DE2155217A1

DE2155217A1 - Verfahren zur herstellung dielektrischer und/oder photoleitfaehiger schichten fuer den elektrostatischen druck bzw. elektrophotographie

Info

Publication number: DE2155217A1
Application number: DE2155217A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl Phys Dr Dibbern; Rolf Lorenz; Rolf Dipl Phys Dr Schmidt; Juergen Dipl Phys Dr Schramm
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1971-11-06
Filing date: 1971-11-06
Publication date: 1973-05-10

Description

Verfahren zur Herstellung dielektrischer und/oder photoleitfähiger Schichten für den elektrostatischen Druck bzw. Elektrophotographie Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung dielektrischer und/oder photoleitfähiger Schichten für den elektrostatischen Druck bzw. Elektrophotographie.
Bei der Elektrophotographie und beim elektrostatischen Druck möchte man die angefertigten Drucke möglichst auf Normalpapier ausgeben. Man verwendet dazu oft einen festen meistens trommel-oder plattenförmigen Zwischenträger, dessen obere Schicht die gewünschten dielektrischen oder elektrophotographischen Eigenschaften aufweist.
Zur Herstellung solcher Schichten bieten sich oxidische, anorganische Metallverbindungen und Mischoxide an. In dieser Stoffgruppe findet man viele Photoleiter (z.B. ZnO, TiO2, ZnS, PbO, PbS, CdS) und viele dielektrische und ferroelektrische Materialien (z.B. alle keramischen Werkstoffe, A1203, BaTiO3, HDK-Keramiken, SiO2 usw.).
Die nötige Dicke dieser Schichten liegt je nach der Dielektrizitätskonstanten des verwendeten Stoffes zwischen ca. 10/um und einigen Millimetern (HDK-Keramik). Die gängigen Verfahren zur Herstellung dünner. Schichten, wie beispielsweise das Aufdampfen, das Sputtern oder die Pyrolyse, sind für den Aufbau von Schichten der oben angegebenen Dicken und den erforderlichen speziellen Eigenschaften wenig-geeignet.
Zur Herstellung von piezoelektrischen Schichten ist ferner Flammenspritzen bekannt, aber solche mit verhältnismäßig geringer Flammentemperatur hergestellten Schichten sind wegen ihres relativ niedrigen Isolationswiderstandes und der kleinen Zeitkonstanten für die Elektrophotographie und den elektrostatischen Druck ungeeignet. Auch die bekannte Herstellung von geschmolzenen Pulverschichten mittels Plasmabrenner ist wegen der unvermeidlichen Hohlraumbildung innerhalb dieser Schichten für den angestrebten Zweck unbrauchbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, die dielektrischen oder elektrophotographischen Schichten mit wesentlich besseren mechanischen Ei den schaften als bisher bekannte herzustellen. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Schichten durch Plasmaspritzen aufgebracht werden, wobei in der Plasmaflamme und in ihrer Nähe eine oxidierende Atmosphäre erzeugt wird.
Durch die Verwendung von insbesondere Stoffen mit hoher Dielektrizitätskonstanten und der damit verbundenen größeren Schichtdicken werden die mechanischen Eigenschaften verbessert sowie deren Lebensdauer verlängert, so daß diese Schichten vor allem bei Zwischenträgern für den elektrostatischen Druck und die Elektrophotographie vorteilhaft verwendet werden können.
In der Fig, 1 der Zeichnung ist ein zur Durchführung des Verfahrens verwendbarer Plasmabrenner schematisch dargestellt.
Zwischen den wassergekühlten Elektroden 1 und 2 wird ein Lichtbogen gezündet. Das entstehende Plasma wird durch dås ständig nachströmende Plasmagas 3 durch das Loch in der Anode hinausgeblasen. In der sich vor dem Brenner ausbildenden Plasmaflamme werden Temperaturen bis 20 000°C erreicht. Bei 4 oder 5 wird das aufzuspritzende Material in die Flamme gegeben. Entweder man bläst ein Pulver mit Hilfe eines Trägergases in die Flamme, oder man schmilzt laufend das Ende eines nachgeführten Drahtes, Stabes oder Rohres ab. Bei 6 kann schließlich noch e.n Schutzgas eingeblasen werden, um z.B. beim Spritzen von Metallen eine Oxydation zu verhindern. Normalerweise werden als Plasmagas und als Trägergas Argon, Stickstoff, Wasserstoff oder Gemische aus diesen oder anderen inerten oder reduzierenden Gasen verwendet.
Die Herstellung von Schichten für den elektrostatischen Druck und die Elektrophotographie sei am Beispiel des BaTi03 näher erläutert. BaTiO) zahlt zu den HDK-Keramiken. Gesinterte Proben weisen bei Zimmertemperatur relative Dielektrizitätskonstanten e - 1000... 2000 auf, der spezifische Volumenwiderstand beträgt y = 1013...1012 cm. Damit erhält man für die theoretische Zeitkonstante von Schichten aus diesem Material T = e C e0 = 100 1000 s (cO = 8,85 10-14 As/(Vcm)), was bedeutet, daß diese Schichten für den elektrostatischen Druck gut brauchbar sein müssen. Mit Hilfe des Plasmaspritzens kann man BaTiO,-Schich-ten in Dicken zwischen 100/um und einigen mm gut herstellen. Solche Schichten sollten die für den elektrostatischen Druck geeigneten Kapazitäten besitzen. Die Schichten (10 in Fig. 2) werden normalerweise auf einem metallischen Träger 9 (Fig. 2) gespritzt. Auch Träger aus anderen Materialien können verwendet werden. Man muß dann zusätzlich für einen elektrischen Kontakt an der Schichtunterseite sorgen. Die Zeitkonstante solcher Schichten kann man auf recht einfache Art und Weise messen, indem man die (in Fig. 2 skizziert) Proben mit Hilfe einer Koronaentladung oberflächlich elektrisch auflädt und den zeitlichen Verlauf des Oberflächenpotentials nach Abschalten der Korona mit Hilfe einer Elektrometersonde verfolgt.
Unter den bisher bekannten Bedingungen plasmagespritSe BaXiO3-Schichten hätten jedoch Zeitkonstanten weit unterhalb einer Sekunde (typischer Wert: 0,01s). Sie sind nicht für den elektrostatischen Druck geeignet, weil ein auf die Schicht aufgebrachtes latentes elektrostatisches Ladungsbild praktisch sofort durch Selbs-tentladung wieder verschwindet und nicht mit hilfe eines geeigneten Entwicklers sichtbar gemacht werden kann. Die Ursache ist vermutlich eine Umwandlung oder Zersetzung des Bariumtitanates durch Anreduktion im Plasmagas. Die entstehenden Schichten sind grau bis blau-schwarz gefärbt und haben, obwohl sie an sich: noch als isolierend bezeichnet werden können, für den elektrostatischen Druck einen zu kleinen elektrischen Durchgangswiderstand.
Der wesentliche Gedanke dieser Erfindung besteht nun darin, entgegen der üblichen neutralen oder reduzierenden Atmosphäre in der Plasmaflamme oxidierende Bedingungen zu schafen. Das kann durch Zugabe von Sauerstoff oder anderen oxidierenden ,Gasen in das Plasmagas 3 oder in das Trägergas 4, 5 erreicht werden.
Eine andere Nöglichkeit besteht darin, den Sauerstoff oder die anderen oxi-dierenden Gase außerhalb des Brenners in die Flamme zu blasen. Das kann z.B. an der Stelle geschehen, wo sonst das Schutzgas zugegeben wird (6). Ebenso kann man der Flamme von außen andere Oxydationsmittel beigeben, oder 0xi'dationsmittel von vornherein dem zu verspritzenden Material beimengen.
Auf diese Art und Weise durch Plasmaspritzen in oxidierender Flamme hergestellte Bariumbitanat-Schichten erreicheIl Zeitkonstanten von 100 s und mehr. Sie sind für den elektrostatischen Druck hervorragend geeignet. Die gleichen BrgeUnisse wurden mit anderen keramischen, dielektrischen und pliotoleitenden Materialien erzielt. Das Verfahren laßt sich auf alle Materialien anwenden, bei denen man durch Erzeugung einer oxldierenden Atmosphäre eine Zersetzung verhindern oder eine vorteilhafte Aufoxidation erreichen kann.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß plasmagespritzte ;cllich-ten häufig zur Schließung der auftretenden Poren nachträglich mit Hilfe von Flüssigkeiten, Kunstharzen oder- anderen Stoffen versiegelt werden. Außerdem kann man die fertigen Schichten mechanisch nachbearbeiten.
Patentansprüche:

Claims

Patentansprüche = 1.,Verfahren zur Herstellung dielektrischer und/oder photoleitfähiger Schichten fürGen elektrostatischen Druck bzw.

Blektrophotograpllie, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten durch Plasmaspritzen aufgebracht werden, wobei in der Plasmaflamme und in ihrer Nähe eine oxidierende Atmosphäre erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ox Sierende Atmosphäre durch Zugabe von Sauerstoff oder anderer oxidierender Gase oder eines anderen Oxidationsmittels zum Plasmagas (3) oder zum Trägergas (4, 5) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oy dierende Atmosphäre außerhalb des Plasmabrenners durch Einblasen von Sauerstoff oder anderer oxidierender Gase oder eines anderen Oxidationsmittels in die Plasmaflamme erzeugt wird oder der Flamme ein oxidierendes Schutzgas zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oxidierende Atmosphäre durch Beimischung eines Oxidationsmittels zum Spritzpulver oder zum Ausgangsmaterial erzeugt wird.

L e e r s e i t e