Vorrichtung zur Durchfiihrung einer kontinuierlichen Beschichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Erzeugen einer Beschichtung auf einer bewegten fadenförmigen Unterlage unendlicher Länge, entsprechend dem Hauptpatent.
In dieser ist eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Beschichtung auf einer bewegten fadenförmigen Unterlage unendlicher Länge beschrieben, welche gekennzeichnet ist durch eine Reinigungskammer mit einem Einlass und einem Auslass für ein inertes Gas, und eine Anordnung zum Evakuieren aufweisende Vakuumabdichtkammer und eine der Vakuumabdichtkammer benachbart angeordnete und eine getrennte Anordnung zum Evakuieren aufweisende Beschichtungskammer und einen Einlass für das zu beschichtende Material in die Beschichtungskammer, und Öffnungen für den Durchlass des Materials durch die Reinigungskammer und die Vakuumabdichtkammer und die Beschichtungskammer, wobei diese Öffnungen nur wenig grösser als das zu beschichtende Material sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Beschichtungskammer elektrische Kontakte, um eine elektrische Verbindung mit geringer mechanischer Reibung zu der leitenden, fadenförmigen Unterlage herzustellen, so dass diese auf ihrem Weg durch die Beschichtungskammer auf eine Temperatur, bei welcher die Zersetzung eines Beschichtungsmaterials eintritt, erhitzt werden kann. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung enthält weiter einen Gaskollimator, der als eine den Gasdurchfluss leitende Zwischenwand mit einem geschlitzten Durchlass ausgebildet ist, dessen Länge praktisch der Länge der fadenförmigen Unterlage in der Beschichtungskammer entspricht, wobei diese Zwischenwand zwischen der fadenförmigen Unterlage und der Einlassöffnung für das Beschichtungsgas angeordnet ist.
Die vorliegende erfindungsgemässe Vorrichtung betrifft nun eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Vorrichtung nach dem Hauptpatent. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtungskammer als senkrecht angeordneter rohrförmiger Raum ausgebildet und in Teilräume von vorherbestimmender Länge unterteilt, wodurch eine grösstmögliche Ablagerungsgeschwindigkeit in der Vorrichtung erreicht werden kann. Die Unterteilungen der Kammer enthalten Quecksilberbehälter, von denen jeder im Boden eine Öffnung aufweist, welche den Durchlauf der fadenförmigen Unterlage mit dem darauf aufgeschichteten Material durch den Behälter erlaubt, aber den Abfluss des Quecksilbers verhindert.
Diese Behälter bilden einen elektrischen Kontakt zu der fadenförmigen Unterlage und sind mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden, um in jeder Unterteilung der Beschichtungskammer einen Stromkreis für die Widerstandserhitzung der zu beschichtenden Unterlage zu bilden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind alle elektrischen Quecksilberkontakte in einer festen Lage gegeneinander angeordnet, so dass sie gesamthaft aus der Beschichtungskammer entfernt werden können.
Die Erfindung soll nun mit Hilfe der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Fig. 1 ist ein Schnitt durch den oberen Teil einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein horizontaler Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Beschichtungskammer.
Der in Fig. 1 gezeigte obere Teil einer Vorrichtung nach der Erfindung enthält eine, in der Beschichtungskammer angeordnete, zum Ausbauen vorgesehene innere Einrichtung zum Widerstandserhitzen der durch die Beschichtungskammer geführten leitenden, fadenförmigen Unterlage. Diese Einrichtung enthält eine Mehrzahl von Abschnitten in denen Teile der fadenförmigen Unterlage in der Kammer unabhängig voneinander erhitzt werden können, so dass ein durch die Kammer bewegter gegebener Teil dieser Unterlage während seines Durchlaufs durch die Kammer wiederholt erhitzt wird. Dazu ist eine vertikal angeordnete rohrförmige Beschichtungskammer 22 mit zwei gleichartigen, an ihren Enden angeordneten und als Ein- bzw.
Austrittskammer 23 verwendeten Bauteilen vorgesehen, welche Durchlassöffnungen 24 für den Faden und Einlassleitungen 25 und Auslassleitungen 26 für ein inertes Reinigungsgas und Vakuumleitungen 27 aufweist. Die Beschichtungskammer 22 ist mit den Ein- bzw. Austrittskammern 23 durch mit Gewinde versehenen Hülsen 28 und abdichtenden O-Rin- gen verbunden.
Die Beschichtungskammer 22 enthält weiter eine Einlassleitung 30 für das zur Beschichtung verwendete Gas und eine mit einer Saugpumpe verbundene Vakuumleitung 31. Das Innere der Beschichtungskammer 22 ist durch Trennwände 32 in Teilkammern unterteilt. In Fig. 1 ist nur eine solche Teilkammer gezeigt. Die Trennwände 32 sind an elektrisch nicht-leitenden Stäben 33 und einem für das zur Beschichtung verwendete Gas vorgesehenen Deflektor 34 in einem vorherbestimmten Abstand befestigt. Der Deflektor 34 begrenzt eine schlitzförmige Öffnung zwischen der Einlassleitung 30 für das zur Beschichtung verwendete Gas und der Mittellinie der Kammer 22.
Längs dieser Mittellinie sind Quecksilberbehälter 35 angeordnet, deren Boden von einem mit einer senkrechten Öffnung versehenen Lagerstück 36 abgeschlossen ist, wobei die Öffnung nur um weniges grösser ist als der Durchmesser des in der Vorrichtung zu behandelnden Fadens ist. Der Behälter 35 und die Trennwände 32 sind aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus Messing hergestellt, wodurch eine elektrische Leitung zwischen dem Quecksilber im Behälter 35 und den elektrischen Kontakten 37 an der Innenwand der Beschichtungskammer 32 gewährleistet ist.
Wenn ein elektrisch leitender Faden, der durch die verschiedenen, für den Faden vorgesehenen Durchlassöffnungen und Quecksilberbehälter geführt wird, erhitzt werden soll, wird elektrischer Strom durch die Zuleitungen 38 in die Beschichtungskammer 22 und an die elektrischen Kontakte 37 geführt.
In Fig. 2 sind einige Einzelheiten der Beschichtungskammer und der Trennwände besser zu erkennen. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, weist die Trennwand 32 einen Einschnitt 39 auf, welcher das vertikale Einsetzen der zusammengebauten Wände mit den Verbindungsstäben, den Zwischenwänden u. den Quersilberbehältern, durch welche eine fadenförmige Unterlage gezogen ist, erlaubt.
Beim senkrechten Einschieben der Einrichtung in die Beschichtungskammer kommt die Aussparung 39 mit den elektrischen Konktakten 37, die an der inneren Wand der Beschichtungskammer 22 angeordnet sind, in Eingriff.
Wenn die Anordnung ganz eingeschoben ist, wird sie im Gegenuhrzeigersinn um etwa 800 in ihre, in den Fig. 1 und 2 gezeigte Endstellung gedreht.
Die sowohl bei der Arbeitsvorbereitung als auch beim Betrieb einer Vorrichtung entsprechend den Figuren 1 und 2 erreichbaren Vorteile sind offensichtlich. Das Einführen einer sehr feinen, fadenförmigen Unterlage durch alle, Quecksilber enthaltende Behälter wird ganz wesentlich erleichtert, wenn diese Trennwände gesamthaft aus der Beschichtungskammer entfernt werden können.
Es ist insbesondere dieses Merkmal, welches der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ihre grosse praktische Bedeutung gibt.
Weitere Änderungen, welche an der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, sind beispielsweise die Einstellung der optimalen Abstände zwischen den einzelnen Trennwänden. Diese können innerhalb der Beschichtungskammer in Abhängigkeit von der örtlichen Ablagerungsgeschwindigkeit verändert werden. Beispielsweise erfolgt die Ablagerung von Diboran auf eine widerstands erhitzte, mit Kohlenstoff beschichtete Siliciumoxyd-Unterlage nur auf einer kurzen Strecke oberhalb des für die Widerstandserhitzung verwendeten Kontakts der ersten Unterteilung. Deshalb kann die in Fig. 1 gezeigte erste Unterteilung sehr kurz sein, während die darauffolgenden Unterteilungen zunehmend länger sein können. Bei einer besonderen Ausführungsform der in Fig. I gezeigten Vorrichtung betrugen die Längen dieser Unterteilungen etwa 5, 10, 10, 15, 15 und 15 cm.
Die Vorrichtung nach dem Hauptpatent, welche eine Beschichtungskammer mit einer Länge von etwa 70 cm aufweist, war zum Erzeugen einer sehr reinen amorphen Borschicht auf einer mit Kohlenstoff beschichteten Siliciumoxyd-Unterlage mit einem nominalen Durchmesser von etwa 0,017 mm verwendet worden. Dabei entstand ein zum überwiegenden Teil aus Bor bestehender Faden mit einem Durchmesser von 0,10 mm, der eine sehr hohe Zerreissfestigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul aufwies. Dazu wurde die aus Siliciumoxyd bestehende fadenförmige Unterlage mit einer Geschwindigkeit von etwa 215 cm/Min. durch das Reaktionsgefäss bewegt, während die Beschichtungskammer einen Druck von etwa 2 mm Quecksilbersäule aufwies.
Die fadenförmige Unterlage wurde durch verschiedene Paare elektrischer Zuleitungen, welche die Beschichtungskammer in verschiedene Abteilungen gleicher Länge unterteilten, wiederholt auf 7000C erhitzt. Zugleich wurde gasförmiges Diboran mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 cm3/ Min. (gemessen bei Standard-Bedingungen der Temperatur und des Drucks) an 6 verschiedenen Orten in die Beschichtungskammer eingeführt, der Gaskolimator in der Beschichtungskammer wies einen Schlitz mit einer Breite von 0,89 mm auf. Dabei wurde eine Ablagerungsgeschwindigkeit von etwa 16,5 mm/Std. erreicht. Unter gleichen Verfahrensbedingungen wurde ein 0,10 mm dikker beschichteter Borfaden in der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Vorrichtung hergestellt, wozu eine Durchlaufgeschwindigkeit, welche bis zu 610 cm/Min. erreichte, verwendet werden konnte.