DD252845A1

DD252845A1 - METHOD AND AO FOR PRODUCING METALLIC COVERINGS ON THE INTERIOR LAND OF GLASS TUBES

Info

Publication number: DD252845A1
Application number: DD29460586A
Authority: DD
Inventors: Anatoli S Saizev; Nikita A Potsar; Viktor I Shapovalov; Georgi J Turenko; Wolfgang Nowick; Bernd Rother
Original assignee: Karl Marx Stadt Tech Hochschul
Priority date: 1986-09-23
Filing date: 1986-09-23
Publication date: 1987-12-30

Abstract

Verfahren und Anordnung zur Herstellung metallischer Ueberzuege auf den Innenflaechen von Glasrohren betreffen eine Technologie zur Herstellung von metallischen Ueberzuegen und sind anwendbar bei der Abscheidung auf Innenflaechen von Glasrohren fuer optische Zwecke und/oder Elektronenstrahlroehren. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe geloest, indem eine Aktivierung des Abscheideprozesses durch eine unterschiedliche Laserstrahlung von der aeusseren und der inneren Seite des Glasrohres vorgenommen wird, wobei die von aussen kommende Strahlung vom Glasrohr nicht absorbiert wird und die von innen kommende Strahlung von der Innenflaeche des Glasrohres absorbiert wird. Das erfindungsgemaesse Verfahren wird mittels einer Anordnung realisiert, die aus einem Gaseinlasssystem, einem Antriebssystem und aus zwei Lasern als Quelle fuer die Aktivierungsenergie besteht. Dabei faellt die optische Achse des ersten Lasers mit der Glasrohrachse zusammen und die optische Achse des zweiten Lasers steht senkrecht zu dieser. Weiterhin sind im Inneren des Glasrohres eine Lichtfuehrung und ein Hohlspiegel vorhanden. Fig. 1The method and arrangement for producing metallic coatings on the inner surfaces of glass tubes relate to a technology for the production of metallic coatings and are applicable to the deposition on inner surfaces of glass tubes for optical purposes and / or electron beam tubes. According to the invention, the object is achieved by activating the deposition process by means of a different laser radiation from the outer and inner side of the glass tube, the radiation coming from the outside being not absorbed by the glass tube and absorbing the radiation coming from the inside from the inner surface of the glass tube becomes. The inventive method is realized by means of an arrangement consisting of a gas inlet system, a drive system and two lasers as a source for the activation energy. In this case, the optical axis of the first laser coincides with the glass tube axis and the optical axis of the second laser is perpendicular to this. Furthermore, a Lichtfuehrung and a concave mirror are present in the interior of the glass tube. Fig. 1

Description

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf Innenflächen von Glasrohren gut reflektierende metallische Überzüge mit hoher Adhäsion herzustellen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem eine Aktivierung des Abscheideprozesses durch eine unterschiedliche Laserstrahlung von der äußeren und der inneren Seite des Glasrohres vorgenommen wird, wobei die von außen kommende Strahlung von dem Rohrmaterial nicht absorbiert wird und die von innen kommende Strahlung von der Innenfläche des Glasrohres absorbiert wird.The invention has for its object to produce on the inner surfaces of glass tubes well reflective metallic coatings with high adhesion. According to the invention the object is achieved by an activation of the deposition process is carried out by a different laser radiation from the outer and the inner side of the glass tube, wherein the radiation coming from the outside of the tube material is not absorbed and the incoming radiation from the inside of the glass tube is absorbed.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird mittels einer Anordnung realisiert, die aus einem Gaseinlaßsystem, einem Antriebssystem und aus zwei Lasern als Quelle für die Aktivierungsenergie besteht. Dabei fällt die optische Achse des ersten Lasers mit der des Glasrohres zusammen und die optische Achse des zweiten Lasers steht senkrecht zu dieser. Weiterhin sind eine Lichtführung und ein Hohlspiegel vorhanden. Die Lichtführung besteht aus einem Rohr mit einem vakuumdichten Strahlungsfenster und befindet sich koaxial innerhalb des zu beschichtenden Glasrohres. Der Hohlspiegel ist so im Strahlengang angeordnet, daßThe inventive method is realized by means of an arrangement consisting of a gas inlet system, a drive system and two lasers as the source of the activation energy. In this case, the optical axis of the first laser coincides with that of the glass tube and the optical axis of the second laser is perpendicular to this. Furthermore, a light guide and a concave mirror are available. The light guide consists of a tube with a vacuum-tight radiation window and is located coaxially within the glass tube to be coated. The concave mirror is arranged in the beam path that

. 2r a = arcsin, 2r a = arcsin

d 2d arccot — < a < arccot ,d 2d arccot - < a < arccot,

mit α-Winkel zwischen der Achse des Glasrohres und der Oberflächennormalen des sphärischen Hohlspiegels im Schnittpunkt des Spiegels mit der Rohrachse, r — innerer Radius des Glasrohres, R — Krümmungsradius des Hohlspiegels und d — Durchmesser des sphärischen Hohlspiegels, gilt.with α-angle between the axis of the glass tube and the surface normal of the spherical concave mirror at the intersection of the mirror with the tube axis, r - inner radius of the glass tube, R - radius of curvature of the concave mirror and d - diameter of the spherical concave mirror applies.

Die Aktivierung des Prozesses erfolgt durch die lokale Einwirkung von zwei Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge. Die von innen kommende Strahlung wird in solch einer dünnen Glasschicht absorbiert, daß sie unmittelbar die innere Glasoberfläche aufheizt und so ein intensives Wachstum der Metallschicht bewirkt. In dem Maße, wie die Schicht aufwächst, steigt auch der Reflexionskoeffizient für die innere Strahlung, wodurch deren Heizwirkung zurückgeht. Mit zunehmender Schichtdicke beginnt jedoch die Absorption der durch das Glas praktisch ungeschwächt hindurchtretenden äußeren Strahlung eine wachsende Rolle zu spielen. Mit dieser Heizwirkung wird ein intensives Schichtwachstum aufrechterhalten. Durch Dosierung der äußeren und inneren Strahlung kann die Temperatur in der Schichtabscheidungszone auf dem notwendigen Niveau gehalten werden. Dabei ist die Temperatur abhängig von den gewünschten Eigenschaften des aufzubringenden Überzuges und dem Rohrmaterial.The process is activated by the local action of two laser beams of different wavelengths. The radiation coming from the inside is absorbed in such a thin glass layer that it directly heats the inner glass surface and thus causes an intensive growth of the metal layer. As the layer grows, so does the reflection coefficient for the internal radiation, which decreases its heating effect. However, as the layer thickness increases, the absorption of the external radiation passing through the glass almost unattenuated begins to play an increasing role. With this heating effect an intensive layer growth is maintained. By metering the external and internal radiation, the temperature in the layer deposition zone can be maintained at the necessary level. The temperature is dependent on the desired properties of the applied coating and the tube material.

embodiment

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die Prinzipskizze der Anordnung und Fig. 2 die geometrischen Verhältnisse der Hohlspiegelpositionierung.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. 1 shows the schematic diagram of the arrangement, and FIG. 2 shows the geometric relationships of the concave mirror positioning.

Im Ausführungsbeispiel wurde die innere Oberfläche eines Glasrohres (4) mit einem äußeren Durchmesser von 17mm, einer Länge von 90 mm und einer Wandstärke von 1 mm metallisiert. Es wurden Molybdänschichten der Dicke 0,05μιτι bis 0,5^m abgeschieden.In the exemplary embodiment, the inner surface of a glass tube (4) with an outer diameter of 17 mm, a length of 90 mm and a wall thickness of 1 mm was metallized. There were molybdenum layers of thickness 0,05μιτι to 0.5 ^ m deposited.

Zum Einsatz kam die chemische Dampfphasenabscheidung im Vakuum. Das Glasrohr (4), welches mit Hilfe der AnschlagflächenChemical vapor deposition was used in a vacuum. The glass tube (4), which by means of the stop surfaces

(7) sowie dem Ventil des Gaseinlaßsystems (1) und dem Strahlungsfenster (9) vakuumdicht verschlossen wurde, wurde zunächst bis auf einen Druck von 10"¹Pa evakuiert und danach ein Druck für das Arbeitsgas Mo(CO)₆ von 10Pa eingestellt. Das dazu genutzte Gaseinlaßsystem (1) besteht dabei aus einem heizbaren Gefäß und einem Ventil. Als Laser (2) kam ein CO₂-Gaslaser LGN-705 mit einer Wellenlänge der Strahlung von 10,6/im, als Laser (3) ein Nd-YAG-Festkörperlaser LTI-501 mit einer Wellenlänge der Strahlung von 1,06//.m zum Einsatz.(7) and the valve of the gas inlet system (1) and the radiation window (9) was vacuum sealed, was first evacuated to a pressure of 10 " ¹ Pa and then set a pressure for the working gas Mo (CO) ₆ of 10Pa The gas inlet system (1) used for this purpose consists of a heatable vessel and a valve. The laser (2) was a CO ₂ gas laser LGN-705 with a radiation wavelength of 10.6 / im, and a laser (3) an Nd- YAG solid-state laser LTI-501 with a wavelength of the radiation of 1.06 //. M used.

Mit Hilfe der Lichtführung (8) wurde die 10,6/u.m-Strahlung nach dem Passieren des Strahlungsfensters (9), welches aus einer Silicium-Scheibe der Dicke 0,3 mm bestand, in das Innere des Glasrohres (4) geführt. Der Hohlspiegel (10) diente zur anschließenden Fokussierung dieser Strahlung auf einen Punkt der Innenwand des Glasrohres (4). Auf den gleichen Punkt wurde die Strahlung des Lasers (3) von außen fokussiert. Zur Sicherung der exakten Fokussierung der inneren Strahlung ist es notwendig, daßWith the help of the light guide (8), the 10.6 / u.m radiation after passing through the radiation window (9), which consisted of a silicon disk of thickness 0.3 mm, led into the interior of the glass tube (4). The concave mirror (10) was used for the subsequent focusing of this radiation on a point of the inner wall of the glass tube (4). At the same point the radiation of the laser (3) was focused from the outside. To ensure the exact focusing of the internal radiation, it is necessary that

. 2r a = arcsin, 2r a = arcsin

gilt. Experimentell wurde ermittelt, daß für die Lage des Hohlspiegels (10) die Bedingungapplies. It was determined experimentally that for the position of the concave mirror (10) the condition

d 2dd 2d

arccot — < a < arccot ——arccot - < a < arccot -

erfüllt sein muß.must be fulfilled.

Mit Hilfe einer Mikrometerschraube (5) erfolgte die Grobeinstellung der zu beschichtenden Rohrbereiche, während über Schrittmotoren (6) die Drehung und der Vorschub des Glasrohres (4) für den Verlauf der Beschichtung derart gesteuert wurde, daß sich eine geschlossene Schicht auf der Innenseite des Glasrohres (4) ausbildete.The coarse adjustment of the tube regions to be coated was carried out with the aid of a micrometer screw (5), while the rotation and advancement of the glass tube (4) for the course of the coating was controlled by way of stepper motors (6) such that a closed layer formed on the inside of the glass tube (4) trained.

Die Schichtdicke des erhaltenen Überzuges konnte über die Vorschubgeschwindigkeit für das Rohrund den Mo(COIe-Dampfdruck reguliert werden.The layer thickness of the resulting coating could be regulated by the feed rate for the tube and the Mo (COIe vapor pressure.

Alle erhaltenen Schichten besaßen einen metallischen Glanz und einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand. Die Adhäsion'wurde in Ritzversuchen mit einer Stahlnadel untersucht, wobei ein gutes Haftverhalten bei allen Schichten festgestellt wurde.All the layers obtained had a metallic luster and a low electrical resistivity. The adhesion was examined in scratch tests with a steel needle, whereby a good adhesive behavior was observed for all layers.

Claims

1. A process for the production of metallic coatings on the inner surfaces of glass tubes by activated chemical vapor deposition, characterized in that an activation of the deposition process is carried out by laser radiation, which acts simultaneously from the outer and the inner side of the glass tube (4) forth, wherein the Radiation coming from the outside of the glass tube (4) is not absorbed, while the incoming radiation from the inside of the glass tube (4) is absorbed.

2. An arrangement for producing metallic coatings on the inner surfaces of glass tubes, consisting of a gas inlet system for the working gas, a drive system and an activation energy source, characterized in that the activation energy source consists of two lasers (2; 3) the optical axis of the first laser (2) coincides with the tube axis and the optical axis of the second laser (3) is perpendicular to the tube axis, a light guide (8) is present, which consists of a tube with a vacuum-tight radiation window (9) and their Axis coincides with the axis of the glass tube (4) and that a spherical concave mirror (10) is arranged in the light guide (8) that

α = aresin - ^ ~

arecot - = - <α <arecot

-Q- ^ - «. IA. ^ -N. Ql \ j \ s \ Jl. ~

applies.
For this 1 page drawings

Field of application of the invention

The method and the arrangement for producing metallic coatings on inner surfaces of glass tubes are used in particular for the production of coatings with high reflectivity, ζ. B. for optical purposes and / or cathode ray tubes, application.

Characteristic of the known technical solutions

At present, the methods of thermal evaporation (L. Maissei and R.Giang, Technologija tonkich pljonok, Soviet radio, Moscow 1977) and chemical vapor deposition (GA Rasuwaew, BG Gribow, GA Domratchew and BASalamatin, Metalloorganitcheskie soedinenija w electronics, Nauka, Moscow 1972). EP 64785 further describes a method and an arrangement for an inner tube coating, wherein the deposition process is activated by an HF plasma which is generated directly inside the tube to be coated. This method has disadvantages associated with the manner of activating the deposition process. To achieve good adhesion, it is necessary to heat the tube to high temperatures, which requires an additional system for heating the tube. In the described arrangement, consisting of a gas inlet system, a drive system and a source of the activation energy, the heating of the tube is realized by two circular electrodes, which also serve as electrodes for generating the RF plasma. Since the heating takes place from the outside of the tube and the temperature of the surface on a large part of the tube is not allowed to reach the softening temperature of the glass, the adhesive strength in the deposition of metal layers is insufficient here.

Object of the invention

The object of the invention is to provide the inner surfaces of glass tubes with high quality metallic coatings.