述加工輥外表面上的狀態被連續加工、尤其被鍍膜，其中，經過加工、尤其經過鍍膜的基材(1)被卷繞在第二卷軸(7)上。為了在連續運行的過程中為條形基材涂覆上石墨烯或者納米管膜，設有進氣/排氣裝置(8，9，10)，用以產生基本上平行于旋轉軸線(18)定向的氣流(11，12)。本發明還涉及一種在所述裝置中對條形基材(1)進行鍍膜的方法。
【專利說明】加工條形基材的裝置和方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種在處理室中對條形基材進行加工、尤其進行鍍膜的裝置，所述裝置具有在處理室中圍繞旋轉軸可旋轉地支承的加工輥，從第一卷軸退繞的基材以螺旋狀鋪放在所述加工輥外表面上的狀態被連續加工、尤其被鍍膜，其中，經過加工、尤其經過涂層的基材被卷繞在第二卷軸上。
現有技術
[0002]文獻JP2005-133165A描述了這種裝置。加工輥是布置在殼體的圓柱形空腔中的圓柱體。
[0003]文獻W02011 / 081440A2描述了一種裝置，其中，加工輥局部浸沒在浴槽之中。
[0004]文獻W02012 / 134205A1描述了一種裝置，其中，條形基材連續通過處理室。這里沒設有加工輥。
[0005]文獻US2012 / 0234240A1和文獻US2011 / 0195207A1也描述石墨烯鍍膜裝置，其中，條形基材穿過處理室，并在該處被鍍膜。在不使用加工輥的情況下完成該過程。
[0006]文獻W02012 / 0287776A1描述了一種裝置，其中，待鍍膜的條形基材多次轉向，用以隨后穿過圓弧形的處理室，在該處理室中，基材被放置在多個滾輪上。處理室的徑向外壁構成多個噴頭，通過這些噴頭將工藝氣體導入到處理室。垂直于條形基材的延伸平面進行工藝氣體的導 入。
[0007]文獻EP2360293A1描述了一種類似的裝置。這里也是在環形槽狀的處理室中對基材進行鍍膜。但是基材并非放置在多個滾輪上，而是平躺在一個輥筒上。這里也是相對于處理室的軸線沿徑向輸入氣體。
[0008]文獻US6, 630, 058B2描述了一種用于條形基材的鍍膜裝置，其中，祀材沿徑向布置加工輥旁邊。從所述靶材濺射出的導電材料沿徑向抵達基材。
[0009]文獻GB2458776A描述了一種對穿過狹長處理室的連續基材進行鍍膜的裝置。基材通過處理室的一端進入，然后重新出來。環形的轉向裝置位于處理室的另一端上。這里沒設有加工輥。
[0010]文獻US2011 / 0315657A1描述了一種對連續基材進行鍍膜的鍍膜裝置，不使用轉向裝置的情況下引導連續基材穿過處理室。
[0011]文獻US5，932，302描述了一種給連續基材涂覆含碳鍍膜的裝置，其中，沿著加工輥的表面引導基材。沿徑向向加工輥輸送原料。
[0012]文獻US5, 711,814A描述了一種將薄膜沉積在基材上的方法,其中設有一個旋轉的電極，基材被輸送經過所述電極。將反應氣體送入基材表面與電極表面之間的間隙之中，在這里形成等離子體。
[0013]文獻EP0782176B1描述了一種將鍍層沉積到連續輸送的帶狀基材上的方法。為輸送基材，主要設有具有沿軸向彎曲的表面的輥筒。
[0014]文獻EP1999296B1描述了對條形基材進行鍍膜的裝置和方法。所述基材通過加工棍被導引。工藝氣體導入機構位于加工棍旁邊，所述工藝氣體導入機構將工藝氣體送入到工藝氣體導入機構與基材之間的間隙中。所形成的氣流可以在該間隙中要么沿加工輥的圓周方向流動要么沿加工輥的軸向流動。
[0015]文獻EP21113585A1描述了由多個輥筒構成的、用于輸送條形基材穿過處理室的輸送裝置，將加工輥布置在所述處理室之中，基材放置在所述加工輥上。利用進氣機構在基材與進氣機構之間的間隙中導入工藝氣體。
[0016]文獻W02010 / 144302A1描述了一種將鍍層涂覆在條形基材上的CVD (化學氣相沉積)涂覆裝置，其中，所述基材被導引穿過多個前后布置的處理室。

【發明內容】

[0017]本發明所要解決的技術問題在于，提供一種裝置以及一種方法，利用所述裝置和方法可以將其用來給連續運行的條形基材涂覆上石墨烯膜或者納米管膜，并且與現有技術中已知的裝置以及方法相比具有工藝技術優勢。
[0018]所述技術問題是通過一種根據本發明的在處理室中對條形基材進行加工、尤其進行鍍膜的裝置和方法解決的所述裝置具有在處理室中圍繞旋轉軸可旋轉地支承的加工輥，從第一卷軸退繞的基材以螺旋狀鋪放在所述加工輥外表面上的狀態被連續加工、尤其被鍍膜，其中，經過加工、尤其經過鍍膜的基材卷繞在第二卷軸上，其中，設有進氣/排氣裝置，用以產生基本上平行于旋轉軸定向的氣流，所述氣流形成圍繞加工輥的整個環周延伸的氣流場。
[0019]所述裝置首先并且基本上具有第一卷軸，條形基材卷繞在所述第一卷軸上。所述條形基材可以具有幾毫米至幾米的寬度。處理室可以是真空室。加工輥位于所述處理室中，加工輥具有足夠的軸向長度，以便在該加工輥的外表面上支承更多圈條形基材。按照本發明，通過進氣/排氣裝置形成基本上平行于加工輥旋轉軸定向的氣流。形成充分包繞加工輥的氣流場，通過該氣流場在加工輥旋轉時輸送基材。氣流基本上垂直于基材的面法線經過該環形的氣流場。從所述第一卷軸退繞的基材以螺旋狀鋪放的狀態被連續鍍膜。為此，所述加工輥圍繞其旋轉軸連續旋轉。經過鍍膜的基材被卷繞在第二卷軸上。根據本發明，所述裝置、尤其是處理室具有進氣裝置以及排氣裝置。該進氣/排氣裝置被這樣設計，使其能形成基本上平行于旋轉軸定向的氣流。所述氣流平行于加工輥的外表面流動。為了形成至少一股氣流，所述進氣/排氣裝置具有一個或多個進氣口以及排氣口。所述進氣口被這樣設計，使得氣流相對于旋轉軸沿軸向離開進氣機構。排氣機構的開口同樣沿流動方向定向。進氣機構及排氣機構的開口被這樣布置，從而可沿著加工輥的整個外周面形成軸向氣流。這樣可以形成兩個氣流場。清洗氣體或沖洗氣體從第一進氣機構被導入處理室。所述的、尤其環形包繞加工輥的進氣機構可以偏離加工輥的中心布置在基材進料側。清洗氣體或沖洗氣體從該進氣機構沿軸向流向加工輥的中心。排氣機構在那里環形包繞加工輥，清洗/沖洗氣體通過所述排氣機構離開處理室。該排氣機構也能夠將工藝氣體從處理室排出。第二進氣機構用于將工藝氣體導入處理室，該第二進氣機構同樣環形包繞加工輥。第二進氣機構偏離加工輥的軸向中心布置在基材出料側。設有加熱裝置，用以將加工輥的表面溫度或者將處理室內部的氣體溫度加熱到工藝溫度。可以將所述加熱裝置布置在加工輥外部，但也可以將其布置在加工輥內部。利用加熱裝置形成溫度輪廓，該溫度輪廓的最高溫度位于輥筒的軸向中心或者說在排氣機構區域中。所述溫度輪廓的最低溫度位于加工輥的兩個端部區域中。如果使用銅制成的基材，則最高溫度可以為1085°C或者稍低。若為鋁構成的基材，則最高溫度可以為660°C或者更低。所述加工輥端部區域中的溫度大致為室溫或者略高于室溫。在所述加工棍的一種優選的實施方式中規定，加工棍在其軸向中心區域中具有最大直徑，該最大直徑大于加工輥的兩個端部區域上的直徑。所述加工輥可以關于垂直于旋轉軸延伸的、穿過其中心的假想平面鏡像對稱。構成加工輥的旋轉體的外表面可以沿著旋轉拋物面的曲面延伸。一般而言，加工輥可以具有梭子的形狀。在室溫下將基材卷繞在加工輥上。所述基材在連續穿過處理室的過程中被連續加熱到接近于基材熔點的溫度。加工輥的直徑朝向其表面溫度最高的區域增大，以此抵消基材的熱長度膨脹。軸向輸送基材的加工輥可以由不銹鋼或者陶瓷材料制成。加工輥可以由均一的材料構成，或者由不同的材料構成。也可以用多個相互固定連接的、或者相互松散連接的輥筒體制成加工輥。在按照本發明所述的方法中，使用含碳氣體作為工藝氣體，利用惰性載氣將含碳氣體經由進氣機構送入處理室之中。所述工藝氣體沿與基材輸送方向相反的方向流過處理室。優選使用H2、NH3> Ar、N2, CH4, C2H4, C2H2或C6H6作為工藝氣體。但在此處也可以使用其它氣體甚至也可以使用液體。使用H2、Ar、NH3作為清洗氣體或沖洗氣體。這里也可以使用其它氣體甚至也可以使用液體。所述清洗氣體優選沿基材輸送方向流過處理室，其中，清洗區沿輸送方向位于沉積區前面。利用根據本發明的方法將含碳膜沉積到可以具有至少一種金屬的基材上。所述膜可以由石墨烯或納米管構成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]以下將根據附圖對本發明的實施例進行闡述。在附圖中:
[0021]圖1示出用于條形基材I的輸送和鍍膜裝置；
[0022]圖2示出按照圖1中的剖切線I1-1I剖開的剖面圖；
[0023]圖3示出根據圖1所示加工輥3的表面上的溫度分布曲線；
[0024]圖4示出根據圖1的示圖，其中，用于接受未經鍍膜以及經過鍍膜處理的基材I的兩個卷軸6、7被布置在處理室2內部；
[0025]圖5示出根據圖1的示圖，其中，所述卷軸6、7被布置在上料室14、15內部，以及
[0026]圖6示出根據圖1的示圖，其中，由所述卷軸6、7所構成的基材支架被布置在處理室2外部，并且通過氣密的進入區16、17進入或離開處理室2。
【具體實施方式】
[0027]用于將石墨烯膜或者碳納米管沉積在基材上的方法需要可以實現很大溫差的處理室。利用根據本發明的裝置或根據本發明的方法可以實現對非單晶基材的連續鍍膜，為此可以將所述基材加熱到接近其熔點的溫度。例如可以使用銅或者鋁作為基材。在此是指以螺旋形式卷繞在卷軸6上的銅箔或鋁箔。根據本發明，該條形基材被安置在加工輥上，條形基材在所述加工輥上以螺旋狀鋪放的狀態被加工。所述加工輥3具有這樣的形狀，即加工輥的周長或直徑沿軸向這樣變化，使得最大直徑在最高溫度區域中，并且使其最小直徑在最小溫度區域中。利用進氣機構8、9形成平行于表面流向排氣機構10的清洗氣體流11和工藝氣體流12。所述氣體流基本上沿旋轉軸18的方向流動，加工輥3圍繞該旋轉軸旋轉。
[0028]圖1示出根據本發明的裝置的一般構造。在處理室2中待鍍膜的基材I位于卷軸6上，所述基材可以具有幾毫米至幾米的寬度。所述基材I傾斜于軸線18朝向加工輥3進料，呈螺旋狀卷繞在加工輥的外表面上。在處理室2內部經過鍍膜的基材I'被卷繞在第二卷軸7上。
[0029]設有環形的進氣機構8、9和環形的排氣機構10。
[0030]呈環形布置于加工輥3周圍的進氣機構8位于基材進料側，軸向氣流11從環形側壁所配備的排氣口流出，這里是指清洗氣體，所述清潔氣體可以是H2、Ar或NH3。該清洗氣流過清洗區4，并且利用大致布置于加工輥的軸向中心的排氣機構10被抽出。環形包繞加工輥3的排氣機構10具有圖2中所示呈環形排列在側壁上的開口 13。[0031]沿流動方向相對于排氣機構10相間隔地設有第二進氣機構9，所述第二進氣機構9同樣環形包繞加工輥3。工藝氣體通過所述進氣機構9的寬側開口進入沉積區5，所述工藝氣體沿箭頭12所指方向流向排氣機構10 (在該處將工藝氣體抽出)。可以使用H2、NH3>Ar、N2, CH4, C2H4' C2H2 或 C6H6 作為工藝氣。
[0032]所述兩個進氣機構8、9具有多個排氣口，這些排氣口的布置對應于圖2所示排氣機構10的開口 13。
[0033]如圖1所示，所述處理室2具有沿基材I的輸送方向依次前后設置的區域4、5。在清洗區4中，在沿傳輸方向升高的溫度條件下清洗基材I。在沿輸送方向布置于清洗區4后面的沉積區5中，在沿輸送方向下降的溫度條件下給基材鍍上含碳結構、也就是鍍上石墨烯或者納米管。鍍膜可以是熱解表面處理工藝，但也可以是含碳沉積氣體組分的氣相分解的連續反應。基本上可以任意選擇基材螺旋狀鋪放在加工輥3上的圈數。螺旋圈可以如此靠近，以至于基材I的邊緣幾乎接觸。但是螺旋圈也可以如附圖中所示相隔一定距離延伸。螺旋圈的走向基本上取決于將基材I鋪放在加工輥3的外表面上的角度。
[0034]圖3示例性地示出沿著加工輥3的軸向18的溫度輪廓。在進入區范圍內(最左邊)、也就是在進氣機構8的范圍內具有等于室溫或者略高于室溫的溫度!\。加工輥3的表面溫度或者加工輥3上方的氣相溫度沿輸送方向持續升高，在加工輥中心、也即排氣機構10所處的位置上達到其最大值T2。在該處，溫度T2略低于基材的熔點。加工輥3的表面溫度或者加工輥3上方的氣相溫度沿輸送方向又持續下降，直至在進氣機構9 (最右邊)達到與室溫相等的溫度值T1或者高于室溫的某個值。
[0035]圖4至6示出本發明的不同變型方案。這里清楚繪出了處理室2。這里所涉及的均為真空室，該真空室可以用惰性氣體進行沖洗并且連接在真空泵上，從而能夠將工藝壓力調整到低于大氣壓力的范圍內。如附圖1和2所示，這些實施例也具有兩個進氣機構8、9和一個排氣機構10形式的三個氣體噴嘴。為了簡明起見，這里沒有繪出這些進氣/排氣機構。但是所有進氣/排氣噴嘴8、9、10均被設計成環形，并且沿圓周方向以相等距離包繞加工輥3的外表面。因此使所述噴嘴相對于加工輥3被同軸地布置。在這里也是平行于加工輥3的軸線18進行氣體供應，從而形成沿軸向18流動的氣流11、12。所述氣流也可以如圖1所示的實施例一樣反向流動。進氣或排氣是通過在進氣或排氣機構8、9、10的側壁的整個圓周范圍內延伸的開口 13進行的。
[0036]清洗氣體或者未耗盡的工藝氣體從中央排氣機構10被抽出，該排氣機構位于加工輥最大直徑的區域中，大致位于軸向中心。
[0037]圖4示出將兩個卷軸6、7布置在處理室2內部的布置方式。
[0038]圖5示出將兩個卷軸6、7布置在處理室2外部的布置方式。這里將上料室14、15法蘭固定在處理室2上，卷軸6、7容納在所述上料室中。可以利用沒有繪出的門部件相對于處理室2封閉上料室14、15，從而可以使得處理室2在更換卷軸的過程中保持真空狀態。
[0039]在圖6所示的實施例中，卷軸6、7被布置在處理室2外部。設有進入區16、17，進入處理室2的基材I以及從處理室2出來的基材I'可通過這些進入區進出。
[0040]為了抵消加工輥3的外表面上的基材I由于溫度梯度而出現的熱膨脹，在表面溫度和直徑之間建立關聯。如此根據局部表面溫度來決定局部直徑，即溫度較高的區域具有比溫度較低的區域更大的直徑。這樣避免在鍍膜時避免基材之內出現應力。所述加工輥3具有這樣的縱截面，從而能夠在給定溫度分布曲線的情況下通過加工輥3的表面基本無應力地輸送條形基材I。尤其在具有沿輸送方向逐漸減小的溫度的區域中不會由此導致基材
I,內部的拉伸。利用軸向可變的直徑基本上可以抵消由溫度梯度引起的基材長度變化。
[0041]上述實施方式用于闡述本申請所概括的發明，這些實施方式各自通過以下特征組合改進了現有技術，也即:
[0042]一種裝置，其中，在處理室2中對條形基材I進行加工、尤其進行鍍膜，所述處理室具有在處理室2中圍繞旋轉軸18可旋轉地支承的加工輥3，從第一卷軸6退繞基材I以螺旋狀鋪放在加工輥外表面上的狀態被連續加工、尤其被鍍膜，經過加工、尤其經過鍍膜的基材I被卷繞在第二卷軸7上 ，設有進氣/排氣裝置8，9，10，用以形成基本上平行于旋轉軸18定向的氣流11，12，所述氣流形成圍繞加工輥的整個圓周范圍延伸的氣流場。
[0043]一種裝置，其中，所述進氣/排氣裝置8，9，10具有進氣機構8，9。
[0044]一種裝置，其中，所述進氣/排氣裝置8，9，10具有排氣機構10。
[0045]一種裝置，其中，所述進氣機構8，9被設計為環形的。
[0046]—種裝置，其中，所述排氣機構10被設計為環形的。
[0047]一種裝置，其中，設有清洗區4和沿旋轉軸18的方向與所述清洗區錯開布置的沉積區5。
[0048]一種裝置，其中，所述環形的進氣機構8，9具有沿旋轉軸18的方向打開的開口 13。
[0049]一種裝置，其中，所述環形的排氣機構10具有沿旋轉軸18的方向打開的開口 13。
[0050]一種裝置，其中，用于吸收清洗氣體或工藝氣體的所述排氣機構10大致在加工輥的軸向中心環形包圍加工輥3，所述清洗氣體或工藝氣體從環形包圍加工輥3的進氣機構8，9導入處理室。
[0051]一種裝置，其中，可以這樣加熱所述加工輥3，使其表面溫度可以達到高于室溫T1的工藝溫度T2，其中特別規定，在加工輥3內部布置加熱裝置，所述加熱裝置形成在加工輥中心具有最高溫度的軸向溫度輪廓。
[0052]一種裝置，其中，所述加工輥3的直徑在其軸向中心最大，并且所述加工輥尤其具有沿著旋轉拋物面延伸的外表面。
[0053]一種方法，其中，鍍膜是石墨烯膜或者納米管膜。
[0054]一種方法，其中，工藝氣體含有碳、并且尤其是CH4、C2H4、C2H2、C6H6。
[0055]一種方法，其中，清洗氣體是H2、Ar、NH3。[0056]所有已公開的特征(本身)均為發明特征。因此相關/所屬的優先權文件的公開內容(在先申請文件副本)均被內容完整地納入本申請書的公開范圍內，旨在將這些資料所述的特征收納為本發明的權利要求。從屬權利要求利用其特征對現有技術的創造性改進方式進行了表征，尤其可根據這些權利要求提出分案申請。
[0057]附圖標記清單
[0058]I 基材
[0059]I' 基材
[0060]2 處理室
[0061]3 加工輥
[0062]4 清洗區
[0063]5 沉積區
[0064]6 卷軸
[0065]7 卷軸
[0066]8 進氣機構,沖洗氣體
[0067]9 進氣機構，工藝氣體
[0068]10 排氣機構
[0069]11 氣流，沖洗氣體
[0070]12 氣流，工藝氣體
[0071]13 開口
[0072]14 上料室
[0073]15 上料室
[0074]16 進入區
[0075]17 排出區
[0076]18 軸線
【權利要求】
1.一種在處理室(2)中對條形基材(I)進行加工、尤其進行鍍膜的裝置，具有在處理室(2)中圍繞旋轉軸(18)可旋轉地支承的加工輥(3)，從第一卷軸(6)退繞的基材(I)以螺旋狀鋪放在所述加工輥外表面上的狀態被連續加工、尤其被鍍膜，其中，經過加工、尤其經過鍍膜的基材(I)卷繞在第二卷軸(7)上，其中，設有進氣/排氣裝置(8，9，10)，用以產生基本上平行于旋轉軸(18)定向的氣流(11，12)，所述氣流形成圍繞加工輥的整個環周延伸的氣流場。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述進氣/排氣裝置(8，9，10)具有進氣機構(8,9) ο
3.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述進氣/排氣裝置(8，9，10)具有排氣機構(10)。
4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述進氣機構(8，9)被設計為呈環形。
5.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述排氣機構(10)被設計為呈環形。
6.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于清洗區(4)和沿旋轉軸(18)的方向與所述清洗區(4)錯開布置的沉積區(5)。
7.根據權利要求3至6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述環形的進氣機構(8，9)具有沿旋轉軸(18)的方向打開的開口(13)。
8.根據權利要求 4至7中任一項所述的裝置，其特征在于，所述環形的排氣機構(10)具有沿旋轉軸(18)的方向打開的開口(13)。
9.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，用于吸收清洗氣體或工藝氣體的所述排氣機構(10)大致在加工輥的軸向中心環形包繞加工輥(3)，所述清潔氣體或工藝氣體從環形包繞加工輥(3)的進氣機構(8，9)導入所述處理室。
10.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，可以這樣加熱所述加工輥(3)，使其表面溫度可以達到高于室溫(T1)的工藝溫度(T2)，其中特別規定，在加工輥(3)內部布置加熱裝置，所述加熱裝置形成在加工輥中心具有最高溫度的軸向溫度輪廓。
11.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述加工輥(3)的直徑在其軸向中心為最大，并且所述加工輥尤其具有沿著旋轉拋物面延伸的外表面。
12.在根據上述權利要求中任一項所述的裝置中對條形基材(I)進行鍍膜的方法，其特征在于，使用的鍍膜是石墨烯膜或者納米管膜。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，所述工藝氣體含有碳，并且尤其是CH4、c2h4、c2h2、c6h6。
14.根據權利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述清洗氣體是H2、Ar、NH3。
15.一種裝置或方法，其特征在于權利要求1-11中任一項所述的特征。
【文檔編號】C23C16/26GK103834935SQ201310757363
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2012年11月27日
【發明者】K·B·K·泰奧, N·L·魯佩辛格 申請人:艾克斯特朗歐洲公司