DE69406084T2

DE69406084T2 - Vakuumbeschichtung von Bahnen

Info

Publication number: DE69406084T2
Application number: DE69406084T
Authority: DE
Inventors: Ian Kenneth Baxter; Charles Arthur Bishop; David Charles Mcgee; Keith Watkins
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1993-11-09
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2014-11-05
Also published as: GB9323034D0; JPH07286272A; ES2108387T3; KR950014355A; GB2283760A; GB9422076D0; EP0652302A1; CA2135424A1; DE69406084D1; EP0652302B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vakuumbeschichten von Bahnen und auf ein Verfahren zum Bahnbeschichten mit Hilfe von Dampfablagerung eines Beschichtungsmaterials auf einem Bahnsubstrat im Vakuum.
In Dampfablagerungsprozessen wird Beschichtungsmaterial in einem erwärmten Tiegel verdampft und der Dampf an einer zu beschichtenden Oberfläche der Bahn kondensiert, wobei die Bahn generell eine ausgedehnte fortlaufende Bahn ist, die mittels einer Fördereinrichtung durch eine Dampfablagerungszone fortlaufend bewegt wird. Die Ablagerungszone wird gewöhnlicherweise durch eine gekühlte Metalloberfläche vorgesehen und ist generell eine drehende kalte Trommel, über die die Bahn vorgerückt wird. Um Verunreinigungen zu vermeiden, wird der Beschichtungsprozeß in einer Vakuumkammer mit hohem Vakuum durchgeführt, wobei der Druck generell in dem Bereich von 1,33 bis 1,33 10&supmin;² Pascal (10&supmin;² bis 10&supmin;&sup4; Torr) liegt und der Prozeß demgemäß Vakuumbahnbeschichtung genannt wird. Der Tiegel ist generell in einem Verdampfungskolben untergebracht, der eine als ein Schlitz profilierte langgestreckte Auslaßdüse hat, die quer zum Bahnweg angeordnet ist, wobei das verdampfte Material durch die Düse zu der Bahnoberfläche transferiert wird, an der es als eine Dünnfilmbeschichtung kondensiert. Unter Anwendung geeigneter Beförderungssysteme können eine oder beide Seiten einer Bahn mit einer oder mehreren Materialschichten beschichtet werden. Die Dicke und Gleichmäßigkeit des Films können dadurch genau aufrechterhalten werden, daß die Verdampfungsrate des Beschichtungsmaterials und die Zeitdauer gesteuert wird, in der das Bahnsubstrat dem aus der Düse austretenden Dampf ausgesetzt ist, wobei die Aussetzzeitdauer generell durch Steuern der Wandergeschwindigkeit der Bahn relativ zu der Düse gesteuert wird. Die Bahnbeschichtung durch Dampfablagerung ist in dem Buch "Bahnfertigungs- und Verarbeitungstechnologie" (Van Nostrand Reinhold Company - 1984) - Kapitel 11 mit dem Titel "Walzenbeschichtung mit hohem Vakuum" von Ernst K. Hartwig beschrieben worden. In der US-A-3081201 ist ein Verfahren zum Formen eines elektrischen Kondensators beschrieben, das, während das Substrat fortlaufend auf einen Dorn aufgerollt wird, ein Dampfablagern einer dielektrischen Schicht an einem flexiblen Substrat mittels einer Verdampfung von dielektrischem Material von einem mit einer Einzeldüse versehenen Verdampfer und ein anschließendes Dampfablagern einer leitenden Schicht über der dielektrischen Schicht durch Verdampfen von leitendem Material in einem ebenfalls mit einer Einzeldüse versehenen zweiten Verdampfer vorsieht. Unter Anwendung dieser Prozesse können gut definierte Filmbeschichtungen von Metallen, Legierungen oder weiteren Materialien mit Dicken, die üblicherweise kleiner als 0,1 µm (Mikromillimeter) sind, auf Substrate, wie etwa Papier oder Kunststoffe 1,0 µm (Nikromillimeter) dünn aufgetragen werden. Es wurde jedoch herausgefunden, daß für dickere Beschichtungen, wie etwa die derzeit für bestimmte Filmmaterialien benötigten 5 bis 25 µm (Nikromillimeter) dicken Beschichtungen, die Gleichmäßigkeit der Beschichtung, eine Materialansammlungseffizienz und eine Steuerung der Substratwärnebelastung unzulänglich sind. Ein Überhitzen und demzufolge eine Beschädigung dünner Substrate durch heiße dicke Beschichtungen ist ein besonders ernsthaftes Problem.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zum Vakuumbeschichten von Bahnen zu schaffen, die bzw. das eine verbesserte Gleichmäßigkeit, Materialansammlungseffizienz und Steuerung einer Substratwärmebelastung insbesondere bei dickeren Beschichtungen vorsieht.
Erfindungsgemäß hat die Vorrichtung zum Vakuumbeschichten von Bahnen eine Vakuumkammer, die zumindest eine drehbare Kühltrommel enthält, an deren gekrümmter Oberfläche zumindest eine Ablagerungszone vorgesehen ist;
ein Bahnbeförderungssystem zum Vorrücken eines zu beschichtenden Bahnsubstrats über die gekrümmte Oberfläche entlang eines durch die Ablagerungszone verlaufenden Weges;
und zumindest einen Verdampfer zum Verdampfen von auf der Bahn abzulagerndem Beschichtungsmaterial; wobei
jeder Verdampfer eine Vielzahl von separat beabstandeten Auslaßdüsen vorsieht, die betrieblich angeordnet sind, um Dampf von dem Verdampfer zu vorbestimmten Abschnitten der Ablagerungszone zu führen, die sich entlang des Bahnwegs erstreckt, an welchen Abschnitten der Dampf an der Oberfläche der vorrückenden Bahn kondensiert wird; und
die Auslaßenden der Düsen um eine gekrümmte Oberfläche herum, jedoch beabstandet von der gekrümmten Oberfläche der Trommel angeordnet sind.
Der Verdampfer hat vorzugsweise zumindest einen abgedichteten Kolben, wobei jeder Kolben zumindest eine Dampfauslaßdüse hat und bis auf die Auslaßdüse oder -düsen abgedichtet ist. Jeder Kolben bringt zweckmäßigerweise zumindest einen Tiegel unter, in welchem Material bis zu seiner Verdampfungstemperatur erwärmt wird. Eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Tiegels kann außerhalb oder innerhalb des Kolbens angeordnet sein. Wenn der Verdampfer lediglich einen Kolben aufweist, ist die Heizeinrichtung vorzugsweise innerhalb des Kolbens eingeschlossen. Jedoch kann in Verdampfern mit zwei oder mehreren Kolben eine gemeinsame Heizeinrichtung verwendet werden, um Beschichtungsmaterialien in zwei oder mehreren Kolben zu verdampfen, wobei dies zweckmäßigerweise außerhalb der Kolben geschehen kann. Eine zweckmäßige Heizeinrichtung ist eine elektrische Heizstrahlungsquelle. Vorzugsweise hat zumindest ein Kolben einen abgedichteten Deckel, in dem zumindest eine Auslaßdüse angeordnet ist, wobei der Deckel abhebbar ist, um, falls benötigt, ein Wiederaufladen des Verdampfungstiegeis und jeglichen Austausch des Tiegels oder der Heizeinrichtung zu gestatten. Um ein schnelles Erwärmen und Abkühlen zu erleichtern, hat jeder Kolben und Tiegel vorzugsweise eine geringe Wärmekapazität und ist der Kolben vorzugsweise in einem Strahlungsschild eingeschlossen, das beispielsweise Keramikmaterial, rostfreien Stahl oder feuerfestes Metall aufweisen kann, wie etwa Wolfram, Molybdän oder Tantal.
Die Düsen können von jeglicher zweckdienlichen Länge sein und in variierender Anordnung angeordnet sein, um Dampf zu angestrebten Positionen der Ablagerungszone auszustoßen Gleichermaßen können das Profil, der Bereich, der Abstand und die Richtung der Düsenauslässe nach Wunsch variiert werden. Somit können die Auslaßprofile kreisförmige, rechtwinklige oder sternförmige Öffnungen aufweisen, die der Reihe nach oder versetzt über den Bereich der Ablagerungszone verteilt sein können. Ein weiteres besonders zweckmäßiges Düsenprofil ist ein fortlaufender Schlitz, der sich vorzugsweise über die Breite der zu beschichtenden Bahn erstreckt. Eine vorteilhafte Düsenanordnung hat eine Vielzahl linearer Schlitze, die quer zu dem Bahnsubstratweg angeordnet sind, um Dampf zu Abschnitten der Ablagerungszone zu speisen, die in Richtung der Bahnsubstratvorrückung aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Der aufeinanderfolgende Abstand der Düsen kann, falls benötigt, variiert werden, wobei generell ein breiterer Abstand für höhere Dampftemperaturen erforderlich ist.
Die Düsenanordnung muß nicht auf eine einzelne Gruppe von Düsen von einem Kolben beschränkt sein. Falls erwünscht, können die Düsen Dampf von einem oder mehreren Kolben führen und können diese, falls benötigt, um eine einzelne Kühltrommel angeordnet sein.
Eine Ablagerung des Beschichtungsmaterials von einer Vielzahl von Düsen, die entlang der Ablagerungszone in der Bahnwanderungsrichtung aufeinanderfolgend und nicht in einer Einzelposition positioniert sind, hat viele Vorteile. Die Beschichtung an jeglicher gegebener Position der Bahn wird progressiv mit einer Rate aufgetragen, die durch ein Variieren der Düsengeometrie in der Dicke varuerbar ist, wodurch eine bessere Steuerung der Struktur und Gleichmäßigkeit der Beschichtung gestattet wird. Die an der Kühloberfläche abzuziehende Wärmelast wird über einen größeren Bereich verteilt, so daß das Kühlen effizienter und das Risiko einer Beschädigung oder einer Verzerrung der Bahn vermindert ist, wodurch dickere Beschichtungen, Dämpfe mit höherer Temperatur, die Anwendung von mehreren kritischen Substraten oder eine größere Substratgeschwindigkeit gestattet wird. In diesem Zusammenhang muß ein Überhitzen des Bahnsubstrats verhindert werden, da jegliche den Kontakt mit der Kühlfläche beeinträchtigende Beschädigung oder Verzerrung zum Überhitzen und damit zu der Beschädigung beiträgt. Die gebogene Anordnung der Düsenenden um die Trommel steigert die Dampfansammlungseffizienz und gestattet es, daß sich die Ablagerungszone um ein größeres Trommelsegment herum erstreckt, wodurch die Anzahl von aufeinanderfolgenden Düsen gesteigert werden kann. Die Verbesserung in der Dampfansammlungseffizienz trägt zu einer Verringerung des Verlustmaterials bei, das nach jedem Produktionszyklus von der Vorrichtung abzuwaschen ist. Eine Ausdehnung der Ablagerungszone gestattet es, die Bahngeschwindigkeit und/oder die Ablagerungsrate zu steigern, wodurch dickere Beschichtungen und ein größerer Bahndurchsatz erreicht werden kann.
Das Düsenprofil kann beispielsweise durch Variieren der Düsenbreite oder des Düsenabstands variiert werden, um über die Länge der Ablagerungszone variierende Bahnbeschichtungsraten vorzusehen. Somit kann die erste stromaufwärtige Düse bei einer geringen Beschichtungsrate einspeisen, wobei anschließende Düsen mit größerem Bereich bei größeren Beschichtungsraten einspeisen. In dieser Weise können kritische Substrate beschichtet werden, ohne eine Beschädigung von einer anfänglich großen Wärmelast von dem kondensierten Dampf zu erfahren, wobei von der progressiv steigenden Wärmekapazität des beschichteten Materials ein Vorteil gezogen werden kann, während es durch die Ablagerungszone vorgerückt wird.
Wenn die Düsen profiliert sind, um im wesentlichen gleiche Dampfmengen zu führen, kann es bei dünnen Substraten vorteilhaft sein, die gekrümmte Oberfläche aufzuweisen, an der die Düsen konvergent miü der gekrümmten Trommeloberfläche enden, so daß die Dampfansammlungseffizienz und die Ablagerungsrate in einer stromabwärtigen Richtung steigen.
Somit kann die Vorrichtung für jede gewählte Kombination von Bahndicke und Bahngeschwindigkeit variiert und betätigt werden, so daß die maximale Materialablagerung bei jeder gegebenen Position der Ablagerungszone erhalten wird, ohne die Bahn zu beschädigen.
Das Bahnbeförderungssystem hat generell ein Bahnaufwickelsystem mit einer Abwickelrolle und einer Aufwickelrolle, die entweder außerhalb oder innerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein können. Gegebenenfalls können, falls benötigt, zusätzliche Leit- oder Spannrollen eingeschlossen sein. Das Bahnbeförderungssystem kann, falls benötigt, zum Beschichten von einer oder beiden Seiten der Bahn in entweder einem Einzel- oder Mehrfachdurchgang durch eine oder mehrere Ablagerungszonen eingerichtet sein.
Ausgehend von einem anderen Gesichtspunkt besteht die Erfindung aus einem Verfahren zum Vakuumbeschichten von Bahnen, in dem ein Bahnsubstrat über die gekrümmte Oberfläche einer drehbaren Kühltrommel in einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch eine Ablagerungszone an der Oberfläche der Trommel vorgerückt wird; wobei ein Beschichtungsmaterial von zumindest einem Verdampfer verdampft wird und der Dampf von jedem Verdampfer durch eine Vielzahl von separat beabstandeten Auslaßdüsen geführt wird, die um eine gebogene Oberfläche herum, jedoch beabstandet von der gekrümmten Oberfläche der Trommel enden, um auf eine Vielzahl von Bereichen des Bahnsubstrats aufzutreffen, die sich entlang des Bahnwegs erstrecken, an welchen Bereichen der Dampf kondensiert wird, um eine Beschichtung auf dem Bahnsubstrat zu bilden. Die Beschichtung wird hierbei auf jede gegebene Position des vorrückenden Bahnsubstrats progressiv aufgetragen.
Das Beschichtungsmaterial kann in zumindest einem Kolben verdampft werden, wobei der Dampf in der Form von aus den Düsenauslässen austretenden Strahlen auf das Bahnsubstrat gespeist wird, wobei die Düsen profiliert und positioniert sind, um Dampf über den erforderlichen Bahnbereich abzulagern.
Das Verfahren kann verwendet werden, um ein Bahnmaterial mit einem Film von nahezu jeglichem Metall oder nahezu jeglicher Legierung zu beschichten, beispielsweise Kupfer oder Zink. Viele Metallmischungen, wie etwa Oxide oder Nitride, können auch durch reaktive Beschichtung abgelagert werden, wobei die Gemische während des Verfahrens durch das gesteuerte Einführen eines Gases, beispielsweise Sauerstoff oder Stickstoff, zwischen der Verdampfungsquelle und der Ablagerungszone gebildet werden. Somit kann beispielsweise das Reaktionsgas genau in die oder zwischen die Düsen dosiert werden, um mit dem Beschichtungsdampf zu reagieren, wodurch eine sehr genaue Steuerung der Relativverhältnisse von Dampf und Reaktionsgas in den Bereichen bewirkt wird, in denen sie auf das Bahnsubstrat auftreffen, und folglich eine genaue Steuerung der Zusammensetzung der Beschichtung bewirkt wird. Falls erwünscht, können verschiedene Gase in einer frei änderbaren Durchflußrate an jedem der Bereiche eingeführt werden, in denen der Dampf auf das Substrat auftrifft, wodurch gestattet wird, daß die chemische Mischung und die Relativmenge jeder chemischen Mischung in der Beschichtung variiert und überall die Dicke der Zusammensetzung gesteuert wird.
Das Bahnsubstrat kann eine breite Vielfältigkeit geeigneter Materialien, wie etwa einen Kunststoffilm oder Papier, einschließen, wobei die Beschichtungen Oberflächeneigenschaften haben, die sich von jenen des Substrats unterscheiden, und beispielsweise eine Verzierung, ein Reflektionsvermögen, eine Lagerungsverbesserung, magnetische, Barriere- oder elektrische Eigenschaften oder lösbare oder reaktive Beschichtungen vorsehen.
Die Erfindung ist besonders geeignet, dünne Substrate dicker als gewöhnliche Beschichtungen zu beschichten. Beispielsweise können Polymersubstrate mit einer Dicke von 10 bis 50 µm (Mikromillimeter) mit einer 2 bis 25 µm (Mikromillimeter) dicken Metallbeschichtung problemlos beschichtet werden.
Die Erfindung ist ferner durch die Ausführungsbeispiele veranschaulicht, die beispielhaft unter Bezugnahme auf beigefügte Schaubildzeichnungen beschrieben sind. Es zeigen:
Figur 1 im Querschnitt eine Bahnbeschichtungsvorrichtung der Erfindung, die für eine einseitige Beschichtung eingerichtet ist;
Figur 2 im Querschnitt eine weitere Bahnbeschichtungsvorrichtung, die für eine beidseitige Beschichtung einer Bahn eingerichtet ist;
Figur 3 eine Schnittseitenansicht eines Verdampfers zur Anwendung in einer Bahnbeschichtungsvorrichtung;
Figur 4 einen Querschnitt an der Linie IV - IV der Figur 3 und noch zusätzlich den Aufbau einer Bahnkühltrommel;
Figur 5 eine Teilschnittansicht einer alternativen Ausrichtung der Vorrichtungseinheiten aus Figur 1;
Figuren 6 bis 9 Teilschnittansichten alternativer Abwandlungen von Düsenanordnungen für die Vorrichtung aus Figur 1;
Figuren 10 und 11 Teilraumansichten weiterer alternativer Düsenanordnungen für die Vorrichtung aus Figur 1.
In der Vorrichtung gemäß Figur 1 sind in einer Abteilung 11 einer Vakuumkammer 12 eine Bahnabwickelrolle 10 und eine Bahnaufwickelrolle 13 untergebracht, wobei ein Verdampfer 15 in einer Abteilung 16 der Kammer 12 angeordnet ist. Die Abteilungen 11 und 16 sind mittels Trennwände 18 und 19 separiert, die sich von der inneren Wand der Kammer 12 zu einem an eine gekühlte Trommel 20 angrenzenden Abschnitt nach innen erstrecken. Das zu beschichtende Bahnsubstrat 21 wird in kontinuierlicher Weise von der Abwickelwalze 10 über die gekrümmte Oberfläche der gekühlten Trommel 20 zu der Aufwickelrolle 13 vorgerückt. Zwischen der Rolle 10 und der Trommel 20 und zwischen der Rolle 13 und der Trommel 20 sind Spannwalzen 22 und 23 und Leitwalzen 24 und 25 vorhanden. Ein kleiner Zwischenraum zwischen den Trennwänden 18 und 19 und der Trommel 20 gestattet einen freien Durchlaß des Bahnsubstrats, ist allerdings ausreichend eng, um zu gestatten, daß der Druck in den Abteilungen 11 und 16 während des Ablagerungsprozesses unterschiedlich ist, wodurch verhindert wird, daß der Dampf das Bahnbeförderungssystem erreicht. Die Abteilungen 11 und 16 können jeweils durch Anschlüsse 26 und 28 evakuiert werden. Der Verdampfer 15 ist mit fünf Auslaßdüsen 29 versehen, die die Form von zu dem Substrat 21 quer befindlichen Schlitzen aufweisen und aufeinanderfolgend um eine Ablagerungszone 30 an der Trommel 20 in der Richtung der Substratvorrückung eingerichtet sind, wobei die Düsen an einer gebogenen Oberfläche im wesentlichen parallel zu der gekrümmten Oberfläche der Trommel 20 enden.
Im Betrieb wird die Trommel 20 durch ein zirkulierendes Kühlfluid gekühlt und im Gleichlauf mit der Abwickelrolle 10 und der Aufwickelrolle 13 gedreht. Das Substrat 21 wird über die Oberfläche der Trommel 20 gespeist und vor dem Erreichen der Ablagerungszone 30 an der Trommel 20 gekühlt, an der Dampf von dem Verdampfer 15 auf der Substratoberfläche abgelagert wird und als eine gleichmäßige Beschichtung an der Oberfläche anhaftet.
Die Anordnung gemäß Figur 2 enthält zwei gekühlte Trommeln 20 und 31 und zwei Verdampfer 15 und 32, wobei zusätzliche Leitwalzen 33 und 34 derart eingerichtet sind, daß die gegenüberliegenden Seiten des Substrats jeweils mittels der Verdampfer beschichtet werden.
Ein Verdampfer 15 ist in den Figuren 3 und 4 ausführlich gezeigt. Figur 4 zeigt auch die Relativpositionen der Düsen 29 und des Bahnsubstrats 21 an der Ablagerungszone 30. Der Verdampfer 15 hat einen Tiegel 35, in dem das auf dem Substrat 21 abzulagernde Material 36 enthalten ist und verdampft wird. Der Tiegel ist in einem Kolben 37 eingeschlossen, der seinerseits in mehreren Schichten einer Strahlungsabdeckung 38 eingeschlossen ist, wobei die Abdeckung 38 mittels eines fluidgekühlten Schilds 42 über die Seiten und den Boden des Kolbens 37 gestützt wird. Der Kolben 37 hat einen Deckel 39, der mittels einer Dichtung 40 an dem Körper des Kolbens abgedichtet ist und mittels Klammern 41 fest in Position gehalten wird. Der Deckel 39 ist mit beabstandeten Auslaßdüsen 29 versehen, welche die Form linearer Schlitze haben, die sich durch die Abdeckung 38 erstrecken und an einer gebogenen Oberfläche enden, die eine Krümmung hat, die ungefähr mit der Krümmung der gekühlten Trommel 20 übereinstimmt, und zwar gemäß Figur 4 im Querschnitt gesehen. Die Düsen 29 erstrecken sich über die Breite des Bahnsubstrats 21 und sind in der Wanderungsrichtung der Bahn 21 aufeinanderfolgend angeordnet. Der Kolben 37 enthält ferner ein Heizelement 43 mit Stromanschlußleitungen 44, die sich durch den Boden des Kolbens 37 erstrecken und in diesen hinein abgedichtet sind. Ein außerhalb des Kolbens angeordneter und mit einer (nicht gezeigten) Inertgasquelle verbundener Verteiler 45 hat eine oder mehrere Düsen 46, die sich durch die Seite des Kolbens 37 erstrecken und in diese hinein abgedichtet sind.
In Anwendung wird die Kammer 12 evakuiert, wobei das Bahnsubstrat 21 fortlaufend vorgerückt wird, das Material 36 erwärmt und verdampft und der Dampf von den Enden der Düsen 29 ausgestoßen wird, um an der Ablagerungszone auf das bewegliche Substrat aufzutreffen, an der es auf dem Substrat kondensiert. Der Dampf wird aufeinanderfolgend von jeder Düse 29 an jeglicher gegebenen querliegenden linearen Position auf das Substrat abgelagert, so daß der Film von kondensiertem Material progressiv abgelagert wird, so daß die Struktur und Gleichmäßigkeit der Beschichtung gut gesteuert werden kann.
Wenn es erforderlich ist, daß eine Menge des beschichteten Produkts von der Aufwickelrolle 13 entfernt wird, wird die Verdampfung des Materials 36 dadurch gestoppt, daß Inertgas durch die Düse 46 solange eingeführt wird, bis der Dampfdruck des Materials in dem Kolben 37 überschritten ist. Der Druck in der Abteilung 11 kann anschließend zu dem atmosphärischen gesteigert werden, wobei das beschichtete Produkt herausgenommen werden kann. Die Abteilung 11 und der Kolben 37 können anschließend erneut evakuiert werden, wobei der Beschichtungsprozeß erneut gestartet werden kann. Das Inertgas sollte eines sein, das nicht mit dem Beschichtungsmaterial bis zu einem Ausmaß reagiert, das die Eigenschaften der Beschichtung beeinträchtigen würde. Geeignete Inertgase schließen Argon, Helium, Stickstoff oder Mischungen davon ein.
Sofern ein Zugang zu dem Tiegel 35 oder dem Heizelement 43 erforderlich ist, wird ausreichend Inertgas, um den Kolben 37 und dessen Inhalte zu kühlen, durch die Düse 46 eingeführt. Die Kühleffizienz kann durch Einführen des Inertgases unter Bedingungen turbulenter Strömung und durch einen Umlauf des Inertgases durch (nicht gezeigte) Kühleinrichtungen erhöht werden. Um die Stillstandzeitdauer zu minimieren, kann die Kühlzeitdauer verkürzt werden, indem der Kolben 37, der Tiegel 35, das Heizelement 43 und die Abdeckung 38 mit Materialien konstruiert werden, die eine geringe Wärmekapazität aufweisen. Aus diesem Grunde kann die Abdeckung vorteilhafterweise feuerfestes Metall aufweisen und das Heizelement aus rostfreiem Stahl konstruiert sein.
In Figur 5 hat der Verdampfer 15 eine gekrümmte Anordnung von Düsen, die jener in Figur 4 gleicht, wobei sie an einer Seite der gekühlten Trommel 20 angeordnet ist, so daß der Dampf von den Düsen 29 in einer generell horizontalen Richtung gegen das Bahnsubstrat 21 in der Ablagerungszone 30 gerichtet ist. Ein oder mehrere Verdampfer 15 können um die Trommel 20 herum ausgerichtet sein, so daß sie die Ablagerungszone wirkungsvoll vergrößern.
In der Vorrichtungsabwandlung gemäß Figur 6 enthält der Verdampfer 15 sechs Kolben 37, wobei jeder davon einen Tiegel 35 enthält, der ein zu verdampfendes Material enthält und eine Einzeldüse 29 hat, wobei die Düsen nacheinanderfolgend angeordnet sind und an einem Bogen um die Ablagerungszone 30 herum enden. Die Tiegel 35 werden mittels einer gemeinsamen Heizeinrichtung erwärmt; sie müssen keine identischen Materialien enthalten.
In der Vorrichtungsabwandlung gemäß Figur 7 gleicht der Verdampfer 15 dem in den Figuren 4 und 5 gezeigten, allerdings ist die Breite der Reihe von Düsen 29 progressiv erhöht. Dies ist für die Anwendung von schweren Beschichtungen vorteilhaft, die sich zu der Wärmemasse der Bahn addieren. Da die Beschichtung progressiv aufgebaut wird, ist die Bahn in der Lage, mehr Wärmelast für einen gegebenen Temperaturanstieg zu widerstehen, so daß mehr Material abgelagert werden kann, und zwar in diesem Fall durch ein progressives Aufweiten der Düsen.
In der Vorrichtungsabwandlung gemäß Figur 8 gleicht der Verdampfer 15 dem in Figur 7 gezeigten, allerdings verbleibt die Breite der Düsen 29 konstant und wird der Düsenabstand progressiv reduziert, wodurch der gleiche Vorteil für eine schwere Beschichtung wie in der Modifikation aus Figur 7 verliehen wird.
Die Abwandlung gemäß Figur 9 zeigt, wie die Düsenrichtung variiert werden kann, um die Richtung zu steuern, in der der Dampf auf das Bahnsubstrat auftrifft. In einigen Fällen kann dies die Eigenschaften der Beschichtung beeinflussen. Die Düsenrichtung kann auch variiert werden, um zu verhindern, daß nicht verdampfte Partikel unmittelbar von der Materialoberfläche in dem Tiegel 35 auf das Bahnsubstrat in der Ablagerungszone 30 wandern und die Qualität der Beschichtung nachteilhaft beeinflussen.
Die in der Figur 10 gezeigte Düsenanordnung besteht aus Reihen von beabstandeten Düsen 29 von kreisförmigem Querschnitt, die in einer Abfolge von Reihen eingerichtet sind, die quer zu der Richtung der Bahnsubstratvorrückung liegen, wobei die Düsenauslässe an einer gekrümmten Oberfläche liegen.
Die Düsenanordnung gemäß Figur 11 besteht aus einer Abfolge von Schlitzen, die in der Richtung der Bahnsubstratvorrückung mit den Düsenauslässen an einer gebogenen Oberfläche ausgerichtet sind, wobei die Schlitze quer zu der Richtung der Bahnsubstratvorrückung aufgereiht sind.
Die Anwendung der Erfindung ist durch das folgende Beispiel weiter veranschaulicht.

Beispiel

Eine 25 µm (Mikromillimeter) dicke Bahn von Kondensatorgüte- Papier, das von M.H. Dielectrics, Mount Holly Springs, Pa, USA, kommerziell erhältlich ist, wurde mit einer Rate von 2,5 Meter/Minute über eine gekühlte Walze mit einem Radius von 30 cm gespeist, die sich in einer Vakuumkammer bei einem Druck von 8 10&supmin;² Pascal (8 10&supmin;&sup4; Millibar) dreht.
Zinkdampf, der von einem Verdampfer mit sechs gemäß Figur 6 eingerichteten Kolben verdampft wurde, strömte durch sechs langgestreckte Düsen (29), von denen jede 38 mm breit ist und sich über die Breite der gekühlten Walze (20) erstreckt, wobei die Düsenauslässe in einem Abstand von 15 cm an einer gebogenen Oberfläche mit einem Durchmesser von 45 cm angeordnet sind.
Die Temperatur der Kolben betrug 630ºC, wobei eine 3,0 µm (Mikromillimeter) dicke Beschichtung von Zink an dem Papier abgelagert wurde und die Schwankung der Beschichtung bei ± 5 Gew.-% über dem Bereich der Bahn lag.
Das Beschichtungsverfahren konnten 22 Minuten nach dem Start der Erwärmung des Verdampfers und der Evakuierung der Vakuumkammer begonnen werden. Die Verdampfung des Zinks konnte augenblicklich dadurch gestoppt werden, daß Argongas bei einem Druck von 7 10&sup4; bis 9 10&sup4; Pascal (700 bis 900 Millibar) um die Düsenauslässe gespeist wurde. Durch ein Zirkulieren von Gas um die Kolben konnte der Verdampfer in 40 Minuten auf eine Temperatur gekühlt werden, bei der die Zufuhr von unbeschichtetem Papier und das Zink in den Kolben sicher ergänzt werden konnte.

Claims

1. Vorrichtung zum Vakuumbeschichten von Bahnen, mit einer Vakuumkammer (12), die zumindest eine drehbare Kühitrommel (20, 31) enthält, an deren gekrümmter Oberfläche zumindest eine Ablagerungszone (30) vorgesehen ist;

einem Bahnbeförderungssystem (10, 13, 24, 25) zum Vorrücken eines zu beschichtenden Bahnsubstrats (21) über die gekrümmte Oberfläche entlang eines durch die Ablagerungszone (30) verlaufenden Weges;

und zumindest einen Verdampfer zum Verdampfen von auf der Bahn (21) abzulagerndem Beschichtungsmaterial (36); wobei jeder Verdampfer (15) betrieblich angeordnet ist, um Dampf von dem Verdampfer (15) zu vorbestimmten Abschnitten der sich entlang des Bahnwegs erstreckenden Ablagerungszone zu führen, an welchen Abschnitten der Dampf an der Oberfläche der vorrückenden Bahn (21) kondensiert wird; dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verdampfer eine Vielzahl von separat beabstandeten Auslaßdüsen (29) hat, wobei die Auslaßenden der Düsen (29) um eine gekrümmte Oberfläche angeordnet sind, und zwar uin diese herum und von der gekrümmten Oberfläche der Trommel (20, 31) beabstandet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (15) zumindest einen abgedichteten Kolben (37) hat, in dem Beschichtungsmaterial (36) verdampft werden kann, wobei jeder Kolben zumindest eine Dampfauslaßdüse (29) hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, mit zumindest zwei Kolben mit Auslaßdüsen (29), die um die Trommel (20, 31) angeordnet sind, und einer gemeinsamen Heizeinrichtung (43), die das in zwei oder mehreren der Kolben (37) befindliche Beschichtungsmaterial (36) verdampfen kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei zumindest ein Kolben (37) einen abnehmbaren Deckel (39) hat, in dem zumindest eine Auslaßdüse (29) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßdüsen (29) zumindest einen fortlaufenden Schlitz aufweisen, der sich über die Breite der zu beschichtenden Bahn (21) erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßdüsen (29) eine Vielzahl von linearen Schlitzen aufweisen, die quer zu dem Bahnsubstratweg angeordnet sind, um Dampf zu Abschnitten der Ablagerungszone (30) zu liefern, die in der Richtung der Bahnsubstratvorrückung der Reihe nach angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Düsen (29) variiert, wobei die stromaufwärtigen Düsen geeignet sind, um eine geringere Ablagerungsrate als die stromabwärtigen Düsen vorzusehen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile der Düsen (29) geeignet sind, um einen in etwa gleichen Dampfstron vorzusehen, wobei die gekrümmte Oberfläche der Trommel (20, 31) und die gebogene Oberfläche, an der die Enden der Düsen (29) angeordnet sind, in der Richtung der Bahnvorrückung konvergierend sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (29) geeignet sind, um einen gleichen Dampfstrom vorzusehen, und der Reihe nach entlang des Bahnwegs angeordnet sind, und zwar mit allmählich abnehmendem Abstand in der Richtung der Bahnvorrückung.

10. Verfahren zum Vakuumbeschichten von Bahnen, wobei ein Bahnsubstrat (21) über die gekrümmte Oberfläche einer drehbaren Kühltrommel (20, 31) in einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch eine Ablagerungszone (30) an der Oberfläche der Trommel (20, 31) vorgerückt wird;

ein Beschichtungsmaterial (36) mittels zumindest eines Verdampfers (15) verdampft wird;

und der Dampf zu dem Bahnsubstrat geführt wird, an dem er kondensiert wird, um eine Beschichtung auf dem Bahnsubstrat zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf von jedem Verdampfer durch eine Vielzahl von separat beabstandeten Auslaßdüsen (29) geführt wird, die an einer gekrümmten Oberfläche enden, und zwar um die gekrümmte Oberfläche der Trommel herum, jedoch von dieser beabstandet, um auf eine Vielzahl von Bereichen des Bahnsubstrats aufzutreffen, die sich entlang des Bahnwegs erstreckt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial in zumindest einem Kolben (37) verdampft wird und der Dampf zu dem Bahnsubstrat (21) gespeist wird, und zwar in der Form von Strahlen, die aus den Kolbenauslaßdüsen (29) austreten, wobei die Strahlen profiliert und positioniert sind, um Dampf über den erforderlichen Bereich abzulagern.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsrnaterial ein Metall oder eine Metallegierung aufweist.