[发明专利]包括利用原子层沉积而沉积有材料以用于增加刚度和强度的纤维的纺织物无效

专利信息
申请号: 201280036124.4 申请日: 2012-06-29
公开(公告)号: CN103890228A 公开(公告)日: 2014-06-25
发明(设计)人: 李相忍 申请(专利权)人: 威科ALD有限公司
主分类号: C23C16/00 分类号: C23C16/00
代理公司: 北京市金杜律师事务所 11256 代理人: 王茂华
地址: 美国加利*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 包括 利用 原子 沉积 材料 用于 增加 刚度 强度 纤维 纺织
【说明书】:

技术领域

本公开涉及利用原子层沉积在纤维或纺织物上沉积材料,以增加刚度或者向纤维或纺织物提供其它有用的特性。

背景技术

纤维通常缺少针对各种应用而言足够的强度或刚度。因此,为了更高的强度和刚度,经常将多条纤维互锁为纱线(yarn)。然后将纱线用于生产纺织物、钩织物、编织物和绳索。可替换地,纤维(例如碳纤维)可以与其它材料(例如聚合物)组合,以产生牢固而经济上可行的复合物。此类复合物的示例除其他之外包括碳纤维增强聚合物(CFRP)。除了碳纤维,CFRP还可以包括凯芙拉(Kevlar)、铝或玻璃纤维以用于增加强度和改善性质。

为了增加强度或刚度,纤维可以包覆(coat)有材料。然而,当这种纤维被弯曲超过一定的曲率或者拉长超过一定的程度时,纤维倾向于在它们的表面上形成破裂或其它缺陷。图1是经受弯曲力F的包覆有材料102的纤维100的截面图。随着纤维100被弯曲(如图1所示),纤维100的上部和包覆材料102经受张应力(在图1中表示为“T”),而纤维100的下部经受压应力(在图1中表示为“C”)。当张应力超过一定的限度(例如当纤维100被弯曲超过一个角度),包覆材料可能由于内聚破坏(由标号104示出)和粘着破坏(由标号108示出)而破裂。类似的破裂可以在纤维100和包覆材料102被拉拽或者经受张应力时产生。除了由这些包覆材料所提供的功能的退化之外,在包覆材料上形成的破裂还导致纤维的强度或刚度降低。

当使用细纤维时,在纤维上包覆材料的传统方法可能是不够的。即,材料可能不能以保形(conformal)的形式包覆在纤维上,并且包覆材料的厚度可能没有薄到足以获得希望的功能和性质。

发明内容

本发明的实施例涉及在纤维或含纤维材料上沉积材料以增加纤维或含纤维材料的强度或刚度。将源前体注入到纤维或含纤维材料上,随后将反应物前体注入到纤维或含纤维材料上,以利用原子层沉积(ALD)在纤维或含纤维材料上沉积材料的层。通过将层的至少外部部分转换为另一种材料来在层的至少部分中引起压应力。经转换的材料与未转换的材料相比具有更大的体积,并且因此在层中引入压应力。

在一个实施例中,转换包括氧化、硝化或碳化未转换的材料。

在一个实施例中,沉积的材料包括多晶材料。通过氧化、硝化或碳化多晶材料的外表面和晶界的至少部分来引起压应力。

在一个实施例中,多晶材料包括半导体、金属化合物或金属中的至少一种。多晶材料层可以包括TiN。

在一个实施例中,在经氧化、硝化或碳化的多晶材料层的表面上沉积非晶态材料层。非晶态材料层可以包括Al2O3或SiO2中的至少一种。

在一个实施例中,纤维包括碳纤维。

在一个实施例中,反应物前体包括通过使气体暴露于等离子体中而生成的自由基(radical)。

在一个实施例中,沉积的层包括非晶态材料。非晶态材料可以是Al2O3或SiN。

实施例还涉及纺织物,其包括多个纤维,其中每个纤维利用原子层沉积(ALD)在其表面上沉积有材料的层,以增加强度或刚度。经处理的层通过氧化、硝化或碳化材料层的部分而在材料的表面上形成,以在沉积的材料层中引起压应力。经处理的层至少部分地扩散到材料层的晶界中。材料层中的压应力增加每个纤维的强度或刚度。

在一个实施例中,沉积的层包括多晶材料。通过氧化、硝化或碳化多晶材料的外表面和晶界的至少部分而引起压应力。

附图说明

图1是示出在传统纤维中的内应力以及在纤维上的包覆材料的破坏的截面图。

图2A是根据一个实施例的沉积有多晶材料层的纤维的截面图。

图2B是根据一个实施例的多晶材料表面和晶界的至少部分被氧化、硝化或碳化的图2A的纤维的截面图,。

图2C是根据一个实施例的沉积有非晶态层的图2B的纤维的截面图。

图3A是根据一个实施例的沉积有材料的纤维的截面图。

图3B是根据另一实施例的沉积有材料的纤维的截面图。

图4是根据一个实施例的用于利用原子层沉积在纤维或纺织物上沉积材料的装置的透视图。

图5是根据一个实施例的用于在纤维或纺织物上沉积材料的装置的截面图。

图6是根据另一实施例的用于在纤维或纺织物上沉积材料的装置的截面图。

图7是示出根据一个实施例的在纤维或含纤维材料上沉积材料的方法的流程图。

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