DE1446270B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer dünnen, freitragenden Folie durch Vakuumaufdampfen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen, freitragenden Folie von gleichmäßiger Dicke, bei dem ein metallisches oder nichtmetallisches Folienmaterial im Vakuum auf eine als endloses Band ausgebildete Unterlage aufgedampft und dann von der Unterlage abgezogen wird, und die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.

Bei der Herstellung sehr dünner Bleche oder Folien, z. B. aus Metall oder anderen geeigneten Stoffen, ist es üblich, Walzverfahren anzuwenden, bei denen ein verhältnismäßig dickes Blech derart in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten behandelt wird, daß dje Stärke durch Heißwalzen herabgesetzt wird. Dieses Herstellungsverfahren ist bei einer Reihe von Werkstoffen durchaus vorteilhaft, jedoch hat es den erheblichen Nachteil hoher Kosten, insbesondere bei der Herstellung sehr dünner Folien. Außerdem ist es schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, Folien von einer Stärke in der Größenordnung eines tausendstel Millimeters und weniger herzustellen. Bei dem üblichen Folienherstellungsverfahren durch Walzen steigen die Kosten mit der Abnahme der Folienstärke, da eine Herabsetzung der Stärke nur durch aufeinanderfolgende Walzvorgänge erreicht wird. Außerdem treten Schwierigkeiten bei der Herstellung verschiedener Arten von Folien auf Grund der Natur des zu behandelnden Materials auf. So sind in der Elektrotechnik die sogenannten elektrischen Folien, die für die Herstellung verschiedener elektrischer Einrichtungen verwendet werden, beispielsweise von Kondensatoren, außerordentlich kostspielig, und zwar auf Grund der besonderen Schwierigkeiten bei der Behandlung des Metalls. Die erwähnten Nachteile treten in verstärktem Umfang bei der Herstellung nichtmetallischer Folien auf, da viele Stoffe dieser Art nicht in ausreichendem Maße durch Walzverfahren bearbeitet werden können. Verschiedene Arten von Folien, deren Verwendung an sich sehr erwünscht sein könnte, stehen daher nicht in handelsüblichen Mengen zur Verfügung.

Die Erfindung bezweckt ein technisch zuverlässiges, wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Folien jeder gewünschten Stärke, und zwar durch Abscheidung aus dem dampfförmigen Zustand. Demgemäß wird das Material der Folie von dem Wert Null der Folienstärke aufgebaut, so daß für die Folie mit der geringsten Stärke auch der geringste Herstellungsaufwand erforderlich ist. Die Verhältnisse sind also umgekehrt wie bei den üblichen Walzverfahren.

Aus der englischen Patentschrift 454 919 ist ein Verfahren zur Herstellung von Blattgold und ähnlichen Folien bekanntgeworden, bei dem Metall für die Ausbildung der Folie auf ein sich bewegendes Trägerband von einer kathodischen Emissionselektrode, also durch Kathodenzerstäubung, in der Atmosphäre eines inerten Gases der Gruppe O des Periodischen Systems bei niedrigem Druck aufgedampft und das aufgedampfte Metall anschließend als Blattgold od. dgl. von dem Trägerband abgelöst wird, indem das Band oder eine auf dem Band angeordnete Schicht aufgelöst oder geschmolzen wird. Auch ist es aus der schwedischen Patentschrift 130 704 (Referat in »Chemisches Zentralblatt«, 1953, S. 3635/ 3636) bekannt, dünne Blättchen oder Folien aus Metallen herzustellen, indem man die Metalle durch Kathodenzerstäubung oder Vakuumverdampfung auf Glas aufbringt und sie durch Berührung mit ungeleimten Papier vom Glas ablöst, wobei zur Erleichterung des Ablösens ein Siliconöl auf dem Glas als Isolator verwendet wird. Es handelt sich hier jedoch nicht um ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung selbsttragender Folien, und es ist, ebenso wie bei der erwähnten englischen Patentschrift, auch nicht vorgesehen, die Folie innerhalb des evakuierten Herstellungsraumes von der Unterlage zu entfernen

ίο und danach aus dem für die Verdampfung aufrechterhaltenen Vakuum über eine abgestufte Pumpschaltung zu entfernen.

Auch die deutsche Patentschrift 918 367, die die Herstellung von freitragenden Metallfolien durch Kondensation aus der Dampfphase auf eine Unterlage und nachfolgendes Ablösen von dieser Unterlage beschreibt, bezieht sich nicht auf ein kontinuierliches Verfahren, und es ist nicht das wesentliche Merkmal enthalten, daß die Folie innerhalb eines evakuierten

ao Herstellungsraums von der Unterlage entfernt wird. Die schweizerische Patentschrift 236 117 schließlich diskutiert zwar im Zusammenhang mit der Herstellung von metallisierten Bändern aus Isolierstoff den Nachteil der Diskontinuierlichkeit des Verfahrens, meint aber, daß diese Nachteile in Kauf genommen werden könnten. Die Patentschrift führt also zu der entgegengesetzten Erkenntnis, wie sie der Erfindung zugrunde liegt.

Gemäß der Erfindung ist bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorgesehen, daß die Folie innerhalb des Vakuums von der Unterlage abgezogen und dann kontinuierlich durch verschiedene Evakuierungsstufen aus dem Vakuum geführt wird. Vorzugsweise wird dabei die Haftung der Folienschicht durch Aufbringen eines Netzmittels auf die Unterlage unmittelbar vor dem Aufdampfen des Folienmaterials begrenzt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Herstellung einer Mehrschichtfolie verschiedene Materialien aufeinander aufgedampft werden, und auch, daß die Foliendicke durch Steuerung des Verdampfungsgrades und der Aufdampfzeit eingestellt wird. Außerdem hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß zur Herstellung einer rauhen Oberfläche auf der Folie ein starker Dampfstrom des Folienmaterials erzeugt und eine schnelle Kondensierung der Dämpfe auf der Unterlage bewirkt wird. Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens besteht vorzugsweise aus einer Vakuumkammer, einer Vakuumpumpeinrichtung zur Evakuierung der Kammer, einem oder mehreren beheizbaren Dampferzeugern innerhalb der Kammer zur Erzeugung von Dämpfen des Folienmaterials und einer bewegbaren, endlosen Bandunterlage oberhalb der Dampferzeuger, und sie ist gekennzeichnet durch eine innerhalb der Vakuumkammer angeordnete Einrichtung zum Ablösen der Schicht von der Unterlage in Form einer dünnen, freitragenden Folie sowie durch Anordnung mehrerer Vakuumstufen bildender Kammern zum Ausführen der Folie aus der Vakuumkammer. Die Unterlage besteht zweckmäßig aus korrosionsbeständigem Stahl oder einem anderen Werkstoff, an dem das Schichtmaterial keine wesentliche Haftwirkung aufweist. Auch kann es vorteilhaft sein, eine Einrichtung zum Aufbringen eines Netzmittels auf die Oberfläche der Unterlage vor der Aufdampfstelle des Schichtmaterials anzuordnen.

Durch das beschriebene Verfahren ist eine kon-

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tinuierliche Herstellung dünner, freitragender Folien F i g. 3 zeigt in Seitenansicht, teilweise geschnitten ; bei hoher Wirtschaftlichkeit möglich. Dabei ergibt nach der Linie 3-3 der Fig. 2, weitere Einzelheiten sich ein besonderer Vorteil durch die Maßnahme, einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; ^: daß die Folie innerhalb der Vakuumkammer abge- F i g. 4 zeigt einen Teilschnitt einer Einzelheit in ι zogen wird, da ein Herausführen der endlosen Unter- ;;5 Abänderung der genannten Einrichtung.
j lage aus der Vakuumkammer zum Entfernen der Wie Fig. IA zeigt, wird der Raum oberhalb des j Folie die Folge hätte, daß die Unterlage Gase adsor- für die Folienherstellung verwendeten Materials eva- ! biert oder in anderer Weise verunreinigt wird, so daß kuiert, wobei der Vorgang der Evakuierung durch j sie einem Gasaustreibungsvorgang unterworfen wer- die Pfeile 11 angedeutet ist. Das zu behandelnde I den müßte, bevor der Metallbelag aufgebracht wer- io Material 12 befindet sich in Blockform innerhalb des I den kann. Die dünne Folie ist jedoch sehr empfind- evakuierten Raums. Es sei beispielsweise angenom-I lieh, so daß eine unmittelbare Überführung aus dem men, daß eine Kupferfolie hergestellt werden soll, I Hochvakuum in die Atmosphäre infolge der damit und in diesem Fall besteht der Block 12 aus Kupfer. i verbundenen schnellen Druckänderung zu Schäden Nachdem oberhalb des Kupferblocks 12 ein geeigne-I führen könnte. Die Erfindung löst dieses mit der Art 15 tes Vakuum hergestellt ist, wird entsprechend der i der Ablösung der Folie verbundene Problem da- Darstellung der Pfeile 13 in F i g. 1B der Block er- ! durch, daß die Folie nach dem Ablösen erst nach hitzt. Dabei wird die Temperatur des Kupfers derart ' und nach höheren Drücken ausgesetzt wird, indem erhöht, daß es zumindest teilweise in den schmelz- \ sie durch abgestufte Vakuumpumpeinrichtungen ge- flüssigen Zustand übergeht, wobei im oberen Teil führt wird. ao des Blocks 12 eine Verdampfung des Kupfers erfolgt. In Anwendung der Erfindung ist es nicht nur Der Verdampfungsvorgang ist in F i g. 1C durch die k möglich, ein Verfahren zur Folienherstellung durch- gestrichelten Linien 14 oberhalb des Blocks ange-/ zuführen, das vom wirtschaftlichen Standpunkt be- deutet. Die Art der Halterung oder Unterbringung i sondere Vorteile bietet, sondern die Erfindung ermög- des Blocks im Betrieb wird nachstehend eingehender licht außerdem die Herstellung von Folien aus 35 beschrieben werden. ■■■■-·· - :
Stoffen, die bisher praktisch nicht in Form von Folien Durch die erwähnten Verfahrensschritte wird er-' zur Verfügung standen. Außer den erwähnten Stoffen reicht, daß ein kontinuierlicher Fluß verdampften gibt es auch Metalle, die sehr schwer zu bearbeiten Kupfers in dem evakuierten Raum von dem Block sind, wie beispielsweise bestimmte schwerschmelz- aufwärts strömt. Oberhalb des Kupferblocks wird bare Metalle. Es ist bekannt, daß zahlreiche Metalle 30 eine geeignete Unterlage 16 vorbeigerührt (Fig. IC), außerordentlich hohe Temperaturcharakteristiken Das verdampfte Material, also im vorliegenden Fall '■ haben, so daß beispielsweise Walzverfahren völlig Kupfer, das in dem evakuierten Raum aufwärts 1 ungeeignet für die Massenherstellung bestimmter strömt, wird daher auf der unteren Fläche der Unter- : Teile aus solchen Metallen sind. Zum Beispiel hat lage 16 niedergeschlagen, so daß sich auf der Unter-I Titan sehr erwünschte elektrische Eigenschaften, und 35 lage eine Schicht 16' ausbildet. Die Intensität des \ es ist daher im besonderen Maße geeignet für be- Verdampfungsvorgangs und die Art der Bewegung ! stimmte Anwendungen, insbesondere bei der Her- der Unterlage sind naturgemäß entscheidend für die stellung elektrischer Kondensatoren. Eine solche Stärke der Schicht. Die auf der Unterlage nieder- '■ Anwendung erfordert, daß das Titan in der Form geschlagene Schicht bildet die herzustellende Folie, sehr dünner Folien zur Verfügung steht, und die 40 Bei dem erwähnten Beispiel der Herstellung einer vorliegende Erfindung ist in besonderem Maße ge- Kupferfolie kann die erwähnte bewegbare Unterlage eignet für die Herstellung solcher Folien, ebenso wie beispielsweise aus korrosionsbeständigem Stahl be-. für die Herstellung sehr dünner Folien vieler anderer stehen. . ■ ι Stoffe. Nach dem Niederschlagen der vorgesehenen Bei manchen Fertigungsverfahren ist es ferner 45 Materialmenge auf der unteren Fläche der sich be-I erforderlich, daß mehrere Folien aus verschieden- wegenden Unterlage 16 wird die Unterlage aus dem \ artigem Material zur Verfügung stehen, welche nor- Bereich des Metalldampfes entfernt, und die an der I malenveise nach der ersten Herstellung der Folien unteren Fläche vorhandene Schicht 16 wird abgelöst, zusammengefügt werden, so daß sich beispielsweise wie aus Fig. ID hervorgeht. Das Verfahren arbeitet eine »sandwichartige« Struktur ergibt. Dies ist bei 50 also in anderer Weise als die üblichen Verfahren zur ■ dem erwähnten Beispiel der Herstellung elektrischer Herstellung von Niederschlägen aus dem dampf-Kondensatoren der Fall; hierbei muß elektrisch förmigen Zustand, bei denen ein dichtes oder festes leitendes Material in Folienform mit einem dielek- Haften der niedergeschlagenen Schicht auf der Untertrischen Material belegt werden, das ebenfalls in lage erfolgt. Im Gegensatz hierzu ist vorgesehen, daß Folienform vorliegt. Die Erfindung bietet den Vor- 55 diese Schicht derart niedergeschlagen wird, daß sie teil, daß Mehrschichtfolien in einem einzigen Arbeits- vollständig entfernt werden kann. Im Hinblick auf gang hergestellt werden. die erforderliche Begrenzung der Haftfähigkeit der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach- Schicht ist es beispielsweise möglich, ein Netzmittel stehend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben, auf die untere Fläche der Unterlage aufzubringen, und zwar insbesondere auf Grund einer Darstellung 60 und zwar vor demjenigen Augenblick, in dem die geeigneter Schritte eines bevorzugten Herstellungs- Unterlage dem Dampf des niederzuschlagenden Verfahrens. Materials ausgesetzt wird. Bei anderen Voraus^ Fig. 1 zeigt schematisch die aufeinanderfolgenden Setzungen ist es nicht erforderlich, ein solches Netz-Schritte eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des mittel zu verwenden, und die Entscheidung über die Verfahrens gemäß der Erfindung; 65 Verwendung eines solchen Mittels wird im Einzelfall i Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungs- von dem niederzuschlagenden Material und der Art beispiel einer Einrichtung zur Ausführung der Er- der Unterlage abhängen, auf der das Material aufgefindung; ' tragen wird. Bei dem erwähnten Beispiel der Her-

stellung einer Kupferfolie ist es nicht erforderlich, ein Netzmittel zu verwenden, wenn die Unterlage aus korrosionsbeständigem Stahl besteht, da das Kupfer verhältnismäßig leicht von der Unterlage abgelöst werden kann, wenn diese nicht zu stark bei 5 der Niederschlagung des Kupfers erhitzt wird. Es ist zweckmäßig, die Unterlage während des Verfahrensganges auf Normaltemperatur zu halten, damit sich eine möglichst geringe Haftfähigkeit der erzeugten Schicht auf der Unterlage einstellt.

Die Herstellung der Folie kann, wie in F i g. 1E schematisch dargestellt ist, kontinuierlich erfolgen. Bei der in F i g. 1E gezeigten Anordnung hat die Unterlage die Form eines endlosen Bandes, das beispielsweise auf zwei Rollen oder Walzen 18 läuft, so daß die Unterlage kontinuierlich über die Quelle des Metalldampfes geführt wird. Durch fortlaufende Ablösung der auf der Unterlage niedergeschlagenen Schicht und Speicherung beispielsweise auf einer Rolle oder Walze 19 ist es möglich, sehr große Folien »o herzustellen. Außerdem ist der beschriebene kontinuierliche Herstellungsgang im Hinblick auf eine möglichst weitgehende Herabsetzung der Herstellungskosten vorteilhaft.

Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist «5 besonders geeignet für eine sehr genaue Steuerung und Überwachung, und das hergestellte Erzeugnis kann hohen Qualitätsanforderungen genügen. Der Grad der Niederschlagung aus dem dampfförmigen Zustand kann in sehr engen Grenzen durch die Steuerung der dem Material oder der Dampfquelle zugeführten Hitze beeinflußt und überwacht werden, so daß der Dampfstrom zu der Unterlage kontrolliert werden kann. Eine zusätzliche Steuerung und Überwachung ist durch Veränderung der Art des Vorbeiführens der Unterlage über der Quelle des Metalldampfes möglich. Von besonderer Bedeutung ist im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß während der Ausbildung der Folie das entsprechende Vakuum aufrechterhalten wird. Wenn in dieser Hinsicht auch ein gewisser Spielraum vorhanden ist, so hat es sich doch gezeigt, daß bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Vakuum vorzugsweise in der Größenordnung von ΙΟ"⁴ mm Quecksilbersäule liegen sollte.

Im Hinblick auf das Gefüge der erzeugten Folie ist zu berücksichtigen, daß die Oberflächenbeschaffenheit der Unterlage die Oberflächenbeschaffenheit der oberen Folienfläche, die an der Unterlage anliegt, beeinflußt. Das Gefüge der unteren Fläche der Folie hängt ab von der Art der Niederschlagung des Metalls aus dem dampfförmigen Zustand. Wenn der Grad des Vakuums auf dem erwähnten Wert gehalten wird, stellt sich ein im wesentlichen freier Molekularfluß des Dampfes ein, so daß bei der Niederschlagung im wesentlichen einzelne Moleküle zeitlich auftreten und dadurch eine außerordentlich ebene und glatte Fläche hergestellt wird. Wenn ein entsprechender Abstand zwischen der Quelle des Metalldampfes und der Unterlage eingehalten wird, beispielsweise in der Größenordnung einiger Zentimeter, und außerdem der Grad der Erzeugung des Dampfes begrenzt und in der erwähnten Weise ein hohes Vakuum eingestellt wird, stellt sich bei dem so hervorgerufenen freien Molekularfluß fast keine Rekombination von Dampfmolekülen vor der Abscheidung ein. Andererseits ist es jedoch auch möglich, eine matte oder rauhere Oberfläche der Folie zu erhalten, wenn man die Parameter des Herstellungsverfahrens derartig beeinflußt, daß ein solcher freier Molekularfluß verhindert wird. Eine Verstärkung des Verdampfungsgrades, eine geringere Bemessung des Abstandes zwischen der Dampfquelle und der Unterlage oder eine Herabsetzung des Vakuums führt zu einer rauheren unteren Fläche des niedergeschlagenen Materials. Eine solche Ausbildung kann für manche Anwendungsgebiete sehr erwünscht sein, beispielsweise in solchen Fällen, in denen die Haftung mit anderen Stoffen verbessert werden soll. Der Abstand, der Grad der Evakuierung und der Verdampfungsgrad sind dementsprechend geeignete Kontrollparameter für die Beeinflussung der Oberflächengüte der Folie.

Als Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sei genannt, daß Aluminium bei einer Temperatur von ungefähr 1800⁰C an der Oberfläche in einer auf 10~⁴ mm Quecksilbersäule evakuierten Kammer verdampft werden kann. Eine Unterlage aus korrosionsfestem Stahl wird über der Dampfquelle in einem Abstand von etwa 6,25 bis 7,50 cm mit entsprechender Geschwindigkeit vorbeibewegt, so daß sich eine Aluminiumfolie mit einer Stärke von etwa 1,25 · 10~³ bis 0,5 · 10~³ cm ergibt. Diese Folie hat eine glatte Oberfiächenbeschaffenheit an ihrer unteren Fläche, jedoch kann auch eine matte oder rauhere Oberflächenbeschaffenheit dadurch hergestellt werden, daß der Abstand bis auf etwa 2,5 cm verringert und die Temperatur des Aluminiums erhöht wird. Naturgemäß erfordert ein höherer Verdampfungsgrad auch eine größere Bewegungsgeschwindigkeit der Unterlage, wenn man die gleiche Folienstärke einhalten will.

Falls es auf Grund der besonderen Eigenschaften des verwendeten Materials oder des im Einzelfall angewendeten Herstellungsverfahren zweckmäßig ist, ein Netzmittel zur Herabsetzung der Haftung der Folie an der Unterlage zu verwenden, stehen zahlreiche geeignete Mittel zur Verfügung. Es ist beispielsweise bekannt, daß ein Molekularfilm von Öl auf einem Unterlagematerial die Haftung aus dem dampfförmigen Zustand niedergeschlagener Stoffe sehr erheblich herabsetzt. Es ist daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, zur Benetzung eine Ölschicht in molekularer Verteilung zu verwenden. Mittel dieser oder ähnlicher Art stehen zahlreich zur Verfugung. Beispielsweise kann das unter der Bezeichnung »Peepol« erhältliche Mittel verwendet werden, das von der Shell Oil Company hergestellt wird und als Netzmittel sehr bekannt ist; dieses Mittel kann auch bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden, um die Haftung des aus dem dampfförmigen Zustand abgeschiedenen Materials auf der Unterlage herabzusetzen und die Trennung der Folie von der Unterlage zu erleichtern.

Das beschriebene Verfahren ist besonders geeignet für eine genaue Steuerung und Überwachung, so daß ein weiter Spielraum im Hinblick auf die Beschaffen-: heit der hergestellten Folie besteht. Mit einer schnell ansprechenden und sorgfältig kontrollierten Wärme-! quelle kann der Verdampfungsgrad genau einreguliert! werden, um die Schichtdicke genau einzustellen.; Ferner ist es möglich, die Art bzw. Geschwindigkeit der Bewegung der Unterlage zu verändern, um diel Folienstärke zu beeinflussen, und es kann erforder-i lichenfalls auch mehr als ein Verdampfungsvorgang: erfolgen, wenn stärkere Folien hergestellt werden

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sollen. Auch ist es möglich, den Dampfstrom auf einen größeren Verdampfungsbereich zu erhalten, bestimmte begrenzte Bereiche der Unterlage zu so daß eine höhere Schichtdicke oder ein schnellerer richten, um Folien verschiedenartiger Ausbildung zu Gang des Herstellungsverfahrens möglich ist.
erhalten. Diese Beeinflussung des Dampfstroms kann Ferner ist ein Streifen oder ein langes Band 63 beispielsweise mit Hilfe von Masken oder Abdeckun- 5 vorgesehen, welches aus einem Material besteht, das gen erfolgen, welche auf einer hinreichend hohen geeignet ist, über der Dampfquelle vorbeibewegt zu Temperatur gehalten werden, um so eine Konden- werden und den Dampf für die Niederschlagung der sation von Dampf auf diesen Teilen praktisch zu zu erzeugenden Schicht aufzunehmen. Dieses Band unterbinden. 63 erfüllt die Aufgabe der bereits erwähnten Unter-Die erwähnten Verfahrensschritte des erfindungs- io lage zur Ausbildung der Schicht durch Niederschlagemäßen Verfahrens können mit Einrichtungen ver- gung des Dampfes und anschließendes Entfernen der schiedenartiger Ausbildung ausgeführt werden. In Schicht von der Unterlage, wobei diese Schicht die den F i g. 2 und 3 ist eine vorteilhafte Einrichtung durch das Verfahren herzustellende Folie darstellt, zur Durchführung der kontinuierlichen Folienher-, Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird das Band63 über stellung gemäß der Erfindung dargestellt. Diese Ein- 15 Rollen oder Walzen 64 geführt, welche innerhalb der richtung kann auch als »Folien-Ofen« bezeichnet Vakuumkammer 53 oder an geeigneten Ansätzen werden. Wie aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht, ist in usw. angeordnet sein können. Es ist zwar möglich, der dargestellten Einrichtung ein Vakuumgehäuse 51 diese Rollen oder Walzen 64 außerhalb der Vakuumvorgesehen, mit dem Vakuumpumpen 52 verbunden kammer anzuordnen, jedoch tritt dann das Problem sind, welche geeignet sind, die innere Kammer 53 ao der Aufrechterhaltung des Vakuums auf, so daß eine dieses Gehäuses kontinuierlich zu evakuieren. Die für entsprechende Vakuumabdichtung und eine Andie Evakuierung verwendeten Einrichtungen können passung der Pumpeinrichtungen erforderlich ist. beispielsweise mehrere Diffusionspumpen oder andere Zum Antrieb einer oder mehrerer der erwähnten geeignete Mittel zur Herstellung und Aufrecht- Rollen oder Walzen 64 sind geeignete Antriebseinerhaltung eines entsprechenden Vakuums in der 25 richtungen vorgesehen, welche das Band 63 über der Kammer 53 enthalten; die Evakuierung wird am Dampfquelle 56 vorbeibewegen. Beispielsweise kann besten in der Weise durchgeführt, daß verhältnis- ein Elektromotor 66 als Antrieb für eine oder mehmäßig große Evakuierungsöffnungen54 in dem rere der Rollen oder Walzen:für das Band63 ver-Vakuumgehäuse 51 vorhanden sind. Innerhalb des wendet werden; wenn ein Motor mit veränderbarer Gehäuses ist eine Dampfquelle 56 angeordnet, die in 30 Drehzahl benutzt wird, kann die Art und Geschwinzweckmäßiger Weise ausgebildet sein kann; bei der digkeit der Fortbewegung der Unterlage über der Darstellung nach den Fig. 2 und 3 ist ein Tiegel Dampf quelle und damit gleichzeitig die Schichtstärke oder Behälter 57 vorgesehen, der das zu verdamp- geregelt werden. Unter bestimmten Voraussetzungen fende Material enthält und mit Erhitzungseinrich- kann es auch zweckmäßig sein, das ablaufende Trum tungen58 versehen ist, welche die Schmelzung und 35 des Bandes hinreichend weit von der Dampfquelle Verdampfung des Materials bewirken. Die Er- zu entfernen, um dafür zu sorgen, daß keine Dampfhitzungseinrichtungen können beispielsweise einfache abscheidung auf ihm erfolgt; zu diesem Zweck kön-Widerstandsdrähte aufweisen, die um den Tiegel an- nen die in F i g. 3 dargestellten Führungseinrichgeordnet sind und von einer Stromquelle 59 gespeist tungen verwendet werden. ■
werden, die sich normalerweise außerhalb des Ge- 40 Wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist, sind gehäuses befindet. Wenn das Material 61 in der Dampf- eignete Einrichtungen zur Ablösung der niederquelle einen verhältnismäßig niedrigen Siedepunkt geschlagenen Schicht von dem Band 63 vorgesehen, hat, werden die beschriebenen Einrichtungen im all- Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine nach Art gemeinen ausreichen. Es können jedoch auch Induk- einer Messerschneide ausgebildete Ablösungseinrichtionsheizeinrichtungen verwendet werden, oder in 45 tung 67 vorhanden sein, welche vorzugsweise außermanchen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, zur halb des Bereichs der eigentlichen Dampfkonzen-Verdampfung von Metallen mit höherem Siedepunkt tration angeordnet und so gerichtet ist, daß sie an Einrichtungen zu verwenden, die eine konzentriertere der unteren Fläche des Bandes oder der Unterlage und höhere Erhitzung ermöglichen. Wenn beispiels- 63 angreift, wenn sich die Unterlage aus dem Bereich weise Titan verdampft werden soll, ist es zweck- 50 der Dampfquelle herausbewegt und auf ihrer unteren mäßig, Einrichtungen zu verwenden, die eine Er- Fläche die abgeschiedene Schicht aufweist. Wenn hitzung durch Teilchenaufprall ermöglichen, wobei das mit der Schicht versehene Band 63 über die z. B. ein Elektronenstrahl von hoher Dichte in den Messerschneide 67 abläuft, wird die Schicht von dem Behälter der Dampfquelle gerichtet wird, um die für Band als Folie abgelöst, und die Folie 68 wird dann die Verdampfung erforderliche Hitze zu erzeugen. 55 über geeignete Führungsmittel geführt, beispielsweise Auch ist es möglich, für die kontinuierliche Ergän- Rollen 69, und kann dann auf einer weiteren Rolle zung und Auffüllung des Materials innerhalb der od. dgl. 71 aufgewickelt werden. Falls es erforderlich Dampf quelle zu sorgen, damit der Zeitraum der kon- ist, daß die Folie während des Herstellungsganges tinuierlichen Folienherstellung möglichst lang ist, kontinuierlich aus dem Ofen herausgeführt wird, ohne daß es notwendig ist, im Innern der evakuierten 60 müssen geeignete Vakuumdichtungen vorgesehen wer-Kammer 53 irgendwelche Arbeitsgänge vorzunehmen. den, welche beispielsweise verschiedene Evakuie-Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist schematisch in rungsstufen 72 enthalten können, durch die die Folie Fig. 3 dargestellt, bei der ein aufgewickelter Draht hindurchgeführt wird. Die Folie kann dann der end-62 unter entsprechender Steuerung und Überwachung gültigen Verwendung zugeführt, gespeichert oder in die Dampfquelle eingeführt wird, so daß eine 65 außerhalb des Ofens weiterbehandelt werden,
größere Materialmenge für die Verdampfung zur Die Arbeitsweise der beschriebenen Einrichtung Verfügung steht. Auch ist es möglich, die Dampf- enthält im wesentlichen die nachfolgenden Verquelle in entsprechender Weise zu verlängern, um fahrensschritte. Das zu verarbeitende Material, bei-

spielsweise Aluminium, ist in der Aufnahme der Dampfquelle 56 angeordnet, und das Band 63 wird über diese Dampfquelle durch eine oder mehrere der Bandrollen 64 geführt; die Verdampfung des Aluminiums erfolgt in der beschriebenen Weise unter Einwirkung von Hitze, so daß ein aufsteigender Dampfstrom erzeugt wird. Innerhalb der Kammer wird ein entsprechendes Vakuum aufrechterhalten, beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 Mikron Quecksilbersäule. Dieses Vakuum wird während des Verfahrensganges aufrechterhalten, wenn man von bestimmten Veränderungen absieht, die zum Zweck der Kontrolle oder der Regelung vorgenommen werden. Der aus der Dampf quelle 56 aufsteigende Dampf wird als Schicht auf der unteren Seite des Bandes 63 niedergeschlagen, das oberhalb der Dampfquelle vorbeigeführt wird. Wenn ein hohes Vakuum innerhalb der Kammer 53 aufrechterhalten wird und wenn der Verdampfungsgrad entsprechend begrenzt und der erforderliche Verdampfungsweg eingehalten ist, wird praktisch keine Zusammenballung verdampfter Aluminiummoleküle auftreten. Infolgedessen wird sich ein im wesentlichen molekularer oder atomarer Niederschlag des Materials auf der unteren Fläche des Bandes bilden, der eine sehr glatte und ebene Schicht bildet. Die Stärke dieser Schicht wird im wesentlichen durch die Steuerung der Dampfquelle beeinflußt. Zu diesem Zweck ist nur eine entsprechende Steuerung und Überwachung der der Dampfquelle zugeführten Wärme erforderlich, um die Menge des erzeugten Dampfes zu beeinflussen; da im wesentlichen der gesamte in der Quelle erzeugte Dampf senkrecht aufsteigt und auf das Band 63 gelangt, ist eine sehr genaue Kontrolle über die Menge des abgeschiedenen Dampfes möglich. Auch ist es möglich, in dem obigen Zusammenhang die Art oder Geschwindigkeit der Bewegung des Bandes 63 zum Zweck einer zusätzlichen Steuerung des Vorgangs zu ändern. Da das zur Folienherstellung verwendete Material, im vorliegenden Beispiel Aluminium, auf dem über der Dampfquelle bewegten Band 63 niedergeschlagen wird, wird eine Folie von genau einstellbarer Stärke erzeugt, und diese Folie wird anschließend von der Unterlage 67 getrennt. -.,.-

Nach Entfernung der Folie 68 von der Unterlage wird die Folie in geeigneter Weise gespeichert, beispielsweise auf einer Rolle oder Walze, die zur Aufnahme der Folie in geeigneter Weise angetrieben wird. Es ist selbstverständlich auch möglich, andere Einrichtungen zur anschließenden Aufnahme und Behandlung der Folie vorzusehen, beispielsweise eine Schneideeinrichtung, welche Streifen oder Bogen bestimmter Länge herstellt. Die Auffüllung der Dampfquelle mit verdampfbaren Material kann in der oben beschriebenen Weise vorgenommen werden. Ferner ist es möglich und in manchen Fällen zweckmäßig, ein Netzmittel auf die untere Seite des Unterlagebandes 63 vor dem Niederschlagen des Dampfes aufzubringen. Dies kann ebenfalls selbsttätig innerhalb des Ofens in der Weise erfolgen, daß eine Quelle 73 des Netzmittels in geeigneter Weise an dem Band oberhalb der Dampfquelle angeordnet wird; im vorliegenden Fall erfolgt die Anordnung links von der Dampfquelle, da vorausgesetzt ist, daß sich das Band 63 in Richtung des Pfeiles in Fig. 3 nach rechts bewegt. Dabei braucht normalerweise nur eine sehr geringe Menge des Netzmittels auf das Band aufgebracht zu werden, um die Haftung der aufgedampften Schicht auf dem Streifen derart zu begrenzen, daß eine leichte Trennung dieser beiden Teile möglich ist. Die Erfindung ist in besonderem Maße für die Herstellung von Folien aus hochhitzebeständigen Metallen geeignet. Wenn Titan-, Tantal- oder unter Umständen sogar Wolframfolie hergestellt werden soll, ist es natürlich notwendig, der Dampfquelle die für die Verdampfung dieser Metalle erforderliche Hitze zur Verfügung zu stellen. Viele Wärmequellen üblicher Art können in diesem Fall nicht verwendet werden; wie bereits erwähnt, ist es jedoch möglich, eine Erhitzung durch Teilchenaufprall vorzunehmen, wobei ein Elektronenstrahl hoher Energie auf den oberen Teil des Tiegels der Dampfquelle fokussiert wird. Auf diese Weise erreicht;man eine begrenzte Schmelzung der oberen Fläche des betreffenden Metalls in dem Tiegel und eine entsprechend gesteuerte Verdampfung. Bei Anwendung eines solchen Erhitzungsverfahrens ist es in diesem Fall zweckmäßig,

so einen gekühlten Tiegel zu verwenden, der beispielsweise aus Kupfer bestehen und Kühlrohre aufweisen kann, um ein Schmelzen des Behälters zu vermeiden. Diese Art der Erhitzung ermöglicht eine sehr genaue Steuerung der Menge des erzeugten Dampfes und damit des gesamten Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nicht nur eine besonders wirtschaftliche Herstellung von Folien, sondern es hat den weiteren Vorteil, daß die Erzeugung von außerordentlich reinem Material als Folie möglich ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß ein Verdampfungsvorgang für die Reinigung und Abscheidung geeignet ist, und die Herstellung von Folien nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann daher in der Weise vorgenommen werden, daß sichergestellt ist, daß nur ein einzelnes oder aber mehrere gewünschte Elemente niedergeschlagen werden. So kann beispielsweise Kupfer aus einer Mischung von Kupfer und verunreinigenden Stoffen mit höherem Siedepunkt in der Weise verdampft werden, daß eine Temperatur an der Dampf quelle aufrechterhalten wird, die nur eine Verdampfung des Kupfers zuläßt, so daß eine Folie aus reinem Kupfer hergestellt wird. Auch können Gase, die in dem Ausgangsmaterial vorhanden sind, während des Verdampfungsvorganges entfernt werden. Schließlich wird durch die Ausbildung der Folie, beider praktisch Molekül bei Molekül oder Atom bei Atom niedergeschlagen wird, eine außerordentlich feine Struktur der hergestellten Schicht erreicht. Diese besonders vorteilhafte Folienstruktur erhält man, ohne daß irgendwelche besonderen Abänderungen des beschriebenen Verfahrens notwendig sind; sie stellt sich zwanglos als Ergebnis des Verfahrens ein.

Praktisch alle verdampfbaren Stoffe sind für die Verwendung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung dünner Folien geeignet, und zwar trifft dies sowohl auf nichtmetallische als auch auf metallische Stoffe zu und ebenso auf zahlreiche Mischungen oder Verbindungen. Wenn beispielsweise die Aufgabe gestellt ist, eine Folie aus einem Metalloxid herzustellen, ist es möglich, eine solche Verbindung zu verdampfen; wenn dabei eine Dissoziation der Verbindung auftritt, können zusätzlich gasförmige Bestandteile eingeführt werden, die anderenfalls nicht in genügender Menge in der niedergeschlagenen Schicht vorhanden sein würden. Wenn also beispielsweise eine Oxidschicht in Folienform abzuscheiden ist, kann in den Folien-Ofen unmittel-

bar bei dem Bereich der Abscheidung des Dampfes ein geringer, entsprechend bemessener Sauerstoff strom eingeführt werden. Auf diese Weise kann die Verminderung des Sauerstoffanteils ausgeglichen werden, die sich bei der Verdampfung des Oxides einstellt.

Die in der Dampfquelle verdampften Moleküle werden auf der Oberfläche der bewegbaren Unterlage kondensiert und kommen bei ihrer Aufwärtsbewegung in Berührung mit dem Unterlageband. Eine entsprechend bemessene Begrenzung der Adhäsion zwischen der aufgedampften Schicht und dem Material, aus dem sie ausgebildet wird, erleichtert die Trennung der Schicht von der Unterlage, so daß die Schicht als selbständig verwendbare, getrennte Folie dargestellt wird. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Folie hat eine solche Beschaffenheit, daß praktisch nicht erkennbar ist, daß sie in der beschriebenen Art als Schicht hergestellt ist, abgesehen von der Tatsache, daß die Qualität der Folie den in anderer Weise erzeugten Folien erheblich überlegen ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Stärke der Folie nicht nur in vollem Umfang gesteuert und kontrolliert werden kann, sondern sie kann auch in jedem gewünschten Maße außerordentlich dünn hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher besonders für die Herstellung auch der geringsten gewünschten Stärken geeignet, wobei als einzige Grenze zu beachten ist, daß das Folienmaterial noch die Fähigkeit haben muß, mechanisch zusammenzuhalten. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind daher bereits Metallfolien mit einer Stärke von 0,5 · 10—³ cm in einwandfreier Weise hergestellt worden. In diesem Zusammenhang ist besonders die Tatsache zu berücksichtigen, daß keine zusätzlichen Kosten bei dieser Art der Herstellung außerordentlich dünner Folien auftreten, und ferner, daß sich die Gleichmäßigkeit der Folie nicht mit ihrer Stärke ändert.

Im Hinblick auf die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung auf die Herstellung von Mehrschichtfolien ist zu berücksichtigen, daß die beschriebene Einrichtung beispielsweise auch mehr als eine Dampfquelle enthalten kann, die sich im Bereich der Bewegungsbahn des Unterlagebandes 63 befinden. Erfindungsgemäß kann daher auch auf die Schicht auf dem bewegten Band eine zusätzliche Schicht aufgebracht werden. Beispielsweise kann ein besonders vorteilhaftes Erzeugnis derart hergestellt werden, daß auf der Unterlage eine Kupferschicht und anschließend ein dielektrisches Material über der Kupferschicht in Form eines Films niedergeschlagen wird. Nach erfolgter Trennung der kombinierten Kupfer- und Dielektrikumschichten von der Unterlage erhält man eine zusammengesetzte Folie, welche auf der einen Seite Kupfer und auf der anderen Seite ein Dielektrikum aufweist. Die Haftung der Teile der Folie wird durch Auswahl geeigneter Stoffe beeinflußt, und es ist in diesem Zusammenhang von Bedeutung, daß die meisten verdampfbaren Stoffe, die normalerweise für eine Verwendung im Zusammenhang mit der Erfindung in Betracht kommen, ausreichende Haftungseigenschaften haben. Es ist daher besonders zweckmäßig, die Unterlagebänder in der Weise auszuwählen, daß nur eine minimale Haftung zwischen der Schicht und der Unterlage auftritt, weil andernfalls Schwierigkeiten bei der Ablösung der Schicht als Folie eintreten können. Es hat sich gezeigt, daß in diesem Zusammenhang korrosionsbeständiger Stahl besonders vorteilhafte Eigenschaften hat und daß er in der Verwendung als Unterlageband gut geeignet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von korrosionsbeständigem Stahl als Unterlageband begrenzt, da auch zahlreiche andere Metalle, Gläser od. dgl. zur Verfügung stehen, die ausreichende Festigkeitseigenschaften aufweisen; wenn dabei eine Haftung in unerwünschtem Ausmaß auftreten sollte, kann ein geeignetes Netzmittel vor dem Niederschlagen der Schicht auf das Band aufgebracht werden.

F i g. 4 zeigt zwei Dampfquellen 56 und 56' in einem Folien-Ofen. Oberhalb der Dampfquellen wird die Unterlage 63 weiterbewegt. Wenn ein erstes Material 61 in der Quelle 56 verdampft und auf der Unterlage niedergeschlagen ist, wird durch anschließende Verdampfung und Abscheidung eines zweiten Materials 61' eine Doppelschicht hergestellt. Nach Entfernung der Schicht von der Unterlage erhält man eine Folie, bei der das erstere Material auf der einen Seite und das zweite Material auf der anderen Seite angeordnet ist.

Wie die obige Beschreibung der Erfindung zeigt, bietet diese gegenüber den bisher bekannten Verfahren erhebliche Vorteile. Insbesondere ist es in Anwendung der Erfindung möglich, außerordentlich dünne Folien von hoher Qualität aus den verschiedensten Stoffen und von genau einstellbarer Stärke herzustellen. Für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die beschriebene Einrichtung mit besonderem Vorteil anwendbar.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer dünnen, freitragenden Folie von gleichmäßiger Dicke, bei dem ein metallisches oder nichtmetallisches Folienmaterial im Vakuum auf eine als endloses Band ausgebildete Unterlage aufgedampft und dann von der Unterlage abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie innerhalb des Vakuums von der Unterlage abgezogen und dann kontinuierlich durch verschiedene Evakuierungsstufen aus dem Vakuum geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftung der Folienschicht durch Aufbringen eines Netzmittels auf die Unterlage unmittelbar vor dem Aufdampfen des Folienmaterials begrenzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Mehrschichtenfolie verschiedene Materialien aufeinander aufgedampft werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Foliendicke durch Steuerung des Verdampfungsgrades und der Aufdampfzeit eingestellt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer rauhen Oberfläche auf der Folie ein starker Dampfstrom des Folienmaterials erzeugt und eine schnelle Kondensierung der Dämpfe auf der Unterlage bewirkt wird.

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, bestehend aus einer Vakuumkammer, einer Vakuumpumpeinrichtung zur Evakuierung der Kammer, einem oder mehreren beheizbaren Dampferzeugern in-

nerhalb der Kammer zur Erzeugung von Dämpfen eines Folienmaterials, einer bewegbaren, endlosen Bandunterlage oberhalb der Dampferzeuger, gekennzeichnet durch eine innerhalb der Vakuumkammer (53) angeordneten Einrichtung (67) zum Ablösen der Schicht von der Unterlage (63) in Form einer dünnen, freitragenden Folie (68) sowie durch die Anordnung mehrerer Vakuumstufen bildender Kammern (72) zum Ausführen der Folie aus der Vakuumkammer (53).

7. Vorrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (63) aus korrosionsbeständigem Stahl oder einem anderen Werkstoff besteht, an dem das Schichtmaterial keine wesentliche Haftwirkung aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (73) zum Aufbringen eines Netzmittels auf die Oberfläche der Unterlage vor der Auf dampf stelle des Schichtmaterials.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen