CH615951A5

CH615951A5 - Process and appliance for metallising sheet-like material, especially of continuous material webs.

Info

Publication number: CH615951A5
Application number: CH915474A
Authority: CH
Inventors: Hermann Johannes Schladitz
Original assignee: Schladitz Whiskers Ag
Priority date: 1973-08-29
Filing date: 1974-07-04
Publication date: 1980-02-29
Also published as: DE2343499B2; JPS5051476A; IT1017711B; DE2343499C3; FR2242484B1; DE2343499A1; GB1477196A; FR2242484A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Metallisieren von flächigen Materialien, insbesondere von durchlaufenden Materialbahnen, bei denen durch Zersetzen einer gasförmigen Metallverbindung ein metallischer Überzug auf dem flächigen Gut erzeugt wird. The present invention relates to methods and devices for metallizing flat materials, in particular continuous material webs, in which a metallic coating is produced on the flat material by decomposing a gaseous metal compound.

Die bekannten Vorrichtungen dieser Art weisen den Nachteil auf, dass die Qualität und Dicke der auf dem flächigen Gut erzeugten Schichten sehr unterschiedlich sind. Infolge der grossräumigen Abscheidung des Metalls bei der Zersetzung der thermisch spaltbaren Metallverbindung wird je nach den örtlichen Verhältnissen auf der zu metallisierenden Oberfläche (Bekeimungsgrad, Unregelmässigkeit o. dgl.) eine erhebliche Unregelmässigkeit sowohl in der Menge des abgeschiedenen Metalls als auch in bezug auf dessen kristalline Struktur hervorgerufen, wobei sich im allgemeinen eine unerwünschte in der Kristallgrösse schwankende grobkristalline Struktur ergibt. The known devices of this type have the disadvantage that the quality and thickness of the layers produced on the flat material are very different. As a result of the large-scale deposition of the metal during the decomposition of the thermally fissile metal compound, depending on the local conditions on the surface to be metallized (degree of germination, irregularity or the like), there is a considerable irregularity both in the amount of the deposited metal and in relation to its crystalline Structure caused, which generally results in an undesirable coarsely crystalline structure fluctuating in crystal size.

Ausserdem ergibt sich die Notwendigkeit, das gesamte flächige Material einer nicht unbeträchtlichen Erwärmung zu unterziehen, weil die gängigen gasförmigen Metallverbindungen, z.B. Metallcarbonyle, relativ hoch gelegene Zersetzungstemperaturen aufweisen, bei denen einige der zu metallisierenden Materialien bereits plastisch werden oder sonstige unerwünschte Eigenschaftsänderungen erleiden; ausserdem ist der Energieaufwand für die Erwärmung des gesamten Materials, insbesondere bei durchlaufenden Materialbahnen, erheblich und erfordert besondere Vorkehrungen, z.B. besondere Heizkammern, um das zu metallisierende Gut auf die Zersetzungstemperatur der gasförmigen Metallverbindung aufzuheizen, bevor es in die eigentliche Metallisierungskammer eingeführt werden kann. Örtliche Unterschiede bei der Aufheizung des Gutes führen zu weiteren Unregelmässigkeiten bei der Metallisierung der Oberflächen des zu metallisierenden Gutes. Bei nur oberflächlicher Erwärmung des flächigen Gutes ergibt sich wiederum die Gefahr, dass der stark endotherm verlaufende Metallisierungsvorgang unterbrochen wird und eine ungenügende Metallisierung stattfindet. In addition, there is a need to subject the entire sheet material to a not inconsiderable heating because the common gaseous metal compounds, e.g. Metal carbonyls, have relatively high decomposition temperatures at which some of the materials to be metallized are already plastic or undergo other undesirable changes in properties; in addition, the energy required to heat the entire material, especially in the case of continuous material webs, is considerable and requires special precautions, e.g. special heating chambers to heat the material to be metallized to the decomposition temperature of the gaseous metal compound before it can be introduced into the actual metallization chamber. Local differences in the heating of the goods lead to further irregularities in the metallization of the surfaces of the goods to be metallized. If the flat material is only heated superficially, there is again the risk that the metallization process, which is highly endothermic, is interrupted and insufficient metallization takes place.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Abscheidungsbedingungen für den Metallüberzug reproduzierbarer und gleichmässiger zu gestalten und eine übermässige Erwärmung des durchlaufenden Gutes sowie besondere Heizkammern zu vermeiden. The object of the present invention is to make the deposition conditions for the metal coating more reproducible and uniform and to avoid excessive heating of the material passing through and special heating chambers.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die zu metallisierende Oberfläche des flächigen Materials quer zur Erstrek-kungsrichtung mindestens einer Wärmestrahlung sammelnden Brennlinie eines optischen Systems so bewegt wird, dass die Brennlinie in dem zu metallisierenden Oberflächenbereich entweder in diesem oder in unmittelbarer Nähe desselben während der Relativbewegung zwischen Brennlinie und dem zu metallisierenden Material verläuft. This object is achieved in that the surface of the flat material to be metallized is moved transversely to the direction of extent of at least one focal line of an optical system collecting heat radiation in such a way that the focal line in the surface region to be metallized either in this area or in the immediate vicinity thereof during the relative movement runs between the focal line and the material to be metallized.

Die Erfindung betrifft ausserdem Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Gemäss einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung weist die Metallisierungskammer, in der mindestens eine Wärmestrahlung sammelnde Brennlinie verläuft, in ihren Wandungen gegenüberliegende Schlitze auf, die unter sich und zu der Brennlinie parallel verlaufen, wobei die zur Durchführung des durchlaufenden flächigen Gutes dienenden Schlitze vorzugsweise als Schleusen ausgebildet sind und die Metallisierungskammer in an sich bekannter Weise mit Zuführungen bzw. Auslässen für die gasförmige Metallverbindung versehen ist. The invention also relates to devices for carrying out the method. According to one embodiment of the device according to the invention, the metallization chamber, in which at least one focal line collecting heat radiation runs, has opposite slits in its walls, which run underneath and parallel to the focal line, the slits serving to carry out the flat material passing through preferably being designed as locks are and the metallization chamber is provided in a manner known per se with inlets or outlets for the gaseous metal compound.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Metallisierungskammer die Form einer endseitig geschlossenen Rinne elliptischen Querschnittes auf, welche auf der dem Rinnenboden abgewandten Seite mit einem strahlungsdurchlässigen Deckel versehen ist, während die Wandungen der Rinne als Reflektor ausgebildet sind. Die seitlichen Durchtrittsschlitze für das durchlaufende Gut begrenzen hierbei natürlich die Reflektorwirkung der Rohrwandungen, was eben dann nicht sehr ins Gewicht fällt, wenn sich die Brennlinie in der Nähe des Rinnenbodens befindet. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the metallization chamber is in the form of an end-closed channel of elliptical cross-section, which is provided on the side facing away from the channel bottom with a radiation-permeable cover, while the walls of the channel are designed as reflectors. The lateral passage slots for the material passing through naturally limit the reflector effect of the pipe walls, which is not very important if the focal line is near the channel bottom.

Die Strahlungsquelle ist hierbei vorzugsweise in einem The radiation source is preferably in one

2 2nd

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

615 951 615 951

gleichfalls als Fokussierspiegel wirkenden Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse für die Strahlungsquelle kann einen elliptischen Querschnitt aufweisen, welcher den elliptischen Querschnitt der Metallisierungskammer zu einem geschlossenen elliptischen Querschnitt ergänzt. Infolge der geschlossenen 5 Metallisierungskammer kann an den Strahlungsquellen kein Niederschlag der gasförmigen Metallverbindung entstehen. Die Kammer, in der die Strahlung erzeugt wird, sollte hierbei nicht geschlossen sein, weil eine gewisse Kühlung der Anschlüsse sowie des Luftraumes um die Strahlungsquellen i» erwünscht sein kann, wenn mit stärkeren Wärmeleistungen gearbeitet wird. also arranged as a focusing mirror housing. The housing for the radiation source can have an elliptical cross section, which supplements the elliptical cross section of the metallization chamber to form a closed elliptical cross section. As a result of the closed 5 metallization chamber, no precipitation of the gaseous metal compound can occur at the radiation sources. The chamber in which the radiation is generated should not be closed here because a certain cooling of the connections and of the air space around the radiation sources may be desirable when working with higher heat outputs.

Es versteht sich von selber, dass in der Metallisierungskammer auch mehrere zueinander parallel liegende Brennlinien vorgesehen sein können, die in der Ebene des durchlaufenden is Materials liegen, um hierdurch mehrere Metallisierungszonen zu schaffen. It goes without saying that a plurality of focal lines lying parallel to one another can also be provided in the metallization chamber and lie in the plane of the material passing through, in order to thereby create a plurality of metallization zones.

Vorzugsweise verläuft das flächige metallisierende Gut in ebener Form durch die Metallisierungskammer hindurch, The flat metallizing material preferably runs in a flat shape through the metallization chamber,

während die Brennlinie die Form einer Geraden hat. Falls das 20 flächige Gut die Form einer abwickelbaren krummen Fläche hat, kann auch die Brennlinie als entsprechend gekrümmte Linie vorgesehen werden, was sich durch entsprechende Gestaltung des optischen Systems in an sich bekannter Weise erzielen lässt. 2s while the focal line is in the form of a straight line. If the 20-dimensional material has the shape of a curved surface that can be developed, the focal line can also be provided as a correspondingly curved line, which can be achieved in a manner known per se by appropriate design of the optical system. 2s

Man kann natürlich auch bei ldeineren Abmessungen des flächigen Gutes eine Hin- und Herbewegung desselben quer zur Brennlinie bewirken, wobei die Schichtdicke je nach der Zahl der zyklischen Bewegungen eingestellt werden kann. Of course, even with your dimensions of the flat material, it can be moved back and forth across the focal line, the layer thickness being adjustable depending on the number of cyclical movements.

Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, dass die 3» Wärme genau an der Stelle konzentriert wird, an welcher der Metallniederschlag stattfinden soll. Da die Brennlinie mit der Oberfläche des durchlaufenden Gutes zusammenfällt, ergeben sich längs der Brennlinie genau definierte Abscheidungsbedin-gungen, die weitgehend von der Vorbehandlung des durchlau- 35 fenden Gutes unabhängig sind. Die Temperatur innerhalb des Metallisierungsraumes kann relativ niedrig bleiben, so dass keine schädlichen Abscheidungen des Metalls z.B. an anderen Stellen der Kammer erfolgen können. Eine Erhitzung der gesamten Bahn erübrigt sich vollständig, eine kurzzeitige 4« Uberhitzung des Metalls an der Abscheidungsstelle ist bei genügend schnellem Durchlauf der Bahn völlig unschädlich. In der Umgebung der Abscheidungsstellen kann mit einer relativ hohen Temperatur gearbeitet werden, wodurch wiederum die Zersetzungsverhältnisse der thermisch spaltbaren Metallverbindung wesentlich besser und definierter werden und zur Abscheidung kleiner festhaftender Kristallite auf der Oberfläche des durchlaufenden Gutes führen. The present invention has the advantage that the 3 »heat is concentrated exactly at the point at which the metal deposit is to take place. Since the focal line coincides with the surface of the material passing through, there are precisely defined deposition conditions along the focal line, which are largely independent of the pretreatment of the material passing through. The temperature within the metallization space can remain relatively low so that no harmful deposits of the metal, e.g. at other points in the chamber. Heating of the entire web is completely unnecessary, and a brief 4 ° overheating of the metal at the deposition point is completely harmless if the web runs through sufficiently quickly. A relatively high temperature can be used in the vicinity of the deposition points, which in turn makes the decomposition ratios of the thermally fissile metal compound much better and more defined and leads to the deposition of small adherent crystallites on the surface of the material passing through.

Es sind zwar schon Vorrichtungen zum Metallisieren von durchlaufenden mineralischen Fasern bekannt, bei denen ein optisches System mit zwei einander zugeordneten Brennlinien vorgesehen ist und der Faden des faserförmigen Materials in der einen Brennlinie, die linienförmige Wärmequelle in der anderen Brennlinie angeordnet ist. Diese bekannte Anordnung war jedoch nicht für die Behandlung flächenhafter Materialien gedacht und das Verfahren müsste auch für die Metallisierung flächenhafter Gebilde ungeeignet erscheinen. Devices for metallizing continuous mineral fibers are already known, in which an optical system is provided with two focal lines assigned to one another and the thread of the fibrous material in one focal line, the linear heat source in the other focal line. However, this known arrangement was not intended for the treatment of flat materials and the method would also have to appear unsuitable for the metallization of flat structures.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in den anliegenden Figuren beispielsweise veranschaulicht: The invention is illustrated, for example, in the accompanying figures using an exemplary embodiment:

Fig. 1 ist ein Schnittbild durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung senkrecht zum Brennliniensystem, 1 is a sectional view through a device according to the invention perpendicular to the focal line system,

Fig. 2 veranschaulicht eine perspektivische Seitenansicht auf eine Vorrichtung gemäss Fig. 1. FIG. 2 illustrates a perspective side view of a device according to FIG. 1.

Die Metallisierungskammer 1 besteht aus einem elliptischen Halbrohr, welches auf seiner Oberseite mit einem Teflondek-kel 2 abgedeckt ist, der besonders strahlungsdurchlässig ist. Der Teflondeckel 2 ist durch Kleben oder Schweissen mit dem elliptischen Halbrohr 1 verbunden. Oberhalb der Metallisierungskammer 1 befindet sich ein offenes elliptisches metallisches Halbrohr 3 mit einer in der einen Brennlinie 5' angeordneten Strahlungsquelle, die z.B. aus einer Heizwedel 4 besteht. Seitlich und parallel zur Brennlinie 5 der Metallisierungskammer 1 sind schlitzförmige Durchtrittsöffnungen 6 vorgesehen, welche den Durchtritt des bandförmigen flächigen Gutes gestattet. Die Schlitze 6 sind hierbei schematisch angedeuteten Schleusen 7 angeschlossen, um das Austreten des in der Kammer 1 befindlichen Metallisierungsgases möglichst klein zu halten. Beim Durchlaufen des Gutes durch die Schlitze 6 und 6' findet die Metallisierung an der Oberfläche 8 des Gutes statt. Die Zuführung des Metallisierungsgases findet über eine Leitung durch den veranschaulichten Stutzen 9 statt, der sich an der Kammer 1 befindet. The metallization chamber 1 consists of an elliptical half tube, which is covered on its upper side with a Teflon lid 2, which is particularly transparent to radiation. The Teflon cover 2 is connected to the elliptical half pipe 1 by gluing or welding. Above the metallization chamber 1 there is an open elliptical metallic half pipe 3 with a radiation source arranged in the one focal line 5 ', which e.g. consists of a heater 4. Slit-shaped through openings 6 are provided to the side and parallel to the focal line 5 of the metallization chamber 1, which allow the strip-shaped flat material to pass through. The slots 6 are connected schematically indicated locks 7 in order to keep the escape of the metallization gas in the chamber 1 as small as possible. When the goods pass through the slots 6 and 6 ', the metallization takes place on the surface 8 of the goods. The metallization gas is supplied via a line through the illustrated connection piece 9, which is located in the chamber 1.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

615 951 PATENT CLAIMS

1. A method for metallizing flat material, in particular continuous material webs, wherein a metal deposition takes place by decomposing a gaseous metal compound under the action of heat on the flat material to be metallized, characterized in that the surface of the flat material to be metallized collects at least one heat radiation transverse to the direction of extent Focal line of an optical system is moved so that the focal line in the surface area to be metallized either in this area or in the immediate vicinity thereof during the relative movement between the focal line and the flat material to be metallized.

2. Device for carrying out the method according to claim 1 for continuous metallization of flat material, characterized in that at least one focal line (5) collecting the heat radiation from a radiation source (4) runs in a metallization chamber (1), the slots (6 and 6 '), which run underneath and parallel to the focal line (5) and serve to carry out the continuous flat material, and that the metallization chamber (1) has inlets (9) and outlets for the gaseous metal compound.

3. Device for carrying out the method according to claim 1 for the metallization of flat material of smaller dimensions, characterized in that at least one focal line (5) collecting the heat radiation from a radiation source (4) runs in a metallization chamber (1), the flat material within the metallization chamber (1) is mounted so that it can be moved back and forth across the focal line (5) and, after the metallization process has ended, parts of the metallization chamber can be opened in order to remove the flat material from the metallization chamber (1).

4. The device according to claim 2, characterized in that the metallization chamber (1) has the shape of an end-closed channel elliptical cross-section, which is provided on the side facing away from the channel bottom with a radiation-permeable cover (2), while the walls of the channel as a reflector are trained.

5. The device according to claim 2, characterized in that at least one radiation source (4) is arranged in a housing (3) acting as a focusing mirror.

6. The device according to claim 4 and 5, characterized in that the housing (3) for the radiation source (4) has an elliptical cross section, which supplements the elliptical cross section of the metallization chamber (1) to form a closed elliptical cross section.

7. The device according to claim 2, characterized in that a plurality of focal lines lying parallel to one another or in the plane of the material passing through are provided in the metallization chamber (1).

8. The device according to claim 2, characterized in that in the event that the flat material is in the form of an unwrapped crooked surface, e.g. of a corrugated profile, which forms the focal line (5) collecting the heat rays, a line corresponding to the cross section of the flat material.

9. The device according to claim 2, characterized in that the slits (6, 6 ') which are used to carry out the continuous flat material are provided with locks (7).