一种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，其中，贯穿孔道的平均直径小于或等于３毫米。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。该压差使得液体前体均匀地行进通过贯穿孔道，在贯穿孔道的壁上沉积成膜材料，并且在贯穿孔道的壁上形成膜。该装置包括能够固定基材并且能够保持跨多个贯穿孔道的压差的室。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在孔道中沉积涂层。较具体地说，本专利技术涉及在具有小直径的 蜂窝孔道中沉积膜涂层。更具体地说，本专利技术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。
技术介绍
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。本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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，本专利技术的这些和其它方面、优 点和特点将是显而易见的。附图简要说明附图说明图1是具有多个涂布有膜的贯穿孔道的基材的截面示意图。 图2是用于在基材的多个贯穿孔道的壁上沉积膜的装置的示意图。 图3是用于在基材的多个贯穿孔道的壁上沉积膜的装置的一个实施方式的 示意图。图4是用于在基材的多个贯穿孔道的壁上沉积膜的装置的另一个实施方式 的示意图。图5是在单块支撑物中0. 75毫米直径贯穿孔道的壁上沉积的a -氧化铝膜涂层的横截面的光学显微镜图像(4倍放大)；图6a是薄膜涂层厚度与径向和纵向位置的变化关系的图6b是显示贯穿孔道中对应于图6a中数据点的位置的图表；图7a是在单块基材的贯穿孔道上沉积的钯膜涂层的照片；图7b是图7a中所示钯膜横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像(3000倍放大)；图8a是图7a和7b中所示钯膜的新镀覆表面纹理的SEM图像(2500倍放 大)；图8b是图7a和7b中所示钯膜在450'C退火两天之后的表面纹理的SEM图 像(5000倍放大)。详细说明在以下说明中，类似的附图标记表示附图中所示多个视图的类似或对应的 部件。还应理解，除非有另外的指明，否则，"顶部"、"底部"、"向外"、 "向内"之类的术语是便利用语，不应理解为限制性术语。另外，将一个组描 述为包含各要素及其组合的组中的至少一个时，应理解，该组可以包含引用的 任意数量的这些要素，这些要素是彼此独立或组合的。类似地，将一个组描述 为由各要素及其组合的组中的至少一个组成时，应理解，该组可以由引用的任 意数量的这些要素组成，这些要素是彼此独立或组合的。总体参见各图，尤其是参见图1，将会理解各图解是为了描述本专利技术的具体实施方式，而不是将本专利技术限制于此。参见图1，是具有多个涂布有膜123 的贯穿孔道122的基材120的截面示意图。向单块基材120的贯穿孔道122的 壁施涂膜涂层123时(尤其是各贯穿孔道122具有最大约3毫米的直径时)所 面临的挑战包括所有贯穿孔道122上的膜涂层123的不均匀分布，沿着各贯穿 孔道122长度的膜涂层123的不均匀性，各贯穿孔道122的截面面积上膜涂层 123的不均匀分布，难以将粘性涂布溶液引入多个贯穿孔道122中，以及难以 控制沉积条件例如停留时间。图1中示出与在各贯穿孔道122的截面面积上获得均匀膜涂层123相关的 问题。虽然要求获得预定厚度和均匀性的膜涂层122 (图1中的(a))，但是 现有技术的涂布贯穿孔道122的方法通常形成厚度无法控制的膜涂层(图1中 的(b))或不匀称的膜涂层122 (图1中的(c))。用于在基材210上沉积膜的装置200如图2中所示。基材210包含从基材 第一端214延伸至第二端216的多个贯穿孔道212。在一个实施方式中，各贯 穿孔道212的直径小于约3毫米，优选小于约2毫米。在另一个实施方式中， 基材210是一种蜂窝结本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于沉积膜的装置，该装置包括： ａ．液体前体源； ｂ．室，该室包括： ｉ．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； ｉｉ．与接触基材第一端的中央部分相邻的进口部分，其中 ，该进口部分与液体前体源以及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； ｉｉｉ．与基材第二端相邻且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以及从室移出流体； ｃ．与室相连的加压系 统，其中，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。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：CR费克特，W刘，TP圣克莱尔，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]
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