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18.10.2018

Trocknen

Trocknen: 30.11.2012

Mit neu entwickelter Infrarot-Anlage anspruchsvolle Wärmeprozesse testen

Zur Beschichtung von Glas oder Metallen bieten Vakuumverfahren Vorteile, benötigen aber leistungsstarke und präzise steuerbare Wärmequellen. Dafür hat Heraeus Noblelight jetzt eine neue Testanlage in Betrieb genommen.

In der Vakuumtestanlage werden Langzeittests mit IR-Strahlern durchgeführt. Quelle: Heraeus

In der Vakuumtestanlage werden Langzeittests mit IR-Strahlern durchgeführt. Quelle: Heraeus

Moderne Fertigungsverfahren, beispielsweise zur Herstellung von Solarzellen oder von integrierten Schaltkreisen in der Mikroelektronik finden häufig unter Vakuumbedingungen statt. Auch zur Beschichtung von Glas oder Metallen bieten Vakuumverfahren einige Vorteile, da so beispielsweise unerwünschte Oxidationsprozesse ausgeschlossen werden können. Viele dieser Prozesse benötigen leistungsstarke, präzise steuerbare Wärmequellen. IR-Strahler aus Quarzglas bieten hier einige Vorteile. Sie übertragen Wärme kontaktfrei und mit hoher Leistung, zudem reagieren sie sehr schnell auf Steuerbefehle. IR-Wärmeprozesse unter Vakuumbedingungen sind jedoch nicht trivial. Reflexion innerhalb einer geschlossenen Kammer etwa kann die Wärmeverteilung entscheidend beeinflussen. Viele Parameter müssen in das Anlagendesign eingehen, damit die Wärme genau da wirkt, wo es nötig ist.

Zielgerichtet und effizient

Heraeus Noblelight testet mit einer neu entwickelten Vakuum-Testanlage Wärmeprozesse im automatisierten Dauerbetrieb unter praxisnahen Belastungen. Viele innovative Produkte erfordern bei ihrer Herstellung oder Verarbeitung Wärmeprozesse mit besonderen Vorgaben. Scheiben, Platten oder Werkteile werden bei sehr hohen Temperaturen unter Vakuumbedingungen verarbeitet. Dafür sollen besonders hohe Leistungen möglichst zielgerichtet und energieeffizient übertragen werden. Gleichzeitig wirken Vakuum, hohe Umgebungstemperaturen oder aggressive Medien auf die Wärmequellen selbst ein.

3 Fragen an...

Martin Klinecky, Spezialist für Vakuumanwendungen bei Heraeus

Martin Klinecky

Martin Klinecky

Für welche Substrate und Teilespektren kann die Vakuum-Beschichtungstechnologie eingesetzt werden?
Typischerweise werden im Vakuum Glas, Metalle, Halbleiter, und natürlich Ausgangsmaterialien für Solarzellen oder Halbleiter beschichtet. Unter Vakuumbedingungen werden häufig optische Beschichtungen aufgebracht, wie beispielsweise Antireflex- und Filter-Schichten.

Wie lassen sich die Beschichtungen mit Infrarot optimal aushärten?
Gerade Beschichtungsprozesse mit besonderen Anforderungen lassen sich mit Infrarot optimal durchführen. Wenn etwa besonders schnelle Aufheizrampen auf hohe Endtemperaturen gefordert sind oder aber konstante Temperaturen mit hoher Genauigkeit z.B. auf 1 K genau, dann bringt die Infrarot-Wärmetechnologie große Vorteile. Infrarot-Strahlung überträgt kontaktfrei hohe Leistungen in kurzer Zeit. Carbon-Infrarot-Strahler oder kurzwellige Infrarot-Strahler reagieren innerhalb sehr kurzer Zeit und lassen sich so sehr gut steuern und regeln.

Heraeus hat jetzt eine neue Vakuum-Testkammer in Betrieb genommen. Was waren die Hintergründe für diese Investition und welche Vorteile resultieren daraus für ihre Kunden?
Wir führten bisher in unserem Anwendungszentrum mit Hilfe einer Testkammer bereits Beschichtungstests unter Vakuum durch. Diese Tests können viele Antworten geben, sind allerdings eher Kurzzeittests mit einzelnen Strahlern. Wir wollten Vakuumtests noch praxisnäher mit mehr Strahlern und unter Dauerbelastung durchführen können, daher haben wir die neue Testanlage eingerichtet. Die Vakuum-Testanlage kann noch besser zeigen, wie die spätere Anlage beim Kunden ausgelegt werden muss, um eine optimale Wärmeverteilung zu erreichen.

Heraeus hat seine Vakuum-Testkammer im firmeneigenen Anwendungszentrum jetzt ergänzt mit einer professionellen Vakuum-Testanlage. Damit kann über Einzeltests hinaus auch ein automatisierter Dauerbetrieb über lange Zeiträume durchgeführt werden. Solche Tests unter praxisnaher Dauerbelastung helfen, Anlagen mit IR-Heizprozessen wesentlich kosten- und energieeffizienter zu planen und Wartungsintervalle realistisch abzuschätzen. In der Vakuum-Testanlage können dauerhaft Drücke bis 10-6 mbar erzeugt werden. Je nach Kundenanforderung werden für die Tests kurzwellige Infrarot-Strahler oder mittelwellige Carbon-In-frarot-Strahler gewählt. Dabei können Anzahl und Anordnung der Strahler in weiten Bereichen variiert werden. Die IR-Strahler erwärmen die Materialien entweder direkt in der Kammer oder durch ein Quarzglashüllrohr vom Prozessraum entkoppelt. Wenn ein Hüllrohr verwendet wird, ist ein einfacher Austausch der Strahler von außen möglich. Die Versuche werden mit Hilfe von Temperatursensoren computergestützt protokolliert und zusammen mit dem Kunden ausgewertet.

"Wir haben schnell fest gestellt, dass die Umgebungsbedingungen die Effizienz der IR-Prozesse stark beeinflussen können," sagt Martin Klinecky, Spezialist für Vakuumanwendungen bei Heraeus. "Aktuell hilft uns die Anlage, unsere IR-Strahler für die energiesparende Herstellung effizienterer Solarzellen weiterzuentwickeln." Unter Vakuumbedingungen heizen sich einige Materialien schneller auf, Wasser verdampft bei niedrigeren Temperaturen und geometrisch kompliziert gestaltete Produkte können besser getrocknet werden. Farbe und Art des Materials genauso wie Farbe und Dicke der Beschichtung, aber auch die erforderliche Temperatur und Trocknungszeit beeinflussen die Auslegung des Wärmeprozesses. Gerade bei innovativen Beschichtungen und ganz neuen Materialien lohnen sich Tests, damit die Anlage möglichst energieeffizient ausgelegt werden kann. Die optimale Wärmeverteilung kann mit Hilfe von modernen numerischen Methoden, wie der CAE-Simulation vorab simuliert werden. Die Vakuum-Testanlage hilft, die Vorhersagen aus der Computersimulation zu verifizieren oder zu ergänzen.

Heraeus Noblelight GmbH, Kleinostheim, Martin Klinecky, Tel. +49 6181 35-3450, martin.klinecky@heraeus.com, www.heraeus-noblelight.com

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