[发明专利]膨胀式热等离子沉积系统

说明书

本申请是2005年3月8日提交的相同发明名称的中国专利申请200580013807.8(PCT/US2005/007501)的分案申请。

相关申请

本申请要求于2004年3月9日提交的美国临时申请号60/551,933的利益，所述临时申请的全部内容在此引入作为参考。

背景

本发明总体上涉及用具有均匀性能的涂料涂覆大型基材的系统和方法，更具体地说，本发明涉及膨胀式热等离子沉积。

存在各种各样的技术来用功能性涂料涂覆基材。传统上，使用热化学蒸汽淀积(CVD)和物理蒸汽沉积例如溅射和蒸发。然而，这些技术要求较高的沉积温度(这限制了能够被涂覆的基材)并且进一步涉及到非常缓慢的沉积速率。最近，已开发等离子增强化学蒸汽淀积(PECVD)方法来克服其中的一些限制。PECVD能用来在塑料基材例如聚碳酸酯上沉积材料，采用CVD在低于所述塑料的玻璃化转变温度的温度下，这通常是不可行的。在PECVD中，所施加的电场增强了电离物质的形成，这提供了更高百分率的允许使用低沉积温度(例如低到室温)的电离物质。然而，对于涉及用吸收UV和耐磨性层涂覆聚碳酸酯的许多应用来说，PECVD通常仍不会提供高到足以商用的沉积速率。此外，PECVD还没有在大型复杂型材中得到证实而是限制在平面基材或具有极平缓曲度的非平面基材例如验眼透镜上。

处理聚碳酸酯的另一个方法包括将硅酮硬涂层施加到聚碳酸酯基材上。该硅酮硬涂层以湿法来施加，例如，通过将聚碳酸酯浸在硅酮浴中或在聚碳酸酯上喷涂硅酮。该硅酮硬涂层为聚碳酸酯提供有限的耐磨性并且还可以包括吸收UV辐射的成分。然而，这一方法较慢，因为必须干燥和固化该硅酮硬涂层，这可能花费一些时间，并且硅酮硬涂层溶液具有有限的保存限期。此外，该方法产生无用的化学品并且产生归因于在施加、干燥和固化过程中的重力效应的通常不均匀的厚度。

从上面可以看出，仍需要能在大面积和复杂型材上提供均匀涂层性能的设备和方法。

概要

本发明涉及涂覆基材的系统和方法。该系统包括维持在负压下的淀积室、两个或多个与该淀积室连接的膨胀式热等离子(ETP)源和至少一个注射器。基材设置在该淀积室中并且每个ETP源产生具有中心轴的等离子流，同时该注射器将蒸发的反应试剂注射到该等离子中以形成沉积在该基材上的涂层。该反应试剂的注射位于距该中心轴的规定的距离内以在总体上获得具有大体上均匀涂层性能的涂层，即使该反应试剂注射可能是不均匀的。

在其它优点之中，本发明可以于大面积的复杂型材上提供较高的沉积速率、较低的沉积温度和总体上均匀的性能。

本发明其他的特征和优点将从以下描述以及权利要求中变得显而易见。

附图简述

图1A是根据本发明一个实施方案的具有ETP源和注射集管的涂覆站的前视图。

图1B是图1A的涂覆站的侧视图。

图2A显示了根据本发明的具有环注射器的ETP源的备选布置。

图2B显示了根据本发明的具有跑道式注射器的ETP源的另一个备选布置。

图2C显示了根据本发明的具有直管集管注射器的ETP源的又一个备选布置。

图2D和2E分别显示了根据本发明的具有单点注射器管的ETP源的俯视图和前视图。

图3是基材装置的前视图。

图4是于基材上的涂层厚度轮廓的图解表示，其中使用两个ETP源和环注射器。

图5是于基材上的涂层厚度轮廓的图解表示，其中使用两个ETP源和具有均匀分布的孔的跑道式注射器。

图6是于基材上的涂层厚度轮廓的图解表示，其中使用两个ETP源和跑道式注射器，该跑道式注射器具有仅在每个ETP源的阳极孔的1.8英寸内的注射孔。

图7是于基材上的涂层厚度轮廓的图解表示，其中使用两个ETP源和单点管注射器。

具体实施方式

现参考附图。1A和1B示出了涂覆站10，其中基材12遵循固定的直线形轨道通过该涂覆站。移动方向是相对于图1A从左到右并进入相对于图1B的范围。可以使用任何适合的机械装置将基材移过涂覆站10。基材12可以是机动车辆的元件。例如，基材可以是后窗或顶板。基材12可以包括聚碳酸酯。适合形成基材的聚碳酸酯通常包括以下通式的重复单元：