[发明专利]用于膜沉积的方法和装置

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2007年3月29日提交的美国申请序列第11/729732号的优先权，该申请以其全部内容通过参考作为本文的基础并结合于此。

发明领域

本发明涉及在孔道中沉积涂层。较具体地说，本发明涉及在具有小直径的蜂窝孔道中沉积膜涂层。更具体地说，本发明涉及用于在具有小直径的蜂窝孔道中沉积膜涂层的方法和装置。

发明背景

已经使用多种涂布方法(包括浸涂、粉浆浇注和旋涂)在多孔基材或支撑结构上沉积材料层，尤其是膜材料。这些方法在涂布平坦表面、管状结构的外表面或大直径管的内表面方面表现良好。

但是，使用上述方法向单块基材或支撑物中的多个小尺寸(≤3毫米直径)孔道施涂膜涂层遇到难以克服的困难的挑战。这些挑战包括将粘性涂料溶液引入小孔道中，沿着孔道的长度以及环绕其周边提供均匀的涂层，以及控制沉积条件例如停留时间。另外，以上方法无法使用反应过程(例如无电镀覆、水热合成等)有效涂布这些孔道。

尽管已经使用修补基面涂层在具有小孔道和高密度的蜂窝基材上沉积催化剂层，但是该方法不适合膜涂布工艺，有以下几个原因。首先，修补基面涂层通常形成具有许多裂纹并且厚度大于膜期望厚度的涂层。其次，可以通过修补基面涂层进行涂布的蜂窝结构的长度限于约6英寸(约15厘米)。

目前可用的涂布技术不能为较长的蜂窝结构的小孔道提供均匀的膜涂层。因此，需要一种向这种蜂窝结构的孔道施涂均匀膜涂层的方法。还需要一种能够向具有小孔道的蜂窝结构施涂这种膜涂层的装置。

发明概述

本发明通过提供用于向具有多个贯穿孔道的基材(例如蜂窝结构)施涂均匀膜涂层的方法和装置，满足了这些和其它的需求。该方法包括向基材提供包含成膜材料的液体前体，并且施加跨基材的压差。这种压差使得液体前体均匀地行进通过贯穿孔道，将成膜材料沉积在贯穿孔道的壁上，并且在贯穿孔道的壁上形成膜。该装置包括向基材的蜂窝结构均匀分布液体前体的进口，能够固定基材并且保持跨多个贯穿孔道的压差的室，以及出口。

因此，本发明一方面提供一种用于沉积膜的装置。该装置包括：适合于容纳液体前体的液体前体源；室；以及与室相连的加压系统。该室包括：适合于支撑基材的中央部分，该基材具有第一端、第二端以及从第一端延伸通过基材至第二端的多个贯穿孔道；与接触基材第一端的中央部分相邻的进口部分，其中该进口与液体前体源和基材第一端流体连通，该进口部分能够向基材第一端提供液体前体的均匀分布；以及与基材第二端相邻并流体连通的出口部分，其中该出口部分能够从基材第二端提供流体的均匀排出，从而从该室中移出流体。加压系统通过多个贯穿孔道在基材第一端和第二端之间提供压差。

本发明第二方面提供一种用于沉积膜的室。该室包括：适合于支撑基材的中央部分，该基材具有第一端、第二端、以及从第一端延伸通过基材至第二端的多个贯穿孔道；与接触基材第一端的中央部分相邻的进口部分，其中该进口部分与基材第一端流体连通，该进口部分能够向基材第一端提供液体前体的均匀分布；以及与基材第二端相邻且流体连通的出口部分，其中，该出口能够从基材第二端提供流体的均匀排出，从而从该室中移出流体；其中该室能够通过多个贯穿孔道在第一端和第二端之间保持压差。

本发明第三方面提供一种用于沉积膜的装置，该装置包括：适合于容纳液体前体的液体前体源；垂直取向的室；与室相连的加压系统。该室包括：适合于支撑基材的中央部分，该基材具有第一端、第二端、以及从第一端延伸通过基材至第二端的多个贯穿孔道；位于室底部且低于中央部分的进口部分，其中该进口部分与基材第一端接触并与液体前体源和基材第一端流体连通，该进口部分能够向基材第一端提供液体前体的均匀分布；位于室顶部且高于中央部分的出口部分，其中该出口部分与基材第二端流体连通，该出口部分能够从基材第二端提供流体的均匀排出，从而从该室移出流体。该加压系统通过多个贯穿孔道在第一端和第二端之间提供压差。

本发明另一方面提供一种在设置于基材内的多个贯穿孔道中形成膜的方法。该方法包括以下步骤：将基材提供至室中，该基材具有第一端、第二端、以及从第一端至第二端延伸通过基材的多个贯穿孔道，其中该室具有进口部分、中央部分和出口部分，该基材设置在中央部分中，使得第一端与进口部分相邻且流体连通，第二端与出口部分相邻且流体连通；向进口部分提供液体前体，其中该液体前体包含成膜材料；在进口部分和出口部分之间提供压差，其中该压差使得液体前体均匀地流过多个贯穿孔道；在多个贯穿孔道的表面上形成薄膜。

通过以下详细描述、附图和所附权利要求，本发明的这些和其它方面、优点和特点将是显而易见的。

附图简要说明