DE2125921B2 - Process for the vapor deposition of a metal coating in a vacuum and device for carrying out the process - Google Patents
Process for the vapor deposition of a metal coating in a vacuum and device for carrying out the processInfo
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Description
f-f-
richtung zur Auf reel) terhaltung des erforderlichen die Erhitzung so gesteuert wird, daß eine TemperaturDirection for on reel) maintenance of the required heating is controlled so that a temperature
Vakuums und einer Fördereinrichtung zum kontinu- von wenigstens 700 C erzeugt wirdVacuum and a conveyor for continuous at least 700 C is generated
ierlichen Hindurchführen des Substrats durch die ge- Danach werden die Drähte 1 über ein Kühlele-Afterwards, the wires 1 are passed through a cooling element
nannten Zonen. Nach der Erfindung besteht bei einer ment 3 in der Kühlvorrichtung II geführt. Diesescalled zones. According to the invention, there is a ment 3 guided in the cooling device II. This
solchen Vorrichtung die Bedampfungszone aus einer 5 Kühlelement3 kann z.B. eine Metallplatte, zweck-such a device the evaporation zone from a 5 cooling element3 can e.g. a metal plate,
mit der Verdampfungskammer durch einen Kanal mäßigerweise eine magnetische sein, die z. B. durchbe moderately magnetic with the evaporation chamber through a channel, the z. B. by
verbundenen Bedampfungskammer, die mit Heizele- kaltes Wasser gekühlt wird, das durch Kanäle 4 inconnected steaming chamber, which is cooled with heating ele- cold water, which is passed through channels 4 in
menten versehen ist. Durch diese Heizelemente wird dieser geleitet wird. Ein weiteres Verfahren zumis provided. This is conducted through these heating elements. Another method for
erfindungsgemäß die Temperatur im Dampfraum der Kühlen der Drähte besteht darin, die Drähte durchAccording to the invention the temperature in the vapor space of the cooling of the wires consists in the wires through
Bedampfungikammer unabhängig von der Tempera- io ein wassergekühltes Stahlwollbett zu führen. Es istTo run a water-cooled steel wool bed regardless of the temperature. It is
tür in der Verdampfungskammer auf die gewünschte auch möglich, eine Kombination eines Stahlwollbettsdoor in the evaporation chamber on the desired one also possible, a combination of a steel wool bed
Höhe gebracht. und einer gekühlten magnetischen Metallplatte oderBrought height. and a cooled magnetic metal plate or
Zweckmäßig sind dabei die Verdampfungskammer andere übliche Kühleinrichtungen zu verwenden. BeiExpediently, other conventional cooling devices can be used for the evaporation chamber. at
und die Bedampfungskammer von langgestreckter dem Kühlverfahrensschritt werden die Drähte aufand the vapor deposition chamber of elongated the cooling process step, the wires are on
Form und weisen im wesentlichen kreisförmigen 15 eine Temperatur gekühlt, die niedriger ist als derShape and have substantially circular 15 cooled to a temperature that is lower than that
Querschnitt auf, und die Oberseite der Verdamp- Schmelzpunkt des Metalls, das den Überzug bildet,Cross-section on, and the top of the evaporation melting point of the metal that forms the coating,
fungskammer ist mit der Unterseite der Bedamp- Die Drähte werden dann durch eine zylindrischefung chamber is with the bottom of the vapor- The wires are then through a cylindrical
fungskammer durch einen langgestreckten Kanal von Bedampfungskammer geführt, die mit einer weiterenfungskammer passed through an elongated channel of steaming chamber, which with another
rechteckigem Querschnitt verbunden. zylindrischen Verdampfungskammer längs eines Vsr-rectangular cross-section connected. cylindrical evaporation chamber along a Vsr
Zwischen der Verdampfungskammer und der Be- 20 bindungskanals V verbunden ir< Der Querschnitt des dampfungskammer kann ein Verschluß angeordnet Verbindungskanals V ist zwec! .mäßigerweise rechtsein, mittels dessen im Betrieb das VaI.uum in der eckig, seine BreiteB und seine Höhe/i sind entspre-Verdampfungskammer aufrechterhalten werden chend den Durchmesser D1 und D2 der zylinkann, wenn die Bedampfungskammer mit der Außen- drischen Kammern III und IV gewählt. Diese Abatmosphäre in Verbindung gebracht wird. 25 mes^ungen B und H sind dabei so gewählt, daß es fürConnected between the evaporation chamber and the connection channel V i r < The cross section of the steam chamber can be a closure arranged. Connection channel V is used! . Usually to the right, by means of which during operation the vacuum in the angular, its width B and its height / i are corresponding to the evaporation chamber can be maintained accordingly the diameter D 1 and D 2 of the cylinder, if the evaporation chamber with the outer drical chambers III and IV elected. This Abatmosphäre is associated. 25 measurements B and H are chosen so that it is for
Andererseits kann — wenn das Substrat nach dem das Metall nahezu unmöglich ist, in der Bedamp-On the other hand - if the substrate after the metal is almost impossible, in the vapor
Aufheizen in der Erwärmungszone und vor dem Be- f-:ngskammer III auf die Drähte 1 zu spritzen undHeating up in the heating zone and in front of the opening chamber III to spray the wires 1 and
dampfen in der Bedampfungszone in einer Kühlzone auf diesen Tropfen zu bilden.Vapor in the steaming zone in a cooling zone to form these droplets.
auf die gewünschte Temperatur heruntergekühlt wird Die Bedampfungskammer III und die Verdamp-is cooled down to the desired temperature The vaporization chamber III and the evaporation
— zwischen der Erwärmungszone und der Bedamp- 30 fungskammer IV sind mit unabhängigen Heizelemen-- between the heating zone and the steaming chamber IV are equipped with independent heating elements
fungszone eine Kühlzone angeordnet sein in Gest?lt ten 5 und 6 versehen, die an gesonderte elektrischeA cooling zone can be arranged in stalls 5 and 6, which are connected to separate electrical
einer mit Kühlelementen versehenen Kühlvorrich- Stromquellen angeschlossen sind. Die Heizelementea Kühlvorrich- power sources provided with cooling elements are connected. The heating elements
tung. liegen in der Atmosphäre, die die Kammern III undtion. lie in the atmosphere, which the chambers III and
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nächste- IV umgibt, und sie sind mit Reflexionsschirmen zurThe method according to the invention is next- IV surrounds, and they are provided with reflective screens
hend an Hand einer in den Fig. 1 und 2 dargestell- 35 Verminderung der Wärmeverluste versehen,based on a 35 reduction in heat losses provided in FIGS. 1 and 2,
ten Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfin-th device for performing this method The application of the method according to the invention
erläutert. Es zeigt dung ermöglicht eine schnelle Korrektur und Einstel-explained. It shows manure enables quick correction and setting
F i g. 1 einen schematischen vertikalen Längs- lung der Dicke des abgelagerten Überzugs. DurchF i g. 1 is a schematic vertical elongation of the thickness of the deposited coating. By
schnitt durch die Vorrichtung zur Durchführung des Verwendung einer üblichen Meßvorrichtung ist esIt is cut through the device for carrying out the use of a conventional measuring device
erfindungsgemäßen Verfahrens und 40 möglich, die Dicke des Überzugs zu messen. Wennmethod according to the invention and 40 possible to measure the thickness of the coating. if
Fig. 2 einen Vertikalschnitt längs der Linie A-A die Dicke des Überzugs nicht den gewünschten WertFig. 2 is a vertical section along the line AA showing the thickness of the coating not the desired value
in F i g. 1. hat, wäre es an sich möglich, die gewünschte Über-in Fig. 1. has, it would in itself be possible to achieve the desired
Bei der Verwendung der Vorrichtung gemäß der zugsdicke durch Änderung der Temperatur T1 desWhen using the device according to the train thickness by changing the temperature T 1 of the
Erfindung kann das abgelagerte Metall keine Spritzer Schmelztiegels7 einzustellen. Wenn z.B. der gemes-Invention can adjust the deposited metal no splash crucible7. If e.g. the measured
oder Tropfen auf den Drähten bilden, so daß verbes- 45 sene Wert zu niedrig ist, würde dieses Verfahren zuror form drops on the wires so that the improved value is too low, this method would lead to
serte Überzüge geschaffen werden. Einstellung der Dicke der Ablagerung somit eine Er-sert coatings are created. Adjustment of the thickness of the deposit
Wie die F i g. 1 und 2 zeigen, besteht die Vakuum- höhung der Temperatur T1 des geschmolzenen Me-As the F i g. 1 and 2 show, the vacuum increase in the temperature T 1 of the molten metal
vorrichtung zur Ablagerung einer Metallschicht aus tails erfordern, wodurch eine größere VerdampfungRequire device for deposition of a metal layer from tails, causing greater evaporation
einer Heizvorrichtung I, einer Kühlvorrichtung II des Metalls und damit eine Erhöhung der Dicke desa heating device I, a cooling device II of the metal and thus an increase in the thickness of the
und einer Bedampfungskammer III, die mit einer an- 50 Überzugs bewirken würde. Die Ansprechzeit würdeand a vapor deposition chamber III, which would effect with an an- 50 coating. The response time would
grenzenden Verdampfungskammer IV verbunden ist. jedoch bei Anwendung dieses Verfahrens infolge deradjacent evaporation chamber IV is connected. however, when using this procedure as a result of the
In der Vorrichtung ist ein Hochvakuum in einem thermischen Trägheit des Metalls in dem Schmelztie-In the device there is a high vacuum in a thermal inertia of the metal in the melting
Bereich von 10~4 bis 10~6 Torr erforderlich, und gel 7 zu lange sein. Bei der vorliegenden ErfindungRange of 10 ~ 4 to 10 ~ 6 Torr required, and gel 7 too long. In the present invention
dieses kann durch ein übliches Verfahren erzeugt dagegen wird die Temperatur T1, in unmittelbarerthis can be generated by a customary process, however, the temperature T 1 is in the immediate vicinity
werden. 55 Nähe der Drähte eingestellt. Wenn z. B. die Dickewill. 55 Set near the wires. If z. B. the thickness
Stahldrähte 1 werden von einer Vorratsrolle über des Überzugs zu niedrig ist, wird die Temperatur T2 Führungrollen durch die Vorrichtung zu einer Auf- vermindert, urd die Dicke der Ablagerung nimmt inwickelrolle gezogen. folge der Erhöhung des Transports verdampften Mein der Heizvorrichtung I werden die Drähte durch tails von der Verdampfungskammer IV in die BeHeizelemente 2 geführt, die zum Beispiel durch Iso- 60 dampfungskammer III zu.Steel wires 1 are drawn from a supply roll over the coating is too low, the temperature T 2 guide rolls are reduced by the device to a winding roll, and the thickness of the deposit increases. As a result of the increase in the transport of evaporated mine to the heating device I, the wires are led through tails from the evaporation chamber IV into the heating elements 2, which are fed through, for example, iso-60 evaporation chamber III.
licrteile im Abstand voneinander gehalten werden. Wenn dagegen der Überzug zu dick ist, wird dielicense parts are kept at a distance from each other. On the other hand, if the coating is too thick, the
Die Drähte werden in üblicher Weise, z. B. durch Temperatur 7', erhöht, und die Ablagerungsdicke Strahlungswärme, direkte Widerstandsheizung oder wird somit infolge der Verminderung des Transports Elektronenbeschuß, auf wenigstens 700° C durch von verdampftem Metall von der Vcrdampfungskam-The wires are in the usual way, for. B. by temperature 7 ', increased, and the deposit thickness Radiant heat, direct resistance heating or is thus as a result of the reduction in transport Electron bombardment, to at least 700 ° C by evaporated metal from the evaporation chamber
und durch erhitzt. 65 mer IV in die Bedampfungskammer III vermindert.and heated through. 65 mer IV reduced in the vapor deposition chamber III.
Leichtflüchtige und andere Fremdstoffe werden Die Ansprechzeit ist in diesem Fall wesentlich kürzer aus der Oberfläche und aus dem Körper der Drähte als bei dem Verfahren, bei dem T1 eingestellt wird, durch diesen Verfahr^usschritt ausgetrieben, wobei und eine genaue Kontrolle der Dicke des ÜberzugsVolatile and other impurities are, the response time is set in this case significantly shorter from the surface and from the body of the wires than in the method in which T 1, driven by this traversing ^ usschritt, wherein and accurate control of the thickness of the coating
kann durch Einstellen der Temperatur T2 de« ver- Vorteil einer kurzen Ansprechzeit in der gewünsch-can be achieved by setting the temperature T 2 de «Advantage of a short response time in the desired
dampften Metalls in unmittelbarer Nähe der zu be- ten Weise zu steuern bzw. einzustellen, da die Tcm-to control or adjust steamed metal in the immediate vicinity of the manner to be prayed for, since the Tcm-
schichtenden Drähte bewirkt werden. peraturen T1 und T., unabhängig einstellbar sind. Inlayering wires are effected. temperatures T 1 and T., are independently adjustable. In
Durch Anwendung des Verfahrens gemäß der Er- bestimmten Fällen ist es zwar notwendig, die Tempefindung kann überdies auch eine schnelle Korrektur 5 ratur Γ, einzustellen, jedoch kann eine flexible und der Qualität und des Aussehens des Überzugs erzielt genaue Steuerung nur durch Einstellen der Temperawerden. Wenn z.B. nur die Heizelemente6 um den tür T2 erreicht werden.By using the method according to the certain cases, it is necessary to set the temperature detection, moreover, a quick correction 5 temperature, but flexible and precise control of the quality and appearance of the coating can only be achieved by setting the temperature. If, for example, only the heating elements 6 around the door T 2 can be reached.
Schmelztiegel 7 vorgesehen wurden und die Tempe- Bei Anwendung des Verfahrens und der Vorrichratur T1 z.B. 7000C betragen würde, dann wäre die tung gemäß der Erfindung kann während des BeTemperatur T„ viel niedriger und würde z. B. etwa io Schichtungsvorgangs ein hoher Wirkungsgrad erzielt 500° C betragen. Dieser Temperaturabfall hängt von werden. Verdampftes Metall, das nicht auf den dem Abstand zwischen den Kammern III und IV ab. Drähten 1 abgelagert wird, trifft auf das Innere der Wie bereits festgestellt wurde, ist es zur Erzielung zylindrischen Kammern III und IV, wo es wieder eines Überzugs guter Qualität vorteilhaft, daß der verdampft und zum Aufbringen auf die Drähte 1 wie-Abstand zwischen den Kammern III und IV groß ist 15 der im Kreis geführt wird.Crucible 7 were provided and the tempe- When using the method and the Vorrichratur T 1 would be, for example, 700 0 C, then the device according to the invention would be much lower during the loading temperature T " and would be, for. B. about io stratification process a high efficiency achieved 500 ° C. This temperature drop will depend on. Evaporated metal that does not depend on the distance between chambers III and IV. Wires 1 is deposited, meets the interior of the As has already been stated, it is advantageous to obtain cylindrical chambers III and IV, where there is again a good quality coating that the evaporates and for application to the wires 1 as-spacing between the chambers III and IV large is 15 who is led in a circle.
oder daß die Breite B des Verbindungskanals V ver- Bei Verwendung der zylindrischen Ausführungs-or that the width B of the connecting channel V is
glichen mit seiner Höhe H klein ist, so daß keine Me- form der in den Zeichnungen gezeigten Bedamp-with its height H is small, so that no measurement of the vapor shown in the drawings
tallpartikeln die Bcdampfungskammer IH als Spritzer fungskammer III erzeugt eine gleichmäßige Erwär-tall particles the steaming chamber IH as a splash chamber III creates a uniform heating
oder Tropfen erreichen. Ein Temperaturabfall tritt mung des Drahtes und eine gleichmäßige Verdamp-or reach drops. A temperature drop occurs in the wire and an even evaporation
jedoch stets auf, und dieser ist größer, je mehr die so- ao fung des Metalls einen allgemein gleichmäßigenbut always on, and this is greater, the more the surface of the metal becomes generally uniform
eben erwähnten Bedingungen verbessert werden. Überzug auf dem Draht.conditions just mentioned are improved. Plating on the wire.
Dieser Temperaturabfall könnte an sich zu einer Ab- Die bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nähme der Qualität des Überzugs infolge der vermin- gemäß der Erfindung kann außerdem mit einem Verderten Atomgeschwindigkeit führen. Ein korn- schluß 8 zwischen den Kammern III und IV versehen pakter Überzug kann jedoch gemäß Erfindung 25 sein, um eine vergleichsweise leichte Trennung dieser durch Erhöhung nur der Temperatur T2, z. B. beiden Kammern zu ermöglichen. Die Verschlußeledurch Erhöhen von T2 von 500 auf 7000C erreicht mente können z.B. Ventile, Abdeckplatten u.dgl. werden. Auf diese Weise ist es nur notwendig, die sein. Dieser Verschluß 8 ermöglicht es, die Bedamp-Temperatur T2 ohne Änderung der Temperatur T1 fungskammer III von der Verdampfungskammer IV einzustellen. Wenn der Abstand zwischen den Kam- 30 zu trennen, so daß diese z.B. dann geschlossen mcrn III und IV zu groß ist, um eine Schicht guter bleibt, wenn das Vakuum in der Redampfungskam-Qualität zu erreichen, und die Heizelemente an eine mer III aufgehoben werden muß, um gebrochene einzige Stromquelle angeschlossen wären, dann Drähte zu entfernen und neue Drähte einzubringen, würde zur Erzielung einer Temperatur T2 von Auf diese Weise ist es möglich, die Wärme in der 700° C eine Temperatur T1 von viel mehr als 35 Verdampfungskammer IV mittels der Heizelemente 6 700° C, z.B. von 900 bis 10000C, notwendig sein. zu halten, und der Zeitverlust bis zum Wiederbeginn Das Material des Schmelztiegels müßte daher eine des Verfahrens ist im allgemeinen kurz. Außerdem hohe Qualität aufweisen, oder es wurden erhebliche wird das Bedampfungsmetall in der Verdampfungs-Wärme- bzw. Energieverluste auftreten. kammer IV nicht bei hoher Temperatur der Außen-This drop in temperature could in itself lead to a decrease in the quality of the coating. The preferred embodiment of the device would also decrease the quality of the coating. A grain connection 8 provided between the chambers III and IV can, however, be provided according to the invention 25 in order to achieve a comparatively easy separation of these by increasing only the temperature T 2 , e.g. B. to enable both chambers. The closures can be achieved by increasing T 2 from 500 to 700 ° C. Valves, cover plates and the like can be used, for example. In this way it is only necessary to be that. This closure 8 makes it possible to adjust the vapor temperature T 2 without changing the temperature T 1 fungskammer III from the evaporation chamber IV. If the distance between the chambers is to be separated, so that it is closed, for example, III and IV is too large to remain a good layer, if the vacuum has been reached in the redampfungskam quality, and the heating elements on a chamber III are lifted would have to be connected to broken single power source, then remove wires and insert new wires, would achieve a temperature T 2 of In this way it is possible to heat the 700 ° C a temperature T 1 of much more than 35 evaporation chamber by means of the heating elements 6 to be 700 ° C, for example, of 900 to 1000 0 C, it is necessary IV. The material of the crucible would therefore have to be one of the process is generally short. In addition, they are of high quality, or the vapor deposition metal will be significant in the evaporation heat or energy losses. chamber IV not at high temperature of the outside
Es ist möglich, die Auftragsgeschwindigkeit, die 40 atmosphäre ausgesetzt und daher keiner OxydationIt is possible to adjust the application speed to 40 atmospheres and therefore no oxidation
Qualität und das Aussehen des Überzugs mit dem unterworfen.Quality and appearance of the coating with the subject.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (6)
Temperatur unabhängig von der Temperatur Diese Art der Beeinflussung der Schichtbildung ist der Verdampfungskammer gesteuert wird. jedoch in mancher Hinsicht sehr unbefriedigend:1. Process for vapor deposition of a metal In the known processes - and so also with coating in a vacuum on an elongated, 5 the process according to the patent mentioned - for example wire, strip or rod-shaped - the substrate is in the vapor deposition before ironing Substrate in which the substrate is heated in one step into the evaporation zone, namely heated to the heating zone and then through a metal to be evaporated at a temperature below the melting point of the evaporation chamber. In this way, the vaporization zone is passed through so that, in connection with the throughput speed, the metal coating prevailing in relation to the substrate - the thickness of the vapor-deposited vapor space of the vaporization zone is regulated to some extent.
Temperature independent of the temperature This way of influencing the layer formation is the evaporation chamber is controlled. but in some respects very unsatisfactory:
kennzeichnet, daß die Bedampfungszone Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung daaus einer mit der Verdampfungskammer (IV) durch, daß die im Dampfraum der Bedampfungszone durch einen Kanal (V) verbundenen Bedamp- herrschende Temperatur unabhängig von der Tempefungskammer (III) besteht, die mit Heizelemen- ratur der Verdampfungskammer gesteuert wird,
ten (5) versehen ist. 35 Dabei ergibt sich — abgesehen von der zufrieden-The invention is based on the object of a connected evaporation zone, furthermore with a method of the type outlined at the beginning, to thermally affect the device for maintaining the required process of layer formation in such a way as a vacuum, and a conveying device for flow that the speed of the layer wax continuously passing through the substrate turns practically free of inertia and with greater speed through the zones mentioned, can thereby be set with great accuracy,
indicates that the vaporization zone is achieved according to the invention in that the vaporization chamber (IV) in the vapor space of the vaporization zone through a channel (V) connected vapor prevailing temperature is independent of the Tempefungskammer (III), which with Heating element of the evaporation chamber is controlled,
ten (5) is provided. 35 This results - apart from the satisfied-
dampfungskammer mit der Außenatmosphäre in Das Verfahren nach der Erfindung ist besonders Verbindung gebracht wird. vorteilhaft dann, wenn es sich um die Bedampfung5. Apparatus according to claim 3 or 4, the temperature in the vapor space which is characterized by a closure (8) between the vaporization zone can be selected even higher than the vaporization chamber (IV) and the melting point of the metal to be vaporized, vaporization chamber (III), by means of which a possibility can be maintained, which can be seen with the approximately drove the vacuum in the evaporation chamber of the USA patent specification 3,455,730, if the known process is by no means given.
The method according to the invention is particularly connected with the external atmosphere. advantageous when it comes to steaming
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