DE1009883B - Hochvakuumbedampfungsanlage - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Bei einer laufenden, möglichst pausenlosen Beschichtung von langem, insbesondere bandförmigem Material, wie Folien aus Kunststoff und Metall, Papier- und Gewebebahnen, durch Aufdampfen oder durch Kathodenzerstäubung von Metall oder dielektrischen Stoffen im Vakuum ergeben sich sowohl bezüglich der Unterbringung der Vorratsrollen als auch durch die Gasabgabe der meisten dieser Stoffe im Hochvakuum bedingte Schwierigkeiten, die eine rasche Herstellung und die Aufrechterhaltung des Hochvakuums während des Betriebes verhindern, somit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens herabsetzen und sich störend auf die Güte der aufgedampften wSchichten auswirken.

Um zu erreichen, daß bei Beschichtung gewisser Materialien die Gasabgabe im evakuierten Arbeitsraum in erträglichen Grenzen bleibt, wurde nach einem weiteren Vorschlag das bandförmige Gut sehr rasch durch den Arbeitsraum mit dem niedrigsten Druck hindurchzuschleusen versucht. Ganz abgesehen davon, daß das Material dabei sehr beansprucht wird, ist dieses rasche Durchschleusen schon oft deswegen unmöglich, weil manchmal mehrere Schichten hintereinander aufgedampft werden müssen, und dieses nicht in kurzer Zeit erfolgen kann.

Da ein Auswechseln von unmittelbar im Hochvakuum untergebrachten Warenballen ein völliges Aufheben des Vakuums erfordert und damit durch jedesmaliges Wiederherstellen des Hochvakuums einen großen Zeitverlust bedeutet, ist vorgeschlagen worden, die Ab- und Aufwicklungsrollen in besonderen Räumen unterzubringen und das bandförmige Material durch schmale Schlitze in den evakuierten Arbeitsraum ein- und aus ihm herauszuführen. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, das Material durch eine Reihe von Schleusenkammern mit federnden Dichtungsrollen hindurchzuführen.

Dabei ging aber die gedrängte, geschlossene Bauweise verloren, die den technischen und praktischen Wert einer solchen Anlage wesentlich mitbestimmt. Außerdem war die Breite der Durchführungsschlitze des Schleusenkammersystenis nicht den Umständen anpaßbar, die durch die veränderliche Banddicke und auch je nach dem Druck und der Gasabgabe des hindurchgeführten Materials sehr variieren.

Gemäß der Erfindung wird eine derartige, zur Vakuumbeschichtung bandförmigen Gutes insbesondere durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung geeignete Anlage mit mindestens einer zur Aufnahme ab- bzw. aufzuwickelnden Warenrollen dienenden Kammer, mindestens einer anderen im Betriebszustand unter Hochvakuumdruck stehenden Kammer, die die Aufdampfungs- oder Kathodenzerstäubungsvorrichtung enthält, und mit einem beide Kammern sowohl

Hochvakuumbedampfungsanlage

Anmelder:

W. C. Heraeus

Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Hanau/M., Heraeusstr. 12/14

Johannes Schwindt, Langendiebach (Kr. Hanau/M.), ist als Erfinder genannt worden

eingangs- als auch ausgangsseitig verbindenden Schleusenkammersystem stufenweise abfallenden bzw. ansteigenden Druckes, wesentlich verbessert. Erfindungsgemäß werden wesentliche Fortschritte erzielt, indem die Trennwände der Schleusenkammern als von außen verstellbare Schieber ausgebildet sind, um die Höhe der schmalen Durchführungsschlitze der Dicke und dem Betriebszustande des durchzuschleusenden bandförmigen Gutes anpassen zu können.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung werden mit den Abb. 1 und 2 zwei Ausführungsformen schematisch im Querschnitt gezeigt.

Bei einer unter Berücksichtigung des Grundgedankens der Erfindung günstigen Bauform von Hochvakuumbeschichtungsanlagen nach Abb. 1 sind in einer der beiden äußeren zylinderförmigen Zargen sowohl die ab- als auch die aufzuwickelnden Rollen 16 des bandförmigen Arbeitsgutes 21 untergebracht, wäh-

»ü rend die andere äußere, im Betriebszustand unter Hochvakuumdruck stehende Zarge 1 die an sich bekannten Beschichtungsvorrichturtgen 14 und 15 enthält, hingegen die mittlere Zarge 11 das ein- und ausgangsseitige Schleusenkammersystem 6 a bzw. 6b

aufnimmt, indem ein konzentrisch innerhalb dieser Zarge drehbar gelagerter Zylinder 12 mit seinen Mantelhälften zur Auflage und Führung der auf- und abzuwickelnden Abschnitte 21 des bandförmigen Arbeitsgutes dient und die verbleibenden Teile 6 a bzw. 6b des ringförmigen Zwischenraumes zwischen der Zargeninnenwandung 1 und der Oberfläche des Führungszylinders 12 unter Belassung eines geringen, den jeweiligen Durchführungsschlitz bildenden Spiels durch radiale Trennwände Ta bzw. Tb unterteilt ist,

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die in ihrer Höhe von außen verstellbar sind, um die stellen, daß eine genügende Abdichtung zwischen den Schlitzbreite dem Arbeitsgut anpassen zu können. einzelnen Kammern 6 α und 65 eintritt, ohne daß die

Bei einer anderen sehr vorteilhaften Ausführungs- Oberfläche des bandförmigen Materials dabei beform, die Abb. 2 veranschaulicht, nimmt die mittlere, schädigt wird. Am Beginn eines Beschichtungsvorunter Hochvakuumdruck stehende Zarge 1 die Be- 5 ganges wird der Anfang des zu bedampfenden Bandes Schichtungsvorrichtungen 14 und 15 auf, während die mit einem wenigstens paramagnetischen Metallband beiden Außenzargen 2 a und 2b die zum Auf- und verbunden, welches ohne Schwierigkeiten durch die Abwickeln der Warenrollen 16 dienenden Vorrichtun- Schleusenkammer hindurchgeführt werden kann, ingen enthalten und das eingangs- und ausgangsseitige dem es unter dem Einfluß der magnetischen Kraft Schleusenkammersystem 6 a bzw. 6b in die beiden i° eines im Innern des trommelartigen Trägers angeordkurzen prismatischen Verbindungsstücke 22 α bzw. 22?; neten Systems vom Elektromagneten 19 an die Oberder drei Zargen verlegt ist. fläche gezogen wird. Es kann dann in den Schleusen-

Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 befinden sich kammern 6 a und 6 b und der Hochvakuumkammer 1 in einer zylindrischen, entweder durch Abheben eines der niedrige Druck, wie er beim Betrieb erforderlich stirnseitigen Deckels oder eines Teils des vorderen 15 ist, aufrechterhalten werden, während in der Vorrats-Zylindermantels zugänglichen, die Vorkammer bilden- zarge 2 das Auswechseln der Warenrollen vorden Zarge 2 die beiden Vorratsrollen 16 für das band- genommen wird.

förmige Gut 21, welches während des Arbeitsvorgan- Der Führungszylinder 12 wird vorzugsweise doppel-

ges von einer Rolle abläuft und über Führungsrollen wandig ausgebildet, damit er gekühlt werden kann. 17 in die Vakuumzarge 1 gelangt, welche einen Füh- 20 Zweckmäßig ist auch eine Heizeinrichtung für ihn rungszylinder 12 für das Bandmaterial enthält und in vorhanden. Es ist möglich, zwei gegenüberliegende erfindungsgemäßer Weise eingangsseitig in Einzel- Zwischenkammern der Eingangs- und der Ausgangskammern 6 α und ausgangsseitig in Einzelkammern 6 b seite des Schleusenkammersystems über die Stirnmit stufenweise abfallendem bzw. ansteigendem Druck Seiten der Trommel zu verbinden und nur durch ein unterteilt ist. 25 gemeinsames Pumpenaggregat zu evakuieren.

In der Zarge 1 wird der niedrigste Druck, etwa In der Hochvakuumzarge 1 wird das Band 21 des

zwischen 10—² und 10—⁵ Torr aufrechterhalten, indem Arbeitsgutes beiderseitig beschichtet, beispielsweise ihr Innenraum mittels eines Tellerventils 5 an ein aus durch Vakuumaufdampfung aus den elektrisch beeiner Diffusionspumpe 4 und einer Vorvakuumpumpe 3 heizten, mit dem zu bedampfenden Gut beschickten bestehendes Pumpenaggregat angeschlossen ist. Sie 30 Verdampfungstiegeln 14 und 15. Ein Schutzschirm 20 enthält beispielsweise den unterhalb des Bandes an- verhindert, daß Spritzer des aufzudampfenden Mategebrachten Verdampfungstiegel 15 und den darüber rials auf das Folienband 21 herabfallen, angebrachten Verdampfungstiegel 14, die eine beider- Bei der besonders günstigen Ausführungsform nach

seitige Beschichtung des hindurchgeführten Bandes 21 Abb. 2 dienen die beiden äußeren Zargen 2α und 2b gestatten. 35 zur Aufnahme der abzuwickelnden bzw. der aufzu-

Die Zwischenkammern 6 α und 6 b stehen ebenfalls wickelnden Warenrollen 16 des bandförmigen Gutes über Rohre 13 mit geeigneten Vakuumpumpenaggre- 21. In der mittleren, unter Hochvakuumdruck stehengaten9a und 9 b in Verbindung. Nach einem Haupt- den Zarge 1 sind die elektrisch beheizten Schmelzgedanken der Erfindung werden die Trennwände Ta tiegel 15 zur Beschichtung von unten und die Schmelzbzw. 7 & zwischen den einzelnen Schleusenkammern 6 a 4° tiegel 14 zur Beschichtung von oben angeordnet. Über bzw. 6 & so ausgebildet, daß sie gleichzeitig die Lippen letzteren sind noch Ablenkschirme angebracht, die die der Durchführungsschlitze bilden und in ihrer Höhe Molekularstrahlen des verdampften Gutes nach unten von außen verstellbar sind, um die Weite der Durch- ablenken. Die beiden im Vergleich zum Zargendurchführungsschlitze der Dicke des zu beschichtenden messer verhältnismäßig kurzen prismatischen Verbandförmigen Arbeitsgutes anzupassen. Der mit- 45 bindungsteile 22 α bzw. 22 b zwischen den drei Zargen bewegte Führungszylinder 12 bildet die andere Be- 2a, 2b und 1 nehmen bei dieser Ausführungsform das grenzung der Schleusenschlitze. Bei einer bevorzug- eingangsseitige Schleusenkammersystem 6 a und das ten, in Abb. 1 dargestellten Ausführungsform bestehen ausgangsseitige Schleusenkammer sy stern 6 b auf. Die diese Trennwände aus verhältnismäßig dicken Leisten Unterteilung in die einzelnen Schleusenkammern eines federnden Materials, vornehmlich aus Gummi, 5° wird einerseits durch die festen Leisten 10 α bzw. 10 b deren Kanten an den Schlitzen durch einen elastischen und andererseits durch die in ihrer Höhe verstellbaren Belag aus Gummi, Kunststoff, vornehmlich aber aus Teile 7 α bzw. 7 b erreicht, welche die Lippen der auf Metall versteift sind und deren seitliche Erstreckung diese Weise in ihrer Breite der Banddicke und den zur Regulierung der Schleusenschlitzbreite durch ein- Druckverhältnissen anpaßbaren Durchführungsschlitze gearbeitete, von außen zu bedienende verstellbare 55 bilden. Die einzelnen Schleusenkammern werden durch Druckschrauben 23 geregelt werden kann, damit sich Pumpenaggregate 9 auf den günstigsten Druckstufen der federnde Belag dicht, aber nicht zu fest auf das gehalten. Eingangs- und ausgangsseitig sind noch beidurchgeschleuste Metallband 21 aufpreßt. Auf der Zu- spielsweise besondere Vakuumkammern 11 α und 11 b wie auf der Abführungsseite für das Band ist jeweils zwischengeschaltet, die durch Pumpenaggregate evain einer Kammer eine Glimmkathode 18 α bzw. 18 b ⁶° kuiert werden, welche neben mechanischen Vorpumpen zum Vor- und Nachbeg-limmen des Bandmaterials bzw. 9 α und 9 b auch Diffusionspumpen 8 α und 8 b umder aufgebrachten Schicht 1 eingebaut, was derenEigen- fassen. Die Glimmkathoden 18 sind in der Vorratsschaf ten in verschiedener Hinsicht günstig beeinflußt. zarge 2α bzw. 2b enthalten. Letztere werden im Be-Das zu bedampfende Gut 21 wird vorzugsweise mit triebszustand durch Anschluß an ein Pumpenaggregat einer gleichförmigen, nicht besonders schnellen Ge- 65 auf einem Vorpumpendruck gehalten, der die Aufschwindigkeit von höchstens einigen Metern pro rechterhaltung einer Glimmentladung zuläßt und ein Sekunde durch die Vakuumkammern hindurch- weitgehendes Entgasen des bandförmigen Materials geschleust. Hierzu ist der Antrieb der Vorratsrollen hervorruft.

regulierbar und mittels der Druckschrauben 23 Die sowohl zum Aufdampfen dünner metallischer

kann man die Breite der Durchführungsschlitze so ein- 70 oder dielektrischer Schichten wie auch zum Aufbrin-

gen solcher Schichten durch Kathodenzerstäubung auf bandförmiges Material geeigneten Anlagen gemäß den Vorschlägen der vorliegenden Erfindung haben Eigenschaften, die für die Praxis äußerst wertvoll sind und eine Bereicherung der Technik darstellen. So tritt beispielsweise bei der Anlage nicht die Erscheinung auf, daß durch zu schnelles Durchschleusen des bandförmigen Materials die im Hochvakuum durch austretendes Gas sich bildenden Luftpolster das nachfolgende Aufrollen des beschichteten Bandes erschweren, indem diese Luftpolster die Reibung vermindern und zu einem seitlichen Fortgleiten der einzelnen übereinanderliegenden Bandlagen Anlaß geben können. Vielmehr wird schon in den dem Hochvakuumraum vorgeschalteten Kammern oder schließlich im Hochvakuumraum selbst der größte Teil der austretenden Gasmengen abgesaugt und schließlich ist selbst in dem Schleusenkammersystem auf der Ausgangsseite die Durchlaufzeit des Bandes so groß, daß entweder anhaftende Gasschichten wieder eindiffundieren oder sich verflüchtigen können. Die von einem früheren Vorschlag her bekannte Maßnahme, die Ausbildung von Gaspolstern durch ein sehr schnelles Durchschleusen durch die Hochvakuumräume zu vermeiden, was leicht zu Beschädigungen des Bandes bzw. der aufgebrachten Schicht führen kann, ist damit nicht erforderlich.

Die erfindungsgemäße, zur laufenden Beschichtung von bandförmigem Material dienende Anlage zeichnet sich auch durch eine besonders gedrängte räumliche Bauweise mit sparsamster Raumausnutzung aus, ohne daß die Übersichtlichkeit sowie die Möglichkeit einer einfachen Bedienung und Handhabung darunter leidet. Dadurch ist aber auch die Fertigung verhältnismäßig einfach. Insbesondere sind die Bedienungsgriffe für die Schleusenschieber von außen leicht zugänglich und während des Betriebs einstellbar, damit die Breite der Schleusenschlitze nicht nur der Banddicke, sondern auch den herrschenden Druckverhältnissen angepaßt werden kann. Sobald einmal Hochvakuum erreicht ist, kann die Schlitzbreite auf der Hochvakuumseite größer sein, so daß die Oberfläche des Bandmaterials mechanisch nicht in schädigender Weise beansprucht wird.

Die Bedienung der erfindungsgemäßen Anlagen erfolgt in der Weise, daß vor Öffnen der Vorratskammern 2 bzw. 2a und 2b die Schleusenschieber 7 vollkommen geschlossen werden, so daß das Vakuum in den einzelnen Schleusenkammern 6 a und 6 b sowie 11a und 11b und in der Hochvakuumkammer 1 nicht unterbrochen wird. Die Vorratsrollen werden dann ausgewechselt, indem das neu eingelegte Band mit dem Ende des vorbehandelten Bandes bzw. bei vollkommener Neubeschiohtung mit dem Ende eines zur Führung dienenden Metallbandes verbunden wird. Die Schleusenschieber 7 sind dann von außen auf eine der Bandstärke entsprechende Schlitzbreite einzustellen. Nachdem der Anfangsteil des neuen Bandes durch die Schleusenkammern und die Hochvakuumkammer hindurchgeführt ist, gelangt es in die Vorratskammer 2 b, wo das Ende des bereits behandelten Bandes abgetrennt, seine Rolle herausgenommen und der Anfang des neu zu behandelnden Bandes mit der \^orratswalze verbunden wird. Nach Schließen der Vorratskammer 2 a und 2fc kann die Evakuierung der Vorratskammer und der Schleusenkammer und der Hochvakuumkammer mittels der entsprechenden Pumpenaggregate beginnen und nach Erreichung der geforderten Druckverhältnisse die Beschichtung erfolgen. Die Auswechselung des zu bedampfenden bandförmigen Materials erfolgt also ohne eine Störung und Unterbrechung des Hochvakuums in der Verdampfungskammer.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Zur Vakuumbeschichtung bandförmigen Gutes insbesondere durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung geeignete Anlage mit mindestens einer zur Aufnahme ab- bzw. aufzuwickelnder Warenrollen dienenden Kammer, mindestens einer anderen im Betriebszustand unter Hochvakuumdruck stehenden Kammer, die die Aufdampfungs- oder Kathodenzerstäubungsvorrichtungen enthält, und mit einem beide Kammern sowohl eingangsals auch ausgangsseitig verbindenden Schleusenkammersystem stufenweise abfallenden bzw. ansteigenden Druckes, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände der Schleusenkammern als von außen verstellbare Schieber ausgebildet sind, um die Weite der schmalen Durchführungsschlitze der Dicke und dem Betriebszustande des durchzuführenden bandförmigen Gutes anpassen zu können.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer außenliegenden zylindrischen Zarge sowohl die ab- als auch die aufzuwickelnden Vorratsrollen des bandförmigen Arbeitsgutes, in der anderen, im Betriebszustand unter Hochvakuumdruck stehenden Zarge die Beschichtungsvorrichtungen untergebracht sind, hingegen die mittlere Zarge das eingangs- und ausgangsseitige Schleusenkammersystem aufnimmt, indem ein konzentrisch innerhalb dieser Zarge drehbar gelagerter Zylinder mit seinen beiden Mantelhälften zur Auflage und Führung der auf- und abzuwickelnden Abschnitte des bandförmigen Arbeitsgutes dient und die verbleibenden Teile des ringförmigen Zwischenraumes zwischen der inneren Zargenwandung und der Oberfläche des Führungszylinders unter Belassung eines geringen, den jeweiligen Du-rchführungsschlitz bildenden Spiels durch radiale Trennwände unterteilt ist, die in ihrer Höhe von außen verstellbar sind, um die Schlitzbreite der Dicke des Arbeitsgutes anpassen zu können.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere, unter Hochvakuumdruck stehende Zarge die Beschichtungsvorrichtungen enthält, während zwei Außenzargen die zum Auf- und Abwickeln der Warenrollen dienenden Vorrichtungen aufnehmen und ein verbindendes eingangs- und ausgangsseitiges Schleusenkammersystem in die beiden kurzen prismatischen Verbindungsstücke der drei Zargen verlegt ist.

4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des konzentrisch in der mittleren Zarge angeordneten Führungszylinders für das bandförmige Arbeitsgut ein System von Elektromagneten angebracht ist, durch welches ein zusätzliches Führungsband aus wenigstens paramagnetischem Metall, das mit dem Anfang des bandförmigen Arbeitsgutes verbunden ist, fest an den Führungszylinder gezogen wird.

5. Anlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger für die Warenrollen heizbar und kühlbar sind.

6. Anlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der unter Hochvakuumdruck stehenden Zarge Einrichtungen zur beiderseitigen Beschichtung vorhanden sind.

7. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einer Schleusenkammer Glimmkathoden vorhanden sind, die in an sich bekannter Weise zur Vor- bzw. Nachbehandlung des zu beschichtenden Arbeitsgutes dienen.

8. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden äußeren Zargen Glimmkathoden zur an sich bekannten Vor- bzw. Nachbehandlung des Arbeitsgutes vorhanden sind.

9. Anlage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch die die Durchlaufgeschwindigkeit des Arbeitsgutes durch die Anlage über den Antrieb für die Warenrollen reguliert werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 384 500, 2 405 662.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen