DE19940458A1 - Process for changing coating materials - Google Patents

Process for changing coating materials

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Abstract

The invention relates to a method for thermally modifying coating materials which are electrically at least semiconductive. According to said method, the coating materials in solid form are subjected to an electromagnetic alternating field which causes thermal modification as a result of their inductive heating. The invention also relates to an object with a coating consisting of a material which is electrically at least semiconductive, deposited on a base body which can only be slightly heated by eddy-current induction. The base body consists of a material which is, in particular, dimensionally stable and which remains unmodified only up to a predetermined temperature and the coating material has characteristics which enable it to be modified by being heated to a temperature which lies below said predetermined temperature.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermi­ schen Veränderung elektrisch zumindest halbleitender Beschich­ tungsmaterialien und einen Gegenstand mit einer Beschichtung aus elektrisch wenigstens halbleitendem Material.The present invention relates to a method for thermi electrical change at least semiconducting coating tion materials and an object with a coating made of electrically at least semiconducting material.

Es ist seit langem bekannt, daß die Eigenschaften von Gegen­ ständen verändert werden können, indem die Oberflächen der Ge­ genstände beschichtet werden. Je nach eingesetztem Beschich­ tungsmaterial können verringerte Reibung, verringerter Ver­ schleiß, veränderte Reflektivität usw. erhalten werden.It has long been known that the properties of counter can be changed by the surfaces of the Ge objects are coated. Depending on the coating used tion material can reduce friction, reduced Ver wear, changed reflectivity, etc. can be obtained.

Entsprechend der Vielfalt und Bedeutung von Beschichtungen gibt es auch eine Vielzahl unterschiedlicher Techniken zur Auftragung der Beschichtungsmaterialien auf einen zu beschich­ tenden Grundkörper. Zu den Techniken, mit denen Beschichtungen auf Materialien wie Keramik, Glas, Metall und/oder Kombinatio­ nen derselben aufgetragen werden, gehören u. a. die Sprühpyro­ lyse (Pyrolyseverfahren), wie sie etwa beschrieben ist von M Mizuhashi, J. Non-Cristalline Solids 38 & 39 (1980), 329 sowie von J. Dutta, Thin Solid Films 239 (1994), 150; die Gasphasen­ abscheidung (PVD) und Sputterverfahren, wie von L. Meng, Thin Solid Films 237 (1994), 112, beschrieben; und CVD (Chemical- Vaper-Deposition)-Verfahren wie beispielhaft von D. J. Houl­ ton, A. C. Jones, P. W. Haycock, E. W. Williams, J. Bull, G. W. Critchlow, Chem. Vap. Deposition 1 (1995), 26, sowie von S. R. Vishawakarma, Thin Solid Films 176 (1989), 99, beschrieben. Die vorgenannten Gasphasenprozesse erfordern in der Regel ei­ nen beachtlichen technischen Aufwand und demgemäß entsprechend hohe Investitionskosten, insbesondere bei der Beschichtung großer Bauteile.According to the variety and importance of coatings there are also a variety of different techniques for Apply the coating materials to one of them basic body. Among the techniques with which coatings on materials such as ceramics, glass, metal and / or combinations NEN same are applied, u. a. the spray pyro lysis (pyrolysis process), as described by M Mizuhashi, J. Non-Cristalline Solids 38 & 39 (1980), 329 and by J. Dutta, Thin Solid Films 239 (1994), 150; the gas phases deposition (PVD) and sputtering methods as described by L. Meng, Thin  Solid Films 237 (1994), 112; and CVD (Chemical Vaper Deposition) method as exemplified by D. J. Houl ton, A.C. Jones, P.W. Haycock, E.W. Williams, J. Bull, G. W. Critchlow, Chem. Vap. Deposition 1 (1995), 26, and from S. R. Vishawakarma, Thin Solid Films 176 (1989), 99. The aforementioned gas phase processes usually require egg considerable technical effort and accordingly high investment costs, especially in the coating large components.

Es ist weiter bereits bekannt, mittels naßchemischer Beschich­ tungsverfahren insbesondere auf der Basis des Sol-Gel- Prozesses Beschichtungen aufzubringen. Bei Sol-Gel-Verfahren sind primär ionische oder molekulare Verbindungen, also Schicht-Material-Vorstufen vorhanden, die auf dem Grundkörper zur Reaktion gebracht werden und sich als amorphe Schicht ab­ lagern, was die Sol-Gel-Schicht von Suspensionen nanoskaliger Kristalle unterscheidet. Veröffentlichte Arbeiten hierzu stam­ men beispielsweise Y. Takahashi, Y. Wada, J. Electrochem. Soc. 137 (1) (1990), 267; J. Pütz; Diplomarbeit, Institut für Neue Materialien, Februar 1996; C. J. R. Gonzales-Olivier, J. Non- Crystalline Solids 82 (1986), 400, sowie S. Park, Thin Solid Films 258 (1995), 268. Der Sol-Gel-Prozeß ist besonders an­ wendbar bei der Erzeugung keramischer Schichten, Schichten aus Glas und Hybridschichten, die aus unterschiedlichen Materiali­ en wie Glas und Keramik oder anorganischen und organischen Stoffen zusammengesetzt sind.It is also already known by means of wet chemical coating processing method, in particular on the basis of the sol-gel Process of applying coatings. With sol-gel processes are primarily ionic or molecular compounds Layer material precursors are present on the main body be reacted and appear as an amorphous layer store what the sol-gel layer of suspensions nanoscale Crystals differ. Published work on this stam For example, Y. Takahashi, Y. Wada, J. Electrochem. Soc. 137 (1) (1990), 267; J. Pütz; Diploma thesis, Institute for New Materials, February 1996; C. J. R. Gonzales-Olivier, J. Non- Crystalline Solids 82 (1986), 400, and S. Park, Thin Solid Films 258 (1995), 268. The sol-gel process is particularly popular reversible in the production of ceramic layers, layers of Glass and hybrid layers made of different materials such as glass and ceramics or inorganic and organic Fabrics are composed.

Bei den naßchemischen Beschichtungstechniken werden Sol-Gel- Systeme und/oder Beschichtungssupensionen von mikrostruktu­ rierten Teilchen und/oder Nanoteilen, insbesondere Nanoparti­ keln durch Tauch- oder Spinnüberzug, Aufsprühen, Drucken usw. aufgetragen, was eine preisgünstige, insbesondere großflächige Beschichtung sogar strukturierter Schichten ermöglicht.In wet chemical coating techniques, sol-gel Systems and / or coating suspensions of microstructure particles and / or nanoparticles, especially nanoparticles by dipping or spinning, spraying, printing, etc. applied what an inexpensive, especially large area Coating even structured layers allows.

Die über naßchemische Verfahren aufgebrachten Beschichtungen unterscheiden sich jedoch von den durch Gasphasenprozessen hergestellten in ihren Eigenschaften, insbesondere was die Größe der in der Schicht vorhandenen Teilchen sowie die Schicht-Dichte angeht. Die Dichte, die mit dem Kristallisati­ onsgrad zusammenhängt einen beachtlichen Einfluß auf die phy­ sikalischen Eigenschaften der erzeugten Schicht. So ändern sich Brechzahl, Reflexionsvermögen, Permitivität, Suszeptibi­ lität, elektrische Leitfähigkeit, Permeabilität usw. So ist typischerweise die elektrische Leitfähigkeit von Beschichtun­ gen etwa aus ITO (Indium-Zinn-Oxyd) und ATO (Antimon-Zinn- Oxyd) niedriger, wenn diese über naßchemische zu Beschich­ tungstechniken aufgetragen werden, als wenn die Beschichtun­ gen durch Vakuumprozesse hergestellt werden. Zudem muß bei der Herstellung einer Schicht im Regelfall mehr als ein Schichtparameter beachtet werden. So werden beispielsweise gleichzeitig hohe beziehungsweise spezifisch einstellbare Leitfähigkeiten, hohe Transparenz, also Transmissivität für sichtbares Licht und geringe Schichtdicken gewünscht, die we­ nige Nanometer bis einige Mikrometer dick sein sollen. Es ist aus G. Gasparro, J. Pütz, D. Ganz, M. A. Aegerter, EuroSun '96, Int. Symp. on Optical Materials Technology for Energy Ef­ ficiency and Solar Energy Conversion, 1996, bekannt, daß für eine optimale Funktionalität der Schicht eine möglichst hohe Dichte, die idealerweise dem theoretisch möglichen Wert ent­ spricht, angestrebt werden muß.The coatings applied by wet chemical processes however differ from those due to gas phase processes  manufactured in their properties, especially what the Size of the particles present in the layer as well as the Layer density is concerned. The density with the crystallization onsgrad has a significant impact on phy sical properties of the layer produced. So change refractive index, reflectivity, permittivity, susceptibility lity, electrical conductivity, permeability, etc. typically the electrical conductivity of coatings from ITO (indium tin oxide) and ATO (antimony tin Oxyd) lower if this is to be coated via wet chemical processing techniques are applied as if the coating be produced by vacuum processes. In addition, at the production of a layer usually more than one Layer parameters are taken into account. For example at the same time high or specifically adjustable Conductivities, high transparency, i.e. transmissivity for Visible light and thin layers desired, which we should be a few nanometers to a few micrometers thick. It is from G. Gasparro, J. Pütz, D. Ganz, M.A. Aegerter, EuroSun '96, Int. Symp. On Optical Materials Technology for Energy Ef ficiency and Solar Energy Conversion, 1996, known for an optimal functionality of the layer as high as possible Density that ideally corresponds to the theoretically possible value speaks, must be sought.

Neben der Dichte spielt auch die Teilchengröße eine beachtli­ che Rolle, denn viele Teilcheneigenschaften sind größenabhän­ gig. So ändern sich mit der Größe der in einer Schicht vorhan­ denen Teilchen die katalytischen Eigenschaften der Schicht, die elektrische Eigenschaften, die optische Transparenz usw. Es werden sogar Übergänge von Ferro- zu Superparamagnetismus beobachtet, wenn die zur Ausbildung von Mehrdomänenteilchen erforderliche Volumengrenze unterschritten wird. Die Größe der Teilchen in einer Schicht ist jedoch abhängig von der Herstel­ lungsweise, also dem chemischen Herstellungsverfahren und der nachfolgenden Schichtbehandlung, beispielsweise durch Wärmezu­ fuhr zwecks Teilchenkristallisierung und/oder Versinterung. In addition to the density, the particle size also plays a considerable role role, because many particle properties depend on size gig. So change with the size of existing in a shift which particles have the catalytic properties of the layer, the electrical properties, the optical transparency, etc. There are even transitions from ferro to super paramagnetism observed when the to form multi-domain particles the required volume limit is undershot. The size of the Particles in a layer, however, depend on the manufacturer way, ie the chemical manufacturing process and the subsequent layer treatment, for example by heat drove for particle crystallization and / or sintering.  

Die Eigenschaften einer Beschichtung sind damit stark davon abhängig, ob die Schichten aus einer Suspension, Dispersion, mittels Lösungsmitteln, durch Vakkumdeposition usw. herge­ stellt werden.The properties of a coating are therefore greatly reduced depending on whether the layers consist of a suspension, dispersion, by means of solvents, by vacuum deposition, etc. be put.

Es ist also möglich, Schichten durch Wärmebehandlung zu verän­ dern. Dies ist vorteilhaft, wenn man von sehr kleinen schicht­ bildenden Teilchen, d. h. Nanopartikeln ausgeht, um dünne Schichten zu bilden; per se ist dies gerade bei sehr dünnen Schichten vorteilhaft, weil auch hier noch eine Vielzahl von Teilchen übereinander liegen, was bestimmte Schichtfehler sta­ tistisch ausmittelt und weitgehend homogene Schichten ergibt. Ausgehend von derartigen Nanostrukturen kann dann durch ge­ zielte Wärmezufuhr eine Eigenschaftsveränderung erzielt wer­ den.It is therefore possible to change layers by heat treatment other. This is beneficial when you are working from very small layers forming particles, d. H. Nanoparticles runs out to thin To form layers; per se this is especially the case with very thin ones Layers advantageous because here too there is still a large number of Particles lie on top of each other, which causes certain layer defects medically and largely results in homogeneous layers. Based on such nanostructures, ge targeted heat supply achieves a change in properties the.

So ist es möglich naßchemisch erzeugte Schichten aus partiku­ lären Systemen durch Sintern zu verdichten. Eine derartige Verdichtung durch Sintern erfordert in der Regel Temperaturen, die, vor allem bei keramischen Beschichtungsmaterialien, über 1.000°C liegen. Neben der Veränderung durch Sintern ist auch eine Eigenschaftsveränderung lediglich durch Kristallisation bei naßchemisch, also insbesondere über Sol-Gel-Verfahren her­ gestellten Schichten möglich, da die Kristallisation bei ge­ ringeren Temperaturen als die Verdichtung und/oder Versinte­ rung erfolgt. Durch gezielte Wärme und genau dosierte Wärmezu­ fuhr lassen sich also Kristallisationsgrad, Dichte, Porösität, Porengröße und andere Stoffeigenschaften einstellen. Bei Do­ tierung der schichtbildenden Teilchen kann durch eine Nachkri­ stallisation sogar ein Transport der Dotierungen auf spezifi­ sche Gitterplätze erreicht werden, was die Materialeigenschaf­ ten ebenfalls einstellt. Ein derartiger Transport der Dotier­ materialien auf geeignete Gitterplätze läßt sich bei reinen Fällungsprozessen häufig nicht einstellen, jedenfalls nicht genau. So it is possible wet chemical layers made of particulate densify systems by sintering. Such Densification by sintering usually requires temperatures which, especially with ceramic coating materials, about 1,000 ° C. In addition to the change caused by sintering is also a change in properties only by crystallization in the case of wet chemistry, in particular using the sol-gel method provided layers possible because the crystallization at ge lower temperatures than the compression and / or sintering tion takes place. Through targeted heat and precisely metered heat The degree of crystallization, density, porosity, Adjust pore size and other material properties. At Thursday tation of the layer-forming particles can by a Nachkri stallization even a transport of the doping on specific lattice positions are achieved, which is the material property also sets. Such a transport of the dopants materials on suitable lattice sites can be Often do not stop precipitation processes, at least not I agree.  

Es ist bekannt, eine Verdichtung durch Sintern in einem Ofen vorzunehmen, wobei die mit dem Beschichtungsmaterial versehe­ nen Körper mit diesem in einem Ofen aufgeheizt werden, bis die Materialien wie erforderlich thermisch verändert sind.It is known to densify by sintering in an oven to carry out, provided with the coating material a body with this in an oven until the Materials are thermally changed as required.

Dies ist jedoch nachteilig, da gerade bei großen und massiven Grundkörpern entsprechend dimensionierte Öfen erforderlich sind, das Verhältnis von eingesetzter Energie zur Erwärmung des Grundkörpers und benötigter Energie zur Veränderung des Beschichtungsmaterials schlecht ist und sich überdies ther­ misch empfindliche Grundkörper allenfalls wenig und unzurei­ chend erwärmen lassen.However, this is disadvantageous, especially with large and massive ones Base bodies with appropriately dimensioned stoves required are the ratio of energy used to heating of the basic body and the energy required to change the Coating material is bad and moreover ther Mix sensitive base body at most little and inadequate let it warm up.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.The object of the present invention is to create something new to provide for commercial use.

Die Lösung dieser Aufgabe wird unabhängig beansprucht. Bevor­ zugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprü­ chen.The solution to this problem is claimed independently. Before drawn embodiments can be found in the dependent claims chen.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist somit darin zu sehen, daß die zunächst nur geringe Leitfähigkeit der naßche­ misch aufgebrachten Schichten ausgenutzt wird, um Energie in­ duktiv, also durch Hervorrufen von Wirbelströmen, selektiv in der Schicht zu deponieren. Dabei wird die Erkenntnis ausge­ nützt, daß es trotz der gerade durch die vorzunehmende thermi­ sche Behandlung erst zu erhöhenden elektrischen Leitfähigkeit des partikulären, also Nanoteilchen aufweisenden und/oder dar­ aus bestehenden und/oder Sol-Gel-Beschichtungsmaterials und des Umstandes, daß das Beschichtungsmaterial im Regelfall auf einen Grundkörper nur in sehr dünnen Schichten von beispiels­ weise einigen µm Dicke aufgetragen und aus Nanopartikel gebil­ det wird, insbesondere mit hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldern möglich ist, so starke Wirbelströme zu erzeu­ gen, daß sich die gewünschte thermische Veränderung des Be­ schichtungsmaterials einstellt. A basic idea of the present invention is thus included see that the initially low conductivity of the wet mixed layers is used to generate energy ductively, i.e. by creating eddy currents, selectively in to deposit the layer. Thereby the knowledge is given useful that despite the thermi treatment to increase electrical conductivity of the particulate, that is to say having and / or representing nanoparticles from existing and / or sol-gel coating material and the fact that the coating material is usually on a basic body only in very thin layers of example applied a few µm thick and made of nanoparticles det, especially with high-frequency electromagnetic Alternating fields is possible to generate such strong eddy currents conditions that the desired thermal change of the Be layering material.  

Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung ermöglicht zugleich ein Entfernen von organischen Lösungsmitteln, die im Stand der Technik ausgebrannt werden müssen, eine Verfestigung von anor­ ganischen Bindern, beziehungsweise eine Entbinderung und/oder Prozeßhilfsmittelentfernung. Für die Entfernung von Fremdstof­ fen ist vorteilhaft, daß die Erwärmung nicht von außen nach innen erfolgt wie in herkömmlichen Öfen, sondern die gesamte Schicht praktisch gleichzeitig erwärmt wird und so eine Dich­ teerhöhung bei einsetzendem Erwärmen der äußeren Schichten verhindert wird, die andernfalls ein Ausgasen beziehungsweise Austreiben unerwünschter Prozeßhilfsmittel verhindern könnten.The heat treatment according to the invention also enables Removal of organic solvents that are known in the art Technology must be burned out, a solidification of anor ganic binders, respectively a debinding and / or Process Aid Removal. For the removal of foreign matter fen is advantageous in that the heating does not go from the outside inside is done like in conventional ovens, but the whole Layer is warmed up practically at the same time and so you increase in temperature when the outer layers begin to heat up is prevented, which would otherwise result in outgassing respectively Could prevent expulsion of unwanted process aids.

Die hochfrequenten elektromagnetischen Felder werden dabei im Bereich einiger Kilohertz bis maximal wenigen Megahertz lie­ gen. Bevorzugt ist die Verwendung von Frequenzen im Bereich um 100 bis 500 Kilohertz, da sich in diesem Frequenzbereich hin­ reichend starke elektromagnetische Wechselfelder mit geringem Aufwand erzeugen lassen und die Energie durch den Skin-Effekt gut in auch dünnen Schichten deponiert werden kann. Die Zeiten zum Sintern betragen typisch bei üblichen Leistungen nur weni­ ge Sekunden. Dabei erfolgt vor dem Sintern gegebenenfalls auch eine Kristallisation.The high-frequency electromagnetic fields are in the Range from a few kilohertz to a maximum of a few megahertz gen. The use of frequencies in the range is preferred 100 to 500 kilohertz, because this frequency range sufficiently strong alternating electromagnetic fields with low Let effort generate and the energy through the skin effect can be deposited well in thin layers. The times sintering is typically only a little at normal performance seconds. This may also take place before sintering a crystallization.

Die Beaufschlagung mit einem hochfrequenten elektromagneti­ schen Wechselfeld erzeugt also durch Induktion die gewünschte thermische Veränderung, die insbesondere bis zu einer Verdich­ tung wie durch herkömmliches Sintern fortgesetzt werden kann. Die Wärmbebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt dabei so schnell, daß ein schnelles thermisches Ausheilen von Fehlstellen, ein sogenanntes "rapid thermal annealing" ermög­ licht wird. Eine solche Behandlung war zuvor lediglich durch Infrarotblitze bekannt, die sich aber insbesondere bei im In­ fraroten absorbierenden Grundkörpern nicht anwenden lassen.The application of a high-frequency electromagnetic The alternating field generates the desired one by induction thermal change, in particular up to a compression tion as can be continued by conventional sintering. The heat treatment according to the present invention is carried out so fast that a quick thermal healing of Defects, a so-called "rapid thermal annealing" enables light becomes. Such treatment was previously only through Infrared flashes are known, but which are particularly in the In Do not allow the red absorbent body to be used.

Es ist ausreichend, elektrisch nur halbleitendes partikuläres Material als Beschichtungsmaterial zu verwenden, wobei insbe­ sondere eine Dotierung für das Material zur Erzielung der Halbleitung verwendet werden kann.It is sufficient to only electrically semiconductive particulate To use material as a coating material, in particular  special doping for the material to achieve the Semiconductors can be used.

Als Beschichtungsmaterial kommen insbesondere Indium-Zinn- Oxyd, fluordotiertes Zinn-Oxyd, Antimon-Zinn-Oxyd, Zink-Oxyd, Nitride, Carbide, Boride, Titanate, Niobate, Tantalate allge­ mein Perowskite, Eisenoxide, TiN, TiC, Ti(CN), TaC, AlN sowie Vorläufer der vorgenannten Substanzen, sowie Halbleiter des III-IV und/oder III-V Typus in Frage. Insbesondere fluordo­ tiertes Zinn-Oxyd hat durch die Dotierung auch als Nanoteil­ chen eine hinreichende Leitfähigkeit. Ähnliche Dotierungen sind zum Beispiel auch mit Ito möglich.In particular, indium tin Oxide, fluorine-doped tin oxide, antimony-tin oxide, zinc oxide, Nitrides, carbides, borides, titanates, niobates, tantalates in general my perovskite, iron oxides, TiN, TiC, Ti (CN), TaC, AlN as well Precursors of the aforementioned substances, as well as semiconductors of the III-IV and / or III-V type in question. In particular fluordo The doped tin oxide also has a nanoparticle sufficient conductivity. Similar allocations are also possible with Ito, for example.

Keramisches Beschichtungsmaterial kann genauso verwendet wer­ den wie elektrisch leitfähiges, insbesondere Metalle und/oder intermetallische Verbindungen, solange die Leitfähigkeit aus­ reicht, Wirbelströme zu leiten.Ceramic coating material can also be used who the like electrically conductive, especially metals and / or intermetallic compounds as long as the conductivity is off is enough to conduct eddy currents.

Das Beschichtungsmaterial wird typischerweise auf den Grund­ körper in einer dünnen Schicht aufgebracht, und zwar typi­ scherweise naßchemisch, also mit einem Fluid, etwa durch Tauch- und/oder Spinnüberziehen, Sprühen, Drucken, insbesonde­ re Offset- und/oder Siebdrucken, Rakeln, Gießen und Walzen und/oder Kombinationen dieser Verfahren.The coating material will typically get to the bottom body applied in a thin layer, typically usually wet chemical, i.e. with a fluid, for example Dip and / or spin coating, spraying, printing, in particular re offset and / or screen printing, knife coating, casting and rolling and / or combinations of these methods.

Das Fluid wird im Regelfall eine organische Substanz, d. h. ein organisches Lösungsmittel und/oder Wasser sein und bevorzugt wird das Beschichtungsmaterial zur Erzielung besonders gleich­ mäßiger Resultate vor der Beaufschlagung mit dem Elektroma­ gnetfeld zumindest vorgetrocknet, was durch Warmluft, Abstehen usw. erfolgen kann.The fluid usually becomes an organic substance, i.e. H. on organic solvent and / or water and preferred the coating material becomes particularly the same to achieve moderate results before exposure to the electroma gnetfeld at least pre-dried, which is due to warm air, sticking out etc. can be done.

Der Grundkörper kann aus wärmeempfindlichem und/oder isolie­ rendem Material ausgewählt sein. Beispiele sind insbesondere Glas, etwa silikathaltiges Glas, Keramiken, keramische Gläser, sowie Kunststoffe, insbesondere PMMA, PE, PET. The base body can be made of heat-sensitive and / or isolie material. Examples are particular Glass, such as silicate glass, ceramics, ceramic glasses, as well as plastics, in particular PMMA, PE, PET.  

Der Grundkörper wird bevorzugt deutlich schlechter leiten als die Beschichtungsmaterialien. Um die Energie des elektromagne­ tischen Wechselfeldes besonders vollständig in den Beschich­ tungen zu konzentrieren, ist es insbesondere bevorzugt, wenn der Grundkörper dafür eine wenigstens zwei Größenordnungen niedrigere elektrische Leitfähigkeit als das zumindest halb­ leitende Beschichtungsmaterial besitzt. Um dies zu gewährlei­ sten, kann insbesondere ein zwecks Leitfähigkeitserhöhung do­ tiertes Beschichtungsmaterial gewählt werden. Die im Vergleich niedrige Leitfähigkeit gewährleistet, daß der Grundkörper un­ abhängig von der Eindringtiefe des elektromagnetischen Wech­ selfeldes, die etwa durch den Skineffekt bestimmt ist, Energie primär lediglich vom erwärmten Beschichtungsmaterial erhält. Da das Beschichtungsmaterial bei dünnen Schichten nur eine ge­ ringe Wärmekapazität aufweist und sich dementsprechend sehr rasch bis zur thermischen Veränderung, die bevorzugt eine Sin­ terung, Verdichtung und/oder Kristallisation ist, erwärmen läßt, ist gewährleistet, daß der Grundkörper schon aufgrund der unterschiedlichen Wärmekapazitäten nur sehr wenig und al­ lenfalls lokal nahe der Oberfläche durch den übertretenden Wärmestrom erwärmt wird. Eine derartige Erwärmung ist auch bei Kunststoffgrundkörpern und dergleichen insbesondere deshalb sogar erwünscht, weil sie die Anhaftung des Beschichtungsmate­ rials auf dem Grundkörper, insbesondere durch diffusiven Mate­ rialaustausch, d. h. durch "Diffusionsbonding" wesentlich ver­ bessern kann. Schutz wird auch für Körper mit dergestalt vor­ gesehener Beschichtung beansprucht.The base body will preferably conduct significantly worse than the coating materials. To the energy of the electromagnetic table alternating field particularly completely in the Beschich it is particularly preferred if the basic body for this is at least two orders of magnitude lower electrical conductivity than that at least half has conductive coating material. To guarantee this Most, in particular for the purpose of increasing conductivity tated coating material can be selected. The comparison low conductivity ensures that the base body un depending on the penetration depth of the electromagnetic altern selfeldes, which is determined by the skin effect, energy primarily obtained from the heated coating material. Since the coating material with thin layers only a ge rings has heat capacity and accordingly very quickly to thermal change, which prefers a sin heating, densification and / or crystallization leaves, it is ensured that the base body is already due very little of the different heat capacities and al if necessary locally near the surface by the transgressor Heat flow is heated. Such warming is also at Plastic base bodies and the like in particular therefore even desirable because it adheres to the coating mate rials on the base body, especially through diffuse mate rial exchange, d. H. by "diffusion bonding" ver can improve. Protection is also provided for bodies of this type seen coating claimed.

Es ist somit möglich, die Beschichtungsmaterialien lokal auf Temperaturen zu erwärmen, die deutlich oberhalb jener Tempera­ turen liegen, denen der Grundkörper als Ganzes ohne Deformati­ on und/oder Zersetzung ausgesetzt werden könnte. Die Nanoteil­ chen erlauben dabei ein Sintern bereits bei Temperaturen und/oder Zeiten, in welchen der Grundkörper auch bei hoher Wärmeempfindlichkeit unverändert bleibt. It is thus possible to apply the coating materials locally Warm temperatures that are well above that tempera ture, the basic body as a whole without deformity on and / or decomposition could be exposed. The nanopart Chen allow sintering even at temperatures and / or times in which the base body also at high Sensitivity to heat remains unchanged.  

Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise beschrie­ ben.The invention is described below by way of example only ben.

Ein Grundkörper aus PMMA, einem elektrischen Nichtleiter aus Kunststoff, wird durch Besprühen mit einer organischen Be­ schichtungssuspension, die ITO (Indium-Zinn-Oxyd) Nanopartikel enthält, überzogen und bei Raumtemperatur getrocknet. Nach dem Trocknen wird der PMMA-Grundkörper mitsamt der getrockneten Beschichtung einem hochfrequenten elektromagnetischen Wechsel­ feld ausgesetzt, wodurch induktiv Wirbelströme in der Indium- Zinn-Oxyd-Beschichtung erregt werden, was das Beschichtungsma­ terial induktiv erhitzt. Dabei werden noch nicht ausgetrockne­ te oder nicht gebundene organische Restsubstanzen vollständig ausgetrieben.A basic body made of PMMA, an electrical non-conductor Plastic, is by spraying with an organic Be stratification suspension, the ITO (indium tin oxide) nanoparticles contains, coated and dried at room temperature. After this The PMMA base body is dried together with the dried one Coating a high frequency electromagnetic change exposed field, causing inductive eddy currents in the indium Tin oxide coating can be excited, causing the coating material inductively heated. This does not dry out yet organic or unbound organic residues completely expelled.

Zugleich bleibt der die Beschichtung tragende PMMA-Grundkörper als elektrischer Nichtleiter, in dem keine Wirbelströme indu­ ziert werden können, praktisch auf Raumtemperatur. Das Wech­ selfeld wird mit einer Stärke gewählt, die ausreicht, um in die ITO-Schicht so viel Energie einzukoppeln, daß diese sich bleibend sinterhaft verdichtet. Dabei wird das Wechselfeld so stark gewählt, daß die Versinterung schnell in einem sehr kur­ zen Zeitraum erfolgt, in welchem keine wesentlichen Wärmemen­ gen in das PMMA abfließen können. Nachdem das ITO- Beschichtungsmaterial thermisch durch die induzierten Wirbel­ ströme dauerhaft verdichtet wurde, wird die Zuführung von hochfrequenter elektromagnetischer Energie beendet, worauf der beschichtete Grundkörper, der nur in und sehr nahe der sehr dünnen Schicht aufgeheizt wurde, sich praktisch instantan auf Raumtemperatur befindet.At the same time, the PMMA body carrying the coating remains as an electrical non-conductor in which no eddy currents indu can be decorated, practically at room temperature. The change selfeld is chosen with a strength sufficient to in to couple the ITO layer so much energy that it permanently sintered. The alternating field becomes like this strongly chosen that the sintering quickly in a very short zen period takes place in which no significant heat can flow into the PMMA. After the ITO Coating material thermally induced by the vortex streams has been permanently compressed, the supply of high-frequency electromagnetic energy ended, whereupon the coated body that is only in and very close to the very thin layer was heated up, almost instantly Room temperature.

Wichtig ist bei dieser Erwärmungstechnik, daß die zur thermi­ schen Veränderung benötigte Energie praktisch ausschließlich in das Beschichtungsmaterial ohne Beeinflussung des Grundkör­ pers eingekoppelt wird. Diese selektive lokale Absorbtion von zur Erwärmung benötigter Energie erlaubt eine schnelle und ho­ he Verdichtung des Beschichtungsmaterials ohne oder mit allen­ falls mäßiger Substraterwärmung. Dies ermöglicht es, Indium- Zinn-Oxyd, dessen Verdichtungstemperatur weit über der typi­ schen thermischen Belastungsgrenze des PMMA liegt, als kerami­ sche Schicht mit vorgegebener Dichte, Porengröße, Porösität usw. auf einem wärmeempfindlichen Träger vorzusehen.It is important with this heating technology that the thermi change almost exclusively requires energy in the coating material without influencing the basic body pers is coupled. This selective local absorption of energy required for heating allows a quick and ho he compression of the coating material without or with all  if moderate substrate heating. This enables indium Tin oxide, the compression temperature far above the typi the thermal load limit of the PMMA is as kerami layer with a given density, pore size, porosity etc. to be provided on a heat-sensitive carrier.

Der erhaltene beschichtete PMMA-Körper weist eine feste Ver­ bindung zu der Indium-Zinn-Oxyd-Beschichtung auf, die damit besonders haltbar ist. Dabei treten auch keine signifikanten Spannungen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten von Grundkörper und Beschichtung auf.The coated PMMA body obtained has a solid Ver bond to the indium tin oxide coating on it is particularly durable. There are also no significant ones Stresses due to different coefficients of expansion body and coating.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird handelsübliches- Borosilikatglas, wie es für Fensterscheiben eingesetzt wird, mit einer Suspension aus ATO-Nanopartikeln beschichtet und da­ nach getrocknet. Bei der nachfolgenden Einkoppelung von hoch­ frequenter elektromagnetischer Energie wird die Energie, d. h. die Feldstärke und die Frequenz des eingestrahlten Wechselfel­ des zeitlich variiert. Da mit der Frequenz auch die Eindring­ tiefe des Elektromagnetfeldes in die Beschichtung verändert wird, ergibt sich eine lokal gesteuerte Energiezufuhr über die Beschichtung hinweg. Demgemäß variiert über die Schicht hinweg auch der Verdichtungsgrad, sodaß eine Gradientenschicht erhal­ ten wird. Es ist vorauszusehen, daß das Verfahren auch bei al­ kalihaltigen Gläsern gute Ergebnisse liefert.In a further exemplary embodiment, commercially available Borosilicate glass, as used for window panes, coated with a suspension of ATO nanoparticles and there after dried. With the subsequent coupling of high frequency electromagnetic energy is the energy, d. H. the field strength and the frequency of the incoming alternating field the time varies. Since with the frequency also the penetration depth of the electromagnetic field in the coating changed there is a locally controlled energy supply via the Coating away. Accordingly, it varies across the layer also the degree of compaction, so that a gradient layer is obtained will. It can be anticipated that the method will also apply to al potash-containing glasses gives good results.

Es sei erwähnt, daß gegebenenfalls der Schichtzustand bei der thermischen Veränderung etwa optisch erfaßt werden kann, um die Energiezufuhr regelnd zu beeinflußen.It should be mentioned that the layer condition at the thermal change can be detected optically, for example to regulate the energy supply.

Es sei erwähnt, daß die thermisch zu verändernden Beschich­ tungsmaterialien nicht zwingend bereits auf einen Grundkörper aufgebracht sein müssen, sondern auch als Formling behandelt werden können.It should be mentioned that the coating to be changed thermally materials are not necessarily already on a basic body must be applied, but also treated as a molding can be.

Es sei weiter erwähnt, daß die Beschichtungsmaterialien bezie­ hungsweise Nanoteilchen nicht zwingend auf einem Grundkörper aufgebracht sein müssen, sondern auch in einen Grundkörper, d. h. in eine Grundkörpermatrix eingebettet sein können und/oder in einer Flüssigkeit oder anderem Fuid behandelt wer­ den können. Dabei können die Nanoteilchen als Energiekoppler wirken, über welche Wirbelstromenergie in den Grundkörper ein­ gekoppelt werden kann. Auch bei diesem Verfahren können sich die Beschichtungsmaterialien beziehungsweise Nanoteilchen in ihren Eigenschaften ändern. Die Nanoteilchendichte in der Ma­ trix kann variiert werden, um eine gewünschte Absorption der elektromagnetischen Energie im Körper beziehungsweise in der Matrix zu erreichen und/oder die Eindringtiefe selektiv zu verändern. Wie bei der Auftragung einer dünnen Schicht und de­ ren nachfolgender Sinterung, Dichteveränderung usw. ist von entscheidender Bedeutung, daß eine selektive Erwärmung der Nanoteilchen erfolgt, während diese sich in Wärmekontakt mit einem umgebenden Medium sehr viel größerer Masse und damit hö­ herer Wärmekapazität befinden. Man erhält wiederum eine selek­ tive Erwärmung, aber anders als bei der Dichtsinterung kann es erwünscht sein, die Nanoteilchen solange und soweit zu erwär­ men, daß die Gesamtmatrix ebenfalls insgesamt einen Tempera­ turanstieg erfährt. So können Nanoteilchen als Energiekoppler und sogenannten Hotspots verwendet werden. Diese nanoskaligen Energie- und Wäremekoppler ermöglichen bei ihrem Einbau in Grundkörper, Matrizes und/oder ihre Einbringung in Flüssigkei­ ten die Erwärmbarkeit durch elektromagnetische Felder gezielt vorzunehmen. Bei Auslegung auf vorgegebene elektromagnetische Frequenzen läßt sich dadurch auch eine elektromagnetische Ab­ schirmwirkung erzielen. Bei den letztgenannten Anwendungen kommt es nicht darauf an, daß eine erzielte thermische Verän­ derung dauerhaft bewirkt wird, sondern vielmehr wird hier die Erwärmung als thermische Veränderung selbst angestrebt.It should also be mentioned that the coating materials relate to nano-particles not necessarily on a basic body  must be applied, but also in a base body, d. H. can be embedded in a basic matrix and / or treated in a liquid or other fluid that can. The nanoparticles can act as energy couplers act through which eddy current energy in the body can be coupled. This procedure can also be used the coating materials or nanoparticles in change their properties. The nanoparticle density in the Ma trix can be varied to achieve a desired absorption of the electromagnetic energy in the body or in the To achieve matrix and / or the depth of penetration selectively change. Like applying a thin layer and de subsequent sintering, density change, etc. is from crucial that selective heating of the Nanoparticles occur while they are in thermal contact with a surrounding medium of much larger mass and thus higher their thermal capacity. You get a selek again tive heating, but unlike sealing sintering it can be desired to heat the nanoparticles as long and as far men that the total matrix also a total of a tempera experienced increase in door. So nanoparticles can act as energy couplers and so-called hotspots can be used. These nanoscale Energy and heat couplers allow for their installation in Base bodies, matrices and / or their introduction into liquids targeted heatability through electromagnetic fields to make. When designed for specified electromagnetic Frequencies can also be an electromagnetic Ab achieve shielding effect. In the latter applications it does not matter that a thermal change achieved change is permanently effected, but rather here Warming as a thermal change itself sought.

Claims (24)

1. Verfahren zur thermischen Veränderung elektrisch zumindest halbleitender Beschichtungsmaterialien, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beschichtungsmaterialien in fester Form mit einem elektromagnetischen Wechselfeld beaufschlagt werden, bis durch deren induktive Erwärmung die thermische Veränderung bewirkt ist.1. Process for the thermal change of electrically at least semiconducting coating materials, characterized in that the coating materials are acted upon in solid form with an alternating electromagnetic field until the thermal change is brought about by their inductive heating. 2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Beschichtungsmaterial ein elektrisch halbleitendes Material verwendet wird.2. The method according to the preceding claim, characterized ge indicates that as an electrical coating material semiconducting material is used. 3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als elektrisch halbleitendes Beschich­ tungsmaterial ein halbleitend dotiertes Material verwendet wird.3. The method according to the preceding claim, characterized ge indicates that as an electrically semiconducting coating tion material used a semiconductively doped material becomes. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschichtungsmaterial ein kerami­ sches Material verwendet wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that a kerami as coating material material is used.   5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial ausgewählt und/oder kombiniert wird aus der Gruppe ITO (Indium-Zinn- Oxyd), ATO (Arsen-Zinn-Oxyd), FTO, ZnO, Nitriden, Carbi­ den, Boriden und/oder III-IV und/oder III-V Halbleitern.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the coating material is selected and / or is combined from the group ITO (indium tin Oxide), ATO (arsenic tin oxide), FTO, ZnO, nitrides, carbi the, borides and / or III-IV and / or III-V semiconductors. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschichtungsmaterial ein elektrisch leitfähiges verwendet wird.6. The method according to claim 1, characterized in that as Coating material used an electrically conductive becomes. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschichtungsmaterial ein Metall und/oder eine intermetallische Verbindung verwendet wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that a metal as the coating material and / or an intermetallic compound is used. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial vor seiner thermischen Veränderung auf einen Grundkörper aufgebracht wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the coating material before its thermal change applied to a base body becomes. 9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial auf den Grund­ körper in einer dünnen Schicht aufgebracht wird.9. The method according to the preceding claim, characterized ge indicates that the coating material gets to the bottom body is applied in a thin layer. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial gemeinsam mit einem Fluid auf den Grundkörper aufgebracht wird.10. The method according to any one of claims 8 or 9, characterized ge indicates that the coating material together with a fluid is applied to the base body. 11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial auf den Grund­ körper durch Tauch- und/oder Spinnüberziehen, Sprühen, Drucken insbesondere Offset- und/oder Siebdruck, Rakeln und/oder Gießen aufgebracht und/oder eine strukturierte Oberfläche beim Auftragen erzeugt wird.11. The method according to the preceding claim, characterized ge indicates that the coating material gets to the bottom body by dipping and / or spinning, spraying, Printing in particular offset and / or screen printing, squeegees and / or casting applied and / or a structured Surface is generated during application. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Fluid ein alkoholisches und/oder an­ dere organische Lösungsmittel und/oder Wasser und/oder wässrige Lösungsmittel verwendet wird/werden.12. The method according to any one of claims 10 or 11, characterized ge indicates that the fluid is an alcoholic and / or  organic solvents and / or water and / or aqueous solvent is / are used. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial vor der ei­ genschaftsverändernden induktiven Erwärmung getrocknet wird, insbesondere bei Temperaturen unterhalb der zur thermischen Veränderung erforderlichen.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the coating material before the egg property-changing inductive heating dried is, especially at temperatures below thermal change required. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Grundkörper aus wärmeempfindlichem Material verwendet wird.14. The method according to any one of claims 8 to 13, characterized ge indicates that a base body made of heat-sensitive Material is used. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Grundkörper aus Glas, insbesondere silicathaltigem Glas, Glaskeramik, Keramik und/oder Kunst­ stoff, insbesondere PMMA, PE, PET verwendet wird.15. The method according to any one of claims 8 to 14, characterized ge indicates that a base body made of glass, in particular silicate-containing glass, glass ceramics, ceramics and / or art fabric, especially PMMA, PE, PET is used. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsmaterialien durch ih­ re induktive Erwärmung gesintert und/oder verdichtet und/oder kristallisiert werden und/oder daß sich durch die Temperaturbehandlung die elektrische Leitfähigkeit dauer­ haft erhöht.16. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the coating materials by ih re inductive heating sintered and / or compressed and / or be crystallized and / or that Temperature treatment the electrical conductivity duration imprisoned. 17. Verfahren nach einem der Anspruch 14 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschichtungsmaterialien lokal auf Temperaturen erwärmt werden, die oberhalb jener der Grund­ körperbeständigkeit liegen.17. The method according to any one of claims 14 to 16, characterized ge indicates that the coating materials are local Temperatures are warmed above those of the reason physical stability. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Grundkörper verwendet wird, dessen Leitfähigkeit geringer als jene des elektrisch zumindest halbleitenden Beschichtungsmaterials ist.18. The method according to any one of claims 8 to 17, characterized ge indicates that a basic body is used, the Conductivity lower than that of the electrical at least semiconducting coating material. 19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit insbe­ sondere für die Induktion von Wirbelströmen des Grundkör­ pers wenigstens zwei Größenordnungen geringer als jene des elektrisch zumindest halbleitenden Beschichtungsmaterials ist.19. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the electrical conductivity in particular  especially for the induction of eddy currents of the basic body pers at least two orders of magnitude less than that of electrically at least semiconducting coating material is. 20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der lokalen Beschichtungsmateria­ lerwärmung der Grundkörper oberflächennah soweit aufge­ heizt wird, daß zwischen Grundkörpermaterial und Beschich­ tungsmaterial eine verbesserte Haftung, insbesondere durch diffusiven Materialaustausch, bewirkt wird.20. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that at the local coating material Heating the base body up to the surface so far is heated that between base material and Beschich tion material improved liability, in particular through diffusive material exchange. 21. Gegenstand mit einer Beschichtung aus elektrisch zumindest halbleitendem Material auf einem durch Wirbelstromindukti­ on allenfalls geringfügig erwärmbarem Grundkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus einem nur bis zu einer vorgegebenen Temperatur unverändert erwärmbaren, insbesondere formstabilem Material besteht, und das Be­ schichtungsmaterial eine durch Erwärmen auf Temperatur un­ terhalb der vorgegebenen veränderte Eigenschaften auf­ weist.21. Item with a coating of electrical at least semiconducting material on an eddy current inductor on at least slightly heatable body, thereby characterized in that the basic body from only up to heatable at a predetermined temperature, there is in particular dimensionally stable material, and the Be layering material by heating to temperature un below the specified changed properties has. 22. Gegenstand nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Eigenschaft des Beschichtungsmateri­ als, welche durch Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb der vorgegebenen dauerhaft verändert wurde, die Dichte und/oder elektrische Leitfähigkeit und/oder die kristalli­ ne Struktur und/oder die Porosität des Beschichtungsmate­ rials ist.22. Object according to the preceding claim, characterized ge indicates that the property of the coating material than, which by heating to a temperature above the density has been permanently changed and / or electrical conductivity and / or the crystalline ne structure and / or the porosity of the coating material rials is. 23. Gegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Grundkörper einen durch lo­ kale Erwärmung der Beschichtung oberflächennah veränderten Bereich aufweist. 23. Object according to one of the preceding claims, since characterized in that the basic body one by lo cal heating of the coating changed near the surface Area.   24. Gegenstand nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bereich der oberflächennahen Verän­ derung des Grundkörpers allenfalls wenige µm dick ist.24. Object according to the preceding claim, characterized ge indicates that the area of the near-surface changes change of the base body is at most a few µm thick.
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