DE1956761A1

DE1956761A1 - Vorrichtung zur Kathodenzerstaeubung

Info

Publication number: DE1956761A1
Application number: DE19691956761
Authority: DE
Inventors: Bruch Charles Andrew
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-11-22
Filing date: 1969-11-12
Publication date: 1970-06-18
Also published as: US3594301A; NL6917456A; CH500768A; FR2023919A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung von Materialien durch Kathodenzerstäubung und insbesondere zur Herstellung von überzügen auf Fasern durch Kathodenzerstäubung.

Es ist oft erwünscht, auf vielen Arten von Materialien einen dünnen überzug einer gewünschten Substanz aufzubringen. Besonders auf dem Gebiete der faserverstärkten Verbundstoffe ist es oft notwendig, die Fasern vor der Herstellung des faserverstärkten Verbundstoffes mit elementaren Stoffen oder Verbindungen zu überziehen. Der überzug kann beispielsweise als Diffusionshemmung zur Verhinderung der Reaktion zwischen der Faser und der Matrix des Verbundstoffes wirken oder er kann die Benetzung und Haftverbindung zwischen der Faser und

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der Matrix fördern. Es ist in diesen Fällen notwendig, eine gut haftende Verbindung zwischen dem Überzug und der Faser zu gewährleisten, um eine hohe Festigkeit der Verbundstoffe zu erreichen.

Im allgemeinen wird die Herstellung des Überzuges durch Kathodenzerstäubung in einer Glimmentladung als eines der besten Verfahren zur Herstellung von Überzügen auf gewissen Materialien betrachtet. Als Teil dieses Überzugsverfahrens ist es allgemein erwünscht, vor der tatsächlichen Herstellung des Überzuges eine Verfahrensstufe der Reinigung durch Ioneneinwirkung vorzusehen. Obwohl die nach dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen im allgemeinen Anlagen zur Kathodenzerstäubung zeigen, von denen einige die Stufe der Reinigung durch Ioneneinwirkung einschließen, sind diese nicht imstande gewesen, in wirksamer Weise einen gleichförmigen Überzug auf einer bedeutenden Menge frisch durch Ioneneinwirkung gesäuberter Oberflächen von Materialien zu liefern, insbesondere in dem Falle, indem ein Fasergewebe mit Überzug versehen werden muß.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung zu liefern, die gleichzeitig zwei Seiten eines vorgegebenen Materials mit einem Überzug versehen kann.

Ein weiteres Ziel ist es, durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Überzügen auf Materialien durch Kathodenzerstäubung zu erhalten.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung gelöst, die mindestens zwei Kathoden und eine dazwischen angeordnete poröse Anode aufweist. Eine Schicht des mit dem Überzug zu versehenden Materials wird auf einem Träger zwischen mindestens einer der Kathoden und der Anode angebracht. Die Seite der Materialschicht, die der benachbarten Kathode zugewandt ist, wird unmittelbar durch kathodische Atome mit dem Überzug versehen und die entgegengesetzte Seite wird durch kathodische Atome mit dem Überzug versehen,

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welche durch die poröse Anode hindurchgegangen sind. Eine weitere Schicht von Material kann zwischen der anderen Kathode und der Anode angeordnet werden. In diesem Falle wird die Seite der Schicht, die von der benachbarten Kathode abgewandt ist, durch kathodische Atome mit einem überzug versehen werden, welche durch die oben erwähnte Materialschicht und durch die poröse Anode hindurchgegangen sind. Weitere Kathoden und Anoden können in die Struktur eingefügt werden, um einen gleichmäßigen überzug dann zu gewährleisten, wenn das mit dem überzug verse-' hene Material, beispielsweise eine Fasermatte, so beschaffen ist, daß es nicht ohne weiteres den Durchtritt von kathodischen Atomen gestattet oder wenn mehr als zwei Materialschichten gleichzeitig mit überzug versehen werden sollen.

Nachstehend werden im Zusammenhang mit den Abbildungen einzelne mögliche Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, welche lediglich beispielhafte Ausführungsformen darstellen. Es ist dem Fachmann auf den: Gebiete der Herstellung von überzügen durch Kathodenzerstäubung ohne weiteres möglich, anhand.der durch die Erfindung gegebenen technischen Lehre weitere mögliche Ausführungsformen von Vorrichtungen zu entwickeln.

Figur 1 ist eine Seitenansicht im Schnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung.

Figur 1 A ist eine Ansicht der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung zur Verwendung für die Herstellung eines Überzuges auf einer einzigen Fasermatte..

Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung.

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Figur 3 ist eine schematische Seitenansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Figur 4 ist eine vereinfachte Seitenansicht der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung eingerichtet für die kontinuierliche Aufbringung eines Überzuges.

Figur 5 ist eine vereinfachte Seitenansicht der für die kontinuierliche Aufbringung eines Überzuges eingerichteten Vorrichtung nach Figur 2.

Die Vorrichtung nach Figur 1 besteht im wesentlichen aus einer Glasglocke 12, welche an ihrem offenen Ende dicht auf einer Grundplatte I¹I aufliegt, einer zentral angeordneten "porösen" Anode 16, einer oberen und unteren Kathode 18,20 und zwei Werkstückhaltern 22 und 24, die jeweils zwischen einer der Kathoden 18 bzw. 20 und der Anode 16 angebracht sind. Die poröse Anode 16 kann eine beliebige Anode sein, bei der ein wesentlicher Anteil der Fläche offen ist. Eine solche Anode könnte eine Gitterform besitzen, aus einem gelochten Material bestehen oder Ringform aufweisen. Die Anode 16 sollte aus einem Material bestehen, das eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt, wie beispielsweise Aluminium, Stahl oder Kupfer. Die Anode 16 wird durch einen Anodenhalter 26 mit der Grundplatte 14 verbunden und die Grundplatte I¹J ist ihrerseits an Masse angeschlossen.

Die Kathoden 18,20 werden jeweils aus Platten des kathodisch zu zerstäubenden Materials gebildet. Die Kathoden 18,20 der Figur 1 haben eine ebene Form; sie können jedoch eine beliebige gewünschte Gestalt aufweisen. Vorzugsweise besitzt jede der Kathoden 18,20 eine Abschirmung 28,30, die benachbart zu den Teilen der Kathode angeordnet ist, welche nicht den Werkstückhaltern 22,24 zugewandt sind, um den größten Teil der Glimm-

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entladung auf den Bereich zwischen den beiden Kathoden zu begrenzen. Die Kathoden 18,20 werden durch elektrisch-leitfähige Halteteile 32,34 mit einem geeigneten elektrischen Netzteil verbunden. Der vertikale Teil jedes Halteteils 32,3¹I für die Kathoden wird durch elektrische isolierende Abstandhalter 40,42 in einem Abstand in den vertikalen Rohren 36,38 gehaltert. Das untere Ende jedes der beiden Rohre 36,38 ist an einer elektrisch-isolierenden Vakuumdurchführung 44,46 angebracht, welche durch die Grundplatte 14 hindurchragt. In jeder Durchführung 44,46 ist eine mittlere Bohrung 48,50 angebracht, um die Tragteile 32,34 für die Kathode durchzuführen.

Die Werkstückhalter 22,24, die für die Halterung der mit einem überzug zu versehenden Pasermatten 52,54 verwendet werden, sind sehr porös, so daß sie nicht mehr als einen kleinen Bruchteil der Oberfläche des mit dem überzug zu versehenden Materials bedecken und bestehen vorzugsweise aus einem feinmaschigen Drahtnetz. Die Teile 56,58 des Werkstückhalters sind an den Werkstückhaltern 22,24 befestigt, um diese zu stützen. Diese Teile 56,58 sind über Isolatoren 60,62 an der Grundplatte 14 befestigt, welche dazu dienen, diese Teile von der Grundplatte zu isolieren.

Die Grundplatte 14 hat eine große Bohrung 64, welche es er- . möglicht, das Innere der Glasglocke mit einer geeigneten Vor- ( richtung zur Aufrechterhaltung eines erwünschten Vakuums, beispielsweise einer Vakuumpumpe, zu verbinden. Ebenso führt eine kleine Bohrung 66 durch die Grundplatte 14, welche als Einlaß für das in der Glasglocke 12 verwendete Gas dient.

Um eine richtige Haftverbindung zwischen dem Überzugsmaterial und einer Unterlage, in diesem Falle den Pasern der Pasermatte, zu erhalten, ist es im allgemeinen wünschenswert eine Vielzahl von Reinigungsstufen vor der Durchführung des Kathodenzerstäubungsverfahrens einzuschalten. Bevor die Fasermatten in die Zerstäubungskammer eingeführt werden, können sie mit solchen Verfahren, wie Waschen in organischen Lösungsmitteln, Vakuumheizbehandlung oder irgendeinem der in der Technik bekannten

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-6-Reinigungsverfahren gereinigt werden.

Der zweite Reinigungsschritt erfolgt, nachdem die Pasermatten in die Zerstäubungskammer eingeführt wurden. Diese Art Reinigung ist als Reinigung durch Ioneneinwirkung bekannt. Sie wird hauptsächlich dadurch erreicht, daß der Gasdruck geregelt wird, bei dem die Glimmentladung im Innern der Kammer aufrechterhalten wird. Für diese Verfahrensstufe können viele Arten von Gasen verwendet werden; ein Inertgas wie Argon oder Krypton wird jedoch bevorzugt.

Der Druck in der Glasglocke 12 wird auf einem sehr niedrigen Wert in dem Druckbereich von 1 bis 10 Mikron gehalten, so daß in der Nähe der Kathoden 18 und 20 der als Crooke'scher oder Kathodendunkelraum bekannte Dunkelraum vorhanden ist und sich auf die Anode 16 zu erstreckt. Je geringer der Druck ist, um so größer ist die Dicke des Dunkelraums, so daß bei Drücken in dem oben genannten Bereich sich der Dunkelraum um eine beträchtliche Entfernung auf die Anode zu erstreckt und den Raum einschließt, indem die Pasermatten 52,5¹J angeordnet sind. Die Ionenreinigung wird in dem Dunkelraum bewirkt, da dies ein Bereich ist, in dem durch Zusammenstöße mit Elektronen aus der Kathode gebildete Gasionen auf die Kathode hin beschleunigt werden und unmittelbar vor Erreichen der Kathode das Maximum der Energie erlangen. Die hauptsächliche Methode der Oberflächenreinigung, wie sie durch diese Ionen erzielt wird, beinhaltet billardkugelähnliche Zusammenstöße, in denen die Ionen auf die Oberflächenatome mit einer Energie auftreffen, die ausreicht, um diese Atome in das Gas hinein abzulösen. Die Ionenreinigung wird auch bewirkt durch einfache Verdampfung infolge der Erhitzung der Unterlage (Fasern) durch das Ionen- j bombardement.

In der Anlage nach Figur 1 werden die beiden Pasermatten 52,5*4 gleichzeitig gereinigt. Die der Anode 16 am nächsten liegenden Seiten der Fasermatten erhalten den vorwiegenden Anteil des Ionenbombardements und die den Kathoden 18,20 zunächst gelegenen Seiten erhalten den überwiegenden Anteil des Bombardements

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durch die Gasatome, welche durch Zusammenstoß mit den Kathoden 18,20 entionisiert worden sind und anschließend in das Gas zurückgeworfen worden sind. Die Fasern in den Matten 52,5¹J sind im allgemeinen klein genug, so daß die durch Ionen- und Atombombardement erzeugte Wärme gleichmäßig durch die ganze Paser verteilt wird, so daß die Wärmereinigung (durch Verdampfung) auf beiden Seiten gleichmäßig geschieht. Auf diese Weise werden die Fasermatten 52,5¹J gleichmäßig und wirksam gereinigt.

Für das Uberzugsverfahren durch Kathodenzerstäubung wird der Gasdruck in der Glasglocke 12 auf den Druckbereich zwischen 20 bis 100 Mikron erhöht und das Elektrodenpotential wird geändert, um optimale Verhältnisse zu erhalten. Bei dieser Er- ™ höhung des Druckes verkleinert sich der Dunkelraum bis zu dem Punkt, wo er nicht mehr erkennbar ist und das Abstäuben von Atomen aus den Kathoden 18,20 verläuft mit viel höheren Geschwindigkeiten. Die Oberflächenatome j welche bei Zusammenstößen mit den Gasionen eine ausreichende Energie erhalten, treten in das Gas ein und diffundieren radial nach außen. Viele von ihnen stoßen mit den den Quellenkathoden 18,20 am nächsten liegenden Fasern zusammen und haften an ihnen und bilden dadurch einen überzug auf diesen. Einige treffen die Fasern nicht und gehen weiter zur Anode l6. Andere werden infolge der Zusammenstöße mit Elektronen, Gasatomen und Gasionen ionisiert. Die poröse Anode l6 wirkt in zweifacher Weise auf diese zer- * stäubten Atome und abgestäubten Atomionen ein. Erstens wird infolge der Polarität der Anode 16 jedes abgestäubte Atomion durch seine Ladung auf die Fasern und Kathoden zurückgestoßen. Zweitens wird den meisten abgestäubten Atomen, die die Anode erreichen, da diese einen beträchtlichen Teil offenen Raumes aufweist, gestattet, durch die Anode hindurch auf die Fasern auf der anderen Seite der entgegengesetzten Fasermatte zu gehen. Dadurch wird die Anzahl der zerstäubten Atome erhöht, welche auf die Oberfläche der der Anode zugewandten Fasern auftrifft. Wegen der porösen Gestalt der Anode 16 erhält man dadurch eine Gleichförmigkeit des Überzugs der Fasermatte.

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In der Figur 1 A wird das Grundgerät nach Figur 1 in seiner einfachsten Form mit einem einzigen Werkstückhalter 22 und . eine Matte 52 von mit überzug zu versehendem Material gezeigt. Die von der oberen Kathode 18 abgewandte Seite der Matte 52 wird durch kathodische Atome von der unteren Kathode 20 überzogen, welche durch die poröse Anode 16 hindurchgehen. Die einzelne Matte 52 wird unabhängig von der Dichte der Matte gleichförmig auf beiden Seiten mit überzug versehen, da ein Stück kompaktes Material ebenfalls mit überzug versehen werden könnte.

Die Aus führungsform nach Figur 1, welche eine Konstruktion von Kathode-Werkstückhalter-Anode-Werkstückhalter-Kathode aufweist, erlaubt nur die ausreichend gleichförmige Beschichtung von aus vielen Fasern bestehenden Matten relativ geringer Dichte, d.h. von Matten, die recht porös sind. Um die gleichmäßige Beschichtung von zwei oder mehr Fasermatten relativ hoher Dichte und von kompakten Materialien zu erhalten, kann eine zweite Ausführungsform der Erfindung nach Figur 2 verwendet werden.

Die in Figur 2 gezeigte Vorrichtung hat den Aufbau Kathode-Anode-Werkstuckhalter-Kathode-Anode-Werkstückhalter-Kathode. Es werden drei Kathoden 68,70,72 verwendet, die oben bzw. in der Mitte bzw. unten in der Vorrichtung angeordnet sind. Die obere und die mittlere Kathode 68,70 werden durch Teile 7^,76 gehaltert, welche miteinander und in ähnlicher Weise, wie in Figur 1 beschrieben, in einem Hohlrohr 78 verbunden sind. In ähnlicher Weise wird die untere Kathode 72 durch ein Teil 80 gehaltert, dessen vertikaler Teil in einem Hohlrohr 82 angebracht ist.

Die beiden Anoden 84 bzw. 86 sind zwischen den oberen bzw. mittleren Kathoden 68 bzw. 70 angeordnet. Die porösen Anoden 84,86 sind ähnlich wie die oben beschriebenen über ihre Halteteile 88,90 mit der Grundplatte 92 der Anlage verbunden, welche ihrerseits elektrisch geerdet ist.

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Die beiden Werkstückhalter 94,96 sind jeweils unmittelbar unterhalb der beiden Anoden 84,86 angeordnet. Die Werkstückhalter 94,96 sind über ihre entsprechenden Trageteile 98,100 und einen großen Reihenwiderstand mit ihren benachbarten Kathoden verbunden.

Wie in Figur 1 umgibt die Vorrichtung nach Figur 2 eine Glasglocke 102, die in geeigneter Weise dicht auf der Grundplatte 92 aufliegt. Ebenso ist in der Grundplatte 92 eine Durchbohrung 104 angeordnet, welche zur Aufrechterhaltung des gewünschten Vakuums in der Glasglocke 102, wie oben erörtert, mit einer geeigneten Vakuumpumpe verbunden wird. Zum Einlaß g eines gewünschten Gases in das Innere der Glasglocke 103 ist auch eine kleine Gaseinlaßöffnung IO6 vorgesehen.

Die Kathoden 68 und 70 sind vorzugsweise mit einem gemeinsamen Gleichstromnetzteil verbunden und die Kathode 72 ist mit einem nicht-gezeigten getrennten Gleichstromnetzteil verbunden.

Die Ausfuhrungsform nach Figur 2 arbeitet in ähnlicher Weise wie die der Figur 1 im Hinblick auf die Ionenreinigung und den Vorgang der Herstellung des Überzugs durch Kathodenzerstäubung. Die Ausnahme besteht darin, daß die mittlere Kathode 70 als gemeinsame Kathode zur Beschichtung der Seiten der Fasermatten 108,110 auf den Werkstückhaltern 94,96 verwendet ( wird, welche dieser Kathode zugewandt sind, anstatt, wie bisher, allein die durch die Matten hindurchgegangenen zerstäubten Atome zu verwenden.

Bei dieser Vorrichtung gehen die zerstäubten Atome von der oberen Kathode 68 durch die obere poröse Anode 84 und werden auf der oberen Seite der Fasermatte I08 abgeschieden. Die zerstäubten Atome von der Oberseite der mittleren Kathode 70 werden auf der unteren Seite der oberen Fasermatte 108 abgeschieden, um auf diese Weise einen gleichförmigen überzug dieser Matte zu erhalten. Die obere Seite der unteren Fasermatte 110 wird durch zerstäubte Atome beschichtet, die von der unteren Seite der mittleren Kathode 70 herkommen und durch die poröse Anode

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gehen. Die untere Seite der unteren Matte 110 wird durch Abscheidung von zerstäubten Atomen aus der unteren Kathode 72 mit Überzug versehen, so daß man einen gleichförmigen Überzug der unteren Fasermatte 110 erhält.

Wenn gewünscht, können eine oder mehrere der Kathoden 68,72 abgeschirmt werden, wie in Figur 1 gezeigt, so daß die von ihnen ausgehenden zerstäubten Atome ih den gewünschten Bereich konzentriert werden.

Um die Menge des Materials zu erhöhen, welches in einer einzigen Anlage mit einem Überzug durch Anodenzerstäubung versehen werden kann, können im Rahmen der durch die Erfindung gegebenen technischen Lehre an den in Figur 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen viele Modifikationen vorgenommen werden. Durch die übereinanderreihung zusätzlicher Elemente können eine oder mehr zusätzliche Werkstückhalter zugefügt werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung nach Figur 1 dadurch modifiziert werden, daß die Abschirmung 28 von der oberen Kathode 18 entfernt wird und zusätzliche Lagen von Werkstückhalter-Anode-Kathode (wenn ein weiterer Werkstückhalter erwünscht ist) oder Werkstückhalter Anode-Werkstückhalter-Kathode (wenn zwei zusätzliche Werkstückhalter erwünscht sind) eingebaut^werden. Ein Beispiel hierzu wird in der weiter unten beschriebenen Figur 3 gezeigt.

In gleicher Weise kann die Vorrichtung nach Figur 2 dadurch modifiziert werden, daß oberhalb der obersten Kathode 68 Schichtungen von Werkstückhalter-Anode-Kathode (wenn eine zusätzliche Schicht erwünscht ist) oder von Werkstückhalter-Anode-Kathode-Werkstückhalter-Anode-Kathode (wenn zwei zusätzliche Werkstückhalter erwünscht sind) modifiziert werden. Die Vorrichtung nach Figur 1 kann ebenfalls dadurch modifiziert werden, daß eine poröse Anode von zylindrischer, kugelförmiger oder kegelförmiger Gestalt verwendet wird und ein oder mehr Werkstückhalter in eine vieleckförmige, zylindrische oder kugelförmige Anordnung angebracht werden und um die Werkstückhalter herum eine oder mehrere Kathoden in einer im wesentlichen ähnlichen Gestalt angebracht werden.

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Pigur 3 ist eine Modifikation der Vorrichtung nach Figur 1, so daß mit einer einzigen porösen Anode 112 vier Werkstückhalter verwendet werden können. Die poröse Anode 112 ist in der Mitte angebracht und hat vorzugsweise eine rechteckige Form. Die vier Werkstückhalter H¹J sind in einer im wesentlichen rechtwinkligen Gestalt im Abstand davon angeordnet und Fasermatten 116 sind daran befestigt. Außen an jedem'Werkstückhalter 114 ist eine von vier Kathoden 118 mit ihrer jeweiligen Abschirmung 120 im Abstand angeordnet. Diese Teile werden in eine geeignet abgedichtete Glasglocke 121, wie in der Vorrichtung nach Figur 1, eingebracht. Bei dieser vereinfachten Darstellung sind die Halteteile und die elektrischen Verbindungen für jede der einzelnen Teile nicht gezeigt. Die elektrische Verbindung für jedes Teil ist die gleiche wie in Figur 1, d.h. jede Kathode 118 ist mit einem passenden Gleichstromnetzteil (nicht gezeigt) verbunden, jeder Werkstückhalter H¹J ist in Reihe mit einem sehr großen Widerstand verbunden, welche seinerseits an die Kathoden 118 angeschlossen sind und die Anode ist an Masse angeschlossen.

Es ist leicht ersichtlich, daß bei dieser Ausfuhrungsform, die poröse Anode 112 und vier Kathoden 118 verwendet, gleichzeitig vier Matten 116 aus Fasermaterial mit überzug versehen werden können.

Ein weiterer Weg eine relativ große Materialmenge durch Kathodenzerstäubung mit einem überzug zu versehen, besteht in der Verwendung einer Vorrichtung für ein kontinuierliches Verfahren, wie sie in den Figuren k und 5 gezeigt sind. Die Ausführungsform nach Figur 4 verwendet die in Figur 1 gezeigte Elektrodenanordnung und die Vorrichtung nach Figur 5 verwendet die Elektrodenanordnung nach Figur 2. Die in den Figuren 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen für die Herstellung von Überzügen in einem kontinuierlichen Kathodenzerstäubungsverfahren unterscheiden sich nur durch ihre Elektrodenanordnungen.

Die Hauptteile der Ausführungsformen für kontinuierliche Überzugsherstellung durch Kathodenzerstäubung nach Figur 4 und 5

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schließen eine Vakuumkammer 122 mit im wesentlichen länglicher Form ein, welche durch eine Unterteilung 124 in eine Ionenreinigungsteilkammer 122A und eine Kathodenzerstäubungsteilkammer 122B unterteilt sind. Im wesentlichen in Längsrichtung in den Teilkammern 122 A, 122 B laufen zwei Fördersysteme 126,128. Jedes dieser Systeme enthält ein kontinuierliches poröses Laufband 130,132, das nicht mehr als einen geringen Prozentsatz der Oberfläche des zu beschichtenden Materials bedeckt und als Werkstückhalter dient, welcher im wesentlichen durch die Drehteile 134,136 und 138 an den Enden der jeweiligen Laufbänder 130,132 gehalten und angetrieben wird. Eines oder beides der drehbaren Teile für jedes Laufband 130,132 können in der durch Pfeile angedeuteten Richtung durch geeignete Vorrichtungen für eine Drehbewegung angetrieben werden, beispielsweise durch einen Elektromotor. Wenn nur ein Teil angetrieben wird, wirkt das andere Teil als Leerlaufrolle. Zusätzliche Leerlaufrollen oder angetriebene Teile können an geeigneten Plätzen längs des Laufbandes 130,132 erforderlichenfalls angeordnet werden. Jedes andere geeignete Fördersystem könnte verwendet werden; im gewünschten Falle kann selbstverständlich nur ein einziges Fördersystem verwendet werden.

Im oberen linken Teil der Kammer 122 wird eine Einlaßöffnung 142 mit Vakuumschleuse gezeigt, welche ohne Zerstörung des Vakuums in der Kammer 122 den Einsatz von unbeschichteten Fasern in die Kammer 122 gestatten. Dies kann dadurch erreicht werden, daß am Eingang zur Ionenreinigungsteilkammer 122A eine Luftschleusenkammer vorhanden ist. Die Fasern könnten in die LuftSchleusenkammer gebracht werden, die Kammer könnte dann evakuiert werden und zum Inneren der Reinigungsteilkammer 122 A hin geöffnet werden. Die Fasern können dann durch die Einlaßöffnung hindurchgeführt und durch Schwerkraft unmittelbar auf dem oberen Förderband I30 angebracht werden. Um /tieschichtete Fasern auf das untere Förderband 132 aufzugeben, wird eine Vorrichtung, wie beispielsweise ein Schacht 144, verwendet. In der unteren rechten Ecke der Kammer 122 B ist eine VakuumscnIeusenauslaßöffnung 146, in ihrer Arbeitsweise ähnlich der Einlaß-

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öffnung l42, angeordnet, um die an den Enden der Laufbänder 130,132 herabfallenden mit überzug versehenen Fasern aufzunehmen.

In der Ausführungsform nach Figur 4 ist über dem oberen Laufband 130 ein oberer Satz von Kathoden 148 angeordnet und unter dem unteren Laufband 132 ein unterer Satz von Kathoden 150. Zwischen den beiden Laufbändern 130,132 ist eine Vielzahl von porösen Anoden 152 angebracht. Alle drei Elektrodensätze 148,150,152 schließen Teile 148A,15OA,152A ein, die in die Ionenreinigungskammer 122 A hineinragen.

Beim Betrieb werden an die Kammer 122 in geeigneter Weise eine oder mehrere Vakuumpumpen angeschlossen, um eine solche Druckverteilung aufrechtzuerhalten, daß ein wesentlicher Teil der Ionenreinigungskammer 122A in dem für die wirksame Reinigung erforderlichen Druckbereich (1-10 Mikron) gehalten wird und ein wesentlicher Teil der Zerstäubungskammer 122B in dem Druckbereich für eine wirksame Überzugsherstellung (20-100 Mikron) gehalten wird. Die Kathoden 148,150 sind mit einem geeigneten elektrischen Netzteil verbunden, die Kathoden 148A,15OA sind mit einem getrennten elektrischen Netzteil verbunden, um das optimale Potential zu erhalten und die Anoden 152,152A sind an Masse angeschlossen. ·

Die nicht mit überzug versehenen Fasern treten über die Einlaßöffnung 142 in die Kammer 122A ein und werden auf die oberen Oberflächen der bewegten Laufbänder 130,132 aufgegeben. Die Fasern werden dann durch die Ionenreinigungskammer 122A hindurch bewegt, so daß sie nach der zuvor beschriebenen Methode ausreichend gereinigt werden. Dann treten die gereinigten Fasern in die Zerstäubungskammer 122B ein, in der das Kathodenmaterial aus den Kathoden 148.,I50 im wesentlichen gleichförmig auf den Fasern abgeschieden wird, da die Laufbänder 130,132 und die Anoden 152 alle einen beträchtlichen Anteil von freiem Raum aufweisen. Der Vorgang der Aufbringung des Überzuges ist ähnlich dem Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Figur 1

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beschriebenen Vorgang. Die mit Überzug versehenen Pasern fallen dann am Ende der sich bewegenden Laufbänder 130,132 in die Auslaßöffnung 146, welche das Herausnehmen der Fasern aus der Vorrichtung mit geringer Einwirkung auf den Druck in der Vorrichtung gestattet.

Die Vorrichtung nach Figur 5 ist im wesentlichen die gleiche wie die nach Figur 4, mit Ausnahme der Elektrodenstruktur, welche grundsätzlich den gleichen Aufbau besitzt, wie die in Figur 2. In Figur 5 besteht die Elektrodenstruktur aus einem oberen Satz von Kathoden 154,154A oberhalb des oberen Laufbandes 130 und einem unteren Satz von Anoden 156,156A, die dazwischen angeordnet sind. Zwischen den beiden Laufbändern 130,132 sind ein mittlerer Satz von Kathoden 158,15δΑ und ein unterer Satz von Anoden 16O,16OA angebracht. Unterhalb des unteren Laufbandes 132 ist ein unterer Kathodensatz 162,162A angeordnet. Das grundsätzliche kontinuierliche überzugsverfahren bei der Ausführungsform nach Figur 5 ist ähnlich dem im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Figur 4 beschriebenen, mit der Ausnahme, daß der Teil des Verfahrens, der die Herstellung des Überzugs durch Kathodenzerstäubung betrifft, in der'Weise abläuft, wie sie im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Figur 2 beschrieben wurde.

Im gewünschten Falle können die grundsätzlichen Vorrichtungen nach Figur 4 und 5 für ein kontinuierliches Verfahren durch Verwendung von Kathoden mit verschiedenen Kathodenmaterialien so modifiziert werden, daß sie auf kontinuierlicher Basis zwei oder mehr Lagen von Überzügen liefern. Ebenso kann selbstverständlich die Elektrodenstruktur gemäß den weiter oben im Zusammenhang mit der Erörterung der Figuren 1,2 und 3 vorge- ' schlagenen Modifikationen modifiziert werden.

Um die Brauchbarkeit des Überzuges zu verbessern, kann an irgendeiner der vorstehend offenbarten Ausführungsformen eine Anzahl von Modifikationen vorgenommen werden. Um die Gasmengen zu verringern, die in dem Überzug eingeschlossen werden können, sollte der sowohl für die Ionenreinigung als auch für die

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Kathodenzerstäubung erforderliche Gasdruck verringert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, indem man eine oder mehrere heiße Hilfskathoden verwendet, um die für die Aufrechterhaltung einer Glimmentladung erforderlichen Elektroden bei erhöhtem Druck zu liefern.

Ebenso kann die Form der Kathoden abgewandelt werden, um die Gleichförmigkeit der Beschichtung im Innern der Matte zu verbessern. Wenn eine Kathode aus einer ebenen Platte verwendet wird, ist der Fluß der aus der Kathode abdampfenden zerstäubten Atome in einer Richtung senkrecht auf dem Mittelpunkt der Kathodenplatte am größten und wird mit Erhöhung des Abstandes vom Mittelpunkt der Kathode stetig geringer. Wenn jedoch die ™ Kathodenplatten konkav sind (d.h. die konkaven Oberflächen sind der Anode zugewandt), beispielsweise parabel- oder halbkugelförmig, dann wird sich der Fluß der abgesprühten Atome mit steigendem Abstand erhöhen und dadurch eine gleichmäßigere Beschichtung der ganzen Fasermatte erzeugen.

Die vorliegende Erfindung liefert daher eine leistungsfähige Vorrichtung für im wesentlichen gleichförmige überzüge durch kathodieche Zerstäubung auf Trägermaterialien, insbesondere Fasermaterialien.

Die vorliegende Erfindung kann auf die verschiedenste Weise λ abgewandelt werden, ohne d die durch die Erfindung gegebene technische Lehre und ihren Umfang zu verlassen.

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Claims

entansprüche

Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vakuumkammer mit mindestens zwei Kathoden (18,20), eine zwischen den Kathoden angeordnete Anode (16) und mindestens einen zwischen der Anode (16) und einer der Kathoden (18,20) angebrachten Werkstückhalter (22,24) besitzt und die Fläche innerhalb der Umrandung der Anode (16) und des Werkstückhalters (22,24) jeweils im wesentlichen offen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-, ze i chnet, daß sie einen zweiten zwischen der Anode (16) und der anderen Kathode angebrachten Werkstückhalter (22,24) besitzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (84) die Form eines Kreisringes aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kathodenabschirmvorrichtung (28,30,120) aufweist, um die Glimmentladung im wesentlichen auf den Raum zwischen den beiden Kathoden zu beschränken.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anode (112) mit mindestens drei Hauptflächen, einer benachbart zu jeder Hauptfläche der Anode (112) angebrachte Kathode (118) und einen jeweils zwischen jeder der Hauptoberflächen der Anode (112) und der benachbarten Kathode (118) angeordneten Werkstückhalter (114) besitzt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen oberen Satz von in gleicher Ebene angeordneten Kathoden (148,148A) (154,154A) einen unteren Satz von Kathoden (150,15OA) (162,162A) in gleicher Ebene und parallel zu dem oberen Satz, sowie, einen Satz von in gleicher Ebene angeordneten zwischen und parallel zu den Kathoden-

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Sätzen angebrachten Satz von Anoden (150,15OA) (l6O,l6OA) sowie einen seitlich beweglichen und zwischen dem unteren Satz von Kathoden und dem Satz von Anoden angeordneten Werkstückhalter (132) besitzt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zwischen dem Anodensatz (16O,16OA) und dem oberen Kathodensatz angeordneten zweiten seitlich beweglichen Werkstückhalter (130), einen zweiten Satz von auf gleicher Ebene liegenden Anoden (156,15öA) zwischen dem oberen Kathodensatz (15^,15¹IA) und dem zweiten Werkstückhalter (130) und einen, dritten Satz von Kathoden (158,158A) | auf gleicher Ebene unmittelbar unterhalb des zweiten Werkstückhalters (132) besitzt.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und/oder 7, dadurch

gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer in eine

teil
Ionenreinigungs/kammer (122A) und eine Teilkammer (122B) zur Herstellung eines Überzuges durch Kathodenzerstäubung besitzt, wobei die Ionenreinigungsteilkammer (122A) einen wesentlich niedrigeren Dauerdruck aufweist als die Teilkammer (122B) zur Kathodenzerstäubung, mindestens eine von den Kathoden und Anoden jedem Satz von Kathoden und Anoden in der.Ionenreinigungsteilkammer (122A) vorhanden ist und der oder die Werkstückhalter so beschaffen sind, daß sie zuerst durch die Ionen- " reinigungsteilkammer (122A) und dann durch die Teilkammer (122B) zur Herstellung des Überzuges durch Kathodenzerstäubung bewegbar sind.

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