DE2136532A1

DE2136532A1 - Anlage zur auftragung von metallueberzuegen im vakuum

Info

Publication number: DE2136532A1
Application number: DE2136532A
Authority: DE
Inventors: Leonid Pawlowitsch Sablew
Original assignee: SABLEW
Current assignee: SABLEW
Priority date: 1971-07-19
Filing date: 1971-07-21
Publication date: 1973-02-08
Also published as: US3793179A; FR2147880B1; DE2136532B2; FR2147880A1; GB1322670A; DE2136532C3

Description

ZELLFNTIN l. LUYKEN

8000 MOnche.i 22

1. Leonid PavloviC_ASablev * 35 509/2

2. Nikolaj Petrovic Atamanskij 21. JuIi 1971

3. Valentin Nikolaevic Gorbunov

4. Jurij Ivanovic Dolotov VBr 5· Vadim Nikolaevic Lucenko

6. Valentin Mitrofanoyic Lunev
7- Vladislav Vasil'evic Usov

Char'kov/UdSSR

ANLAGE ZUR AUFTRAGUNG VON METALLÜBERZÜGEN IM VAKUUM

Die Erfindung betrifft Anlagen zur Auftragung von metallischen Überzügen durch Niederschlagen von Metall, das mit Hilfe eines Lichtbogens verdampft wird.

Zur Zeit sind mehrere Typen von Anlagen zur Auftragung von Metallüberzügen im Vakuum bekannt. Am meisten sind Anlagen mit einem Tiegel aus feuerfestem Stoff zur Aufnahme des zu verdampfenden Metalls verbreitet. Die Metallerwärmung bis zur Schmelz- und Verdampfungstemperatur erfolgt mittels verschiedener Verfahren (chemisch, durch.Indunktionserwärmung, mit Hilfe von Elektronenstrahlen, Lichtbögen usw.).

Diese Anlagen lassen die Auftragung nur leichtschmelzender l&etalle mit hoher Dampfspannung zu, die bei der Verdampfungstemperatur in eine ^cj^e^^k^g^mit dem Tiegelstoff treten.

bie Verdampfung von schwerschmelzenden Metallen wie Wolfram, Molybdän, Niobium, Tantal u.a. ist aus Tiegeln überhaupt unmöglich·

Bei Anlagen mit Tiegeln wird der Metallüberzug außerdem durch Tiegelstoff verunreinigt.

Zur Auftragung von reinen Überzügen aus schwerschmelzenden Metallen werden weitgehend Anlagen verwendet, bei denen das zu verdampfende Metall selbst als Tiegel dient. In diesen Anlagen wird auf der Oberfläche des zu verdampfenden Metalls mit Hilfe einer Elektronenkanone eine flüssige Wanne erzeugt, aus der die Verdampfung erfolgt·

Ein Mangel derartiger Anlagen besteht in der Notwendigkeit, eine Elektronenkanone zu verwenden, die für ihren Betrieb eine hohe Spannung und Hochvakuum in der Arbeitskammer erfordert.

In letzter Zeit ging man zur Anwendung elektrischer Lichtbogen für die Anlagen zum Aufstäuben von Überzügen im Vakuum über_vElektrische Lichtbögen sind durch Bildung eines Katodenflecks auf der Katodenoberfläche gekennzeichnet. Der Katodenfleck stellt ein flächenmäßig kleines Gebiet auf der Katodenoberfläche dar, durch das der Lichtbogenstrom fließt.

Die Stromdichte erreicht im Katodenfleck Werte von 10 10? A/cm², der Spannungsabfall beträgt hierbei 10 bis 20 V. Verständlicherweise findet bei derartiger Energiekonzentration eine intensive Metallverdampfung aus dem Gebiet des Katodenflecks statt. Im Vakuum brennt der Lichtbogen in den Dämpfen des verdampften Metalls. Der Katodenfleck des Vakuum-

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_ 3 —

Lichtbogens verschiebt sich unregelmäßig auf der Katodenoberflache. Beim Stromanstieg im Lichtbogen teilt sich der Katodenfleck in zwei, drei und mehr selbständige Katodenflecke, uie sich auf der Katodenoberfläche unregelmäßig und unabhängig voneinander bewegen·

Wenn aus irgendeinem Grunde ein Katodenfleck erlischt, „ teilen sich die verbliebenen Katodenflecke von neuem und ihre Anzahl bleibt auf der Katodenoberflache unverändert.

Der Stromfluß zwischen der Katode und der Anode des Lichtbogens erfolgt im Raum über das Metallplasma, das sich im Katodengebiet der Lichtbogenentladung bildet.

Es sind ferner Anlagen zur Auftragung von Überzügen im Vakuum bekannt, bei denen die Lichtbogenentladung zwischen vibrierenden, aus dem zu schmelzenden Metall hergestellten Elektroden erfolgt.

Ein Nachteil derartiger Anlagen ist die geringe Reserve an dem zu verdampfenden Metall und das Vorhandensein größerer Teilchen im verdampften Metallstrom, die sich beim Trennen der Kontaktoberflächen bilden, wobei die Qualität des Überzuges herabgesetzt wird.

Ein geringer Ausnutzungsgrad des verdampften Metalls (unter lö/o) gehört auch zu den Mängeln derartiger Anlagen.

Bekannt ist noch eine Anlage zur Herstellung von Überzügen durch Niederschlagen eines Metalls, das mittels eines elektrischen Lichtbogens im Vakuum verdampft wird (siehe das USA-Patent Nr. 2972695 vom 21. Februar 1961). Diese An-

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lage weist eine Vakuumkammer mit darin angeordneten Anode und Katode auf, die aus dem zu verdampfenden Metall bestehen, wobei die Katode auf einem Kühlbett befestigt ist. (Unter Kühlbett versteht man eine Einrichtung zur stromzuführung an die aus dem zu schmelzenden Metall hergestellte Katode und zur Abführung der Wärme, die von der Katode beim Lichtbogenbrennen erzeugt wird). Die Verdampfungsfläche der Katode ist dabei der Anode zugewandt. (Die Verdampfungsflache der Katode ist derjenige Oberflächenteil der aus dem zu schmelzenden Metall hergestellten Katode, auf dem sich der Katodenfleck des elektrischen Lichtbogens beim Betrieb der Anlage verschiebt). Weiterhin gehören zur zuletzt erwähnten Anlage eine Zündelektrode, die den Katodenfleck des elektrischen Lichtbogens auf der Verdampfungsfläche der Katode bildet, ein Mittel zur Festhältung des Katodenflecks auf der Verdampfungsfläche der Katode sowie eine Speisequelle für den Lichtbogen.

Die Festhaltung des Katodenflecks auf der !erdampfungsfläche einer festen gekühlten Katode erfolgt in der Anlage mittels eines Magneten, dessen Kraftlinien in einer bestimmten Richtung in Bezug auf die Verdampfungsfläche der Katode verlaufen. Die Anode und die Katode der Anlage sind aus dem zu verdampfenden Metall hergestellt,Die Anode befindet sich unmittelbar in der Hähe der Katode. Die Zündung des Lichtbogens erfolgt nach dem Evakuieren der Vakuumkammer dieser Anlage bis zum Eestdruck unter 1.10""* Torr durch kurzzeitiges Berühren

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4er Katodenoberfläche mit der Zündelektrode, die eine elektrische Verbindung mit den Anode hat·

Der Hauptmangel dieser Anlage liegt im geringen Ausnutzungsgrad des verdampften Metalls. Bei Anlagen, in denen die Metallverdampfung mit Hilfe eines Lichtbogens erfolgt, ist der durch die größte Intensität gekennzeichnete Metalldampfstrom be-

kanntlich wie eine Normale zur Verdampfungsfläche gerichtet. In der erwähnten Anlage aber wird der Metalldampfstrom auf das zu überziehende Erzeugnis in einer zur Verdampfungsfläche der Katode parallelen Richtung abgeführt, d.h. in der Richtung der geringsten Intensität des Metalldampfstromes.

Außerdem wird ein großer Teil des Metal!dampfstromes an den Wänden des Dampfzuleitungsrohres festgehalten,durch das der Metalldampf zum Erzeugnis gelangt. Um eine hohe Leistungsfähi igkeit beim Aufstäuben zu erreichen, muß man Anlagen mit großen Abmessungen und großem Energieverbrauch anwenden.

Das Vorhandensein eines Magneten und eine bestimmte Form der Katode bedingen einen komplizierten Aufbau der Anlage und

zählen zu ihren weiteren Nachteilen.

Ba die Zündelektrode mit der Anode elektrisch verbunden ist, fließt im Stromkreis der Zündelektrode bei ihrem Berühren der Katode ein großer Strom, der ein Anschweißen der Zündelektrode an die Katodenoberfläche und ihren schnellen Verschleiß verursacht.

Die beschriebene Anlage fand in der industriellen Vakuum-Auf st äubungstechnik keine Anwendung.

Unserer Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Anlage

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zur Auftragung von Überzügen im Vakuum zu entwickeln, die es ermöglichen würde, den Ausnutzungsgrad für das zu verdampfende Metall um das Mehrfache zu steigern, die Leistungsfähigkeit des Aufstäubungsvorgangs ohne Vergrößerimg der Abmessungen der Anlage steil zu erhöhen und den Energieverbrauch pro Einheit der Masse des aufgestäubten Metalls herabzusetzen.

Als Ergebnis der Erfindung wird eine Anlage zur Auftragung von Überzügen durch Niederschlagen eines mit Hilfe des elektrischen Lichtbogens im Vakuum verdampften Metalls vorgeschlagen, die eine Vakuumkammer mit folgend end en darin angeordneten Elektroden enthält: einer Anode, einer auf einem Kühlbett montierten Katode aus einem zu verdampfenden Metall mit einer Stromzuleitung und einer Zündelektrode, die auf der Verdampfungsfläche der Katode einen Katodenfleck des elektrischen Lichtbogens erzeugt. Zur Anlage gehört auch eine Speise-Quelle zur Speisung des elektrischen Lichtbogens. Erfindungsgemäß enthält die Anlage zur Auftragung von Überzügen im Vakuum eine Anode, die als Hülle von beliebiger Form gefertigt wird. Die Verdampfungsfläche der Katode ist dem durch die erwähnte Hülle begrenzten Baum zugewandt. Das Mittel zur Festhält ung des Katodenflecks auf der Verdampfungsfläche der Katode ist als Schirm ausgeführt, der die Verdampfungsfläche der Katode begrenzt und wenigstens einen Teil deren nicht zu verdampfenden Oberfläche zudeckt, die an die Verdampfungsfläche der Katode angrenzt, wobei der Schirm so nahe an der Katodenoberfläche angeordnet ist, daß er einen Übergang des Katodenflecks auf die nicht zu verdampfende Oberfläche verhindert,

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Die erwähnte Hülle von beliebiger Form kann zweckmäßigerweise mit Öffnungen versehen sein. Dadurch lassen sich die zu überziehenden Erzeugnisse sowie Kontroll- und Meßgeräte, z.B. zur Messung der Dicke von Überzügen, bequemer anordnen und der Eaum der Hülle leichter evakuieren. ·

Es ist auch zweckmäßig, als Hülle die inneren Wände der Vakuumkammer zu benutzen. Diese konstruktive Ausführung vereinfacht und verbilligt die Anlage.

Bei Anlagen, deren Vakuumkammer aus einem dielektrischen Werkstoff (Quarz, Glas, Keramik) hergestellt ist, können die elektrisch leitenden zum Überziehen bestimmten Erzeugnisse mit dem Pluspol der Speisequelle zur Lichtbogenspeisung verbunden werden.

Dies ermöglicht die Benutzung der in der Industrie vorhandenen Auf stäubungsanlagen mit Vakuumkammern aus Glas zur Auftragung von Überzügen mittels eines elektrischen Lichtbogens.

Es ist auch zweckmäßig, die zu überziehenden elektrisch leitenden Erzeugnisse mit der Anodenhülle elektrisch zu verbinden. Dies trägt zur S_rnb"iiung der Stabilität des Lichtbogenbrennens bei.

Die Katode aus dem zu verdampfenden Werkstoff kann zweckmäßigerweise als flache Scheibe geformt werden. Diese Katodenform gibt die Möglichkeit, gleichmäßige Überzüge an Erzeugnissen zu erhalten, die an einer gedachten Innenfläche einer zur Verdampfungsfläche der Katode tangential und mit der Katode

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koaxial liegenden Sphäre angeordnet werden, besondere, wenn der Sphärenradius um das Mehrfache größer als der Katodenradius ist.

Es ist auch zweckmäßig, die Katode aus dem zu verdampfenden Werkstoff in Form eines Ringes auszuführen·

Dabei kann man gleichmäßigere Überzüge an großen Oberflächen von flachen Erzeugnissen aufstäuben, die parallel zur Verdampfungsfläche der Katode angeordnet werden.

Weiterhin ist es zweckmäßig, die Katode aus dem zu verdampfenden Metall als Zylinder herzustellen, von dessen Seitenfläche die Verdampfung erfolgt. Dies läßt die Auftragung von Überzügen an Innenflächen von Hohren zu.

Die Katode aus dem zu verdampfenden Metall kann zweckmäßigerweise auch als Hohlzylinder gefertigt werden, von dessen innerer zylindrischer Fläche das Metall verdampft wird. Diese Katodenausführung ermöglicht die Auftragung von Überzügen an äußeren zylindrischen Flächen ohne ihre Drehung in Bezug auf die Katode.

Ferner ist es zweckmäßig, die Katode an das Kühlbett anzulöten. Dadurch wird die Befestigung von Katoden aus Stoffen mit geringer mechanischer Festigkeit wie Zink, Blei, Zinn u.a. erleichtert und die verdampfte Metallmenge bedeutend vergrößert, ohne daß die Stabilität des brennenden Lichtbogens beeinträchtigt wird.

Die Befestigungselemente für die Montage der Katode auf dem Kühlbett können zweckmäßigerweise auch aus dem Katodenstoff

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hergestellt werden. Dadurch wird eine eventuelle Konzentration des Lichtbogens an den Befestigungselementen und ihre mögliche Zerstörung vermieden.

Zweckentsprechend können die Befestigungselemente mit der Verdampfungsfläche der Katode bündig angeordnet werden, um die Stabilität des brennenden Lichtbogens bei großer Anzahl der Befestigungselemente zu erhalten.

Der tfärmekontakt des Kühlbettes und der Katode kann zweckmäßigerweise durch kegelförmige Flächen gebildet werden. Die Herstellung eines sicheren Wärmekontaktes und folglich aine Erhöhung des Lichtbogehstromes werden dabei durch Anlegung einer geringen axial gerichteten Kraft möglich.

Weiterhin ist es zweckmäßig, die Katode an ihrem am Kühlbett anliegenden umfang abzudichten und im übrig bleibenden .Teil des Kühlbettes einen Hohlraum für den Umlauf einer Kühlflüssigkeit vorzusehen. Dies gibt die Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit des Aufstäubungsvorganges durch Steigerung des Lichtbogenstromes stark zu erhöhen.

Der die Verdampfungsfläche der Katode begrenzende Schirm wird zweckmäßigerweise so angeordnet, daß von der Verdampfungsfläche der Katode verdampftes Metall zum Schirm nicht gelangen kaiin. Dies ermöglicht den normalen betrieb der Anlage fast bis zur völligen Verdampfung der Katode, da der Spielraum zwischen der nicht zu verdampfenden Fläche der Katode und dem Schirm beim Aufstäubungsvorgang erhalten bleibt.

Es ist zweckmäßig, den Schirm aus einem elektrisch lei-

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-lO-tenden Werkstoff herzustellen. Dies ermöglich es für die Herstellung des Schirmes leicht zu bearbeitende Metalle zu benutzen.

Weiterhin ist es zweckmäßig, den Schirm aus einem weichmagnetischen Werkstoff auszuführen, um die Stabilität des brennenden Lichtbogens zu erhöhen.

Bei Verdampfung von Metallen mit großer Dampfspannung kann der Schirm zweckentsprechend mit der Katode elektrisch verbunden werden. Dadurch wird der Aufbau der Anlage vereinfacht.

Andererseits kann es zweckmäßig sein, den Schirm von der Katode und der Anode elektrisch zu isolieren. Dies ermöglicht die Herstellung des Schirmes aus beliebigen Werkstoffen und verhindert einen eventuellen Übergang des Katodenfleckes des elektrischen Lichtbogens auf den Schirm beim Betrieb der Anlage.

Es ist von Vorteils die ganze nicht zu verdampfende Katodenfläche mit einem Schirm zu verdecken. Dies verhindert das Brennen des Lichtbogens am Kühlbett und an der Stromzuleitung während des Betriebes der Anlage bei hohen Drücken (ICf¹ bis 10""2 Torr).

Zweckmäßigerweise kann die ganze zur Verdampfung nicht vorgesehene Katodenoberfläche durch mehrere vonenander isolierte Schirme verdeckt sein, die in Bezug auf die nicht zu verdampfende Fläche hintereinander angeordnet werden. Dadurch kann das durch den Schirm hindurch erfolgende Lichtbogen-

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brennen am Kühlbett und an der Stromzuleitung bei einem hohen Druck (10 .. .10"^ Torr) in der Vakuumkammer vermieden werden.

Die Anzahl der Schirme ist zweckentsprechend so zu wählen, daß die Spannung für das Lichtbogenbrennen zwischen der nicht zu verdampfenden Katodenoberfläche und der Anode über Schirme größer als die Spannung der Speisequelle ist. Dies verhindert das Lichtbogenbrennen an der nicht zu verdampfenden Katodenoberfläche sowie an den an der Katode liegenden Kühlbett- und Stromzuleitungsflächen bei Verdampfung von schwerschmelzenden Metallen wie Wolfram, Molybdän, Niobium usw.

Ferner ist es zweckmäßig, den Schirm aus einem dielektrischen Werkstoff herzustellen. Dies ermöglicht den sichersten Schutz der nicht zu verdampfenden Katodenfläche sowie der an sie anliegenden Kühlbett- und Stromzuleitungsflächen vor dem Lichtbogenbrennen an diesen Oberflächen bei beliebiger Spannung der Speisequelle.

Es ist auch zweckmäßig, im Schirm von der Seite der Verdampfungsfläche der Katode einen Ausschnitt vorzusehen, durch den die Zündelektrode hindurchgeht. Dadurch wird die Anordnung der Zündelektrode an der Seite der nicht zu verdampfenden Katodenoberfläche möglich, wobei eine eventuelle Aufstäubung auf die Zündelektrode beim Betrieb der Anlage vermieden wird ·

Die Zündelektrode kann zwecktaäßigerweise von der Anode isoliert werden, wobei in den Stromkreis der Zündelektrode öin

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Widerstand eingeschaltet wird. Dadurch kann der im Stromkreis der Zündelektrode beiht -Berühren der Katode fließende Strom und somit der Verschleiß der Züifelektrode kleiner gehalten werden.

Im Stromkreis der Zündelektrode kann zweckmäßigerweise ein Kontakt eines ^chaltgeräts vorgesehen werden. Das gibt die Möglichkeit, den Strom im Kreis der Zündelektrode nach ihrer Berührung der Katodenoberfläche einzusehalten und dadurch das Anschweißen der Zündelektrode an die Katode zu vermeiden. Außerdem wird dadurch die Trennung des Stromkreises der Zündelektrode nach der Lichtbogenzündung zwischen der Katode und der Anode möglich, wobei die Abschmelzung der Zündelektrode während des Betriebs der Anlage bei hohen Drücken (10 ... 1CT* Torr) verhindert wird.

Die Spule des Elektromagneten, der die Zündelektrode steuert, kann zweekinäßigerweise in den Lichtbogen-Stromkreis eingabΛαΐ⁴"p+" v/erden." Neben der Automatisierung der Lichtbogenzündung läßt sich dadurch die Anzahl der elektrischen Elemente verringern und die Funktionsgeschwindigkeit der elektrischen Schaltung erhöhen.

Für die Wicklung des Elektromagneten kann ein Nebenschluß vorgesehen werden. Dadurch kann der unmittelbar durch die Wicklung des Elektromagneten fließende Strom herabgesetzt werden, wobei die Abmessungen des Elektromagneten kleiner gewählt werden können.

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Es ist zweckmäßig, für den Nebenschluß eine Halbleiterdiode zu verwenden, wobei die Änderung der Metall-Verdampfungsgeschwindigkeit (die Lichtbogenstromänderung) in der Anlage in einem größeren -Bereich möglich wird.

In den Lichtbogenstromkreis kanrizweckmäßigerweise auch eine Hochfrequenzdrossel eingeschaltet werden. Dies trägt zur Erhöhung der Stabilität des Lichtbogenbrennens bei" und führt gleichzeitig zur Verminderung der Spannung der Lichtbogen-Speise quelle.

Es ist der Anschluß eines Kondensators an die Ausgangsklemmen der Lichtbogen-Speisequelle zweckmäßig. Dies schützt die Lichtbogen-Speisequelle vor Durchschlag mit einem Hoch— spannungsimpuls, der beim Erlöschen des vom elektrischen Lichtbogen gebildeten Katodenflecks entsteht.

Die Stromzuführung zum Kühlbett ist gleichzeitig für die Wärmeableitung vom Kühlbett zu benutzen. Dazu muß die Stromzuführung mit einem außerhalb der Vakuumkammer angeordneten Kühlkörper verbunden werden.

Auf Grund der vorliegenden Erfindung wurde eine Anlage zum Auftragen von Überzügen im Vakuum entwickelt, die es ermöglicht, den Ausnutzungsgrad für das verdampfte Metall um das Mehrfache zu vergrößern, den Energieverbrauch pro Einheit der Masse des verdampften Metalls zu verringern sowie die Leistungsfähigkeit des Aufstäubungsvorganges ohne Vergrößerung der Abmessungen der Anlage bei hoher Zuverlässigkeit

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der ganzen Einrichtung steil zu erhöhen.

Im folgenden wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen und an Hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäß aufgebaute Anlage zur Auftragung von Überzügen im Vakuum, in der die Anode als hohle sphärische Hülle hergestellt ist}

Fig. 2 eine flache scheibenförmige Katode ausjflem zu verdampfenden Metall nach einer langen Verdampfungszeit;

Fig. 5 eine Abänderung der Anlage zur Auftragung von Überzügen im Vakuum nach Fig. 1 mit einer flachen ringförmigen Katode;

Fig. 4 eine modifizierte Anlage nach Fig. 1 zur Auftragung von Überzügen auf einem biegsamen Metallband im Vakuum;

Fig. 5 einen Schnitt nach V-V von Fig. 4;

Fig. 6 eine modifizierte Anlage zur Auftragung von Überzügen im Vakuum nach Fig, I mit einer rohrförmigen Katode;

Fig. 7 eine modifizierte Anlage nach Fig. 1 zur Auftragung von Überzügen im Vakuum mit einer zylindrischer Katode;

Fig. 8 eine modifizierte Anlage nach Fig. 1 zur Auftragung von Überzügen im Vakuum, in der die zur Aufstäubung bestimmten Erzeugnisse als Anöde dienen;

Fig. 9 eine modifizierte erfindungsgemäß aufgebaute Anlage, die als Lichtbogen-öorptions-ilochvakuumpumpe benutzt wird.

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Die in Fig. 1 gezeigte Anlage zur Auftragung von Überzügen

I' .

durch Niederschlagen von . mittels eines Lichtbogens im

igeschj&Qlzeneiy ,

Vakuuffilmetall iSt wie folgt aufgebaut.

Die Vakuumkammer 1 besteht aus einem Gehäuse 2 und einem Deckel 3, die miteinander mit Bolzen 4- verbunden und mit Gummidichtung 5 abgedichtet sind. Die Vakuumkammer 1 ist mit Hilfe eines mit dem Deckel 3 mittels nicht gezeigter Bolzen verbundenen und mit einer Gummidichtung 7 abgedichteten Vakuum-Pumpensystems 6 bis zum erforderlichen Arbeitsdruck evakuiert.

Das Vakuumpumpensystem 6 enthält einen Vakuumverschluß, eine Ö!diffusionspumpe und eine Vorvakuumpumpe, die in Fig. nicht gezeigt sind·

Im Inneren der Vakuumkammer 1 ist auf einem Kühlbett 8 eine Katode 9 montiert, die aus dem zu verdampfenden Metall hergestellt ist.

Die Katode 9 hat die Form einer flachen Scheibe,- bei der eine Stirnfläche 10 als Verdampfungsfläche dient und die zylindrische Seitenfläche 11 sowie die zweite Stirnfläche 12 zur nicht zu verdampfenden Fläche der Katode gehören.

Die flache scheibenförmige Ausführung der Katode 9 ist bei der Auftragung von Überzügen an Erzeugnissen 13 vorteilhaft, die an einer nicht gezeigten Vorrichtung so befestigt werden, daß die zu überziehenden Flächen der Erzeugnisse 13 tangential zur Oberfläche einer gedachten Sphäre 14 liegen, die mit der Scheibe koaxial und zur Verdampfungsfläche der

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Katode 9 als tangential angeordnet vorgestellt wird. In diesem -Fall erhält man die gleichmäßigsten Überzüge, besonders wenn der Katodenradius um das Mehrfache kleiner als der Radius der gedachten Sphäre 14 ist.

Dies ist durch die dem Kosinusgesetz folgende Intensitätsverteilung des von einer kleinen flachen Quelle verdampften Metallstromes bedingt, im vorliegenden -Falle dient als solche Quelle der vom elektrischen Lichtbogen gebildete Katodenfleck, der sich auf der Verdampfungsfläche 10 der Katode 9 unregelmäßig bewegt.

für einige, besonders für leichtschmelzende Metalle gilt Kosinusgesetz der Intensitätsverteilung eines verdampften

Metalls im Raum, der durch den Raurawinkel von 90 begrenzt ist und den Scheitel im Katodenfleck des elektrischen Lichtbogens hat. '

Die Katode 9 ist mit der. gesamten Stirnfläche 12 an das Kühlbett 8 angelötet. Bas Anlöten der aus dem zu verdampfenden Metall hergestellten Katode 9 ist vorteilhaft bei ihrer Befestigung am Kühlbett 8 in dem -Falle, wenn brüchige Metalle oder Metalle mit geringer Festigkeit wie Blei, Zink, Chrom u.a. verdampft werden müssen.

Die Erfinder haben festgestellt, daß die Stabilität des brennenden Lichtbogens von der Temperatur der Verdampfungsflache 10 der Katode 9 abhängt, und zwar je niedriger diese Temperatur ist, desto stabiler der Lichtbogen brennt. Bei

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.einer niedrigen Temperatur der Verdampfungsflache 10 verringert sich außerdem, die Anzahl von großen Spritzern und Metallteilchen im Met alldampfstrom, der sich auf den Erzeugnissen 13 absetzt.

Beim Lichtbogenbrennen lösen sich ungefähr 350% Energie der Bogenentladung von der Katode aus, die von der Katode 9 über das Kühlbett 8 abgeführt werden muß.

Zur Verringerung des Wärmedurchgangswiderstandes zwischen der Katode und dem Kühlbett wird die Katode deswegen mit ihrer ganzen an das Kühlbett anliegenden Fläche an das letztere angelötet.

Nach längerer Arbeit der Anlage nach Fig. 1 wird die Verdampfungsflache der Katode 9 zu einer Aushöhlung mit den Wänden 15 und dem Boden 16 (Fig.2) verformt.

Mit der Berücksichtigung der Bedingung eines stabil bremenden Lichtbogens kann die Dicke der Katode 9 nicht größer als ihr Durchmesser sein, da nach einer längeren Verdampfung der Katode die Wände 15 (Fig. 2) den von dem Katodenfleok zur Anode gerichteten Metallplasmastrom abschirmen, wobei die Stabilität des Lichtbogenbrennens herabgesetzt wird.

Mit Berücksichtigung der geforderten hohen Leistungsfähigkeit der Aufstäubung muß die Dicke der Katode 9 so gewählt werden, daß keine wesentliche Erhöhung der Temperatur an der Verdampfungsflache 10 der Katode über der Temperatur des Kühlbettes erfolgt, infolgedessen wird unterschiedliche

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Katodendicke für verschiedene Metalle und verschiedene Werte des Lichtbogenstromes gewählt, und zwar, je größer die Wärmeleitfähigkeit des zu verdampfenden Metalls oder je kleiner der Lichtbogenstrom ist, desto größer kann die Katodendicke

Unter Berücksichtigung dieser Forderungen kann empfohlen werden, die Katodendicke von 20 bis 50% des Katodendurchmessers je nach der Art des zu verdampfenden Metalls und der erforderlichen Leistungsfähigkeit des Aufstäubungsvorganges zu wählen.

Das Kühlbett 8 dient zur Abführung der von der Katode 9 übertragenen Wärme sowie zur gleichmäßigen Verteilung des Lichtbogenstroaes über die Verdampfungsfläche der Katode 9·

Deswegen nuß das Kühlbett 8 gute Wärme₇ und elektrische Leitfähigkeit besitzen. In der Anlage nach Fig. 1 ist das Kühlbett 8 aus Kupfer hergestellt. Das Kühlbett weist einen Hohlraum 17 auf» in dem. durch nicht gezeigte öffnungen in der Stromzuleitung 18 zugeführtes Wasser umläuft. Bas Kühlbett 8 ist auf der Stromsuleitung 18 befestigt. Das Wasser wird der Stromzuleitung 18 durch in der Zeichnung nicht gezeigte Gummirohre zugeführt, die auf Nippel 19 aufgesetzt sind.

Die Stromzuleitung 18 mitsamt der Katode 9 und dem Kühlbett 8 sind mit Hilfe eines keramischen Isolators 20 am Deckel der Vakuumkammer befestigt. Der Isolator 20 dient zur elektrischen Entkopplung der Stromzuleitung 18 vom Deckel 3 der Vakuumkammer sowie als Vakuumdichtung.

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Beim Betrieb der Anlage muß ein Mittel vorhanden sein, das den Übergang des Katodenflecks des elektrischen Lichtbogens von der Verdampfungsfläche der Katode 9 auf die nicht zu verdampfende Fläche verhindert, ,zu der die zylindrische Seitenfläche 11, die Katodenstirnfläche 12 sowie die Oberflächen des an der Katode liegenden Kühlbettes 8 und der Stromzuleitung 18 gehören.

Zur Lösung dieser Aufgabe . ist in der erfindungsgemäß aufgebauten Anlage ein Schirm 21 eingebaut, der die zylindrische Seitenfläche der Katode 9 und die Oberfläche des Kühlbettes 8 verdeckt. Der Schirm 21 stellt einen Hohlzylinder dar, dessen Innenfläche konzentrisch zur zylindrischen Katodenoberfläche und zum Kühlbett liegt und mit einem Spielraum

22 von 2 bis 3 mm angeordnet ist. Der Schirm 21 ist auf dem Deckel 3 der Vakuumkammer 1 befestigt und von diesem Deckel mittels eines Isolators 23 elektrisch isoliert·

Wenn der Katodenfleck des elektrischen Lichtbogens beim Betrieb der Anlage in den Spielraum zwischen dem Schiim 21 und der nicht zu verdampfenden Fläche gelangt, so erlischt er. Ist der Lichtbogenstrom in diesem Zeitpunkt so stark, daß die Verdampfungsfläche 10 der Katode noch« einen oder mehrere Katodenflecke aufweist, so teilen sie sich augenblicklich zur Erhaltung der Gesamtzahl von Katodenfleoken, die dem jeweiligen Lichtbogenstrom entspricht.

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Der Schirm 21 ist so befestigt, daß sein oberer Rand auf dem Niveau der "Verdampfungsflache 10 der Katode 9 liegt.

Liegt der Rand 24 des Schirmes 21 höher als die Verdampf ungsf lache der Katode 9, so bildet das verdampfte Metall auf dem Schirm beim Betrieb der Anlage einen Niederschlag, wobei der Spielraum 22 zwischen der nicht zu verdampfenden Fläche und dem Schirm 21 letztlich kleiner wird und der Katodenfleck auf den Schirm 21 überspringen kann. Liegt der fiand 24 des ^öchirmes 21 niedriger als die Verdampfungsflache 10 der Katode, so wird ein von dem Schirm 21 nicht verdeckter Teil der zylindrischer Seitenfläche 11 der Katode zur ^erdampfungsflache, von der die Metallverdampfung erfolgen wird, wobei der Spielraum 22 wiederum kurzgeschlossen wird.

Auf Grund konstruktiver Überlegungen beträgt die gewählte Schirmdicke 2 bis 2.mm. Als Werkstoff für den Schirm dient weichmagnetischeT-Stahl, da von den -Srfindem festgestellt wurde, daß bei einem Schirm aus nichtmagnetischem Werkstoff die Stabilität des Lichtbogenbrennens schlechter wird.

Die Verdampfungsfläche 10 der Katode ist der Anode 25 zugewandt, die eine hohle sphärische Hülle 26 darstellt. Die letztere ist an einer Metallstange 27 befestigt, die mit Hilfe eines Isolators 28 vom Deckel der Vakuumkammer elektrisch

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isoliert ist." Über die Stange 27 wird gleichzeitig elektrischer Strom der Anode 25 zugeführt.

Die Übertragung des elektrischen Stromes im Kaum zwischen der Katode und der Anode bewirken beim Betrieb der Anlage die Elektronen des Metallplasmas, das im Katodenfleck der Bogenentladung entsteht. Die Erfinder haben festgestellt, daß die Stabilität des Lichtbogenbrennens am größten ist, wenn an der Stromübertragung die ganze Metallplasmaströmung beteiligt ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die hohle sphärische Hülle 26, zu der die Verdampf ungsf lache der Katode 9 gerichtet ist, vollständig diese* Verdampfungsfläche der Katode 9 umfaßt.

Die Erfinder haben auch festgestellt, daß die Form und die Abmessungen der Hülle keinen Einfluß auf die Stabilität des Lichtbogens sowie auf die Spannung an der Katode und an der Anode ausüben.

Bei einer Erprobung von sphärischen Hüllen mit den Halbmessern von 100, 200, 500 und 1000 mm blieben die äußeren Kenngrößen des Lichtbogens, wie Katoden- und Anodenspannung sowie der minimale Stromwert für stabiles Lichtbogenbrennen, unverändert. (Als minimaler Strom für ein stabiles Lichtbogenbrennen ist ein Stromwert angenommen worden, bei dem die mittlere Dauer des Lichtbogenbrennens auf der Verdampfungsfläche der Katode ohne Erlöschen fünf Minuten beträgt).

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Die Form der die Verdampfungsflache der Katode umfassenden Hülle ist auch mit berücksichtigung des notwendigen Schutzes der Innenfläche der Vakuumkammer 1 vor Verunreinigung durch verdampftes Metall gewählt worden.

Die Zündelektrode 29 ist am Anker 30 des Elektromagneten über einen Isolator 31 befestigt. Der Anker 30 befindet sich im Inneren des aus einem nichtmagnetischen Werkstoff hergestellten Rohres 32, an dessen Außenseite die Spule 33 des Elektromagneten angeordnet ist. Im Innenraum des Rohres 32 befindet sich eine fiückführfeder 34.

Die Zündelektrode ist mittels eines biegsamen Leiters mit der Stange 36 verbunden, die vom Deckel 3 mit Hilfe eines Isolators 37 elektrisch isoliert ist. In den die Zündelektrode 29 und die Anode 25 verbindenden Stromkreis 38 ist ein Widerstand 39 eingeschaltet.

Dieser Widerstand 39 ist zur Strombegrenzung im Stromkreis de.r Zündelektrode im Augenblick der Zündung notwendig. Das Fehlen des Widerstandes 39 führt zur schnellen Abnutzung der Zündelektrode 39, da die Stromgröße im Stromkreis der Zündelektrode bei der Zündung gleich dem einem Kurzschluß der Lichtbogen-Speisequelle 40 entsprechenden Stromwert wird.

so Der Wert des Widerstandes 39 wird"gewählt, daß der im

Kreis 38 der Zündelektrode 39 bei ihrem Berühren der Verdampfungsfläche 10 der Katode 9 fließende Strom ungefähr 20 bis 25% vom Minimalstrom für stabiles Lichtbogenbrennen be-kmjt.

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In diesem Falle wird die Wahrscheinlichkeit einer Anschweißung der Zündelektrode 29 an die Verdampfungsfläche 10 der Katode 9 stark reduziert und erfolgt eine sichere Lichtbogenzündung.

Die Speisequelle 40 für den Lichtbogen enthält einen Dreiphasen-Abwärtstransformator 41, einen Dreiphasen-Zweiweggleichrichter und einen Regelwiderstand 43. Der Anschluß der Speisequelle 40 an das Wechselstromnetz erfolgt mittels des Sehalters 44. Die Anwendung eines Lichtbogengleichrichters ist nur unter der Bedingung möglich, daß der Minimalwert der Spannung am Ausgang des Gleichrichters immer größer als die Spannung an den Elektroden der Anlage während ihres Betriebes ist.

Dies ist dadurch zu erklären, daß der im "Vakuum brennende Lichtbogen erlischt, wenn der Strom im Lichtbogenstromkreis für eine längere Zeit als 10 ' see verschwindet.

Die Plus-Klemme 45 der Speisequelle 40 ist mittels eines Leiters 46 mit der Stange 27 der Anode 25 verbunden, und die Minus-Klemme 47 hat über die Spule des Elektromagneten und über die Leiter 48 und 49 mit dem Stromzuführungsleiter 18 der Katode 9 Verbindung. Zwischen den Klemmen 45 und 47 liegt ein Kondensator 50.

Der Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Anlage läuft in folgender Reihenfolge ab.

Nachdem in der Vakuumkammer 1 mit Hilfe des Vakuumpumpen— systems 6 der Arbeitsdruck unter 1.10""* Torr (vorzugsweise 1.10"*... .1.10 iDorr) erreicht ist, wird der Spalter 44

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geschlossen, der die Speisequelle 40 mit dem Wechselstromnetz verbindet. An den Aus gang sklemmen 45 und 4? der Speisequelle 40 erscheint eine Spannung von 40 bis 70 V. Im Stromkreis Klemme 45, Leiter 38, Widerstand 59» Stange 36, biegsamer Leiter 35, Zündelektrode 29» Katode 9, Kühlbett 8, Stromzuleitung 18, Leiter 49, Wicklung 33 des Elektromagneten, Leiter 48, Klemme 47 beginnt elektrischer Strom zu fließen, dessen Stärke vom Wert des Widerstandes 39 abhängt.

Der Anker 30 des Elektromagneten wird entgegen der Spannkraft der Rückführfeder 34 von der Spule 33 des Elektromagneten angezogen und hebt die Zündelektrode von der Verd ampf ungsflache 10 der Katode 9 ab.

Auf der Verdampfungsflache 10 der Katode 9 entsteht der Katodenfleck des elektrischen Lichtbogens, der anfangs

unter dem Ende der Zündelektrode 29 liegt und nach dem Abzug der Zündelektrode 29 seine unregelmäßige Bewegung auf der ganzen Verdampfungsfläche 10 der Katode 9 beginnt. Im Stromkreis Klemme 45, Leiter 46, Stange 27, Hülle 26, Katode 9, Kühlbett 8, Stromzuleitung 18, Leiter 49, Wicklung 33 des Elektromagneten, Leiter 48, Klemme 47 beginnt elektrischer Strom zu fließen,

Der Stromfluß im ^Kaum zwischen der Anodenhülle 26 und der Katode 9 erfolgt über das Metallplasma, das im fiaum der Hülle vom Katodenfleck des elektrischen Lichtbogens erzeugt wird. Die Stärke, dieses Stromes wird durch den Widerstandswert

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dös Regelwiderstandes 43 in der Speisequelle 40 bestimmt und .wird mit Berücksichtigung eines stabilen Lichtbogenbrennens (untere Grenze) und der erforderlichen dem Lichtbogenstrom proportionalen Verdampfungsgeschwindigkeit gewählt.

Das von der Verdampfungsfläche 10 der Katode 9 durch den Katodenfleck des elektrischen Lichtbogens verdampfte Metall setzt sich auf den zum Überziehen bestimmten Erzeugnissen 13 und an der Innenfläche der Hülle 26 ab.

Gelangt einer der Katodenflecke in den Spielraum 22 zwischen der nicht zu verdampfenden Fläche 11 der Katode 9 und der Innenfläche des Schirmes 21, so erlischt er, und die auf der Verdampfungsfläche 10 der Katode 9 verbliebenen anderen Flecke teilen sich infolge einer Spannungserhöhung an der Anode 25 und der Katode 9 wegen eines kleineren Spannungsabfalls am Regelwiderstand 43. Wenn der Lichtbogen aus irgendeinem Grunde erlischt, so verschwindet der Strom im Stromkreis der Spule 33 des Elektromagneten, und der Anker 30 wird mitsamt der Zündelektrode 29 durch die Feder 34 nach unten gedrückt, bis die Zündelektrode die Fläche 10 der Katode 9 berührt. Die Erregung der Bogenentladung erfolgt automatisch in derselben Reihenfolge, wie beim anfänglichen Ingangsetzen der Anlage·

Beim Betrieb der Anlage entstehen an der Katode und an der Anode Hochspannungsimpulse. Das hängt damit zusammen, daß die Elementarzelle des Katodenfleckas ungefähr während

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der Zeit von 10*" ^ see erlischt, und die Speisequelle 40 sowie der Stromkreis des Lichtbogens eine hinreichende Induktivität aufweisen. Diese Impulse können die Spaisequelle 40 des Lichtbogens beschädigen. Um das zu verhindern, werden die Ausgangsklemmen 45 und 47 der Speisequelle 40 mit einem Kondensator 50 überbrückt, dessen gespeicherte Energie bei für die Speisequelle 40 zulässiger Spannung der Energie des elektromagnetischen Feldes der Speisequelle und des Lichtbogenstromkreises gleich ist·

Nach der Aufstäubung eines Überzuges mit genügender Dicke auf den Erzeugnissen 15 wird der Lichtbogen mit dem Schalter 44 abgeschaltet.

In Fig. 5 ist eine andere Variance der Anlage zur Auftragung von Überzügen im Vakuum dargestellt. Die Anlage dient zur Aufstäubung gleichmäßiger Überzüge aus Metallen mit hoher Dampfspannung (Blei, Kadmium, Zink u.a.) auf flachen Werkstücken. Ein gleichmäßiger Überzug bildet sich auf einer flachen Oberfläche, weil die aus einem zu verdampfenden Metall hergestellte Katode 51 der Anlage als flacher Ring geformt ist und die zu überziehenden Erzeugnisse 52 parallel zur ringförmigen Verdampfungsfläche 53 der Katode 51 angeordnet werden. Mit ihrer ringförmigen Fläche 54 ist die Katode 51 an das Kühlbett 55 angelötet. Mit Berücksichtigung des stabilen Lichtbogenbrennens muß die Dicke der Katode 51 aus oben erwähnten Gründen kleiner als die Ringbreite

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in radialer Richtung sein.

Das Kühlbett 55 ist als ganzes Stück mit der Stromzuleitung 56 aus Kupfer hergestellt. Die Kühlung der aus dem zu verdampfenden Metall erzeugten Katode erfolgt mit Hilfe des Kühlkörpers 57 j der am unteren Ende der Stromzuleitung 56 befestigt ist. Zur Verminderung des .Wärmedurchgangswiderstandes zwischen dem Kühlbett 55 und dem Kühlkörper 57 ist die Stromzuleitung 56 als massives Stück ohne innere Hohlräume ausgeführt. Die Anwendung eines Kühlkörpers zur Wärmeableitung von der Katode vereinfacht den Aufbau und erhöht die Betriebszuverlässigkeit der Anlage, weil die Notwendigkeit eines Wasserkühlungssystems entfällt.

Auf die Seitenfläche 58 des kupfernen Kühlbettes ist ein aus weichmagnetischem Metall hergestellter Ring 59 aufgepreßt, der als Schirm dient. Der Spielraum 22 zwischen der Innenfläche des Schirmes 59 und der zylindrischen Seitenfläche 11 der Katode 51 aus zu verdampfendem Metall beträgt 1 bis 3 mm.

Die zylindrische Oberfläche 60 der Katode 51, die aus dem zu verdampfenden Metall hergestellt ist, wird mit einem Schirm 61 aus weichmagnetischem Metall verdeckt, der auf dem Kühlbett 55 mit einem Spielraum 62 von 1 bis 2 mm mont iert ist.

In der betreffenden Anlage sind die Schirme 59 und 61 mit der Katode elektrisch verbunden. Diese konstruktive

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Lösung vereinfacht den Aufbau der Anlage, ist aber nur für die Verdampfung von Metallen mit hoher Dampfspannung geeignet.

Die Anode 63 der Anlage stellt eine zylindrische Hülle 64 dar, die gleichachsig mit der Katode angeordnet ist. Die Seitenfläche der zylindrischer Hülle weist mehrere öffnungen 65 auf, die zur inneren Anordnung von Aufnehmern der Meßgeräte 66 zur Bestimmung von Kenngrößen des Aufstäubungsvorganges dienen. Ist die Gesamtfläche der Öffnungen in der Hülle größer als die übrige Fläche dieser Hülle und liegen die öffnungen im maximalen Metallplasmastrom, so führt das zur Herabsetzung der Stabilität des Lichtbogenbrennens, die durch Vergrößerung des Lichtbogestromes ausgeglichen werden muß. Unter solchen Bedingungen brennt der Lichtbogen längere Zeit bei größeren Stromwerten, als bei Anlagen mit ganzflächiger Hülle.

Die zu überziehenden elektrisch, leitenden Erzeugnisse 52 sind gegenüber der Katode an einer nicht gezeigten Vorrichtung angeordnet und mit der"Hülle 64 mittels eines Leiters 67 elektrisch verbunden.

Da die Erzeugnisse zum Teil die Rolle der Anode erfüllen, geschieht dabei keine Verschlechterung des Lichtbogenbrennens.

Die Hülle 64 ist am Deckel der Vakuumkammer ebenso befestigt» wie in der Anlage nach Mg. 1.

Die Speisequelle 68 zur Speisung des Lichtbogens enthält einen Abwärtstransformator 69 mit abfallender äußerer Strom-Spannungs-Kennlinie, die durch große magnetische Streuung bedingt ist, sowie einen Gleichrichter 42. Die Regelung des Licht-

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bogenstromes erfolgt bei dieser Speisequelle durch Änderung der elektromagnetischen Kopplung der Primär- und der Sekundärwicklung des Transformators 69.

Die Wicklung 33 des Elektromagneten ist mit Hilfe der Leiter 70 und 71 an die Klemmen 45 und 47 der Speise quelle angeschlossen. In den die Klemme 47 und die Stromzuleitung 56 verbindenden Stromkreis 72 ist die Wicklung 73 'eines Stromrelais eingeschaltet, dessen Kontakte 74 im Stromkreis 71 liegen. Parallel zur Spule 33 des Elektromagneten liegt ein Zeitrelais 75, dessen Kontakte 76 in den die Zündelektrode 29 und die Anode 63 verbindenden Stromkreis 38 eingeschaltet sind. . .

Die Anlage nach Pig. 3 funktioniert wie folgt, nachdem in der Vakuumkammer 1 mit Hilfe des Vakuumpumpensystems 6 der Arbeitsdruck erreicht ist, schließt man den Schalter 44. Durch die Wicklung 33 des Elektromagneten fließt ein Gleichstrom, wobei der Anker 30 des Elektromagneten eingezogen wird, bis die Zündelektrode 29 die Verdampfungsfläche 53 der Katode 51 berührt.. Nach einer Zeitspanne von 0,3 bis 0,5 see nach dem Berühren der Verdampfungsfläche 53 der Katode 51 durch die Zündelektrode 29 spricht "das Zeitrelais 75 an und schließt seine Kontakte 76 im Stromkreis 38 der Zündelektrode 29. Im Stromkreis Klemme 45, Kontakte 76, Leiter 38, Widerstand 39, Stange 36, biegsamer Leiter 35, Zündelektrode 29, Katode 51, ivüüibett 55> Stromzuleitung 56, Leiter 72, ^tromrelais 73, Klemme 47 beginnt Strom zu fließen und ruft das Ansprechen

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des Stromrelais 73 und seiner Kontakte ?-;■ im Stromkreis 71 hervor·

Die Spule 33 wird stromlos und die Feder 34- zieht die Zündelektrode 29 von der Verdampfungsfläche der Katode 51 in 0,3 bis 0,5 aec^nach dem Ansprechen der Kontakte 74- <ies Stromrelais 73 ab. Die Kontakte 76 des Zeitrelais 75 werden geöffnet. Die Anordnung der Kontakte 76 des Zeitrelais 75 im Stromkreis der Zündelektrode 29 vermindert die Gefahr eines Anschweißens der Zündelektrode 29 an die Katode 51, da der Stromkries Zündelektrode 29 - Katode 51; frühzeitig geschlossen wird und der Strom beim Schließen der Kontakte 76 des Zeitrelais 75 im Stromkreis der Zündelektrode mit Verzögerung 2SU fließen, "beginnt. Die Erfinder haben außerdem festgestellt, daß der Lichtbogen bei einem hohen Arbeitsdruck

-•I «-3
(10 ... 10 ^J Torr) in der Vakuumkammer 1 während des Betriebs der Anlage zwischen der Katode 51 und dem Ende der Zündelektrode 29 brennt und dies die Abschmelzung der Zündelektrode zur Folge hat. Das wird durch Stromabschaltung im Stromkreis der Zündelektrode 29 mittels der Kontakte 76 des Zeitrelais 75 nach der Bogenzündung zwischen der Katode 51 und der Anode 63 vermieden·

Im überigen funktioniert die Anlage nach Fig. 3 ähnlich der in Fig.1 dargestellten Variante·

In Fig. 4 ist eine modifizierte Anlage mit hoher Leistung zur Auftragung von überzügen an bewegten bandartigen

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_. 31 -

Werkstoffen gezeigt. Zur Erhaltung eines gleichmäßigen Überzuges hat die aus zu verdampfenden Metall hergestellte Katode 77 dieser Anlage die Form eines flachen Rechtecks. Die Katode 77 ist am Kühlbett?8 mit Bolzen 79 befestigt. Im Kühlbett 78 *. ist ein Hohlraum zur Aufnahme von Wasser vorgesehen. Zur Abdichtung des Kühlbettes 78 und der Katode 77» äie aus dem zur Verdampfung bestimmten Metall hergestellt ist, dient eine Gummidichtung, die in einer Hat am äußeren Umfang der Katode 77 liegt. Wird eine hohe Intensität des Aufstäubungsvorganges gefordert, so muß der Lichtbogenstrom vergrößert werden, wobei selbstverständlich die Wärmeabführung von der Katodenoberfläche verbessert werden muß. Infolgedessen ist die Katode am Umfang ihres Kontaktes mit dem Kühlbett abgedichtet, und zwischen dem übrigen Teil der Katode und dem Kühlbett befindet sich ein in der Katode dder im Kühl bett ausgeführter Hohlraum, in dem die Kühlflüssigkeit umläuft. Bei derartiger Ausführung der Erfindung erfolgt die Wärmeabführung unmittelbar von der Katode ohne dazwischen liegende Körper (Kühlbett). Die Abdichtung der Katode kann auch durch ihr Anlöten an das Kühlbett am Umfang ihrer gegenseitigen Berührung erfolgen. Die ganze nicht zu verdampfende Fläche ist mit einem Metallschirm 82 verdeckt. Der Schirm weist einen Ausschnitt auf, durch · den die Zündelektrode 84- zur Oberfläche der Katode 77 hineingeschoben wird. Beim Betrieb der Anlage im Bereich hoher Drücke (10""²...1(Γ⁴ Torr) können die beim Erlöschen des Licht-

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- 52 -

bogens entstehenden Ho chspannungs impulse einen Überschlag der Gasstrecke zwischen dem Kühlbett und der Anode herbeiführen. Wenn der Schirm die ganze nicht zu verdampfende Oberfläche der Katode 77 und die an die letztere anliegende Fläche des Kühlbettes 78 überdeckt, sind die Bedingungen für einen Überschlag der Gasstrecke an der Verdampfungsfläche 85 der Katode bedeutend besser, als für einen Überschlag zur nicht zu verdampfenden .Fläche. Deswegen brennt der Lichtbogen vorwiegend an der Verdampfungsflache 85 der Katode. Das Metallband 86 ist auf Trommeln 86a gewickelt, die in der mit !feilen angegebenen Richtung gedreht werden können (die Antriebsvorrichtung für die Trommeln ist nicht eingezeichnet). Als Anode werden in der Anlage die Innenwände der Vakuumkammer und die Oberfläche 87 des Metallbandes benutzt, das mit der Vakuumkammer über den Leiter 88 elektrisch verbunden ist. Ist der Anschluß der Plus-Klemme der Speisequelle 89 zur Speisung des Lichtbogens an die Vakuumkammer 1 zulässig, so können die Innenwände der Vakuumkammer als Anode dienen. In diesem Falle wird der Aufbau der Anlage einfacher, da die Hülle und konstruktive Elemente zur Befestigung der Hülle im Innenraum der Vakuumkammer entfallen.

Die Speisequelle 89 zur Speisung des Lichtbogens besteht aus einer Sammlerbatterie 90 und einem Regelwiderstand 4-J. Die Spannungszuführung erfolgt mit Hilfe eines Schalters 91. Die Zündelektrode ist über einen Isolator 31 an einem drehbaren

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Aushänger 92 befestigt. Die Spule 55 ist mit einer Diode 95 überbrückt. Dies trägt zur Erweiterung des Arbeitsbereichs für den Lichtbogenstrom bei, da der überflüssige Strom durch die Diode 95 fließt, die in der Stromflußrichtung eine logarithmische Kennlinie aufweist, also z.B. bei einer Lichtbogen Stromsteigerung um 10 mal erhöht sich die Spannung an der Diode und folglich die Stärke des durch die Spule 35 fließenden Stromes um 2 mal.

Die Anlage funktioniert ähnlich wie die nach Fig.l.

In Fig. 6 ist eine modifizierte Anlage zur Auftragung von Metallüberzügen im Vakuum dargestellt. Sie ist zur Auftragung von gleichmäßigen Überzügen aus Metallen mit hoher Dampfspannung (Niobium, Molybdän, '-Pantal) auf die äußere Fläche eines Rohres 9^ oder anderer zylindrischer Körper best immt.

Die aus zu verdampfenden Metall hergestellte Katode 95 stellt ein Rohr dar, dessen Oberfläche eine Konizität von 2 bis 5° aufweist.-

Die innere zylindrische Fläche 97 dient als Katodenverdampfungsfläche. Ein gleichmäßiger Überzug ergibt sich, weil die aus zu verdampfendem Metall hergestellte Katode 95 die zu überziehende Oberfläche des Rohres umfaßt. Bei irrender Bewegung des Katodenflecks auf der Verdampfungsflache 97 der Katode erhält man einen gleichmäßigen Überzug, wenn die· Geschwindigkeit der Rohrverschiebung viel kleiner als die Be-

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wegungsgeschwindigkeit des Katodenflecks ist (der Katodenfüe ck bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von mehreren Hundert Zentimeter pro Sekunde). Als Kühlbett für die aus zu verdampfendem Metall hergestellte Katode 95 dient das Gehäuse 98 der Vakuumkammer. Die Innenfläche des Gehäuses der Vakuumkammer weist dieselbe Konizität auf, wie die Oberfläche der aus zu verdampfendem Metall hergestellten Katode 95. Der Wärmekontakt der Katode und des Gehäuses 98 wird durch einen axialen Druck auf die Katode 95 erreich*, wobei die letztere im Gehäuse 98 festgekeilt wird. Die Außenfläche des Gehäuses 98 ist als Kühlkörper 99 ausgeführt, um die Wärmeableitung von der Katode zu verbessern. Die Stirndeckel 100 und 101 der Vakuumkammer sind vom Gehäuse 98 mit Hilfe von Isolatoren 102 elektrisch isoliert. Die Abdichtung der Kammer erfolgt mit Gummidichtungen 105, die in entsprechenden Nuten der Deckel 100, 101 und des Gehäuses 98 der Vakuumkammer liegen. Die Deckel werden an das Gehäuse der Vakuumkammer mit Bolzen 104 angedrückt. Damit die Bolzen die Isolation der Deckel und des Gehäuses der Vakuumkammer nicht aufheben, sind sie durch Hülsen 105 aus einem dielektrischen Stoff gesteckt. Die Deckel der Vakuumkammer sind mit zylindrischen Gehäusen 106 einteilig gefertigt,-in denen das Rohr 94 angeordnet wird. Die Verschiebung des Hohres lägs der Kammerachse erfolgt mit Hilfe einer Vorrichtung, die in Fig. 6 nicht gezeigt ist.

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Die Außenfläche 10? des zu überziehenden Rohres 94 und die Innenfläche 108 der .Deckel 100 und 101 der Vakuumkammer dienen als Anode der Anlage. Zur Eingrenzung der Verdampfungsfläche 97 der Katode verwendet man sechs ringförmige Schirme 109, die in den Nuten des Isolators 102 angeordnet sind. Die Schirme 109 sind von den Elektroden der Anlage und voneinander isoliert und überdecken die ganze nicht zu verdampfende Fläcne 110.

Die Anzahl der Schirme wird so gewählt, daß die Spannung der Lichtbogenzündung zwischen der nicht zu verdampfenden jfläche 110 und der Anode über die Schirme größer als die Spannung der Lichtbogen-Speisequelle 111 ist. Bei ungünstigen Bedingungen (z.B. beim Hohen Druck in der Vakuumkammer oder bei Verunreinigung der Schirme) kann in diesem ^aIIe bei Überspannungen ein Hochspannungsüberschlag der ^asstrecke zwischen der Anode und der Katode über Schirme entstehen. Aber beim Übergang vom Hochspannungsstadium der Entladung zum iJiederspannungs-Lichtbogenstadium kann die Entladung in erwähnter Richtung nicht weiter dauern, da für ihre weitere Erhaltung die Spannung der Speisequelle nicht ausreicht. Die bogenentladung kann in der betreffenden Anlage nur zwischen der Verdampfungsfläche 97 der Katode und der Anode erfolgen.

Die zur Speisung des Lichtbogens bestimmte Speisequelle 111 enthält einen Asynchronmotor 112 und einen Schweißgenerator 113 mit abfallender Strom-Spannungs-Kennlinie. Da die

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Gleichspannung der Speisequelle 111 eine geringere Pulsation als die Spannung der Gleichrichter aufweist, ist der minimale Strom für ein stabiles Lichtbogenbrennen in dieser Anlage geringer, als bei Anlagen nach Fig. 1 und 3.

Im Stromkreis 72, der die Klemme 47 mit dem Gehäuse 98 verbindet, liegt ein Stromrelais 73· Die Wicklung 33 des Elektromagneten wird von einem Gleichrichter 114 gespeist, mit aem ein Zeitrelais 115 und die Kontakte 74 des Stromrelais 73 in Reihe liegen. Die Kontakte 116 des Zeitrelais 115» die mit einer Zeitverzögerung von 0,3 ti^ 0,5 see nach der Einschaltung der Wicklung des Relais 115 geschlossen werden, liegen im Stromkreis der Zündelektrode 117 in. ^xteihe mit einem Widerstand 39·

Die Klemme 45 der Speisequelle 111 zur Speisung des Lichtbogens ist mittels eines Leiters 118 mit dem zylindrischen Gehäuse 106 verbunden,, das über einen Leiter 119 mit dem oberen Deckel 100 Verbindung hat.

Das zur Aufstäubung bestimmte Erzeugnis 94 ist mit Hilfe eines Leiters 120 mit dem Gehäuse 106 verbunden. Die Anordnung der Kontakte 74 in einem Wechselstromkreis gestattet es, ihren Verschleiß herabzusetzen.

Die Arbeitsweise der Anlage weist im Prinzip keine Unterschiede von der Funktion der vorstehend beschriebenen Anlagen auf.

In i?ig.-7 ist eine Anlage zur Auftragung von Überzügen

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an der Innenfläche 121 eines Rohres 122 dargestellt· Das" Rohr 122 wird in der Vakuumkammer 123 angeordnet, die aus einem Gehäuse 124 und einem Deckel 125 besteht. In das Innere des Rohres wird eine zylindrische aus zu verdampfendem Metall hergestellte Katode 126" eingeführt. Die zylindrische Fläche 127 der aus einem zu verdampfenden Metall gefertigten Katode dient als ^erdampfungsflache. Während des Aufftäubungsvorganges wird das Rohr 122 verschoben. Ist die Geschwindigkeit der Rohrverschiebung viel kleiner als die Wanderungsgeschwindigkeit des Katodenflecks so erhält man an der Innenfläche des Rohres einen gleichmäßigen Überzug. Die aus einem zu ver-*

dampfenden Metall hergestellte Katode 126 weist im Zentrum eine sich verjungende Öffnung (Konizität 2...3°) auf_f in die der kegelförmige Teil des Kühlbettes 128 eingesetzt ist. Das Kühlbett 128 und die Stromzuleitung 129 sind als ein ganzer Bauteil ausgeführt. Die Stromzuleitung ist durch eine öffnung im Deckel 125 der Vakuumkammer 123 hindurchgeführt und wird mit Hilfe von dielektrischen Hülsen 130, 131 sowie mittels einer Gummidichtung 132 und eines Flansches 133 befestigt und abgedichtet. Auf den in der Atmosphäre liegenden Teil der Stromzuleitung 129 ist ein Kühlkörper 134 zur Wärmeableitung von der aus einem zu verdampfenden Metall hergestellten Katode 126 aufgesetzt. Im Inneren der Stromzuleitung 129 und des Kühlbettes. 128 ist ein geschlossener Hohlraum I35

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vorgesehen, der zum '!'eil mit einer leichtsiedenden Flüssigkeit 136 gefüllt ist. Die Wärmeübertragung von der aus einem zu verdampfenden Metall hergestellten Katode 126 erfolgt durch Dämpfe der siedenden Flüssigkeit, die in den Oberteil des Hohlraumes I35 steigen, kondensiert werden und ihre Wärme dem Kühlkörper I34 abgeben. Die kondensierte Flüssigkeit fließt in den unteren Teil des Hohlraumes 135. Die ganze nicht zu verdampfende Fläche der Ka£V!e 3Σ6 ist mit vier Schirmen 137 aus einem weichmagnetischen Metall mit einer dielektrischen Hülse I3I verdeckt. Die Schirme 137 sind an Isolatoren 130 und 139 befestigt. Der Isolator I39 wird am Kühlbett 128 mittels eines -Bolzens 140 montiert. Das Bohr 122 ist mit einem biegsamen Leiter 141 mit der Vakuumkammer 123 elektrisch verbunden und dient zusammen mit der letzteren als Anode der Anlage.

In dieser Variante der Anlage ist der Widerstand 39 in das Innere der Vakuumkammer 123 eingebaut, wobei der Isolator zur elektrischen Herausführung der Zündelektrode II7 entfallen kann. Außerdem liegt in dem den Minuspol der Speisequelle 143 mit der Stromzuleitung 129 verbindenden Stromkreis 142 eine Hochfrequenzdrossel 144.

Die Einfügung der ^rössel in den Lichtbogenstromkreis 142 ermöglicht eine Verminderung des Spannungsabfalls am Hegelwiderstand 43 und damit die Wahl einer niedrigeren Spannung des Gleichstromnetzes, von dem die Speisequelle 143 für den Lichtbogen gespeist wird.

Dies wird dadurch möglich, daß beim Erlöschen der Jßlemen-

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tarzelle des Katodenflecks vom Lichtbogen, das in der Zeit von lCf5...lcT? see vor.sich geht, an der Drossel 144 Überspannungen entstehen, die dem Strom durch die Element ar zelle des vom Lichtbogen gebildeten Katodenflecks proportional sind, wobei dieser Strom für verschiedene Metalle im Bereich von 0,08 A.für Quecksilber bis 0,8 A für Titan liegt.

Die entstandene Überspannung ebenso wie die Spannungsernöhung an der Katode wegen eines geringeren Spannungsabfalls am üegelwiderstand 43, trägt zur Bildung einer neuen Elementarzelle des Katodenflecks durch Teilung anderer Elementarzellen bei.

Da das Erlöschen der Elementarzelle des vom Lichtbogen

-5 —7 gebildeten Katodenflecks in der Zeit von 10 ^y ... 10 .see erfolgt, mui-o die Drossel imstande sein, in dfeser Zeit die Spannung zu erhöhen und sie an die Katode zu übertragen. Deshalb wird empfohlen, die Drossel 144 eisenlos (ohne magnetischen Kern) auszuführen, wobei die Herstellung einer %?oseel für die erforderliche Arbeitsfrequenz im Bereich 0,1...10 MHz möglich wird.

Der Betrieb der Anlage weist im Prinzip keine Unterschiede von der Arbeitsv/eise der vorstehend beschriebenen Anlagen auf.

In .Fig. ο ist noch eine Variante der Anlage gezeigt, in der als Anode die Oberflächen der zu überziehenden Erzeugnisse 13 dienen, die mit Hilfe einer nicht gezeigten Vorrich-

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tung an der Fläche einer gedachten Sphäre 14 angeordnet werden. JJie Vakuumkammer dieser Anlage enthält eine dielektrische aus Glas gefertigte Haube 146 und einen Metalldeckel ~j>. Die Abdichtung des Deckels 3 und der Haube 146 erfolgt mittels einer Gummidichtung 5. Die zur Aufstäubung bestimmten Erzeugnisse IJ werden miteinander über einen Leiter 147 und mit der Stromeinführung 27 im Deckel 3 der Vakuumkammer mittels eines Leiters 148 verbunden. Die Stromeinführung 27 ist über einen Leiter 4$ nät der Plus-Klemme 45 der Speisequelle 89 für den Lichtbogen verbunden. Je größer ist die der Verdampfungsfläche 10 der Katode 9 zugewandte Oberfläche der zu überziehenden Erzeugnisse, desto stabiler brennt der Lichtbogen. Das Erzeugnis muß in der maximalen Plasmaströmung im Raumwinkel von etwa 90° angeordnet werden, dessen Scheitelpunkt im Zentrum der Verdampfungsflache 10 der Katode 9 Liegt. Die aus einem zu verdampfenden Metall hergestellte Katode 9 wird am Kühlbett 8 mit "Hilfe von Befestigungselementen (Stiften, Bolzen, .Nieten) montiert. Dabei wird die für den Abbau der verbrauchten Katode aus zu verdampfenden Metall erforderliche Zeit z.B. im Vergleich mit einer Ausführung mit an das Kühlbett angelöteter Katode verkürzt. Damit der metallische Überzug keine Verunreinigung durch den Werkstoff der Befestigungselemente aufweist und damit der Katodenfleck nicht an Befestigungselementen festgehalten wird, können diese Befestigungselemente zweckmäßigerweise aus demselben zu verdampfenden

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Metall hergestellt werden. Zur Gewährleistung eines sicheren Wärmekontaktes und einer zuverlässigen elektrischen Verbindung sollen die Befestigungselemente dabei so angeordnet werden, daß sie die aus einem zu verdampfenden Metall hergestellte Katode auf ihrer ganzen Fläche an das anliegende Kühlbett andrücken. Es ist auch zweckmäßig, die Befestigungselemente mit der Verdampfungsfläche der Katode bündig anzuordnen. In diesem ^aIIe werden die Spielräume zwischen den Befestigungselementen und der Katode beim anfänglichen Einschalten der Anlage verstaubt und nachher werden die Katode und die Befestigungselemente gleichmäßig als einteiliger Bauteil zerstäubt. Sind die Befestigungselemente nicht bündig mit der Arbeitsfläche der Katode eingebaut, so bilden sich an den Stellen der Befestigungselemente nach einiger Zeit der Katodenzerstäubung Öffnungen. In diese Öffnungen gelangte und erlischt (der Katodenfleclgi wobei sich ein unstabiles Lichtbogenbrennen ergibt. Bei einer größeren Anzahl von Öffnungen in der Verdampfungsfläche der Katode kann die verminderte Stabilität des Lichtbogenbrennens empfindlich werden.

Die Eingrenzung der Verdampfungsflache 10 der Katode erfolgt mit Hilfe eines aus feuerfestem Isolationsmaterial mit niedriger Dampfspannung (Alundum, Quarz usw.) hergestellten Schirmes lfjü, der mit einem Spielraum von 1 bis 3 mm von der nicht zu verdampf enden mäche der Katode befestigt ist. Der

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keramische Schirm verdeckt die ganze Katodenfläche, die nioht verdampft wird. Die Anwendung des keramischen Schirmes schließt ein Lichtbogenbrennen an der nicht zu verdampfenden Katodenfläche vollkommen aus.

Die Anlage funktioniert ähnlich der in Fig. 4 angeführten Variante.

Fig. 9 zeigt eine Anlage, die als Sorptions-Hochvakuum-Pumpe verwendet wird. Die aus zu verdampfenden Metall (z.B. Titan) bestehende Katode 9 ist als flache Scheibe ausgeführt und am Kühlbett 8 mittels der Stifte 149 ebenfalls aus zur Verdampfung bestimmtem Metall befestigt· Die Katode wird mit Wasser gekühlt, das durch ein Rohr 151 fließt. Das &ohr 151 ist durch eine zylindrische Wand des Gehäuses 152 eingelassen, das als Anode der Anlage dient, und ist vom Gehäuse 152 mittels eines Isolators 153 elektrisch isoliert. Der Schirm 21 ist über Isolatoren 23 am Kühlbett 8 befestigt. Die Aufstäubung des aktiven Metalls (Titan) erfolgt auf die Innenfläche des Gehäuses 152, wo das Evakuieren von aktiven Gasen (Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff 02yd und -dioxyd usw.)durch Sorption vor sich geht. Edelgase (Argon, Neon, Helium) werden durch zerstäubtes Metall nicht evakuiert·. Zum Evakuieren dieser Gase dient eine Diffusions-Pumpe 155. Die Leistung der Diffusionspumpe für Kdelgase beträgt 1...2% der Leistungsfähigkeit der iäorptionspumpe für Stickstoff. Das Gehäuse I52 ist mit seinem

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mit dem zu evakuierenden Kaum 1^4 verbunden. Die Lichtbogenzündung erfolgt in der Pumpe mit einer Zündelektrode 117» die durch einen Ausschnitt 83 im Schirm 21 hindurchgeht. Die Sorptions-Hochvakuumpumpe zeichnet sich durch hohe Evakuier ungs· geschwindigkeit sowohl bei hohen Drücken von 1.10 . ..1.ID ' Torr, als auch bei niedrigen Druckwerten (unter 1.10~'^? Torr) aus. Der minimale Strom für ein stabiles Licht bog enbr ennen beträgt bei Benutzung von üblichem technischem Titan ungefähr I20 A. Die Speisequelle liefert eine Spannung von 3>0 V. Bei ununterbrochenem Betrieb der Pumpe beträgt der Titanverbrauch 14 g/Stunde. Dieser Titanverbrauch reicht zum .Evakuieren von Stickstoff mit einer Geschwindigkeit von 40 bis 50 tausend 1/sec bei einem Druck von 2.10 ""^ Torr aus. (Der beim Evakuie-

—1 ren erreichbare Grenzdruck liegt unter 1.10 ' Torr). Im Spektrum der Eestgase fehlen schwere Kohlenwasserstoffe. Die Hauptkomponente im G-asspektrum ist Wasserst off. Die Erfinder haben festgestellt, daß im Plasma der Bogenentladung ein Zerfall der Kohlenwasserstoffmoleküle in ihre Bestandteile (Wasserstoff und Kohlenstoff) erfolgt, die von üer Pumpe aktiv eva kuert werden.

Die Anlage funktioniert ähnlich wie die vorstehend beschriebenen Anlagen.

Im Ergebnis der vorliegenden Erfindung wurde eine Anlage zur Auftragung von Überzügen im Vakuum geschaffen, die zum Unterschied von bekannten Anlagen folgende Vorteile ergibt:

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-Erhöhung des Ausnutzungsgrades von verdampftem Metall bis auf 80...90 %\

- Benatzung eines gleich aufgebauten Kühlbettes für alle zu verdampfende Metalle;

- eine große Reserve an zu verdampfendem Metall (von 100 g bis 100 kg und mehr).

Zum Unterschied von Anlagen, in denen die Metallverdampfung aus einem Tiegel erfolgt, ergibt die erfindungsgemäß aufgebaute Anlage eine Lebensdauer bis 10 Stunden mit Auswechselung des zu verdampfenden Metalls.

Zum Unterschied von den Anlagen, in denen die Metallverdampfung mit Elektronenstrahlen erfolgt, ist bei der nach der Erfindung gebauten Anlage der Beginn der Metallverdampfung von 1.10 Torr an möglich.

Der Aufbau der Anlage läßt die Anordnung des zu verdampfenden Metalls im Raum in jeder beliebigen Lage in Bezug auf die zu überziehenden Erzeugnisse zu.

Die nach der Erfindung ausgeführte Anlage kann als Sorptions-Hochvakuumpumpe mit hoher Leistungsfähigkeit (über 100000 1/sec bei 1.10"⁵ Tori? für aktive Gase) benutzt werden, wobei der Anlaßdruck 1.10"" Torr betragen kann.

Die Anlage wird durch einen Einbruch der Atmosphäre in die Vakuumkammer nicht geschädigt, da das Verdampfungsmetall eine niedrige Temperatur aufweist und nicht oxidieren kann.

Der einfache Aufbau der Anlage gewährleistet ihre hohe Zuverlässigkeit beim Betrieb.

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Claims

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²¹" ^Juli L/Br

( 1. lAnlage zur Austragung von Überzügen durch Niederschlagen eines mit Hilfe des elektrischen Lichtbogens im Vakuum verdampften Metalls mit einer Vakuumkammer und darin angeordneter Anode, einer aus z\x verdampfenden Metall hergestellten Katode, die an einem Kühlbett mit Stromzuleitung befestigt ist, einer Zündelektrode, die auf der Verdampfungsfläche der Katode einen Katodenfleck des elektrischen Lichtbogens erzeugt, einem !,litbei zur Festhaltung des Katodenfleoks auf der Verdampfunssfläche der Katode sowie mit einer Speisequelle für den Lichtbogen, dadurch gekennzeichnet,, daß die Anode (25) eine Hülle von beliebiger Form darstellt« und die Verdaiapfungsiläoiie (10) der Katode (9) dem durch die ernannte Hülle (25) begrenzten Baum angewandt ist, das Mittel zur Festhaltung des Katodenfleaks des elektrischen Lichtbogens auf der Verdampfungsfläche (10) der Katode (9) als Schirm (21) ausgeführt ist, der die Verdampfungsfläohe (10) der Katode (9) eingrenzt und wenigstens einen Teil ihrer nicht zu. verdampfenden fläche (11) verdeckt, die an der Verdampfungsflache (10) der Katode (9) liegt, wobei dieses Mittel so nahe an der Oberfläche der Katode (9) angeordnet ist,, daß ein Übergang des Katodenflecke auf die nicht zu verdampfende Fläche (11) der Katode (9) verhindert wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch g e ic G nn— 209888/1049

- ηβ -

ze i c Ii η θ ty daß die Hülle (64) Öffnungen (65) für verschiedene technologische 2wecke (evakuieren, Anordnung zu überziehender kTzeugninSe, für iÄeßmittel usw.) aufweist.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, daß die Hülle durch Innenwände der Vakuumkammer (1) gebildet wird»

4. Verfahren zur Auftragung von überzügen durch niederschlagen eines mit Hilfe des elektrischen liichtbogens im Vakuum verdampften Metalls in der Anlage nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu überziehenden elektrisch leitenden Erzeugnisse mit dem Pluspol der Speisequolle für den Lichtbogen elektrisch verbunden sind und als Anode dienen·

5· Verfahren zur Auftragung von Überzügen durch Niederschlagen eines mit Hilfe des elektrischen Lichtbogens im Va* tatum verdampften Metalls mittels der Anlage nach Ansprüchen l»2_t35, dadurch gekennzeichnet, daß die zu überziehenden alektriaoh leitenden Erzeugnisee mit der Anodenhülle elektrisch verbunden werden·

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1, 2_t^, daduxch gekennzeichnet, daß die Katode (9) eine flache Porm hat·

7. Anlage nach Anspruch 6 gekennzeichnet d u r c h eine als üing (5I) ausgeführte Katode.

2ß 9 8 8 6 / 1 0 4 9 SAD ORfGlNAL

ö. Anlage nr.icli einem der Ansprüche 1, 2, 3i d a d α r ch Q ο Ic e η η ζ ο i--c.li- η e t, daß die Katode einen Zylinder (126) darstellt, dessen aylindrische Seitenfläche (127) als Verdampfungsf lache dient·

9. Anlage nacii einem dei· AnspsMChQ l,2_f3, d a d u r c h g e k e η η 54 α i c u η e t, claü die Itatode als ßohr (95) ausgeführt ist, dessen Innenfläche (9V) aly Verdampfungaflache dient.

nacb. einem der Ansprüche 1» 6 bis 9, d a— d u r c η g e Ii e η η ζ e i c Ii η e t, daiJ die Katode (9) an das Kürilbett (ei) aritjelötet ist.

11· Anlage nacii einem der Ansprüche 1, 6 und 7, d a -

d u r c η gelcenuzeic.hnet» daß die Befest 1-

_,unrjselemente (149) zur ümtage der Katode am Kühlbett aus Katodenwerkstoff gefertigt sind.

12. Anlage nach Anspruch 11 ,dadurch ^eke11.n2eicn.net, daß die Befestigungselemente (149) ait der Verdampfun^sflache (10) der Katode (9) bündig angeordnet sind·

1>. Anlage nach einem der Ansprüche 1, 7 bis 9, d adurch üekennzGiciinet, daß der Wamekontakt des Kühlbettes (126) mit der Katode (126) an einer kegelförmigen fläche gebildet wird.

14. Anlage nacn einem der Ansprüche 1,6 bis 9_S d a-

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durch ti e k e η ü ζ e i c Ii η e t, daß die Katode (77) au Umfang ihres iiontalcbes mit dem Kühlbett (78) abgedichtet ißt und zwischen dem übrigen l'eil des Külilbettes (7&) und der Katode (?7) Qin Hohlraum vorgesehen ist, in dem eine

umläuft.

15. Arila;jQ nach einem der Ansprüche 1, 2,3, aciehnetdiirch die Anordnung des S_chiruies (21), . bei der das von der Verdampf tanzfläche (IU) der Katode (9) verdampfte Metall zum üchirai (21) nicht Gelangen kann·

16. Anlage nacii einem der Ansprüche 1, I5, d a d u r c Ii y e ken 11 ze ichnet, daß der Schiann (59) auc einem elektrisch leitenden -/ex'kötoxf hergestellt ist«

17· Anla,.;ö nach AnL-pruch Ib, d a d u r c h jj e k e η η- ze ichnet, da^ der bchiria (p9 oder 61) aus einem weichmagnetischen MerkstofΓ hergestellt iat.

18. /uila^'Q nach einem der Anoprüche 16, I7, dad u r c h ■_:,ekennze ichnet, daß der öchina (i>9 odei· 61) mit Katode (51) elektrisch verbunden ist·

19· Anlage nach einem der Ansprüche 16, I?, d a d u r c h iiekenniäe ichne t, daß der Schirm (21) von der Katode (9) und der Anode (25) elektrisch isoliert iet.

20· Anlage nach einem der Ansprüche 1, 15_f 16, I7, I9 dadurch ge kennzeichnet, daß der Schirm

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(82) die ^anae nicht zu verdampfende Fläche der Katode (77) •verdeckt.

21. Anlage nach Anspruch 20, d ad ur cn & © k Q & ⁿ~ zeichnet, daß die nicht zu verdampfende Fläche (110) der Katode (95) durch voneinander isolierte Schirme (109) verdeckt iatjdiü in -^ezug auf die^e nioht au verdampfende fläche (llü) hintereinander angeordnet sind·

22· Anlage nach Anspruch 21, d a d u.x* ο h gekennzeichnet, daß die Anzahl der ^chirme (109) so Gewählt ist, daß die für das Lichtbogenbrennen zwischen der nicht zu verdampfenden Fläche der Katode und der Anode (10? und 106) über die Schirme erforderliche Spannung großer als die Spannung der Üpöisequelle (111) für den Lichtbojen ist·

23· Anlage nach einem der Ansprüche 1, 15t 20, d a durch gekennzeichnet, daß der Schirm (150) aus einem dielektrischen Werkstoff hergestellt ist·

24· Anlage nach einem der Ansprüche 1, 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (82) von der Seite der Ve !/dämpfung sflächa der Katode (7?) einen Ausschnitt (83) aufweist, durch den die Zündelektrode (84) eingeschoben wird·

25. Anlage nach Anspruch !»dadurch g e k e η nze i chnet, daß die Zündelektrode (29) von der Anode elektrisch isoliert ist.

26» Anlage naou Anspruch 25, d a d u r c h g e k e η η-20988S/1Q49

iöiciiüoti dai in --fcroialueis der ".'-'indelekcroue (29) ein Widerst and O9) liegt;.

27. Anlage nach einem dev Ansprüche 25» 2b, dadurch ,j G k ο η η 2 e i c h η e t, dais hi Stromkreis der :iündelektrode (29) Kontakte (44) eines elektrischen *3ehaltgerätes liefen.

2ö. Anlage nach einem dox· Ansprüche 1, 25» 26, 27» d adurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (35) des Llektromagneten, von der die Zündelektrode (29) ü'eateuert v;ird, in den Limitboü'enatroiukrels eingeschaltet ist.

29. AnlatiS nach Anspruch 2ü, dadurch ti e kennzeichnet, daß die Wicklung (33) des Elektromagneten überbrückt ist·

jtOm Anlage nach Anspruch 29, dadurch ge kennzeichnet, da4 für die tHjerbrückung eine Halbleiterdiode (93) benutzt wird»

31. Anlage nach Anspruch 1, dadurch g Θ-k e η η ζ e ί c h η e t_t daß ira Lichtbo^eiistromkreis eine tJochfrecLuensdrossel

52- Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen (45 und 4?) der üpöisequelle für den Lichtbogen mit einem Kondensator

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überbrückt sind.

35- Anlage nach einem der Ansprüche 1, 6 bis 9, d a-(1 ar oh jjekennzeiclinct, daß die Stromzuleitung (<?5) 2iüJa Külilbett (95) ^leicliaeiti^ aar Wärmeabführung vom Kdiilbctt (y£>) au einem Külilkörper (99) dient, der am in der Atmosphäre liegenden τ eil der »JCroiazuloituns (95) befestigt 1st,

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