專利名稱：流化床熱解碳涂覆的制作方法
流化床熱解碳涂覆
背景技術(shù)：
裂解碳在本文中被稱為熱解碳，該裂解碳通常借助將蒸汽形式的氣態(tài)烴(或其他含碳物質(zhì))熱分解為涂層而被沉積在相對小的基體上，所述基體與小顆粒的附加充氣一起在流化床中飄浮。在自開發(fā)出例如Bokros等人的名為“Process for DepositingPyrocarbon Coatings”的美國專利No. 3，977，896中示例化的用于施加裂解碳涂層的流化床技術(shù)之后的時間內(nèi)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)存在相對于流化床環(huán)境的許多變形，該流化床環(huán)境可能確定被沉積的熱解碳的結(jié)構(gòu)。由于熱解碳(具有無生長特征的微結(jié)構(gòu))在沉積表面面積相對流化床中的容積的相對量是相當高的情況下通常被沉積，因此待由熱解碳涂覆的這種小物體可能在微小顆粒的床中翻騰。在許多情況下，被涂覆的所述基體(比所述微小顆粒更大)將在流化床內(nèi)呈現(xiàn)大致隨機運動。結(jié)果，基體的表面區(qū)域?qū)⒋笾碌韧乇┞队诹鹘?jīng)涂覆殼體的烴和惰性氣體的混合物的向上流。因此，全部表面或大部分表面將接收大致均勻厚度的熱解碳。然而，當不發(fā)生翻騰運動的這種相對均勻性時，可能是由于被涂覆的基體的具體幾何形狀，可能不能夠?qū)崿F(xiàn)涂覆厚度的均勻性。具體地，一些物體或基體的構(gòu)造趨于采用沿向上流動的流化床中的相對穩(wěn)定取向，盡管存在與該床中的其他基體和顆粒的碰撞。這種趨勢被稱為“鉛錘(plum-bob)”(gp，在床內(nèi)沿一個具體取向浮動，而不是隨機地翻騰)的趨勢。當出現(xiàn)這種鉛錘時，可能向這樣的表面區(qū)域施加不足夠的涂覆厚度，所述表面區(qū)域大致被遮蔽或隱藏而不與向上運動的烴流和“自由碳”直接接觸。這可能是因為被遮蔽的表面區(qū)域經(jīng)歷在較低流率下的熱解碳的熱解和沉積。這種情況的結(jié)果可以是這些區(qū)域中的熱解碳涂層的不可接受的薄沉積以及因此在基體的整個表面上熱解碳厚度的總體不均勻性。例如，具有從凹形表面軸向突出的桿的薄半球狀殼體(例如，矯形植入物)可能在涂覆床內(nèi)浮動，其凸形表面向下從而接收期望量的涂層，而桿的基部(在此處，該桿附接到殼體的凹形表面)主要涂覆被遮蔽且接收不可接受的薄的碳沉積。


本發(fā)明的實施方式的特征和優(yōu)勢從所附權(quán)利要求書、一個或多個示例性實施方式的下述詳細說明以及相應(yīng)附圖將顯而易見，在附圖中
圖I是待在由周圍保持件將彼此約束在空間關(guān)系的流化床涂覆操作中涂覆的六個基體的組件的前視圖。圖2是與圖I中所示的相同的基體的組件的透視圖，這些基體由略微不同形狀的保持件約束。圖3是與圖I類似的視圖，示出了六個薄半球狀外殼基體的組件，這些半球狀外殼基體由不同構(gòu)造的保持件保持在相對于彼此的規(guī)則空間取向中。圖4是如圖3所示的組件的透視圖。圖5是現(xiàn)有技術(shù)流化床涂覆機的局部剖面形式的示意圖。圖6A和6B是本發(fā)明的實施方式的側(cè)視圖和透視圖。
圖7A-E是圖6A和6B的實施方式的部件的側(cè)視圖。
具體實施例方式在下述說明中，闡述許多具體細節(jié)。然而，要理解的是，本發(fā)明的實施方式能夠在不存在這些具體細節(jié)的情況下被實踐。公知的結(jié)構(gòu)和技術(shù)未被詳細示出以避免妨礙理解本說明。對“一個實施方式”、“實施方式”、“示例性實施方式”、“各個實施方式”等的引用表明，如此描述的實施方式能夠包括具體特征、結(jié)構(gòu)或特性，但并非每個實施方式都必要包括具體特征、結(jié)構(gòu)或特性。此外，一些實施方式可能具有針對其他實施方式描述的特征中的一些、全部或不包括該特征。同樣，如本文所使用的，“第一”、“第二”和“第三”描述了同一對象并且表明指代相似對象的不同示例。這種形容詞不旨在暗含如此描述的對象必須采用時間上、空間上、排序上或任何其他方式上的給定順序。同樣，能夠使用術(shù)語“聯(lián)接”和“連接”及其衍生詞。在具體實施方式
中，“連接”能夠用于指代兩個或更多個元件彼此直接物理或電接觸，而“聯(lián)接”能夠意味著兩個或更多個元件協(xié)作或彼此相互作用，但是它們可能會直接物理或電接觸或者可能不會物理或電接觸。同樣，雖然能夠使用類似或相同的附圖標記來指代不同附圖中的相同或類似的部件，但是這樣做并不意味著包括類似或相同附圖標記
的全部附圖構(gòu)成單個或同一實施方式。當部件或基體在流化顆粒床中被涂覆時，其中發(fā)生蒸汽的分解，能夠在受熱殼體中實施這種涂覆，存在通過該受熱殼體的向上氣體流(例如，惰性或稀釋氣體以及被分解的輸送氣體或蒸汽的混合物的流)。氣體流率被控制以便使得微小顆粒從床飄浮，這些微小顆粒通常在略微螺旋形流路中交替地升降。被涂覆的基體的尺寸和形狀使其由向上流動的氣流飄浮且因此基本懸浮在該床中，基體在該床中隨機地翻騰。該床被加熱到這樣的溫度，在該溫度下，輸送氣體分解并且在基體和顆粒上沉積薄膜涂層。這些顆粒的小部分通常被有規(guī)律地移除并替換，以便將床表面面積保持在大致恒定水平。當基體形狀使其在流化床中隨機地翻騰時，其全部表面都相當均勻地暴露于流動的氣流，并且因此具有沉積在其上的大致均勻厚度的涂層。由于具有一定尺寸(例如，不均勻的重量分布，從而得到“重”側(cè)和“輕”側(cè))和形狀(例如，不對稱)的基體趨于沿大致單個取向(例如，鉛錘或不隨機地翻騰)在床內(nèi)浮動，因此這種基體的一些表面與其他表面相比更多地直接暴露于向上流動的氣流中，并且沉積的涂覆厚度不再均勻。然而，通過將待由蒸汽沉積涂覆的多重基體集合到一起作為組件，其中單個基體相對于彼此設(shè)置在規(guī)則球形取向，所述組件將以規(guī)則翻騰運動在涂覆機內(nèi)飄浮。結(jié)果，基體的全部表面都將隨機地翻騰并且以大約相同的程度暴露于向上流動的氣流，并且所沉積的涂層的厚度在該基體的整個暴露表面上將是大致均勻的。在實施方式中，通過將這種類似的基體組聯(lián)合并且約束所述基體組以便具有空間上相對于彼此大致固定的取向，能夠克服不均勻厚度的涂層；接著，當受約束的組飄浮在向上流動的氣流中時，能夠?qū)崿F(xiàn)涂層厚度的高均勻性。當用流化顆粒床中的熱解碳涂覆時獲得優(yōu)良的結(jié)果。實施方式包括通過在多重基體上沉積熱解碳以在每個被涂覆的基體表面上獲得均勻涂層厚度來在顆粒流化床中涂覆該多重基體的方法，所述方法包括以下步驟在殼體內(nèi)的涂覆區(qū)域中建立流化狀況的顆粒床，所述顆粒通過供應(yīng)氣態(tài)氣氛(其可包括惰性氣體和/或烴和/或其他氣體)的向上流而飄?。惶峁┐笾骂愃菩螤詈统叽绲拇煌扛驳幕w組；約束彼此聯(lián)合的基體組以便在空間上彼此具有大致固定的取向；使得受約束的基體組在該流化顆粒床中飄浮，使得聯(lián)合基體在該床內(nèi)隨機地翻騰；以及將流化床加熱到使得烴分解以沉積熱解碳的溫度，由此基體的供沉積熱解碳的表面被均勻地暴露于向上的氣流，且因此，大致均勻厚度的熱解碳的涂層在基體的整個表面區(qū)域被沉積在該基體上。實施方式包括通過蒸汽分解以在多重基體上沉積從而獲得均勻厚度的涂層來在流化顆粒床中涂覆這些基體的方法，所述方法包括以下步驟在殼體內(nèi)的涂覆區(qū)域中建立流化狀況的顆粒床，所述顆粒通過供應(yīng)包括氣體(例如，惰性氣體和可熱分解的蒸汽)的氣態(tài)氣氛的向上流而飄??；提供大致類似形狀和尺寸的待被涂覆的基體組；約束彼此聯(lián)合的基體的組以便在空間上彼此具有大致固定的取向；使得受約束的基體組在該流化顆粒床中飄浮，使得聯(lián)合基體在該床內(nèi)隨機地翻騰；以及將流化床加熱到使得該蒸汽分解以在基體上沉積涂層的溫度，由此基體的表面被均勻地暴露于向上的氣流，且因此，大致均勻厚度的 熱解碳的涂層在基體的整個表面區(qū)域被沉積在該基體上。實施方式提供一種組件，該組件用于在向上流動的氣流中涂覆多重基體，以便在被涂覆表面上沉積均勻厚度的涂層，該組件包括大致相似形狀和尺寸的待被涂覆的基體組；以及容器或籠，其約束彼此聯(lián)合的基體組以便使其在空間上彼此具有大致固定的取向，由此被約束的基體組能夠飄浮在涂覆機內(nèi)，向上氣態(tài)氣氛流被供應(yīng)到該涂覆機，其中組件將隨機地翻騰，因此基體的表面被均勻地暴露于向上氣流并且具有沉積在其上的大致均勻厚度的涂層。在本文關(guān)于熱解碳涂覆過程描述各個實施方式的操作，其中氣態(tài)烴被熱解地分解在微小顆粒的流化床中。然而，應(yīng)當理解的是，實施方式能夠借助其他蒸汽分解涂覆方法(例如這樣的方法，其中存在基體在包含輸送氣體或蒸汽的向上流動氣流內(nèi)的飄浮，所述輸送氣體或蒸汽將通過施加熱量被化學(xué)地分解以在飄浮基體的表面上沉積涂層)來有益地實踐。當熱解碳是期望產(chǎn)物時，涂覆機能夠是流化床涂覆機，并且向上流動的氣流能夠是例如呈丙烷或丙烯形式的輸送氣體以及惰性氣體(例如，氬氣、氮氣或氦氣)的混合物。在圖5中示出了常規(guī)流化床涂覆設(shè)備20，該流化床涂覆設(shè)備20包括具有外筒形殼體24的爐22，涂覆殼體被定位在該外筒形殼體24內(nèi)。該流化床涂覆設(shè)備的構(gòu)造和操作的細節(jié)在美國專利No. 5，284，676中被闡述，該文獻以引用的方式結(jié)合到本文。爐22被支承在水冷支承板25上，該爐可能被螺栓連接到該水冷支承板。涂覆殼體通常借助絕緣層24a與外筒形殼體24分離，并且由細長套筒26限定，該細長套筒關(guān)于下噴嘴體28的上端部裝配，該上端部具有從豎直中心通路32向上延伸的內(nèi)部錐形底表面30，該豎直中心通路與噴嘴體和細長管26的外部同軸，兩者都具有圓形截面。該爐的上端包括環(huán)形隔塊33，該環(huán)形隔塊對中涂覆管或套筒26 ;以及上部嵌件34，該上部嵌件限定中心排出通路36。嵌件34具有截頭圓錐形底表面以及在其加厚壁中的數(shù)個通路。離開該流化床涂覆機的受熱飄浮并涂覆氣體行進通過該排出通路36并且通過引向合適排出口的合適管道38。顆粒供給器40被大體安裝在流化床涂覆機20上方并且設(shè)計成按照期望速率將微小顆粒41輸送到涂覆殼體中。來自供給器40的顆粒通過進入管道進入該涂覆機，該進入管道由嵌件的壁中的其中一個通路42提供。合適的感應(yīng)或交流加熱裝置44以圍繞爐管的關(guān)系定位；該感應(yīng)或交流加熱裝置加熱涂覆殼體的活動沉積區(qū)域以及飄浮的小顆粒和物體，以使其達到發(fā)生熱解分解的期望溫度。通常通過首先建立亞毫米級別的微小顆粒的飄浮床來實施涂覆操作。該流化床被保持在涂覆腔的下部涂覆區(qū)域47中，如所示的。待在包括床的顆粒內(nèi)被涂覆的分離物體(例如，從致密各向同性石墨等機加工的環(huán)形心瓣膜體45或矯形植入物)通過上部排出通路36被合適地裝載到該床中；這些分離物體接著在由向上流動的氣流飄浮的床中的流化顆粒中被支承。涂覆殼體內(nèi)的溫度被合適地監(jiān)測并控制，以將顆粒和基體加熱到期望溫度。當準備開始涂覆過程時，諸如氣態(tài)烴(例如，丙烷、丙烯、甲烷等或其混合物)的含碳物質(zhì)被添加到流化氣流中。供應(yīng)的氣態(tài)混合物通過流量調(diào)節(jié)閥裝置被處理，該流量調(diào)節(jié)閥裝置是操作以大致混合烴和流化氣體的供氣系統(tǒng)50的一部分。在所述的裝置中，被供應(yīng)的氣體向上流動通過中心通路32并且形成涂覆殼體內(nèi)的大致螺旋形顆粒流動圖案；通常，顆粒和基體在該床的中心區(qū)域向上流動并且在該床的頂部分散，從而沿管26的內(nèi)筒形側(cè)壁返回。
這種涂覆操作的主要目的將通常是用熱解碳的均勻涂層來涂覆在支承顆粒的流化床中翻騰的小基體的外表面。該床的特征能夠是恒定地變化的，這是因為床中的微小顆粒由于發(fā)生的涂覆而在尺寸上增大。為了用熱解碳來涂覆，能夠提供具有足夠總表面的一定量小顆粒(例如球體)，使得例如在活動涂覆區(qū)域中對于每立方厘米的容積將存在例如至少大約70平方厘米的表面。在實施方式中，這種附加顆粒具有大約1500微米或更少的尺寸，其平均尺寸不大于大約800微米。為了保持期望的相當恒定的床特征，小量顆粒通常持續(xù)地從該床被移除，并且能夠持續(xù)地添加新顆粒(其可能尺寸基本上更小)。通過排出管道56可能實現(xiàn)顆粒移除，該排出管道在其側(cè)壁中具有排出孔57，并且進入該管道中的顆粒借助重力掉落通過噴嘴體28中的通路56a。所述顆粒最終穿過支承板25中的孔并且進入其被收集并稱重的顆粒移除系統(tǒng)63。如前所述，這些顆粒能夠被替換為較小尺寸的顆粒41，該顆粒由顆粒供給器40來供應(yīng)并且進入流化床的上部區(qū)域中。在所述的實施方式中，涂覆殼體內(nèi)的流化床的尺寸能夠被調(diào)節(jié)，以便精確地控制被沉積的熱解碳的晶體特征。通過借助監(jiān)測在床中或床下方的較低區(qū)域處的點與在床上方的點之間的壓差來測量流化床上的壓差，能夠?qū)崿F(xiàn)控制。為此，上部壓力感測端口 70設(shè)置在上部嵌件34中，并且下部壓力感測端口 72設(shè)置在噴嘴體28的長通路的末端處。上部端口 70和下部端口 72能夠分別借助管線74和76連接到壓力傳感器78，以測量在這些端口處的壓力并接著將被測量的這兩個壓力比較以確定其間的差。為了保持這些端口以及管線不存在灰塵、含碳材料等，合適的緩慢惰性氣體吹掃流能夠被保持通過這兩個端口系統(tǒng)。來自壓力傳感器78的信號能夠借助線路84被發(fā)送給控制單元86，該控制單元通過借助線路88和90發(fā)送信號給顆粒移除系統(tǒng)63和顆粒供給器40來激發(fā)合適的調(diào)節(jié)?？刂茊卧?6還控制供氣系統(tǒng)50，從而借助線路92發(fā)送信號。在圖I中示出了具有用于涂覆小基體111的裝置的實施方式，所述小基體被用作矯形植入物，該矯形植入物具有大致半球狀殼體或頭部113以及桿115的形狀，該桿115從該薄殼體或頭部的凹形表面的中心區(qū)域軸向延伸。雖然頭部113不具有完全半球形的形狀，但是為了便于說明，該形狀被稱為半球狀，即使該頭部的表面僅是球體的部段或部分。在實施方式中，集合這些基體111中的六個，其中這些基體的球形凸表面彼此并置并且其桿115大致設(shè)置在彼此相互垂直的三個平面中，這可能產(chǎn)生基體111的總表面的均勻涂覆，這是因為受約束的六個基體組在流化床涂覆區(qū)域47中隨機地翻騰，例如在圖5中示例出的。通過使用約束籠或保持件117，完成六個基體111彼此處于期望的規(guī)則空間取向的維持。在實施方式中，籠117包括六個環(huán)119，這些環(huán)作為通過一共十二個腿部121彼此互連的三維陣列的一部分被規(guī)則地定位。腿部121每個均具有拱形中心部以及短直端部，這些短直端部的每個終端在環(huán)上的四個等角度地(即，90度)隔開部位都被固定到其中一個環(huán)119。籠117按比例設(shè)置使得六個基體111被容納在其中，其中每個基體的相應(yīng)桿115突出通過其中一個環(huán)119。每個環(huán)119的內(nèi)徑定尺寸成以便稍微大于桿115在沿其截頭圓錐形表面的相應(yīng)部位處的外徑，其中該環(huán)將圍繞組件中的桿?？傮w布置使得籠的所有部分都不會與被涂覆的植入物111的表面上的任何點恒定地接觸。在實施方式中，六個規(guī)則空間取向的基體的該布置將通常在流化顆粒床內(nèi)連續(xù)地隨機翻騰，使得基體的總表面將均勻地暴露于向上流動的氣流。在實施方式中，將存在六個基體111在籠117內(nèi)的輕微運動，但是這種運動將受限制。任何一個基體沿向內(nèi)方向的 軸向運動通過與例如其所面向的四個球形殼體113中的一個或多個接觸而被停止，同時周圍的環(huán)119松散地約束截頭圓錐形桿?；w113沿相反軸線方向的運動會通過其平坦邊緣123在四個點中的一個或多個處接觸四個腿部121中的一個或多個來滿足。基體111繞其軸線自由旋轉(zhuǎn)，這是因為環(huán)119定尺寸成在任何時刻都不妨礙桿115繞其軸線的相對旋轉(zhuǎn)。這種相對旋轉(zhuǎn)將會在其中基體可能接觸籠或另一基體的點處發(fā)生。在這方面，在實施方式中，環(huán)119的內(nèi)徑被設(shè)計成比截頭圓錐形桿115的部位上的直徑大大約20-35%、或大在大約25%與30%之間，當基體123的平坦邊緣抵靠四個約束腿部121時，該環(huán)與該截頭圓錐形桿對齊。在圖2中示出了被設(shè)計成約束六個上述帶桿基體111的保持件或籠127的實施方式。籠127也包括六個環(huán)129，這些環(huán)由十二個腿部131等距離地定位在三個相互垂直的平面內(nèi)。不同于保持件117，在保持件127中，腿部131是具有恒定曲率半徑的圓或環(huán)的部分。與籠117相比，結(jié)果是看起來略微更像球形的籠127。如關(guān)于籠117的那樣，籠127定比例成使得六個基體中的每個能夠移位并且繞其軸線在籠內(nèi)相對旋轉(zhuǎn)但是不能離開籠，或者采用其中兩個或更多個基體會在籠上捆綁并且彼此捆綁的位置?；\117、127由耐受將執(zhí)行蒸汽沉積過程的溫度的任何合適材料制造成。關(guān)于熱解碳涂覆過程，使用在從大約1200°C至大約2000°C范圍內(nèi)的溫度。例如，當使用40%的丙烷和60%的氮氣的混合物時，操作溫度能夠保持在大約1400°C。作為示例，大約20升每分的流率能夠被輸送通過涂覆機，其中涂覆區(qū)域具有大約3. 5英寸的內(nèi)徑。鑰和鉭的合金是用于制造籠的合適材料的示例。雖然該籠能夠由圓形截面的金屬絲材料形成，如附圖中所示的，但是這些籠還能夠由各種類型的穿孔、切割和/或彎曲金屬片材制成；另選地，這些籠能夠被鑄造或合適地機加工。能夠使用各種裝置以有利于將籠裝載有多個基體(例如，六個帶桿植入物)。如圖2所示的是能夠被采用的一種裝置；不是將四個腿部131直接緊固到環(huán)129a，而是將套筒連接器133附接到環(huán)129a，該套筒連接器將可靠地接收并保持腿部131a的終端。因此，采用這種類型的裝置，能夠?qū)⑽鍌€基體111裝載到籠或保持件127中，接著通過將四個腿部131a的相應(yīng)端部插入到承口式套筒133中而使得具有延伸穿過環(huán)129a的桿115的六個基體能夠適配到該籠或保持件中。雖然未示出，但是類似的裝置在例如籠117的其他實施方式中也會良好地起作用。當具有六個帶桿植入物111的籠127通過上端被裝載到涂覆爐中時，該籠被浸沒在流化床中并且連同借助向上流動的氣流形成該床的顆粒一起飄浮。該六個基體使得其凸形球面處于彼此面向的規(guī)則空間取向，并且基體的軸線全都大致指向由該籠127提供的大致球形殼體的中心。結(jié)果，該組件在涂覆沉積進行時在該床中的同時將總體上連續(xù)且隨機地翻騰。結(jié)果是，帶桿基體111的全部表面或大致全部表面都大致等同地暴露于向上流動的氣流，并且在其整個暴露表面上被大致均勻地涂覆。在圖3和4中描述了保持件或籠139的另一實施方式，該保持件或籠139被設(shè)計成支承六個基體141處于相對于彼此規(guī)則的空間取向，用于借助蒸汽分解而在流化床中進行涂覆。基體141總體上是半球狀中空殼體，每個基體都具有凸形球面143以及從小圓頂壁147向外延伸的大致凹形球面145。 保持件139包括周圍框架，該周圍框架包括大致沿假想立方體的表面設(shè)置的多個筆直部段149。這些筆直部段在其端部通過弧形彎頭或彎管151彼此互連，使得這些筆直部段相對于彼此設(shè)置成90度的角度。該立方體框架支承六個腿部155，這六個腿部徑向向內(nèi)延伸以使得這六個腿部都指向立方體框架的中心。腿部155的長度成比例，以使得這些腿部每個都在期望內(nèi)部位置支承一個大致半球狀殼體基體141，如圖3和4所示的。能夠以期望的任何合適方式來實現(xiàn)每個腿部155的末端與基體的平坦圓形頂壁部段147之間的支承互連。例如，基體141能夠配置有在平坦頂壁面147上居中的短盲孔，這些腿部的末端能夠壓配合到該短盲孔中。另選地，每個腿部155的末端會帶螺紋，并且具有適配螺紋的短孔會設(shè)置在每個圓形平坦頂壁147的中心。作為另一備選方式，腿部的末端可簡單地具有平坦表面，粘結(jié)劑層能夠被設(shè)置在該平坦表面上，該粘結(jié)劑層會令人滿意地附接到被涂覆的石墨基體上并且耐受熱解沉積的高溫。從圖3和4應(yīng)當顯而易見的是，六個基體能夠被串聯(lián)地附接到六個腿部155，使得這些基體在空間上規(guī)則地取向，并且基體的凸形球面在球體方向上朝向彼此指向。如圖3和4所示，當被支承在保持件139內(nèi)的六個基體141的這種組件通過敞開的上端被裝載到涂覆爐中時，該組件將再次被浸沒在流化床內(nèi)并且在其由向上流動的氣流飄浮時將連續(xù)且隨機地翻騰。結(jié)果，每個大致半球狀殼體基體的整個表面將用被沉積的熱解碳或不管任何涂層來均勻地涂覆，以提供均勻的厚度。將不會被涂覆的唯一表面部位當然將是腿部和頂壁之間的小接觸區(qū)域。然而，如果例如基體是矯形植入物的話，那么該部位將不會是關(guān)節(jié)表面且因此是不太重要的。因此，很可能是各向同性石墨基體內(nèi)或其上的孔或其他部位可能保持原樣或簡單地填充有合適生物相容材料。圖6A和6B是本發(fā)明的實施方式的側(cè)視圖和透視圖。這些附圖不意味著是組件附圖并且僅僅描述了用于向基體(例如，生物植入物)提供均勻涂層(例如，熱解碳)的大致組件。保持件或籠760支承六個基體750處于相對于彼此的規(guī)則空間取向，用于借助蒸汽分解而在流化床中進行涂覆。其他實施方式能夠包括比六個基體更多或更少的基體，并且同時仍提供這些基體之間的規(guī)則取向，這將避免或減輕鉛錘取向(且因此不均勻的涂覆)。在圖6A-6B的實施方式中，基體750是大致半球狀中空殼體，每個均具有向外延伸到桿751的球面752。保持件760包括周圍框架，該周圍框架包括主支承件740 (在圖6B中被遮擋)、基部720、橫桿710、圓形塊731以及系桿700 (見圖7A-E)。保持件760能夠被制造具有許多籠尺寸，以確保不同尺寸的部件能夠充分地移動到該籠內(nèi)以避免與籠恒定接觸(這可能導(dǎo)致由于碳涂覆而與籠熔合)但是不會太松散以致遭受可能影響涂層結(jié)構(gòu)整體性的涂層上的力(由過量的嘎嘎聲引起)。例如，基體每個均受約束，使得任何基體750與籠760的任何部分之間的間距(例如，由圖6A中的點A表示)最小化在整個沉積過程期間基體的平移和/或旋轉(zhuǎn)，而不會導(dǎo)致任何基體的恒定接觸。同樣，基體每個均受約束，使得任何兩個基體750之間的間距(例如，用圖6B中的點B表示)最小化在整個沉積過程期間基體的平移和/或旋轉(zhuǎn)，而不會導(dǎo)致任何基體的恒定接觸。在實施方式中，在基體與最近的籠構(gòu)件或其他基體之間存在最大為從O. 010英寸(例如，在當翻騰時的碰撞期間)至O. 500英寸(例如，當基體在籠中但仍未發(fā)生翻騰時)的間隙。因此，籠760允許每個基體在沿任何方向隨機翻騰不超過O. 010至O. 500英寸期間“搖動”或游動。這些范圍能夠確保部件充分地移動以避免與籠的恒定接觸但是不會太松散以致遭受可能影響涂層結(jié)構(gòu)整體性的涂層上的力。
籠760是這樣的籠實施方式,其包括四個主支承件740、一個基部720、四個橫桿710以及二十四個系桿700。每個籠構(gòu)件例如由O. 050"直徑的鑰制成。然而，其他實施方式不被如此限制。通過首先使用基部720和四個主支承件740組裝外部立方體來組裝籠760。接下來，四個橫桿710分別被附接到立方體的相對角部，由此延伸跨過該立方體的中間部(即，中心芯部)。圓形塊730在橫桿710的相交處被附接以將這些橫桿一起系在立方體的中心處。之后，單個系桿700以對角線的方式附接穿過立方體的一個表面。然后，基體750被放置在格間中，其中桿751從立方體向外指向(當然，其他取向也是可能的，例如該桿向內(nèi)指向)。然后，另一系桿700平行于第一系桿被附接,其同樣穿過立方體的同一表面延伸。然后，第三系桿700相對于前面兩個系桿以90度并且穿過立方體的同一表面被附接。接下來，第四系桿700平行于第三系桿被附接并且被附接在該立方體的同一表面上?，F(xiàn)桿由四個系桿700“裝盒”。然后，上述步驟針對立方體的剩余五個側(cè)面重復(fù)進行，以最后包圍六個基體。在實施方式中，任何基體750和任何系桿之間的間距能夠通過稍微拉動或彎曲其上系桿來調(diào)節(jié)。不同的構(gòu)件通過使其端部相對于彼此彎曲而能夠被彼此附接。當籠760被裝載到涂覆爐中時，該籠將浸沒到流化床內(nèi)并且在其由向上流動的氣流飄浮時將大致連續(xù)且隨機地翻騰。結(jié)果，每個植入物的大體上全部表面都將用被沉積的熱解碳或不管任何涂層來大致均勻地涂覆，以提供均勻的厚度。因此，實施方式包括將基體涂覆有均勻厚度的涂層的方法(和/或用于實現(xiàn)此的籠)。該方法包括(a)供應(yīng)氣態(tài)氣氛(其包括可熱分解的蒸汽)的流以形成流化床(除了待被涂覆的基體外，其可包括或可能不包括顆粒)；(b)提供基體(例如，植入物)，其中每個基體具有類似的非對稱形狀(例如，具有或不具有桿的殼體)；(C)將處于相對于彼此大致靜態(tài)的取向的基體約束在容器中(即，一些基體運動被允許，但是通?；w保持相對于彼此恒定的取向，如例如在圖6A-B中的情況那樣)。該非對稱形狀是就像其不被約束在容器中時的鉛錘的形狀。這些基體會關(guān)于該容器的中心芯部全體均勻地定位。該中心芯部能夠被限定為該容器的空間中心部分、容器的重心等。例如，兩個相鄰基體可能不關(guān)于該容器的芯部對稱地定位，但是兩個相對的基體會關(guān)于該容器的芯部對稱地定位?！叭w地”，在該容器中的全部基體會關(guān)于該芯部對稱且均勻地間隔開并取向，以便提供隨機翻騰并且避免鉛錘。然后，該方法能夠包括基于基體在容器內(nèi)的對稱趨向而使得基體容器在流化床內(nèi)隨機地翻騰。該容器能夠構(gòu)造成允許每個基體(i)繞基體的軸線(例如，沿桿751延伸的長軸)樞轉(zhuǎn)；以及(ii )在隨機翻騰期間搖動(即，游動)，使得基體不與任何其他基體或該容器的任何部分恒定接觸(以避免基體對另一基體的熔合或者涂覆容器)。然后，該隨機翻騰將有助于在每個基體的大致所有部分上提供大致均勻厚度的涂層。當然，每個基體能夠具有這樣的幾何尺寸狀況，該幾何尺寸狀況妨礙絕對均勻的涂覆(例如，對于蒸汽而言難以滲透的深通道)但是這種不均勻涂覆不會是由鉛錘效應(yīng)引起的。該方法能夠具有關(guān)于對稱線彼此相對地取向的兩個基體。例如，這種情況通過圖6A的兩個基體來滿足，這些基體的桿彼此平行但是指向相反的方向。在實施方式中，基體每個均包括具有凸形和凹形表面的殼體部752。同樣，籠760能夠制成為具有各種尺寸。在各個實施方式中，各個尺寸(英寸)范圍如下701 (O. 7，O. 8, O. 9, I. O, I. I, I. 2, I. 3, I. 4)；702 (2. 25, 2. 50, 2. 75, 3. 00,
3.25, 3.50)，703 (0.09，O. 10, O. 11, O. 12, O. 13, O. 14, O. 15, O. 16) ；711 (3. 5,
4.O, 4.5，5. O, 5.5，6. 0);713 (O. 09, O. 10, O. 11, O. 12, O. 13, O. 14, O. 15, O. 16)； 712 (O. 11, O. 12, O. 13, O. 14, O. 15, O. 16, O. 17, O. 18);741 和 742 (2. 0，2. I, 2.2，2.3，2.4，2.5，2.6，2.7，2.8，2.9) ；743 (0.09, O. 10, O. 11, O. 12, O. 13, O. 14,
O.15, O. 16) ；744 (O. 11, O. 12, O. 13, O. 14, O. 15, O. 16, O. 17, O. 18) ;721 和 723(O. 09, O. 10, O. 11, O. 12, O. 13, O. 14, O. 15, O. 16) ；724 (O. 11, O. 12, O. 13, O. 14,
O.15, O. 16, O. 17, O. 18)；722(2.0, 2. I, 2.2，2.3，2.4，2.5，2.6，2.7，2.8，2.9)；732 (O. 15, O. 17, O. 19, . 21, O. 23, O. 25);以及 731 (O. 3, O. 4, O. 5, O. 6, 0.7)。雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各個實施方式，但是應(yīng)當理解的是，能夠做出對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的各種變化和修改而不偏離本發(fā)明的范圍。例如，雖然已經(jīng)示出了包括大致半球狀中空殼體的基體(例如，適合于諸如肩部植入物的預(yù)期矯形植入物)，但是可能不能在流化床涂覆機內(nèi)單獨規(guī)則地翻騰的其他類型的基體(例如，手指植入物、臀部植入物、心瓣膜、其他心血管植入物等)能夠以彼此處于規(guī)則空間取向的方式被支承在籠內(nèi)或由保持件支承，以便提供這樣的組件，該組件將連續(xù)且隨機地翻騰并且因此確保在該組件的外表面上的大致均勻涂覆。雖然已經(jīng)描述并說明了流化熱解碳涂覆方法，但是其他化學(xué)蒸汽沉積方法(例如，使用稀釋在向上流動以接觸飄浮并加熱的基體的載體或稀釋液中的前體輸送氣體)能夠被用于在基體上沉積涂層(例如，來自合適鹵化物、氫化物等的Ti、Ta、W、Si)。所附權(quán)利要求書旨在覆蓋落入本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)的全部這種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于在流化顆粒床中涂覆多重基體的方法，其以在每個被涂覆基體表面上獲得均勻涂覆厚度的方式在所述多重基體上沉積熱解碳，所述方法包括以下步驟 在殼體內(nèi)在涂覆區(qū)域中建立流化狀況的顆粒床，通過供應(yīng)包括烴的氣態(tài)氣體的向上流使得所述顆粒飄??； 提供待被涂覆的大致類似形狀和尺寸的基體組； 約束所述基體組彼此關(guān)聯(lián)，以便在空間上一個相對另一個具有大致固定的取向； 使得受約束的基體組飄浮在所述流化顆粒床中，使得關(guān)聯(lián)的基體在所述床內(nèi)隨機地翻騰； 加熱所述流化床至使得所述烴分解以在所述基體組上沉積熱解碳的溫度； 使得所述基體的表面均勻地暴露給向上的氣流，所述熱解碳被沉積在所述表面上；以及 貫穿所述基體的所述表面的表面區(qū)域沉積大致均勻厚度的熱解碳涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述基體組包括關(guān)于對稱線彼此相對地取向的至少兩個基體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述基體組被約束成相對彼此是規(guī)則取向，以便提供當沿三個垂直平面中的任一個觀看時大致相同的視圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述基體每個均包括具有凸形和凹形表面的殼體部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述凸形和凹形表面是球面的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述約束被實現(xiàn)以使得任何基體的表面都不與約束固定裝置恒定接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述基體借助在單個位置附接到固定裝置而被約束，所述固定裝置緊固所述基體在相對彼此的剛性取向。
8.一種將基體涂覆有均勻厚度的涂層的方法，所述方法包括 供應(yīng)氣態(tài)氣氛的流以形成流化床，所述氣態(tài)氣氛包括可熱分解的蒸汽； 提供基體，每個基體均具有類似的非對稱形狀； 在容器中約束所述基體成相對于彼此處于大致靜態(tài)取向，使得這些基體關(guān)于所述容器的中心芯部全體均勻地定位； 基于在所述容器中的所述基體的大致靜態(tài)取向使在所述流化床內(nèi)的基體的容器隨機地翻騰，其中，所述容器允許每個基體(a)繞相應(yīng)基體的軸線樞轉(zhuǎn)；以及(b)在隨機翻騰期間搖動，使得所述相應(yīng)基體不與任何其他基體或所述容器的任何部分恒定接觸；以及基于所述隨機翻騰在每個基體的大致全部部分上提供大致均勻厚度的涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述基體包括關(guān)于對稱線彼此相對地取向的兩個基體。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述基體被約束在大致靜態(tài)的取向，以便提供當沿三個垂直平面中的任一個觀看時大致相同的視圖。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述基體每個均包括具有凸形和凹形表面的殼體部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述基體是矯形植入物和心血管植入物中的一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述容器允許每個基體在所述隨機翻騰期間沿任何方向搖動不超過O. 6英寸。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，每個基體構(gòu)造成在未被約束在所述容器中的情況下基于所述相應(yīng)基體的非對稱形狀在所述流化床內(nèi)鉛錘。
15.一種用于將多重基體涂覆有均勻厚度的涂層的組件，所述組件包括 基板，所述基板具有待被涂覆的類似非對稱形狀；以及 容器，所述容器約束這些基體處于相對于彼此大致靜態(tài)的取向，使得所述基體關(guān)于所述容器的中心芯部全體均勻地定位；其中，所述容器構(gòu)造成允許每個基體Ca)基于在所述容器中的基體的大致靜態(tài)取向而在流動的氣態(tài)流中隨機地翻騰；(b)繞相應(yīng)基體的軸線樞轉(zhuǎn)；(C)在隨機翻騰期間搖動，使得所述相應(yīng)基體不與任何其他基體或所述容器的任何部分恒定接觸；以及(d)基于所述隨機翻騰在所述相應(yīng)基體的大致全部部分上接收大致均勻厚度的涂層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的組件，其中，所述基體包括至少六個基體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組件，其中，所述基體被約束成相對彼此具有規(guī)則的取向，以便提供當沿三個垂直平面中的任一個觀看時大致相同的視圖。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組件，其中，所述容器構(gòu)造成允許每個基體在所述隨機翻騰期間沿任何方向搖動不超過O. 6英寸。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組件，其中，所述容器包括固定裝置，所述基體的每個在單個位置被附接到所述固定裝置，以緊固所述基體在相對彼此的剛性取向。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組件，其中，每個基體構(gòu)造成在未被約束在所述容器中的情況下基于所述相應(yīng)基體的非對稱形狀在所述流化床內(nèi)鉛錘。
全文摘要
提供一種裝置，所述裝置用于組裝用于在流化床涂覆機內(nèi)進行涂覆的多個基體以便在所述基體的整個外表面上沉積均勻厚度的涂層。一個實施方式包括借助烴的熱解分解用熱解碳來涂覆具有凸形和凹形表面的矯形植入物的方法。
文檔編號C23C16/32GK102939405SQ201180020287
公開日2013年2月20日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月22日
發(fā)明者M.E.西利, F.D.索瑟德, M.J.梅沃特, J.E.羅賓森, R.W.萊卡姆, J.W.斯塔克, B.A.比科頓, J.C.斯圖普卡, D.維德, C.M.沃曾克拉特 申請人:On-X 生命科技公司