DE102008033977A1 - Method for surface coating of a base material with layer materials, comprises providing the base material with a protective material, wearing out upper most part of the protective layer and providing the protective layer with a cover layer - Google Patents

Method for surface coating of a base material with layer materials, comprises providing the base material with a protective material, wearing out upper most part of the protective layer and providing the protective layer with a cover layer Download PDF

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Abstract

The method comprises providing a base material (1) with a protective material in a first step, wearing out upper most part of the protective layer in a second step and providing the protective layer with a cover layer by a plasma coating process in a third step. The coating is carried out with the cover layer by a plasma assisted chemical vapor deposition process. The protective layer is cleaned and/or degreased after the first or the second section through a plasma process. The coating of the protective layer in the first and/or second step is carried out through a plasma process. The method comprises providing a base material (1) with a protective material in a first step, wearing out upper most part of the protective layer in a second step and providing the protective layer with a cover layer by a plasma coating process in a third step. The coating is carried out with the cover layer by a plasma assisted chemical vapor deposition process. The protective layer is cleaned and/or degreased after the first or the second section through a plasma process. The coating of the protective layer in the first and/or second step is carried out through a plasma process. The upper part of the protective layer is activated through a plasma process in the further step between the second and the third step. The cover layer is harder or softer than the protective layer or possesses same hardness. The thickness of the cover layer is 10 nm to 10mu m. The protective layer consists of diamond, glass, ceramics, carbides, oxides or nitrides. The protective layer consists of hard particles (3) that are imbedded in a matrix (2), which consists of adhesives or varnishes. The coating with a cover layer is carried out directly on the particle of the protective layer. The thickness of the protective layer is 100 nm to 10 mu m. The base material consists of metal, wood, paper, plastic, glass, ceramics or composite material of the materials.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen mit einer kratz- und abriebfesten Schutzschicht.The The invention relates to a method for coating surfaces with a scratch and abrasion resistant protective layer.

Einige Techniken zur Beschichtung von Grundmaterialien sind im Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel ist die Lackierung von Materialien eine solche Oberflächenbeschichtung. Im Allgemeinen wird eine Beschichtung zum Schutz des Grundmaterials aufgetragen.Some Techniques for coating base materials are in the state of Technique known. For example, the paint of materials such a surface coating. In general, a coating to protect the base material applied.

Beschichtet werden vor allem Grundmaterialien, die eine geringere Härte besitzen als die Stoffe, mit denen sie während ihres allgemeinen Gebrauchs in Kontakt kommen. Zu diesen Grundmaterialien gehören je nach Anwendung z. B. Kunststoffe, Metalle, Holz oder Pappe. Bei bekannter Applikation richtet sich die Notwendigkeit einer Beschichtung nach der Härte des Grundstoffs. Oftmals werden Materialien mit einer Härte im Bereich 0 bis 7 Mohs verwendet.coated are mainly base materials that have a lower hardness as the substances with which they are during their general use come into contact. To these basic materials belong depending on the application z. As plastics, metals, wood or cardboard. at known application addresses the need for a coating after the hardness of the raw material. Often, materials with a hardness in the range 0 to 7 Mohs used.

Die Härte der Schutzschicht wird meist so bemessen, dass sie härter als die Stoffe ist, mit denen der beschichtete Gegenstand während seines allgemeinen Gebrauchs in Kontakt kommt. Die Schutzschicht kann eine mannigfaltige Struktur besitzen und aus einer Vielzahl von Materialien bestehen. Diese Materialien können von einer Diamant- bis hin zu einer Lackschicht reichen. Oftmals besteht die Schutzschicht aus einem Gemisch von elastischen und besonders harten Materialien. Elastische Materialien sind zum Beispiel Polymere, bevorzugt in Form von Lacken oder Klebstoffen, als harte Stoffe werden vor allem Partikel (z. B. Nanopartikel, Kügelchen oder Staub) aus Diamant, Glas, Karbiden oder Me talloxiden verwendet. Die Härte der harten Materialien richtet sich nach der Verwendung. Oftmals werden Materialien mit einer Härte im Bereich 4 bis 10 Mohs verwendet.The Hardness of Protective layer is usually sized so that it is harder than the fabrics, with the coated article during its general use comes into contact. The protective layer can be a varied structure own and consist of a variety of materials. These Materials can ranging from a diamond to a varnish layer. often the protective layer consists of a mixture of elastic and especially hard materials. Elastic materials are for example Polymers, preferably in the form of paints or adhesives, as hard Substances are mainly particles (eg nanoparticles, beads or dust) from diamond, glass, carbides or metal oxides. The hardness The hard materials depend on the use. often become materials with a hardness used in the range 4 to 10 Mohs.

Trotz der Bekanntheit und allgemeinen Anwendung der Oberflächenbeschichtung gibt es bei herkömmlichen Beschichtungen gravierende Nachteile.In spite of the awareness and general application of the surface coating is available at conventional Coatings serious disadvantages.

Die Beschichtung von Oberflächen weicher Grundmaterialien mit einer Schutzschicht aus harten Schichtmaterialien zur Erhöhung der Kratzfestigkeit oder zur Verminderung des Abriebs scheitert in der Regel an einer zu schwachen Bindung der Schutzschicht am Grundmaterial und den unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften der verschiedenen Materialien, da das Schichtmaterial oftmals ein Vielfaches der Härte des weichen Materials aufweist.The Coating of surfaces soft base materials with a protective layer of hard coating materials to increase the scratch resistance or to reduce abrasion fails usually at too weak a bond of the protective layer on Base material and the different strength properties Of the different materials, since the layer material often a Many times the hardness of the soft material.

Eine gute Haftung der Schutzschicht an dem Grundmaterial ist eine wichtige Voraussetzung einer Oberflächenbeschichtung mit einer kratz- und abriebfesten Schicht. Löst sich die Schutzschicht von dem Grundmaterial, ist der optimale Schutz des Grundmaterials nicht mehr gewährleistet, auch wenn die Ablösung lokal begrenzt ist. Aufgrund des unterschiedlichen Aufbaus verschiedener Materialien oder Beschränkungen bei dem Verfahren, das die beiden Materialien verbinden soll, gibt es Schutzschichten, die bisher nicht auf ein vorliegendes Grundmaterial aufgebracht werden können.A Good adhesion of the protective layer to the base material is an important one Prerequisite of a surface coating with a scratch and abrasion resistant layer. Dissolves the protective layer of the basic material, the optimal protection of the base material is not more guaranteed even if the replacement is locally limited. Due to the different structure of different Materials or restrictions in the process that is to connect the two materials it protective layers that have not been applied to any existing base material can be.

Insbesondere bei der Verwendung von Kunststoffen als Grundmaterialien bedeutet die Anbindung von oxidischen Schichtmaterialien an das polymere Grundmaterial eine Grenzschicht von kovalent gebundenem zu polarem Material, die unter dem Gesichtspunkt der chemischen Bindung grundsätzlich zu schwach ist.Especially when using plastics as base materials the connection of oxidic layer materials to the polymer Base material a boundary layer of covalently bonded to polar Material, from the point of view of chemical bonding in principle too is weak.

Da gleichzeitig hohe Anforderungen an die Elastizität des Schichtmaterials gestellt werden, um einen Bruch zu vermeiden, und das Schichtmaterial oftmals eine größere Sprödigkeit gegenüber dem Grundmaterial aufweist, liegen die Schichtdicken der Schutzschicht typischerweise in der Größenordnung von einigen μm. Dies hat zur Folge, dass die Schicht bei punktuellem Druck leicht in das weiche Grundmaterial eingedrückt werden kann. Bei solchen Deformationen reißt die Schicht dann in der Regel. Splitter verbleiben in der Kratzspur und das Grundmaterial wird teilweise freigelegt.There at the same time placing high demands on the elasticity of the layer material to avoid breakage and the coating material often a greater brittleness across from the base material, the layer thicknesses of the protective layer are typically of the order of a few μm. This has the consequence that the layer at point pressure easily can be pressed into the soft base material. In such Deformations breaks the shift then usually. Splinters remain in the scratch track and the base material is partially exposed.

Der Versuch, diesen Nachteil durch eine größere Schichtdicke zu mindern, was eine größere Stabilität der Schutzschicht bewirken würde, hat zur Folge, dass sich die Schicht noch leichter bzw. großflächiger von dem Kunststoff ablöst oder abblättert.Of the Attempt to reduce this disadvantage by a greater layer thickness, what a greater stability of the protective layer would cause As a result, the layer becomes lighter or larger in area peel off the plastic or peeling off.

Insbesondere bei Kunststoffen als Grundmaterial werden aus dem oben genannten und weiteren technischen und wirtschaftlichen Gründen zur Zeit fast nur Lackschichten als Kratz- oder Abriebschutz der Kunststoffe eingesetzt. Es handelt sich dabei um Lacke, die Nanopartikel, beispielsweise aus Glas, enthalten und so eine hohe Kratz- und Abriebbeständigkeit haben. Zum Beispiel werden Brillengläser oder DVD- bzw. CD-Rohlinge (DVD: Digital Video Disc; CD: Compact Disk) durch Spin-Coating mit einer kratzfesten Lackschicht versehen.Especially in plastics as base material are made from the above and further technical and economic reasons currently almost only paint layers as a scratch or Abrasion protection of plastics used. These are paints, the nanoparticles, such as glass, contain and so on high scratch and abrasion resistance to have. For example, lenses or DVD or CD blanks (DVD: Digital Video Disc, CD: Compact Disk) by spin-coating with provided a scratch-resistant paint layer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu überwinden und eine Schutzschicht aus Schichtmaterialien herzustellen, die eine gute Haftung an das Grundmaterial besitzt.task It is the object of the present invention to overcome the above-mentioned disadvantages to overcome and to produce a protective layer of sheet materials which has a good adhesion to the base material.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Oberflächenbeschichtung mit Schichtmaterialien nach Anspruch 1 erreicht. Mit diesem Verfahren wird ein Grundmaterial mit einer Schutzschicht überzogen, die ihrerseits mit mindestens einer weiteren Schicht überzogen wird.This is achieved according to the invention by a process for surface coating with layered materials according to claim 1. With this method, a base material is coated with a protective layer, which in turn with at least ei ner further layer is coated.

Das Grundmaterial kann ein beliebiger Feststoff sein. Bevorzugt werden weiche Grundmaterialien mit einer Schutzschicht versehen. „Weich” bedeutet in diesem Falle, dass der Grundstoff eine geringere Härte besitzt als die Materialien, mit denen er bei normalem Gebrauch in Berührung kommt. Bevorzugt haben diese Grundstoffe eine Härte zwischen 0 und 7 Mohs. Bevorzugte Grundstoffe sind oder enthalten Metalle, Holz, Pappe, Kunststoffe, Gläser, Keramiken oder Verbundwerkstoffe aus diesen Materialien.The Base material can be any solid. To be favoured Soft base materials provided with a protective layer. "Soft" means in this case, that the raw material has a lower hardness as the materials with which it comes in contact with normal use. Preferably, these raw materials have a hardness between 0 and 7 Mohs. Preferred basic materials are or contain metals, wood, cardboard, Plastics, glasses, Ceramics or composites of these materials.

Das Grundmaterial wird mit einer Schutzschicht überzogen. Dabei kann diese Schutzschicht je nach ihrer Beschaffenheit auflackiert, gesprüht, mittels eines Plasmas oder galvanisch aufgetragen werden. Andere Auftragungsarten, die dem Fachmann bekannt sind, sind ebenfalls möglich. Die Schutzschicht kann das Grundmaterial vollständig oder teilweise bedecken.The Base material is coated with a protective layer. It can do this Protective layer depending on its nature painted, sprayed, by means of of a plasma or applied by electroplating. Other types of application, those skilled in the art are also possible. The protective layer can the basic material completely or partially cover.

Die Schutzschicht besteht aus einem harten Material oder aus einem Material, welches harte Partikel enthält. „Hart” bedeutet in diesem Falle, dass die Schutzschicht eine höhere Härte besitzt als die Materialien, mit denen sie bei normalem Gebrauch in Berührung kommt, und härter ist als das Grundmaterial. Bevorzugt enthält die Schutzschicht Materialien mit einer Härte zwischen 4 und 10 Mohs. Bevorzugte Materialien für die Schutzschicht sind dem Fachmann bekannt und zum Beispiel Diamant, Glas, Keramiken, Karbide, Oxyde oder Nitride.The Protective layer is made of a hard material or of a material which contains hard particles. "Hard" means in this case, that the protective layer has a higher hardness than the materials, with which it comes in contact with normal use, and is harder as the basic material. Preferably, the protective layer contains materials with a hardness between 4 and 10 Mohs. Preferred materials for the protective layer are the Skilled in the art and, for example, diamond, glass, ceramics, carbides, Oxides or nitrides.

Die Dicke der Schutzschicht beträgt zwischen 10 nm und 1 mm, bevorzugt 100 nm und 10 μm. Die Größe der Partikel beträgt zwischen 1 nm und 100 μm, vorzugsweise liegt die Größe zwischen 10 nm und 1 μm.The Thickness of the protective layer is between 10 nm and 1 mm, preferably 100 nm and 10 μm. The size of the particles is between 1 nm and 100 μm, preferably the size is between 10 nm and 1 μm.

Enthält die Schutzschicht harte Partikel, sind diese Partikel bevorzugt in einer elastischen Matrix eingelagert. Der Stoff oder das Stoffgemisch, aus dem die Matrix besteht, hat die Eigenschaft, dass die Partikel eingelagert und nach der Einlagerung fixiert werden können. Bevorzugte Matrixmaterialien sind Stoffe, die in einem flüssigen oder gelösten Zustand die Partikel aufnehmen und in einem festen Zustand die Partikel fixieren. Meist enthält die Matrix Materialien aus der Gruppe der Polymere, die bevorzugt in Form von Klebern oder Lacken vorliegen.Contains the protective layer hard particles, these particles are preferably in an elastic Matrix stored. The substance or mixture of substances from which the Matrix exists, has the property that the particles are stored and can be fixed after storage. Preferred matrix materials are substances that are in a liquid or dissolved Condition the particles absorb and in a solid state the particles fix. Most contains the matrix materials from the group of polymers that are preferred in the form of adhesives or paints.

Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt nun mittels eines Plasmas mindestens eine zusätzliche Schicht auf den obersten Partikeln der Schutzschicht. Die Anzahl der Schichten richtet sich nach der Anwendung und kann bis zu 10 oder einer beliebigen Zahl betragen. Im Folgenden wird die zusätzliche Schicht oder werden die zusätzlichen Schichten in ihrer Gesamtheit als „Deckschicht” bezeichnet. Geeignete Materialien für die Deckschicht sind zum Beispiel Diamant, Keramiken, Karbide, Oxide und Nitride, wobei Metall-Karbide, Metall-Oxide oder Metall-Nitride bevorzugt werden. Als Metalle für diese Verbindungen werden Eisen, Nickel, Kobalt, Lithium, Silizium, Titan, Bronze, Zink, Zinn, Aluminium oder Tantal bevorzugt.The inventive method now generates at least one extra by means of a plasma Layer on the uppermost particles of the protective layer. The number The layers depends on the application and can be up to 10 or any number. The following is the additional Shift or become the extra Layers in their entirety referred to as "topcoat". suitable Materials for the cover layer are, for example, diamond, ceramics, carbides, oxides and nitrides, with metal carbides, Metal oxides or metal nitrides are preferred. As metals for these compounds are iron, nickel, cobalt, lithium, silicon, titanium, bronze, Zinc, tin, aluminum or tantalum preferred.

Die Deckschicht ist in der Regel härter als die Schutzschicht, kann jedoch unter bestimmten Umständen auch weicher sein. Die Härte der Deckschicht liegt im Bereich von 0 bis 10 Mohs.The Topcoat is usually harder as the protective layer, however, under certain circumstances be softer. The hardness the topcoat is in the range of 0 to 10 Mohs.

Vor der Beschichtung des mit einer Schutzschicht versehenen Grundmaterials mit der Deckschicht kann eine Vorreinigung oder eine Entfettung der Schutzschicht erfolgen. Diese Vorreinigung oder Entfettung der Schutzschicht führt zu einem besseren Halt der Deckschicht an der Schutzschicht und wird besonders bei einer Verschmutzung der Oberfläche bevorzugt.In front the coating of the provided with a protective layer base material with the topcoat may be a pre-cleaning or degreasing the Protective layer done. This pre-cleaning or degreasing of the protective layer leads to a better grip of the cover layer on the protective layer and is especially preferred with a contamination of the surface.

Die Vorreinigung oder Entfettung der Schutzschicht kann durch Reinigungsmittel oder eine Plasmabehandlung erfolgen. Dabei hat die Plasmabehandlung den Vorteil, dass die Schutzschicht nach der Vorreinigung oder Entfettung keine Rückstände des Reinigungsmittels mehr aufweist.The Pre-cleaning or degreasing of the protective layer can be achieved by cleaning agents or a plasma treatment. The plasma treatment has the advantage that the protective layer after pre-cleaning or degreasing no residues of the Having cleaner more.

Besonders in dem Falle, in dem die Schutzschicht aus harten Partikeln besteht, die in einer elastischen Matrix eingebettet sind, muss zur optimalen Anbindung der Deckschicht an die Partikel der Schutzschicht eine Vorbehandlung erfolgen. Diese Vorbehandlung kann jedoch auch angewandt werden, wenn die Schutzschicht aus einem harten Material besteht. Bei dieser Vorbehandlung wird Material aus der Schutzschicht teilweise abgetragen. Das Abtragen geschieht vorzugsweise über eine Plasmabehandlung (Plasmaätzen).Especially in the case where the protective layer consists of hard particles, which are embedded in an elastic matrix, must be for optimal connection the topcoat to the particles of the protective layer, a pretreatment respectively. However, this pretreatment can also be used if the protective layer is made of a hard material. At this Pre-treatment is partially removed material from the protective layer. The removal preferably takes place via a plasma treatment (plasma etching).

In dem bevorzugten Falle, bei dem die Schutzschicht aus harten Partikeln besteht, die in einer Matrix eingebettet sind, wird bei der Vorbehandlung das Matrixmaterial (z. B. ein Polymer) abgetragen und werden auf diese Weise die obersten Partikel der Schutzschicht partiell freigelegt. Dieser Abtragungsprozess soll dabei jedoch nur so lange andauern, bis das Matrixmaterial an der obersten Lage der Partikel abgetragen ist. Ein übermäßiges Abtragen führt zu einer Erhöhung der Oberflächenrauheit und Mattigkeit (Haze) oder im schlimmsten Falle sogar zu einer Herauslösung der Partikel. Hierbei wird der Prozess des Plasmaätzens beson ders bevorzugt, da durch Plasmaätzen auf jeden Fall eine gerichtete Ätzung der Oberfläche erfolgt, die die Rückseite der Partikel unbeeinflusst lässt.In the preferred case where the protective layer of hard particles exists, which are embedded in a matrix, in the pretreatment the matrix material (eg, a polymer) is ablated and become on this way, the topmost particles of the protective layer are partially exposed. However, this removal process should only last so long until the matrix material is removed at the uppermost layer of the particles is. Excessive wear leads to a increase the surface roughness and fatigue (Haze) or even in the worst case to a dissolution of the Particle. Here, the process of plasma etching is particularly preferred, because of plasma etching definitely a directional etching the surface done that the back the particle leaves unaffected.

Prinzipiell ist neben dem Plasmaätzen auch ein nasschemisches Ätzen möglich. Allerdings können dabei die Partikel aufgrund von Korngrenzenkorrosion leicht aus der Lackschicht entfernt werden (hinterätzt und herausgespült), während durch Plasmaätzen nur die oberflächenseitige Orientierung geätzt wird und die gute Verankerung in der Lackmatrix bestehen bleibt.In principle, a wet-chemical etching is possible in addition to the plasma etching. However, you can In this case, the particles are easily removed from the lacquer layer due to grain boundary corrosion (etched and flushed out), while only the surface-side orientation is etched by plasma etching and the good anchoring in the lacquer matrix remains.

In einem weiteren Schritt wird die Deckschicht auf die Partikel der Schutzschicht mittels eines oder mehrerer Plasmabeschichtungsprozesse aufgebracht. Ein Plasmabeschichtungsprozess erfolgt bevorzugt mittels des PA-CVD Prozesses.In In a further step, the covering layer is applied to the particles of the particles Protective layer applied by means of one or more plasma coating processes. A plasma coating process is preferably carried out by means of PA-CVD Process.

Beim PA-CVD Prozess (Plasma Assisted-Chemical Vapour Deposition) werden alle für den Schichtaufbau benötigten Elemente in Gasform in den Prozess eingebracht, wodurch eine optimale Gleichmäßigkeit der Beschichtung erreicht wird. Optional kann die Oberfläche der geätzten Schutzschicht zur Verbesserung der Anbindung der Deckschicht vor der Anwendung des PA-CVD Prozesses aktiviert werden.At the PA-CVD process (Plasma Assisted-Chemical Vapor Deposition) all for needed the layer structure Elements in the form of gas introduced into the process, ensuring optimum uniformity the coating is achieved. Optionally, the surface of the etched Protective layer to improve the connection of the cover layer before the application of the PA-CVD process are activated.

Die Dicke der Deckschicht liegt im Bereich 1 nm bis 1 mm, bevorzugt 10 nm bis 10 μm. Die Deckschicht kann einseitig und beidseitig auf das Grundmaterial aufgebracht werden und das Grundmaterial vollkommen umschließen. Zudem ist es möglich, die Deckschicht auf einer beliebig geformten Fläche der Oberfläche der Schutzschicht anzubringen. Diese beliebig geformte Fläche kann auch aus mehreren getrennten Flächenelementen bestehen.The Thickness of the cover layer is in the range 1 nm to 1 mm, preferably 10 nm to 10 μm. The cover layer can be unilaterally and on both sides of the base material be applied and completely enclose the base material. moreover Is it possible, the cover layer on an arbitrarily shaped surface of the surface of the Protective layer to install. This arbitrarily shaped surface can also from several separate surface elements consist.

Die Arbeitsschritte Vorreinigung oder Entfettung, Vorbehandlung und Beschichtung werden bei ihrer Anwendung vorzugsweise in der genannten Reihenfolge durchgeführt.The Work steps Pre-cleaning or degreasing, pretreatment and Coating in its application preferably in the order mentioned carried out.

Neben einer Vergrößerung der Oberfläche der Schutzschicht zur Anbindung der PA-CVD-Schicht (Deckschicht) und der damit verbundenen besseren Haftung trägt die polare chemische Bindung der Deckschicht an die eingebetteten Partikel zu einer zusätzlichen Verstärkung der Bindung bei.Next an enlargement of the Surface of the Protective layer for bonding the PA-CVD layer (cover layer) and the associated better adhesion carries the polar chemical bond the topcoat of the embedded particles to an additional reinforcement the bond at.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The The invention will be described below with reference to the drawings illustrated embodiments exemplified.

1 zeigt ein Grundmaterial mit Schutzschicht. 1 shows a base material with protective layer.

2 zeigt 1 nach einem Ätzprozess. 2 shows 1 after an etching process.

3 zeigt 2 nach einem Beschichtungsprozess. 3 shows 2 after a coating process.

4 zeigt 3 nach einem weiteren Beschichtungsprozess. 4 shows 3 after another coating process.

Zur besseren Verdeutlichung ist die Dicke der in den 1 bis 4 dargestellten Schichten nicht maßstabsgetreu. Das Grundmaterial ist in der Regel um ein Vielfaches dicker als die Schutzschicht und diese in der Regel dicker als die Deckschicht.For better clarity, the thickness of the in the 1 to 4 Layers not shown to scale. The base material is usually several times thicker than the protective layer and these are usually thicker than the cover layer.

1 zeigt eine Seitenansicht des beschichteten Grundmaterials (1), das mit einer Schutzschicht überzogen ist. Die Schutzschicht besteht in diesem Beispiel aus einer Matrix (2), in die harte Partikel (3) eingelassen sind. 1 shows a side view of the coated base material ( 1 ) coated with a protective layer. The protective layer consists in this example of a matrix ( 2 ), into the hard particles ( 3 ) are admitted.

2 zeigt eine Seitenansicht des beschichteten Grundmaterials (1), bei dessen Schutzschicht die oberste Schicht der Matrix (2) abgetragen wurde, so dass die zuoberst lie genden harten Partikel (3) teilweise frei liegen. Die Rauheit der Oberfläche hat zugenommen. 2 shows a side view of the coated base material ( 1 ), in whose protective layer the uppermost layer of the matrix ( 2 ), so that the uppermost hard particles ( 3 ) are partially exposed. The roughness of the surface has increased.

3 zeigt eine Seitenansicht des beschichteten Grundmaterials (1), auf dessen geätzte Schutzschicht durch einen Plasmabeschichtungsprozess eine Deckschicht bestehend aus einer Schicht (4) aufgetragen wurde. Durch die Rauheit der Oberfläche der Schutzschicht sind die beiden Schichten miteinander verzahnt. 3 shows a side view of the coated base material ( 1 ), on whose etched protective layer by a plasma coating process a cover layer consisting of a layer ( 4 ) was applied. Due to the roughness of the surface of the protective layer, the two layers are interlinked.

4 zeigt eine Seitenansicht des beschichteten Grundmaterials (1), auf dessen geätzte Schutzschicht durch zwei Plasmabeschichtungsprozesse eine Deckschicht, bestehend aus zwei Schichten (4, 5), aufgetragen wurde. Durch die Rauheit der Oberflächen sind alle Schichten miteinander verzahnt. 4 shows a side view of the coated base material ( 1 ), on its etched protective layer by two plasma coating processes, a cover layer consisting of two layers ( 4 . 5 ) was applied. Due to the roughness of the surfaces, all layers are interlocked.

Durch das oben beschriebene Verfahren der Plasmabeschichtung einer bereits lackierten Oberfläche wird die Problematik der Härte und Festigkeit der durch das Plasma aufgetragenen Schicht wesentlich gemildert. Da sich die Materialien bezüglich ihrer Härte bereits wesentlich ähnlicher sind als die Härten der Deckschicht und des Grundmaterials, tritt der oben beschriebene Effekt der eingedrückten Schichten erst bei höheren Druckbelastungen auf als bei einer direkten Aufbringung der Schicht auf das Grundmaterial.By the above-described method of plasma coating one already painted surface becomes the problem of hardness and strength of the layer applied by the plasma is significantly alleviated. Since the materials regarding their hardness already much more similar are as the hardships of Cover layer and the base material, the one described above occurs Effect of the indented Layers only at higher levels Pressure loads on than with a direct application of the layer on the base material.

Desweiteren wird durch das oben geschilderte Verfahren eine größere Haftung von Grundmaterial, Schutzschicht und Deckschicht erreicht als auf herkömmlichem chemischem Wege.Furthermore becomes more liability by the above-described method of base material, protective layer and topcoat achieved as on conventional chemical way.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist die Möglichkeit der Abscheidung dünner Schichten ohne das Auftreten intensiver Newtonscher Ringe, da der Brechungsindex der Lackierung wesentlich höher ist als der Brechungsindex des Grund materials und die Lackierung bereits zu dick ist, als dass Newtonsche Ringe auftreten können. Weiterhin führt die sehr starke Korrugation der Deckschicht und Schichtdickenschwankungen zu einer statistisch bedingten Auslöschung der Interferenzeffekte. Besonders bei Brillengläsern, Helmvisieren und Sichtfenstern kommt dieser Vorteil zum Tragen.Another advantage of this method is the possibility of depositing thin layers without the appearance of intense Newtonian rings, since the refractive index of the coating is much higher than the refractive index of the base material and the coating is already too thick than Newton's rings can occur. Furthermore, the very strong corrugation of the cover layer and layer thickness fluctuations leads to a statistically caused tripping the interference effects. Especially with spectacle lenses, helmet visors and viewing windows this advantage comes into play.

Zwar wird bei dem beschriebenen Verfahren aufgrund der Erhöhung der Rauheit der Schutzschicht die Transparenz durch Streuung an der rauen Oberfläche gemindert, jedoch stellt diese Erhöhung der Rauheit einen Vorteil der Haftung der Deckschicht an der Schutzschicht dar. Durch die Erhöhung der Oberflächen von Deckschicht und Schutzschicht bedingt die Rauheit eine Verbesserung der mechanischen Verklammerung der Deckschicht mit den partiell freigelegten Partikeln.Though is in the described method due to the increase of Roughness of the protective layer the transparency by scattering at the rough surface but this increase in roughness has an advantage the adhesion of the cover layer to the protective layer. By the increase the surfaces Roughness causes an improvement of the top layer and the protective layer the mechanical clamping of the cover layer with the partial exposed particles.

Das beschriebene Verfahren kann zur Beschichtung aller festen Grundmaterialien verwendet werden. Bevorzugte Grundmaterialien sind Kunststoffe, Textilien, Holz, Pappe und Metalle. Beispiele der Anwendungen sind Brillen, Visiere für Schutzkleidung oder Helme, allgemeine Gebrauchsgegenstände aus Kunststoff, Displays (z. B. Laptops, PDAs, Handys, Uhren oder Armaturen), Fenster, Flugzeugscheiben, Diffusionsbarrieren, Datenträger, Fahrzeugteile und elektronische Bauteile.The described method can be used to coat all solid base materials be used. Preferred base materials are plastics, Textiles, wood, cardboard and metals. Examples of the applications are Eyeglasses, visors for Protective clothing or helmets, general utensils Plastic, displays (eg laptops, PDAs, cell phones, watches or fittings), Windows, aircraft windows, diffusion barriers, data carriers, vehicle parts and electronic components.

Das oben beschriebene Verfahren bietet die Möglichkeit, durch Modifikation des Ätzprozesses oder die Wahl geeigneter Prozessmaterialien bei dem Plasmabeschichtungsprozess weitere Schichten mit unterschiedlichen Funktionen auf die Deckschicht aufzubringen. Bevorzugte weitere Schichten sind Antireflexschichten, IR-Reflexionsschichten, Anti-Fingerabdruck-Schichten und schmutzabweisende Schichten.The The method described above offers the possibility of modification the etching process or the choice of suitable process materials in the plasma coating process additional layers with different functions on the cover layer applied. Preferred further layers are antireflection layers, IR reflective coatings, anti-fingerprint coatings and dirt-repellent layers.

Claims (16)

Verfahren zur Oberflächenbeschichtung eines Grundmaterials mit Schichtmaterialien, wobei das Grundmaterial – in einem ersten Schritt mit einer Schutzschicht versehen wird, – in einem zweiten Schritt der oberste Teil der Schutzschicht abgetragen wird, – in einem dritten Schritt die Schutzschicht durch mindestens einen Plasmabeschichtungsprozess mit einer Deckschicht versehen wird.Process for the surface coating of a base material with layered materials, wherein the base material - in one first step is provided with a protective layer, - in one second step the top part of the protective layer is removed, - in one third step, the protective layer through at least one plasma coating process is provided with a cover layer. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit der Deckschicht mittels eines PA-CVD Prozesses ausgeführt wird.Method according to claim 1, characterized in that the coating with the cover layer is carried out by means of a PA-CVD process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt nach dem ersten oder dem zweiten Schritt die Schutzschicht gereinigt und/oder entfettet wird, vorzugsweise durch einen Plasmaprozess.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that in a further step after the first or the second step, the protective layer is cleaned and / or degreased, preferably by a plasma process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragung der Schutzschicht im ersten Schritt und/oder deren Abtragung im zweiten Schritt durch einen Plasmaprozess erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the application of the protective layer in the first Step and / or their removal in the second step by a Plasma process takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt zwischen dem zweiten und dem dritten Schritt der oberste Teil der Schutzschicht aktiviert wird, vorzugsweise durch einen Plasmaprozess.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that in a further step between the second and the third step activates the uppermost part of the protective layer, preferably by a plasma process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht Materialien aus der Gruppe Diamant, Keramiken, Karbide, Oxide und Nitride enthält, wobei Metall-Karbide, Metall-Oxide oder Metall-Nitride bevorzugt werden und die genannten Metalle bevorzugt Eisen, Nickel, Kobalt, Lithium, Silizium, Titan, Bronze, Zink, Zinn, Aluminium oder Tantal sind.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the cover layer materials from the group Contains diamond, ceramics, carbides, oxides and nitrides, wherein Metal carbides, metal oxides or metal nitrides are preferred and mentioned Metals preferably iron, nickel, cobalt, lithium, silicon, titanium, Bronze, zinc, tin, aluminum or tantalum are. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht härter oder weicher als die Schutzschicht ist oder die gleiche Härte besitzt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the cover layer is harder or softer than the protective layer is or the same hardness has. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Deckschicht im Bereich 1 nm bis 1 mm liegt, bevorzugt 10 nm bis 10 μm, liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the thickness of the cover layer in the range 1 nm to 1 mm, preferably 10 nm to 10 microns, is located. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht Diamant, Glas, Keramiken, Karbide, Oxyde oder Nitride enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the protective layer comprises diamond, glass, ceramics, Contains carbides, oxides or nitrides. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht harte Partikel enthält, die in einer Matrix eingebettet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the protective layer contains hard particles which embedded in a matrix. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus Polymeren besteht, vorzugsweise Klebern oder Lacken.Method according to claim 10, characterized in that that the matrix consists of polymers, preferably adhesives or Paints. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit der Deckschicht direkt an die Partikel der Schutzschicht erfolgt.Method according to one of claims 10 or 11, characterized that coating with the topcoat directly to the particles the protective layer takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schutzschicht im Bereich zwischen 10 nm bis 1 mm liegt, bevorzugt 100 nm bis 10 μm.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the thickness of the protective layer is in the range between 10 nm to 1 mm, preferably 100 nm to 10 microns. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial Metalle, Holz, Pappe, Kunststoffe, Gläser, Keramiken oder Verbundwerkstoffe aus diesen Materialien enthält oder aus diesen besteht.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the base material metals, wood, cardboard, plastics, glasses, ceramics or composites of these materials or contains consists of these. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Aufbringung von kratz- und abriebsfesten Schichten, Antireflexschichten, IR-Reflexionsschichten, Anti-Fingerabdruck-Schichten und schmutzabweisenden Schichten auf ein Grundmaterial.Use of the method according to one of claims 1 to 14 for the application of scratch and abrasion resistant layers, antireflection coatings, IR reflective coatings, anti-fingerprint coatings and dirt-repellent layers on a base material. Verwendung nach Anspruch 15 zum Beschichten von Kunststoffen, Textilien, Holz, Pappe, Metallen und Verbundmaterialien aus diesen Stoffen, vorzugsweise Brillen, Visieren für Schutzkleidung oder Helme, allgemeinen Gebrauchsgegenständen aus Kunststoff, Displays, Fenster, Flugzeugscheiben, Diffusionsbarrieren, Datenträgern, Fahrzeugteilen und elektronischen Bauteilen.Use according to claim 15 for coating Plastics, textiles, wood, cardboard, metals and composite materials of these substances, preferably spectacles, visors for protective clothing or Helmets, general plastic objects, displays, Windows, aircraft disks, diffusion barriers, data carriers, vehicle parts and electronic components.
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