DE1621247C3 - 24.10.66 USA 588936 Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Fadens durch kontinuierliche Vakuumbeschichtung General Electric Co., Schenectady, N.Y. (V.St.A.) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Fadens durch kontinuierliche Vakuumbeschichtung eines kontinuierlich eingegebenen Schichtträgers unbegrenzter Länge.

Beschichtungsverfahren, bei welchen eine gasförmige Verbindung zum Niederschlag gebracht wird, sind bereits bekannt (US-PS 2 484 519 und 2 528 454). Bei diesen bekannten Verfahren werden innerhalb einer Vakuumkammer auf der Oberfläche erhitzter Substrate beispielsweise durch Zersetzung von Trimethylbor Bor-Schichten abgeschieden. Auch die Abscheidung von amorphem Bor ist vorbekannt (US-PS 2 528 454), wobei die zu beschichtende Oberfläche nach Erhitzung auf Temperaturen zwischen 300 und 500⁰C in einem Vakuumgefäß mit einem Strom flüchtiger Borhydride unter einem Druck von 2 Torr in Berührung gebracht wird.

Besondere Probleme entstehen beim Beschichten endloser fadenförmiger Schichtträger, da es in diesem Fall darum geht, bei Verwendung eines sehr feinen Fadens einen Überzug vorzusehen, der nahezu vollkommen frei von Unregelmäßigkeiten und frei von Kristallstruktur ist. Bei der Herstellung eines hochfesten Fadens ist demnach dafür Sorge zu tragen, daß eine mögliehst geringe Konzentration von Verunreinigungen innerhalb des Beschichtungsraumes vorliegt und daß die Beschichtungsdicke in Abhängigkeit von der Eingabegeschwindigkeit des Fadens steuerbar ist, ohne daß dadurch die Qualität des Fadens leidet. Es soll auch vermieden werden, daß der eingegebene Schichtträger zu stark erhitzt wird, um unerwünschte physikalische oder chemische Änderungen zu vermeiden.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß insbesondere feine und leichte Fäden unbegrenzter Länge geschwindigkeitsveränderlich beschichtet werden können, ohne daß Probleme der vorstehend genannten Art dabei auftreten. Es soll insbesondere möglich sein, die Beschichtung in Abhängigkeit von der gewählten Schichtdicke kontinuierlich durchführen zu können, ohne daß Änderungen der physikalischen oder chemischen Eigenschaften des Schichtträgers in Kauf zu nehmen sind.

Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich dadurch, daß der Faden durch eine zur Vakuumbeschichtung dienende Kammer geleitet wird, welche auf einen Druck von unterhalb von 25 Torr evakuiert ist, daß der Schichtträger innerhalb der Vakuumkammer auf eine Temperatur von 700 bis 900⁰C erhitzt wird, daß Boran oder kohlenwasserstoffsubstituiertes Boran über eine schlitzförmige Eingabeöffnung nahe des Schichtträgers in die Vakuumkammer eingegeben wird, und daß die Transportgeschwindigkeit des Schichtträgers und die Eingabegeschwindigkeit des Gases so gesteuert werden, daß sich ein hochfester Bor- oder Borkohlenstoffbelag erwünschter Dicke auf dem Schichtträger absetzt.

Das Verfahren eignet sich bevorzugt zur Herstellung

zu beeinträchtigen, sehr feine, d. h. fadenförmige Schichtträger zu beschichten und zu handhaben.

Das Erhitzen des Schichtträgers bzw. Substrats kann innerhalb der Vorrichtung durch Widerstandserhitzung erreicht werden. Zu diesem Zweck sind elektrische Leitungen vorgesehen, welche an dem durch die röhrenförmige Beschichtungskammer verlaufenden Faden anliegen. Die elektrischen Verbindungen sind durch die elektrischen Leitungen 8 und aus den Quecksilberstandröhren 9 mit darin befindlichen Schlitzen 10 gebildet, durch welche der Schichtträger oder Faden verläuft. Obwohl mit Hilfe eines Paares elektrischer Leitungen ein genügend großer Strom innerhalb eines leitfähig beschichteten Fadens erzielt werden kann, kann eine wirksamere Erhitzung mit Hilfe einer Anzahl paarweise angeordneter elektrischer Leitungen erzeugt werden, so wie sie in F i g. 1 dargestellt sind.

Der fadenförmige, beschichtete Schichtträger verläßt die Beschichtungskammer, indem er nacheinander den Durchgang 21, die zweite Vor-Vakuumkammer 17, den Durchgang 20, die äußere Schutzgaskammer 16 und den Durchgang 19, alle rechts in F i g. 1 dargestellt, passiert. Die Bedingungen in den äußeren, in F i g. 1 rechts dargestellt befindlichen Kammern sind dieselben, wie sie in den links befindlichen Kammern vorliegen. Die in F i g. 1 rechts dargestellten Bauteile vollziehen auch dieselbe Funktion wie jene, welche in F i g. 1 links befindlich dargestellt sind.

Um den Niederschlag von amorphem Bor auf dem fadenförmigen Substrat zu erzielen, muß dieses gewöhnlich auf eine Temperatur im Bereich von 550 bis 1000⁰C erhitzt werden. Beste Ergebnisse werden erfindungsgemäß im Temperaturbereich von 700 bis 900° C erzielt. Eine Temperatur von etwa 700° C hat sich unter den meisten Bedingungen und für die meisten Substrate bzw. Schichtträger als bevorzugt erwiesen. Obwohl höhere Niederschlagsgeschwindigkeiten bei höheren Temperaturen erzielt werden können, ist damit eine Verminderung oder Herabsetzung der Eigenschaften des Produktes in Kauf zu nehmen.

Der Niederschlag von amorphem Bor auf dem fadenförmigen Substrat muß bei einem im wesentlichen reduzierten Druck erfolgen. Aus diesem Grund sind die Hauptvakuumleitungen 4 an die Beschichtungskammer 1 angeschlossen, wobei ein Hochvakuum im Inneren der Beschichtungskammer 1 mit Hilfe der Hauptvakuumleitungen hergestellt wird.

Gewöhnlich wird ein Druck im Bereich von 20 bis 25 mm Quecksilber während der Beschichtung aufrechterhalten. Vorzugsweise wird bei einem Druck von 20 mm Quecksilber gearbeitet. Für gewisse Zwecke kann vor dem Einleiten der Beschichtung ein höheres Vakuum innerhalb der Beschichtungskammer erzeugt werden, um das System nach Leckstellen zu prüfen und um die Konzentration der Verschmutzung in der Reaktions- oder Beschichtungskammer auf ein Minimum zu reduzieren. Auf nahezu der gesamten Länge des fadenförmigen Substrates innerhalb der Beschichtungskammer 1 befindet sich der in F i g. 2 dargestellte Leitkörper 11 für das Gas. Der Strömungs- oder Leitkörper verläuft dabei nahe des Fadens zwischen diesem und dem Einlaß 3 für Borangas. Der Schlitz 12 im Leitkörper 11 erstreckt sich gemäß Darstellung auf nahezu der gesamten Länge des Reaktionsbehälters, so daß das Borangas vom Einlaß 3 durch den Schlitz 12 in den unmittelbar den Faden umhüllenden Raum eingeleitet wird, wenn das Gas durch die Beschichtungskammer 1 strömt. Der geschlitzte Leitkörper 11 für Gas erfüllt zwei Funktionen: Zunächst gewährleistet er, daß ein hoher Prozentsatz des in das Reaktionsgefäß einströmenden Borangases das fadenförmige Substrat berührt, auf welchem der Niederschlag erwünscht ist, darüber hinaus wird ein starkes Druckgefälle des Gases in unmittelbarer Nähe des Fadens erzielt, was zur Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens beiträgt.

Nach einem erfindungsgemäßen Beispiel des Verfahrens bei Verwendung der in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Vorrichtung wurde ein kohlenstoffbeschichteter Siliciumoxid-Substratfaden mit einem Durchmesser von etwa 0,02 mm mit einer Geschwindigkeit von 0,35 cm pro Sekunde durch eine röhrenförmige Reaktionskammer hindurchgeleitet, weiche eine wirksame Nieder-Schlagslänge von etwa 71 cm aufwies. Für diesen Faden wurden Durchgänge mit einem Durchmesser von etwa 0,2 mm in den äußeren Kammerenden und in den äußeren Kammertrennwänden vorgesehen. Ein Druck von 20 mm Quecksilber wurde in der Hauptreaktionskammer aufrechterhalten, wobei Diborangas mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 ecm pro Minute (gemessen bei Temperatur- und Drucknormalbedingungen) an sechs Punkten in die Hauptreaktionskammer eingeführt wurde. Das bedeutet, daß 20 ecm pro Minute pro 2,54 cm der Niederschlagslänge eingeführt wurden. Sechs paarweise angeordnete elektrische Leitungen wurden verwendet, um den Faden wiederholt auf 700⁰C zu erhitzen, wenn er durch die 71 cm der Niederschlagslänge im Reaktor hindurchgeführt wurde. Ein Schlitz von 0,86 mm Breite wurde in dem Gas-Strömungsleiter verwendet. Mit diesem Beispiel wurde eine Niederschlagsgeschwindigkeit, beispielsweise eine Zuwachsgeschwindigkeit des Durchmessers, von nahezu 16,25 mm pro Stunde erreicht. Das dabei erzielte Produkt war jenen mit herkömmlichen Verfahren hergestellten Produkten überlegen. Insbesondere weist der amorphe, borbeschichtete Siliciumoxidfaden, welcher erfindungsgemäß hergestellt wurde, bei einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,1 mm einen Young'schen Elastizitätsmodul von 3,5 bis 3,99 Millionen kp/cm² auf (50 bis 750 Millionen pound pro square inch) bei einer durchschnittlichen Streckfestigkeit von 14 000 bis 28 000 kp/cm². Eine niedere Dichte, primär hervorgerufen durch die niedere Dichte des Siliciumoxidsubstrates, ist ein weiteres, wichtiges Kennzeichen dieses Erzeugnisses. Beispielsweise kann eine Herabsetzung im Gewicht im Bereich von 20% bei zusammengesetzten Materialien erzielt werden, bei welchen dieser Bor-Siliciumoxidfaden als Verstärkung dient, verglichen mit entsprechenden Zusammensetzungen, welche mit Borfäden höherer Dichte verstärkt wurden. Es sollte erwähnt werden, daß zum ersten Mal ein praktisch durchführbares Verfahren zur Herstellung eines extrem festen, leichtgewichtigen Fadens geschaffen wurde, welches die Festigkeit amorphen Bors mit der niederen Dichte des Siliciumoxides und anderer, entsprechender Materialien verbindet. Der amorphe Borniederschlag ist von hoher Qualität und ist insbesondere von hoher Zugfestigkeit und weist gleichzeitig einen hohen Young'schen Elastizitätsmodul auf.

Die Niederschlagsgeschwindigkeit von Bor auf einem kohlenstoffbeschichteten Faden ist etwa doppelt so groß wie die Niederschlagsgeschwindigkeit von Borkarbid auf einem unbeschichteten Faden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde ein Wolframfaden von 0,05 mm Durchmesser mit einer Geschwindigkeit von 1,04 cm pro Sekunde durch das oben beschriebene Reak-

hochfester Fadenkörper, welche vorteilhaft als Verstärkung für weitere Materialien erhöhter Festigkeit benutzt werden können. Insbesondere ist gewährleistet, daß die Fadenkörper frei sind von Verunreinigungen und Unregelmäßigkeiten in der Oberflächenstruktur, da gewährleistet ist, daß sich der hochfeste Bor- oder Borkohlenstoffbelag gleichförmig auf dem Faden bzw. Schichtträger absetzt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

F i g. 1 ist eine Seitenansicht der Beschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ist eine Schnittansicht der Beschichtungskammer der in F i g. 1 dargestellten Beschichtungsvorrichtung;

F i g. 3 ist eine waagerechte Schnittansicht an einem Ende der in F i g. 1 dargestellten Beschichtungsvorrichtung und

F i g. 4 ist eine weitere waagerechte Schnittansicht an einem Ende der in F i g. 1 dargestellten Beschichtungsvorrichtung.

Die in F i g. 1 dargestellte Beschichtungsvorrichtung weist eine Beschichtungskammer 1 auf, welche beidseitig durch äußere Kammern 2 begrenzt ist. An der Beschichtungskammer 1 befinden sich Einlasse 3, Hauptvakuumleitungen 4, Hilfsvakuumleitungen 5, Einlasse 6 für inertes Reinigungsgas, Auslässe 7 für inertes Reinigungsgas und eine Anzahl paarweise angeordneter elektrischer Leitungen 8, welche in die Beschichtungskammer münden.

F i g. 2 als Schnittansicht der Beschichtungskammer 1 läßt erkennen, auf welche Weise die Hilfsvakuumleitung 5, der Einlaß 6 für inertes Reinigungsgas, der Auslaß 7 und ein Leitkörper 11 für die Gasströmung mit darin befindlicher öffnung 12 angeordnet sind.

In F i g. 2 ist ferner die elektrische Leitung 8 dargestellt, welche in die Beschichtungskammer 1 eingeführt ist und ein Quecksilberstandrohr 9 im Bereich der Mittellinie der röhrenförmigen Beschichtungskammer berührt. Im Quecksilberstandrohr 9 befinden sich Schlitze 10. Das Quecksilberstandrohr ist als rohrförmiger Aufnahmebehälter mit einem Durchmesser von 0,32 cm für Quecksilber ausgebildet. Die senkrechten Schlitze 10 weisen vorzugsweise eine Breite von etwa 0,08 cm auf. Wenn das Quecksilberstandrohr mit Quecksilber gefüllt ist, dann kann elektrischer Kontakt mit geringem Widerstand über das Quecksilber zu einem leitfähigen, fadenförmigen Schichtträger hergestellt werden, der sich durch die Schlitze 10 erstreckt bzw. durch diese läuft. Die Oberflächenspannung des Quecksilbers ist genügend groß, um ein Durchsickern des Quecksilbers durch die Schlitze oder durch angeritzte Durchgänge zu vermeiden. Die durch die Quecksilberstandrohre hergestellten elektrischen Kontakte werden verwendet, um durch Widerstandserwärmung das fadenförmige leitfähige Substrat bzw. den Schichtträger zu erhitzen, wenn dieser durch die Beschichtungsvorrichtung gelangt. Die Beschichtungskammer 1 ist mit Hilfe eines O-Ringes 13 gegenüber der äußeren Kammer 2 abgedichtet. Andere in F i g. 3 dargestellte Bauteile sind: Die Hilfsvakuumleitung 5, der Einlaß 6 für inertes Reinigungsgas, der Auslaß 7 für das inerte Reinigungsgas, das äußere Ende 14a und das innere Ende 146 der äußeren Kammer 2 als auch ein in der Kammer 2 befindliches Rohr 15.

F i g. 4 als waagerechte Schnittansicht von Linie 4-4 in F i g. 2 läßt die Beschichtungskammer 1, ein Quecksilberstandrohr 9, darin befindliche Schlitze 10, die äußere Kammer 2 mit ihren Enden 14a und 14Z>, den O-Ring 13 zwischen der äußeren Kammer und der Beschichtungskammer, die Hilfsvakuumleitung 5, den Einlaß 6 für inertes Reinigungsgas, den Auslaß 7 für das inerte Reinigungsgas und das äußere Rohr 15 erkennen. Zusätzlich ist eine äußere Kammer, eine sogenannte Schutzgaskammer 16, dargestellt, welche gegenüber einer zweiten Kammer, einer Vor-Vakuumkammer 17, durch eine Unterteilung 18 getrennt ist. Sehr kleine Durchgänge 19, 20 und 21 sind am äußeren Ende 14a der äußeren Kammer 2, in der äußeren Unterteilung 18 und am inneren Ende 146 der äußeren Kammer 2 vorgesehen. Die Abmessung dieser Durchgänge, welche vorzugsweise klein gehalten sind, um die Gasströmung zwischen den Kammern zu beschränken, hängt vom Nominaldurchmesser und von der Konstanz des Durchmessers des zu beschichtenden Schichtträgers ab. Gewöhnlich sind die Durchgänge etwas größer als der zu beschichtende Schichtträger, also so klein wie möglich, ohne den Durchgang des Schichtträgers zu stören.

Wenn beispielsweise ein kohlenstoffbeschichteter SiIiciumoxydfaden von 0,02 mm Nominaldurchmesser den Schichtträger darstellt, dann weisen die Durchgänge 19,

20 und 21 einen Durchmesser von 0,20 oder 0,22 mm auf, ohne dabei den sich bewegenden Schichtträger zu behindern oder eine beträchtliche Strömung zwischen den Kammern zu ermöglichen.

Die in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Beschichtungsvorrichtung kann aus jedem geeigneten reaktionsneutralen Material hergestellt werden, welches den Driikken und Temperaturen des Beschichtungsprozesses widersteht. Obwohl Glas bei Laborausführungen zur Anwendung gelangt, werden Vorrichtungen beträchtlicher Größe aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt.
Bei der Beschichtung wird ein fadenförmiges, zu beschichtendes Substrat in Längsrichtung durch die röhrenförmige Beschichtungskammer vom Durchgang 19, links in Fig. 1, zum Durchgang 19, rechts in Fig. 1, hindurchgeführt. Wenn der die Form eines Fadens aufweisende Schichtträger in die äußere Schutzgaskammer 16 gelangt, dann wird Inertgas in diese eingeleitet. Die Kammer wirkt als Reinigungskammer zur Entfernung von Luft, welche durch den Durchgang 19 strömen kann. Das inerte Reinigungsgas arbeitet bei einem Druck etwas oberhalb Atmosphärendruck.

Von der ersten äußeren Schutzgaskammer 16 gelangt der Schichtträger durch den Durchgang 20 zur zweiten Kammer, der Vor-Vakuumkammer 17. In dieser wird ein Vakuum durch die Hilfsvakuumleitung 5 aufrechterhalten. Ferner wird dadurch der Druck in der Beschichtungskammer 1 niedrig gehalten, so daß die Konzentration darin befindlicher Verunreinigungen auf ein Minimum reduziert werden kann.
Der Faden gelangt nachfolgend über den Durchgang

21 in die Beschichtungskammer 1, welche durch die Hauptvakuumleitung 4 evakuiert wird. Die Wirkung der Hauptvakuumleitungen 4, der Hilfsvakuumleitungen 5 und der Vor-Vakuumkammern 17 als auch der schmalen Durchgänge, welche die Strömung des Gases zwischen den Kammern beschränken, besteht darin, daß ein extrem hohes Vakuum und eine äußerst niedrige Konzentration von Schmutzteilchen im Inneren der Beschichtungskammer 1 aufrechterhalten wird. Dies wird erreicht, ohne dabei die Fähigkeit der Vorrichtung

tionssystem gezogen. Das Diboran wurde mit einer Geschwindigkeit von 20 ecm pro Minute pro 25,4 mm über den Faden geführt, während dieser auf eine Temperatur von 750⁰C erhitzt wurde. Ein Reaktordruck von 20 mm Quecksilber wurde verwendet, wobei man einen Bor-Wolframfaden von 0,1 mm erhielt, welcher sehr glatt war. Der Niederschlag zeigte wenig Oberflächendeffekte. Die Niederschlagsgeschwindigkeit betrug nahezu 25 mm pro Stunde. Wegen der verhältnismäßig geringen Temperatur, bei welcher dieses Verfahren durchgeführt wurde, behielt das Wolframsubstrat seine Dehnbarkeit. Die mechanischen Eigenschaften des fertigen Fadens waren ebenfalls hervorragend.

Eine bessere Fähigkeit der Bindung an organischen und metallischen Gefügen ist ein weiterer Vorteil sowohl von Bor-Siliciumoxidfäden als auch von Bor-Wolframfäden, welche erfindungsgemäß gefertigt wurden.

Visuelle und spektrographische Analysen dieser Fäden zeigten an, daß der Borniederschlag in jedem Falle keine unterscheidbare Kristallstruktur aufwies, daß der Faden glatt war und verhältnismäßig frei von Unebenheiten; der Faden wies dabei einen geringen, jedoch bemerkbaren Wasserstoffgehalt auf.

Die hohe Zugfestigkeit, der hohe Young'sche Elastizitätsmodul, das Fehlen von Fehlerstellen und die verbesserte Bindungsfähigkeit der amorphen, erfindungsgemäß gefertigten Borniederschläge kann der geringen Menge an Wasserstoff gegenübergestellt werden, welche in diesen Niederschlägen anfällt. Dieser Wasserstoff wird wahrscheinlich vom Bor eingeschlossen, um den Hydridanteil des Borans zu bilden. Wenn andererseits eine zu große Menge an Boranen eingeschlossen wird, oder wenn eine zu große Polymerisation der Borane stattgefunden hat, so daß diese zu groß im Molekulargewicht und in der Gestalt sind, dann ist der Borniederschlag leicht zu schwach und weist eine Anzahl von Unreinheiten auf. Theoretisch kann eine kleine, jedoch begrenzte Menge eingeschlossener Borane akzeptiert werden und in manchen Fällen sogar erwünscht sein.

Wie bereits oben erwähnt wurde, erfordert die vorliegende Erfindung gewöhnlich einen sehr geringen Druck, um einen gesteuerten Niederschlag zu erzielen und um fremde Nebenreaktionen auf ein Minimum zu reduzieren. Insbesondere sollte der Druck des Verfahrens unterhalb von 25 Torr gehalten werden. Für kohlenwasserstoffsubstituierte Borane sollte der Druck vorzugsweise im Bereich von 10 bis 25 Torr liegen. Ein Torr entspricht einem Druck von 1 mm Quecksilber absolut.

Gewöhnlich werden bei diesen Verfahren amorphe Bor-Kohlenstoffniederschläge auf Substraten bzw. Schichtträgern erzeugt, welche nicht wesentlich über 1000⁰C erhitzt zu werden brauchen. Obwohl Substrattemperaturen im Bereich von 700 bis 900⁰C als wirksam zur Herstellung von amorphen Bor-Kohlenstoffniederschlägen nach der Erfindung befunden wurden, werden vorzugsweise Temperaturen im Bereich von 750 bis 850° C eingesetzt.

Die Qualität dieser Bor-Kohlenstoffprodukte wurde durch visuelle Beobachtung als auch durch mikroskopische Analysen bestimmt; durch diese Analysen hat sich erwiesen, daß die Niederschläge verhältnismäßig glatt und frei von Unebenheiten sind.

Nach einem Beispiel der vorliegenden Erfindung wurde ein Wolframfaden von 0,02 mm Durchmesser in einem röhrenförmigen Quarzreaktor mit einem Innendurchmesser von 1,9 cm und einer Länge von 5,0 cm befestigt. Einlaß- und Auslaßröhren wurden am Reaktor angeschlossen und rechtwinklig zur Röhrenachse des Reaktors befestigt. Die Auslaßleitung bzw. Auslaßröhre wurde an einen, vakuumerzeugenden Apparat angeschlossen, während der Einlaß an eine Quelle von Triäthylboran angeschlossen wurde. Wenn der Druck auf etwa 18 bis 22 Torr reduziert wurde und wenn durch elektrische Kontakte in dem röhrenförmigen Reaktor der Wolframfaden auf etwa 900⁰C erhitzt wurde, wurde Triäthylboran mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit in den Reaktor eingeleitet. 30 Minuten lang wurde das Triäthylboran kontinuierlich durch den Reaktor geleitet, während der Druck 18 bis 22 Torr betrug. Während dieser Zeit wuchs der Durchmesser des Fadens auf etwa 0,08 mm bei einer Geschwindigkeit von 0,12 mm pro Stunde. Später wurde dieses Experiment bei einer tieferen Temperatur, d. h. bei etwa 700 bis 800⁰C und bei einer etwas höheren Zuleitungsgeschwindigkeit von Triäthylboran wiederholt. Der Druck in dem später durchgeführten Experiment wurde auf 13 bis 15 Torr gehalten. Bei diesem Experiment wurde ein Faden von 0,06 mm Durchmesser in 13 Minuten bei einer Geschwindigkeit des Durchmesserzuwachses von etwa 0,2 mm pro Stunde erzielt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde ein fadenförmiges Niedrigtemperatursubstrat, in diesem Falle aus Siliciumoxid verwendet. Das Siliciumoxidsubstrat hatte einen Durchmesser von 0,016 mm und einen dünnen Kohlenstoffbelag auf seiner Oberfläche. Der Substratfaden wurde durch Widerstandserhitzung auf 700 bis 800⁰C erwärmt, während der Druck auf 13 bis 15 Torr gehalten wurde. Bei diesem Beispiel wurde eine Niederschlagsgeschwindigkeit von etwa 0,02 mm pro Stunde erzielt. Bei einer weiteren Ausführungsform dieses Beispiels wurde Äthyldecarboran mit einem Siliciumoxidsubstrat bei 800 bis 850⁰C zusammengebracht. Auch hierbei erhielt man einen Niederschlag von amorphem Borkohlenstoff auf dem Siliciumoxidfaden.

Die Borkohlenstoffäden, welche in all den erwähnten Ausführungsbeispielen erzielt wurden, waren alle hart und wiesen unter Analyse durch Röntgenbestrahlung einen Mangel an wahrnehmbarer Kristallstruktur auf. Um zu gewährleisten, daß die Niederschläge nicht aus reinem Bor bestehen, wurde ein Versuch unternommen, um diese Niederschläge mit 50% Wasserstoffperoxid bei 800⁰C zu ätzen. Es entstand keine Ätzung, was bewies, daß die Niederschläge nicht nur aus Bor bestanden. Da nicht erwartet werden kann, daß sich Kohlenstoff während der niedrigen Temperaturen dieses Experimentes niederschlägt, ist es auch sehr unwahrscheinlich, daß die gebildeten Niederschläge nur aus Kohlenstoff bestehen. Man zog daraus den Schluß, daß die während der Experimente gebildeten Niederschläge aus amorphen Borkohlenstoffniederschlägen bestanden. Ein Teil dieser Niederschläge kann aus Borkarbiden bestehen, was jedoch nicht bewiesen werden konnte.

Da hochqualitative, amorphe Borkohlenstoffäden von geringer Dichte als Verstärkungsbestandteil zusammengesetzter Baumaterialien sehr erwünscht sind, ist eine Anpassung des vorliegenden Verfahrens auf eine kontinuierliche Niederschlagsvorrichtung erwünscht, um diese Fäden in der gewünschten Menge zu erzielen. Bei einem dieser kontinuierlich durchgeführten Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde das

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fadenförmige Substrat kontinuierlich durch die Länge eines röhrenförmigen Reaktors hindurchgeführt; in diesem Reaktor wurde der Faden erhitzt und einem ständig fließenden kohlenwasserstoffsubstituierten Boran ausgesetzt. Dabei erhielt man einen amorphen Borkohlenstoffaden.

Bezüglich der substituierten Borane, welche die Quelle für sowohl Bor als auch Kohlenstoff bei der vorliegenden Erfindung darstellen, kann eine Anzahl von kohlenwasserstoffsubstituierten Boranen nutzbringend verwendet werden; die vorzugsweise eingesetzten Materialien bestehen jedoch aus den niederen alkylsubstituierten Boranen, beispielsweise aus Äthyldecaboran

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und Triäthylboran. Diese Bestandteile sind bei gewöhnlichen Temperaturen verhältnismäßig stabil und unterliegen einem gesteuerten Abbau bei der Reaktionstemperatur und dem Druck des vorliegenden Verfahrens. 5 Obwohl der besondere Ablauf des Zerfalles unbekannt ist, ist es wahrscheinlich, daß zahlreiche Zwischenprodukte während des Abbaus gebildet werden. Das bedeutet, daß andere kohlenwasserstoffsubstituierte Borane, von weichen einige möglicherweise in die Klasse ίο der Carborane fallen, an Stelle oder zusätzlich zu den besser bekannten und leichter verfügbaren, oben erwähnten Boranen Verwendung finden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Fadens durch kontinuierliche Vakuumbeschichtung eines kontinuierlich eingegebenen Schichtträgers unbegrenzter Länge, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden durch eine zur Vakuumbeschichtung dienende Kammer geleitet wird, welche auf einen Druck von unterhalb von 25 Torr evakuiert ist, daß der Schichtträger innerhalb der Vakuumkammer auf eine Temperatur von 700 bis 900⁰C erhitzt wird, daß Boran oder kohlenwasserstoffsubstituiertes Boran über eine schlitzförmige Eingabeöffnung nahe des Schichtträgers in die Vakuumkammer eingegeben wird, und daß die Transportgeschwindigkeit des Schichtträgers und die Eingabegeschwindigkeit des Gases so gesteuert werden, daß sich ein hochfester Bor- oder Borkohlenstoffbelag erwünschter Dicke auf dem Schichtträger absetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Vakuumkammer 10 bis 25 Torr beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Schichtträger dienende Faden in einer Anzahl von Abschnitten unter Widerstandsheizung erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenwasserstoffsubstituiertes Boran Äthylboran oder Triäthylboran eingegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Schichtträger aus einem kohlenstoffbeschichteten Siliciumoxidfaden oder aus einem Wolframfaden besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Boran Diboran bei einer Geschwindigkeit von etwa 20 ccm/min, gemessen unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen, pro 2,54 cm des erhitzten Schichtträgers zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtträger aus einem kohlenstoffbeschichteten Siliciumoxidfaden besteht, welcher einen Durchmesser von etwa 0,018 mm aufweist und mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,35 cm pro Sekunde durch die Vakuumkammer gefördert wird, oder daß er aus einem Wolframfaden mit einem Durchmesser von etwa 0,05 mm besteht, welcher mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,91 cm pro Sekunde durch die Vakuumkammer geführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Schichtträger nacheinander folgende Stationen passiert:

a) eine Schutzgaskammer (16), in welche ein inertes Schutzgas eingeführt wird,

b) eine Vor-Vakuumkammer (17),

c) eine Beschichtungskammer (1), welche an eine getrennte Evakuierungsvorrichtung (4) angeschlossen ist und in welche gasförmiges Boran oder kohlenwasserstoffsubstituiertes Boran über eine Schlitzöffnung (12) so eingeführt wird, daß es gegen den erhitzten Schichtträger gerichtet ist,

d) eine zweite Vor-Vakuumkammer und

e) eine zweite Schutzgaskammer, in die ein inertes Schutzgas eingeleitet wird, wobei der Schichtträger beim Durchlauf der Kammer innerhalb von öffnungen geführt ist, deren Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des fadenförmigen Schichtträgers.