饮料器具的表面涂层

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年3月4日提交的第63/156,722号美国临时申请的优先权。以上引用的申请通过整体引用合并于此。

背景技术

饮品容器可以由金属材料例如不锈钢形成。当饮用储存在该饮品容器中的饮料时，这种金属材料可能会导致不理想的味道。溶胶-凝胶涂覆的涂层，例如陶瓷涂层，在一些情况下可以用于减轻这种金属味道问题。然而，由于洗碗机的磨损、擦洗和与器具间的相互作用，这些涂层会随时间而劣化。或者，搪瓷涂层可以用于减轻该金属味道。然而，这些搪瓷涂层是玻璃样的，会非常脆，并且由于热震和该容器掉落的冲击，会随时间而劣化。本公开的各方面涉及改良的饮品容器和用于生产其的方法，该饮品容器包括改良的涂层材料。

发明内容

本公开的一方面涉及一种制造容器的方法，可包括形成在该容器的顶部和底部之间延伸的金属侧壁，该金属侧壁外壳包含内侧壁表面和外侧壁表面。此外，该方法还可包括在该容器底部形成金属底座，包括内底座表面和外底座表面。该方法还可包括在该容器顶部形成开口，其延伸进配置为存储一定体积的液体的内舱中，其中，该内舱由该内侧壁表面和该内底座表面界定。该方法还可将该容器结构置于真空腔中，使一部分的该外底座表面或一部分的该外侧壁表面与第一电极相接触。此外，该方法还可包括将第二电极插入该内舱中，使得该第二电极不与该内侧壁表面或该内底座表面相接触。该第二电极可配置为将化学气相沉积前体气体传输到该容器的该内舱中。此外，该方法还可包括从该真空腔中排出一定量的气体、将一定量的前体气体传输到该内舱中，以及给该第一电极和第二电极通电，以产生等离子体并在该内侧壁表面和内底座表面上形成沉积层。该沉积层可以是金刚石样的碳层、碳化物层或氮化物层。根据权利要求9所述的方法，其中，该容器是隔热容器，其中，该隔热容器包括在该内侧壁表面和该外侧壁表面之间的密封真空腔。该第一电极可以是阳极且该第二电极可以是阴极。该容器可以具有的容器的深度或高度与开口的宽度的比在1:1到5:1的范围内。该化学气相沉积前体气体包括烃类气体。该第二电极可包括将该化学气相沉积前体气体传输到该容器的该内舱的内通道。此外，该第二电极包括加热元件，其配置为在注入该化学气相沉积前体气体之前加热该内侧壁表面。

另一方面，容器可包括在该容器的顶部和底部之间延伸的金属侧壁，并且具有内侧壁表面和外侧壁表面。此外，该容器还包括在该容器底部的金属底座，其包括内底座表面和外底座表面。该容器还可包括在该容器顶部的开口，其延伸进配置为存储一定体积的液体的内舱中。该内舱可由该内侧壁表面和该内底座表面界定。该容器可在内侧壁表面和内底座表面上具有金刚石样的碳层。该金刚石样的碳层可以通过化学气相沉积工艺形成。在一些实施例中，该容器可以是隔热容器，也可以是马克杯或平底玻璃杯。该容器可具有大于1:1的容器的深度或高度与该开口宽度的比。可选地，该容器的深度或高度与该开口宽度的比可以在1:1到5:1的范围内。金刚石样的碳层的厚度在0.01微米到10微米的范围内。此外，该金刚石样的碳层通过以下形成：(a)将该容器置于真空腔中，使该外底座表面或该外侧壁表面的至少一部分与第一电极相接触；(b)将第二电极插入该内舱中，使得该第二电极不与该内侧壁表面或该内底座表面相接触，其中，该第二电极还包含通道，配置为将化学气相沉积前体气体传输到该容器的该内舱中；以及(c)给该第一电极和第二电极通电，以产生等离子体并形成该金刚石样的碳层。

本公开的另一方面可涉及一种制造隔热容器的方法，包含：(a)形成在该隔热容器的顶部和底部之间延伸的金属侧壁，包含内侧壁表面和外侧壁表面，其中，该隔热容器包括在该内侧壁表面和该外侧壁表面之间的密封真空腔；(b)在该隔热容器的底部形成金属底座，包含内底座表面和外底座表面；(c)在该隔热容器顶部形成开口，延伸进配置为存储一定体积的液体的内舱中，该内舱由该内侧壁表面和该内底座表面界定，其中，该隔热容器的深度与该开口宽度的比大于1:1；(d)将该隔热容器置于真空腔中，使一部分的该外底座表面或一部分的该外侧壁表面与第一电极相接触；(e)将第二电极插入该内舱中，使得该第二电极不与该内侧壁表面和该内底座表面相接触，其中，该第二电极包含通道，配置为将化学气相沉积前体气体传输到该隔热容器的该内舱中；(f)从该真空腔中排出一定量气体；(g)通过第二电极中的通道将一定量的该化学气相沉积前体气体传输到该隔热容器的该内舱中；以及(h)给该第一电极和第二电极通电，以产生等离子体并在该内侧壁表面上形成金刚石样的碳层。

提供本摘要来以简化的形式介绍部分概念，其将在下面的详细说明中被进一步描述。该摘要并非旨在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，也并非旨在用于限制要求保护的主题的范围。

附图说明

本公开以实施例的方式阐明，但不限于附图，附图中相似的附图标记表示相似的元件，并且其中：

图1示意性地描述了根据本文描述的一个或多个方面，用于用金刚石样的碳层来涂覆饮品容器内表面的涂覆设备；

图2示意性地描述了根据本文描述的一个或多个方面，使用结合图1中描述的该系统和方法，用金刚石样的碳层涂覆的容器的一个实施例；

图3描述了根据本文描述的一个或多个方面，图2中的容器的横截面视图；

图4是根据本文描述的一个或多个方面，用于在饮品容器的金属结构的一个或多个内表面上涂覆金刚石样的碳层的工艺流程图；

图5示意性地描述了根据本文描述的一个或多个方面，用于用金刚石样的碳层涂覆饮品容器内表面的另一涂覆设备；

此外，应该理解的是，该附图可以表示单个实施方式的不同部件的比例；然而，该公开的实施方式不局限于那种特定的比例。

具体实施方式

本公开的各方面涉及用于生产饮品容器的方法和系统，该容器内表面的金属基底具有金刚石样的碳(diamond-like carbon，DLC)涂层。

在各种实施方式的以下描述中，参考形成了本文的一部分的附图，并且附图中通过阐述本公开的方面可以在其中实施的各种实施方式展示。应该理解的是，可以利用其他实施方式，并且可以进行结构性和功能性的修改，而不偏离本公开的范围和精神。

图1示意性地描述了根据本文描述的一个或多个方面，用于用金刚石样的碳层涂覆饮品容器102的内表面的涂覆设备100。在一个实施例中，该描述的容器102是金属基底，其的一个或多个内表面上被涂有金刚石样的碳表面层。该容器102可以部分地或全部地由不锈钢形成。可以设想的是，其他传导性材料例如金属或合金可以用来形成容器102，而不偏离这些公开的范围。在替代的实施例中，本文描述的系统和方法可以用于涂覆非金属容器，例如聚合物、陶瓷或纤维增强的容器材料，或其组合。例如，该容器102可以部分地或全部地由铝或钛等形成。在一个实施例中，该设备100可以用于在不同几何形状的容器上形成金刚石样的碳层。另外地或可选地，该设备100可以用于涂敷不同的涂层类型，包括SiO

之前，表面涂覆方法对涂覆例如高和狭窄的容器的内表面，例如饮品容器(例如平底玻璃杯或水瓶)是不适合或不稳定的。这些之前的沉积方法导致不均匀和/或不规则的表面涂覆厚度，和/或导致想要涂覆的部分表面区域被遗漏未涂覆。之前的沉积方法不能涂覆容器深度(或高度)与开口宽度的比大于1:1的几何形状的容器的内表面。有利地，该设备100可用于更深的容器，其底座和开口之间具有更高的高度，并且该容器可包括不规则的内表面几何形状。在一个实施例中，设备100包括探头112，配置为在待涂覆的容器内部聚集等离子体，产生更加稳定和均匀的表面涂层。该设备100配置为涂覆具有容器深度(即高度)与开口宽度的比大于1:1，例如2:1、3:1、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1等的容器的一个或多个内表面。在一些实施例中，该容器深度与开口宽度的比可在1:1到5:1的范围内，或者可在1:1到10:1的范围内，或者可在1:1到25:1的范围内。实施例容器几何形状将结合图2和图3进一步详细地讨论，但是本公开不应该限于任何具体的容器几何形状。该设备100可以用于对容器102的一个或多个内表面实施表面涂覆，而不偏离这些公开的范围。

如元件104所示意性地描述的，该容器102被定位为与金属电极相接触。而图1中描述的电极104与容器102的外底座相接触，可以预想的是，另外地或可选地，该电极可与容器102的外侧壁接触。因此，该电极104与容器102形成导电接触。该容器102被置于真空腔106中，出口108可被用于从真空腔106的内体积110中排出一定量气体。该排出的气体可以是大气空气和/或一个或多个沉积工艺后残留的气体。可以预想的是，该出口108可以与任何合适的阀门和真空泵机件相连接。

元件112可以是结合进口管和电极的探头。在一个实施例中，该探头112可以是第一负电极(阴极)，平台104可以是正电极(阳极)。该探头112可以不与该容器102相接触(即该探头112不与该容器102的内侧壁表面或内底座表面相接触)。该探头112的进口管可能包括延伸到探头112的末端114的内通道。沿着探头112的长度，该探头可能具有单个或多个出口。探头112的进口管或通道可用于将化学气相沉积前体气体115传输至或泵入容器102的内腔或内舱116。使用化学气相沉积(CVD)工艺或射频等离子体化学气相沉积工艺，将该前体气体115分解到内舱116的一个或多个内表面上，来形成金刚石样的碳涂层或表面层118。在一些实施例中，该CVD工艺可以包括化学气相沉积、等离子体增强的化学气相沉积(PE-CVD)、等离子体辅助的化学气相沉积(PA-CVD)。可以预想的是，设备100可以使用任何化学气相沉积条件，压力、气体流速或流量、气体组成以及金刚石样的碳(或其他涂层类型)所需成分、电压、电流和/或频率，而不偏离本公开的范围。在一个实施例中，该前体气体115可包括烃类气体，例如甲烷和/或乙炔。在一些实施例中，该前体气体115可以掺杂有其他元素，例如氮、硫、钨和/或钛，以形成掺杂的DLC表面涂层。在一些实施例中，用设备100沉积的DLC涂层与一类无定型碳涂层相关，其特征在于主要键合类型(三角sp

有利地，当该容器102用来存储用来饮用的液体时，用设备100沉积的该金刚石样的碳涂层可以防止容器102的使用者体验到不理想的味道。进一步有利地，该DLC表面层118表现出包括高硬度和高耐磨性、低摩擦、高耐腐蚀性、高柔韧性/抗裂性的机械性能。可以预想的是，本文描述的系统和方法可以产生具有各种物理和化学特性的DLC表面层118。因此，本公开不应该限于具体的数值。然而，在一些实施例中，沉积在内舱116的内表面上的DLC表面层118可具有的厚度在0.01微米至10微米，硬度在5GPa至85GPa，摩擦系数在0.003至0.7。

在一个实施例中，该探头112可配置为将前体气体115递送到内舱116中，使得内舱116的一个或多个内表面获得更均匀的涂层。另外地或可选地，该探头112可以包括加热元件，配置为在将前体气体115注入内舱116之前加热内舱116周围的一个或多个内容器表面。因此，该加热元件可配置为去除内舱116的一个或多个表面上的表面杂质和/或水分。在替代的实施例中，该探头112可以包括电极和配置为将前体气体115传输到内舱116中的独立管道。

图2示意性地描述了根据本文描述的一个或多个方面，使用结合图1中描述的该系统和方法，可被金刚石样的碳层涂覆的容器200的一个实施例。容器200可类似于容器102，并且可配置为存储一定体积的液体。该容器200一般包括具有开口202的顶部和用于存储液体的内部储液器/内舱204。在一个实施例中，该内舱204具有至少100ml(3.4液体盎司)、至少150ml(5.1液体盎司)、至少200ml(6.8液体盎司)、至少400ml(13.5液体盎司)、至少500ml(16.9液体盎司)或至少1000ml(33.8液体盎司)的内体积。容器200的开口202具有的开口直径在20mm(0.86英寸)到130mm(5.1英寸)的范围内。该内舱204可具有与开口202的尺寸为相同数值或不同数值的内径，且该内舱204的内径可以随着容器200的高度而变化。此外，该容器的高度在70mm(2.7英寸)到400mm(15.7英寸)的范围内。

图3描述了根据本文描述的一个或多个方面，该容器200的横截面视图。该容器200包括内部/内侧壁206和外部/外侧壁208。在内侧壁206和外侧壁208之间可以形成密封真空腔226。还可以预想使容器200隔热的另外的或可选的方法。例如，该腔226可以部分地或完全地由各种表现出低导热性的隔热材料填充。例如，在一些实施例中，该腔226可以部分地或完全地由空气填充，以形成空气气囊来隔热，或者用一定量的材料例如聚合物材料或聚合物泡沫材料填充。在一个具体的实施例中，该腔226可以部分地或全部地由隔热泡沫填充，例如聚苯乙烯。然而，可以利用另外的或可选的隔热材料来部分地或全部地填充腔226，而不脱离这些公开的范围。此外，腔226的厚度可以体现为任何尺寸值，而不脱离这些公开的范围。

该内侧壁206具有第一末端210，其界定了延伸进用于容纳液体的内部储液器204的开口202中。该外侧壁208可以形成容器200的外壳。该内侧壁206和该外侧壁208可在容器的顶部和底部之间延伸，并可统称为金属侧壁230。因此，该容器200可以由一种或多种金属或合金形成。在一个具体的实施例中，该容器200可以由不锈钢形成。可以预想的是，可以利用任何不锈钢品种，而不脱离这些公开的范围。

该容器200可以由包括内侧壁206和外侧壁208的金属侧壁230组成。此外，该容器200还可包括位于容器200的底部的金属底座232。这个金属底座232可以包括内底座表面234和外底座表面236。该内舱/储液器204可以由内侧壁206和内底座表面234界定。

当被置于设备100中时，外侧壁208和外底座表面236的一个或多个可被置于与电极104相接触。该设备100可以在内侧壁206和内底座表面234上沉积DLC层240。该DLC层240可具有均匀的厚度或变化的厚度。此外，取决于用于形成DLC层的条件，该DLC层240可以具有不同的厚度值。

可以预想的是，尽管图2和图3描述了以平底玻璃杯形式的容器200的一个实施方式，本文描述的系统和方法可以用于具有不同几何形状(不同高度、宽度、深度)的容器。例如，本文描述的系统和方法可以用于在金属马克杯或水瓶等的一个或多个内表面上沉淀DLC层。

图4是根据本文描述的一个或多个方面，用于在饮品容器的金属结构一个或多个内表面上涂覆金刚石样的碳层的工艺流程图。因此，工艺400可以利用结合图1描述的设备100。在一个实施例中，在块402处可以执行一个或多个工艺来形成容器的金属侧壁和底座。这些一个或多个工艺可以形成类似于容器102和/或容器200的容器。因此，该形成的金属侧壁和底座可类似于元件230和232。

在块404处可以执行一个或多个工艺，来将容器，诸如容器102置于真空腔，例如真空腔106中。此外，该容器102可以被置于与电极104导电性接触，其可以是阳极。

在块406处可以执行一个或多个工艺，来将第二电极插入容器的内舱中。该第二电极可以是探头112，且该内舱可以是容器102的内舱116。此外，在块408处可以执行一个或多个工艺，来将一定量气体从真空腔，例如真空腔106中排出。这个一定量气体可以是涂覆工艺后残留的前体气体115，或者可以是一定量的大气气体，例如空气。

在块410处可以执行一个或多个工艺，来将一定量前体气体115传输到该容器的内舱，例如容器102的内舱116中。此外，在块412处可以执行一个或多个工艺，来给第一电极和第二电极，例如电极112、104通电。这种充电会形成等离子体以及随后在容器102的一个或多个内侧壁上形成DLC层118。

此外，容器102的内舱或内腔116的涂层厚度可以体现为任何尺寸数值，而不脱离这些公开的范围。此外，容器102的内侧壁206或外侧壁208中一个或多个的内表面可包含含银表面、镀铜表面或由薄铝箔覆盖，配置为降低辐射传热。还可以预想的是，设置来与容器102的开口接合的盖子可以使用本文描述的技术涂覆。

图5示意性地描述了根据本文描述的一个或多个方面，用于用金刚石样的碳层来涂覆饮品容器102内表面的另一涂覆设备500。特别地，设备500可以用于使用辉光放电等离子体产生表面涂层。因此，设备500可以利用物理气相沉积方式。可以预想的是，设备500可以被用于其他形式的物理气相沉积，而不偏离这些公开的范围。例如，设备500可以利用阴极电弧沉积、电子束物理气相沉积、蒸发沉积、近空间升华、脉冲激光沉积、脉冲电子沉积等。类似于涂覆设备100，另外地或可选地，设备500可以用于不同材料涂层的涂覆，例如本公开中讨论的一种或多种材料。在一个实施例中，该设备500包括类似于真空腔106的真空腔506。一定量气体通过出口508从腔506的内体积510中排出，该出口可类似于出口108并与真空泵和阀门系统相连接。该金属容器102可以被置于与电极504导电性接触。该设备500可以利用射频辉光放电装置530。这个辉光放电装置530被用于由通过进口512引入的气体形成辉光放电等离子体。该设备530的电极可以由将被涂覆在容器102上的材料形成。因此，设备530通过辉光放电溅射对容器102的一个或多个内表面和/或外表面进行涂层。特别地，可通过在电极504的阳极和设备530的阴极之间施加电压来烧蚀设备530的电极(阴极)。可以预想的是，涂覆设备500可以使用任何电压、电流和频率值，而不超出这些公开的范围。

本公开如以上和附图所公开的，并参考各种实施例。然而，本公开达到的目的是提供与本公开相关的各种特征和概念的实施例，而不是限制本发明的范围。相关领域的技术人员会认识到，可以对以上描述的实施例进行各种变式和修改，而不脱离本公开的范围。

示例性条款：

1.一种制造容器的方法，包含：

形成在该容器的顶部和底部之间延伸的金属侧壁，包含内侧壁表面和外侧壁表面；

在该容器底部形成金属底座，包含内底座表面和外底座表面；

在该容器顶部形成开口，延伸进配置为存储一定体积的液体的内舱中，该内舱由该内侧壁表面和该内底座表面界定；

通过化学气相沉积在至少一个内侧壁表面上沉积金刚石样的碳层。

2.一种容器，包含：

在该容器的顶部和底部之间延伸的金属侧壁，包含内侧壁表面和外侧壁表面；

在该容器底部的金属底座，包含内底座表面和外底座表面；

在该容器顶部的开口，延伸进配置为存储一定体积的液体的内舱中，该内舱由该内侧壁表面和该内底座表面界定；

内侧壁表面和内底座表面上的金刚石样的碳层，其中该金刚石样的碳层通过化学气相沉积形成。

3.一种制造容器的方法，包含：

形成在该容器的顶部和底部之间延伸的金属侧壁，包含内侧壁表面和外侧壁表面；

在该容器的底部形成金属底座，包含内底座表面和外底座表面；

在该容器顶部形成开口，延伸进配置为存储一定体积的液体的内舱中，该内舱由该内侧壁表面和该内底座表面界定；

将该容器结构置于真空腔中，使该外底座表面或该外侧壁表面中的至少一部分与第一电极相接触；

将第二电极插入该内舱中，使得该第二电极不与该内侧壁表面和该内底座表面相接触，其中，该第二电极还包含通道，配置为将化学气相沉积前体气体传输到该容器的该内舱中；

从该真空腔中排出一定量气体；

将一定量的前体气体传输到该内舱中；以及

给该第一电极和第二电极通电，以产生等离子体并在该内侧壁表面和该内底座表面上形成沉积层。

4.根据条款3的方法，其中，该沉积层是金刚石样的碳层。

5.根据条款3的方法，其中，该沉积层是碳化物层。

6.根据条款3的方法，其中，该沉积层是硅层。

7.根据条款3的方法，其中，该沉积层是氮化物层。

8.根据条款3的方法，其中，该容器是隔热容器。

9.根据条款3的方法，其中，该容器是马克杯。

10.根据条款3的方法，其中，该第一电极是阳极，第二电极是阴极。

11.一种容器，包含：

在该容器的顶部和底部之间延伸的金属侧壁，包含内侧壁表面和外侧壁表面；

在该容器的底部的金属底座，包含内底座表面和外底座表面；

在该容器的顶部的开口，延伸进配置为存储一定体积的液体的内舱中，该内舱由该内侧壁表面和该内底座表面界定；

在内侧壁表面和内底座表面上的金刚石样的碳层，其中，该金刚石样的碳层通过以下形成：

将该容器结构置于真空腔中，使该外底座表面或该外侧壁表面中的至少一部分与第一电极相接触；

将第二电极插入该内舱中，使得该第二电极不与该内侧壁表面或该内底座表面相接触，其中，该第二电极还包含通道，配置为将化学气相沉积前体气体传输到该容器的该内舱中；以及

给该第一电极和第二电极通电，以产生等离子体并形成该金刚石样的碳层。