DE2339949A1

DE2339949A1 - Verfahren und vorrichtung zum auftragen einer duennen schicht auf einer unterlage

Info

Publication number: DE2339949A1
Application number: DE19732339949
Authority: DE
Inventors: Joseph Eilert Berg; Randolph Ernest Jun Brown
Original assignee: Precision Thin Film Corp
Current assignee: Precision Thin Film Corp
Priority date: 1972-08-14
Filing date: 1973-08-07
Publication date: 1974-02-28
Also published as: DE2339949C3; JPS5328068B2; HK2477A; GB1430180A; AU5855973A; CH568400A5; US3913520A; FR2196244B1; IT992872B; JPS4963759A; DE2339949B2; CA1000651A; US4107350A; FR2196244A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen einerdünnen Schicht auf einer Unterlage

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Auftragen einer dünnen Schicht, und insbesondere zum Auftragen eines dünnen, durchsichtigen harten Films auf einer Unterlage. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf das Aufbringen von Filmen auf plastischen Kunststoffen.

Mit der zunehmenden Verwendung von Plastiklinsen und anderen, nicht aus Glas bestehenden Linsen in Brillen und anderen Gegenständen ist es in zunehmendem MaBe wichtig geworden, gehärtete Flächen auf solchen verhältnismäßig weichen Stoffen zu entwickeln, die kratz- und

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abriebfest sind. Verschiedene Verfahren zur Entwicklung derartiger gehärteter Flächen sind angewendet worden, wie zum Beispiel das Eintauchen von Plastiklinsen, das Auftragen eines Films auf die PlastiKLinsen, die Verwendung härterer Plastikstoffe, die Schaffung schichtförmig aufgebauter Linsen und ähnliche Verfahren. Alle diese Verfahren hatten nicht den gewünschten Erfolg .

Die Oberflächeneigenschaften vieler Stoffe und Gegenstände können dadurch verbessert werden, daß eine außerordentlich dünne Oberflächenbeschichtung mit einem geeigneten Schutzstoff vorgenommen wird. Rasierklingen können beispielsweise mit einem geeigneten Korrosionsschutz der feinen Schneidkante so hergestellt werden, daß sie eine um ein Vielfaches verlängerte Lebensdauer als bisher haben.

Kurz gesagt umfaßt die vorliegende Erfindung Verfahren und Geräte, durch die die Emission ionisierter Flolekularteilchen eines bestimmten Stoffes entwickelt wird und die Teilchen weiter ionisiert und in einer bestimmten Bewegungsbahn in Richtung auf einen Kollektorbereich beschleunigt werden, um sie auf einer Unterlage aus plastischem Kunststoff oder einem anderen Stoff aufzubringen, die sich in der Nähe des Kollektorbereiches befindet. Die gesamte TeilchenbeschuBvorrichtung ist während ihres Betriebes in einer Vakuumkammer untergebracht. Bestimmte elektrische Spannungen werden an den verschiedenen Einzelteilen der Vorrichtung aufrechterhalten, die in dem Gerät verwendet wird. Es können entweder elektrostatische oder magnetische Ionenstrahl-Leitvorrichtungen verwendet werden, um den Ionenstrahl zu steuern, oder es kann zu diesem Zweck auch eine Kombination der beiden Systeme verwendet werden. Ein elektrostatisches Feld ist jedoch erforderlich, um die Elektronenemission von ionisierenden Elementen zu entwickeln, die an der Strecke des Ionenstrahls angeordnet sind, um den Strahl zu "superionisieren" und dadurch eine

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wirksame Beschleunigung hervorzurufen. Der Sträi. wird durch das erfindungsgemäße Gerät über ein ausreichendes Maß geleitet und in einem Grad gesteuert, daß der Beschüß der Unterlage über/eine bestimmte Fläche ermöglicht wird. In den Fällen, in denen die Unterlage nichtleitend ist, wird für die Zerstreuung der der Unterlage durch den lonenbeschuß zugeführten Oberflächenladung gesorgt. Diejenigen ionisierten Teichen, die nicht auf den Stoff der Unterlage auftreffen, werden auf einem Sammelgitter eingefangen und aus der Anlage entfernt.

Stoffe, die erfolgreich in erfindungsgemäßen Geräten aufgetragen worden sind, umfassen Mineralien, diewegen ihrer Härte, Elastizität, Wärmebeständigkeit und optischer Klarheit ausgewählt sind. Die Stoffe können Spurenmengen von Verunreinigungen enthalten, wie sie in handelsüblichen Stoffen vorkommen können. Bei einem Beispiel werden diese Stoffe auf verschiedene Arten von Plastiklinsen mit einer Auftragungstiefe von etwa I0000 ■ Angström (1 u) innerhalb des bevorzugten Bereiches zwischen einigen hundert Angström bis einigen μ aufgetragen, und der Prozess des Auftragens wird fortgesetzt» bis eine Filmschicht zu einer bevorzugten Dicke von etwa 2 as aufgebaut ist. Das Ergebnis ist eine Brillenlinse oder ein anderes Erzeugnis, das die Bruchfestigkeit der Plastikunterlage aufweist, die sich unter dem Oberflächanfilm befindet, während die Abriebeigenschaften gleich oder besser sind als bei Glas.

In einer besonderen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde eine Elektronenstrahlemissionsvorrichtung mit einer pastenartigen Mischung von bekannten Mineralien verwendet, die wegen ihrer Eigenschaften der Härte, Elastizität, Wärmebeständigkeit und optischer Klarheit ausgewählt wurden, und die in dem Zielbereich der Elektronenstrahlkanone angeordnet wurde. Diese Elektronenstrahlkanone ist

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wassergekühlt, weist einen Faden zur Emission von Elektronen auf und verwendet elektromagnetische Felder, um eine Krümmung des emittierten Elektronenstrahls und den Beschüß des Zielmaterials zu bewirken. Daraus ergibt · sich, daß das Zielmaterial und seine Moleküle von der Fläche als ionisierte Molekularteilchen hinweggeschossen werden, wo sie dann durch das Feld des Teilchenbeschleunigers beschleunigt werden. In dem Bereich zwischen dem Emitter und dem Beschleuniger ist ein entfernbarer Verschluß vorgesehen, um den Strahl je nach Bedarf abzusperren oder hindurchzulassen.

Die Beschleunigervorrichtung weist durchsetzte ionisierende Elemente auf, die die Molekularteilchen des Strahls waiter ionisieren. Durch diese Vorrichtung wird der Strahl in seinem Weg zu der Unterlage und dem Kollsktorbereich beschleunigt, geleitet und geformt. Bei einer besonderen Anordnung der Erfindung umfaßt die Beschleunigervorrichtung eine Reihe von in Abständen angeordneten und isolierten flachen Ringen mit verschiedenen Durchmessern, die sich in der Bewegungsrichtung des Strahls vergrößern. Einige bestimmte dieser Ringe wurden als ionisierende Elemente ausgebildet, in^-dem spitze Nadeln mit nach innen gerichteter Spitze im wesentliehen in gleichen Abständen um den Umfang der Ringe durch SiIberschlaglötung angebracht wurden. Diese scharfen Spitzen dienen als Elektronenemitter zur weiteren Ionisierung der Teilchen bei ihrem Durchgang durch die Ringe. Die Beschleunigervorrichtung ist an isolierten Drähten aufgehängt, die zu einer Tragvorrichtung verlaufen, die auch einen Zielrahmen hält, auf dem verschiedene Linsen angebracht werden können. Der Kollektorschirm verläuft über die Unterlagenhalter, ist von diesen physisch und elektrisch getrennt und ist quer über den divergenten Strshlbereich angeordnet, um diejenigen Teilchen aufzufangen, die nicht auf den Unterlagenstoff auf treffen.

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Bei Betrieb der Vorrichtung wird ein glockenartiger Deckel über der gesamten Vorrichtung angebracht und der umschlossene Bereich wird zu einem hohen Vakuum leergepumpt. Die Isolatoren und die Verbindungsleiter sind so angeordnet, daß sie an den verschiedenen Elementen der Vorrichtung verschiedene Spannungen entwickeln. Eine Gleichstromquelle ist zur Entwicklung dieser Spannungen verwendet worden, wobei eine bestimmte HF-Modulierung bestimmter Elektrodenelemente von einem HF-Generator entwickelt wurde.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Elektronenstrahlemitter auf der negativen Spannung gehalten, die 1okv beträgt. Der erste, dritte und fünfte Ring der Beschleunigungsvorrichtung (beginnend vom untersten, dem Elektronenstrahlemitter am nächsten gelegenen Ring] werdenvorzugsweise auf neutraler Spannung gehalten, wenngleich ihre Spannungen im Bedarfsfall gesteuert werden können, um eine geringfügige Steuerung auf den Teilchenstrahl auszuüben. Die zweiten und vierten Ringe sind die ionisierenden Elemente mit den daran angebrachten Nadeln. Diese werden auf einem negativen Spannungsbereich von etwa -3ooo bis -15ooo Volt gehalten und mit einem HF-Signal von etwa 25 bis 1oo Volt Effektivspannung bei 4oo Megahertz moduliert. Der sechste und letzte Ring wird auf einer geringfügigen positiven Spannung gehalten, obwohl dies nicht von entscheidender Bedeutung ist, und dieser Ring kann auch im Bedarfsfall ohne Vorspannung gelassen werden,södaß er die Spannung des Strahls annimmt. Der Halterahmen für die Unterlage wird auf einer positi-•ven Spannung von 4 - 1o kv gehalten. Diese Spannung kann ebenfalls mit einem HF-Signal mit einer Amplitude von etwa 25 - 1oo Volt Effektivspannung moduliert werden, was dazu dient, ein gesteuertes Plasma zu entwickeln,

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das periodisch den plastischen Kunststoff oder das sonstige nichtleitende Material der Unterlage entlädt. Die Linsen oder anderen Erzeugnisse, die zu beschichten sind, sind in Klammern angebracht, die an dsm Haltsrahmen befestigt sind. Als eine Alternativlösung zur Verwendung eines gesteuerten Plasmas zur Entladung der Unterlage können Isotopenkörper in Nähe des Halterahmens angebracht sein, um die Plastikunterlage durch radioaktiven BeschuS zu entladen. Der Kollektorschirm wird ebenfalls auf einer positiven Spannung von 4 - 1 ο kv gehalten, wodurch eine starke positive Kraft hervorgerufen wird, die die negativ ionisierten Strahlteilchen in Richtung auf die unter Beschüß stehenden Unterlagen zieht.

Es ist festgestellt worden, daß es auch möglich ist, einen Strahl zu entwickeln, der zu einer Auftragung einer dünnen Schicht führt, in dem die Polarität der Spannungen umgekehrt wird, die an den verschiedenen Elementen der Vorrichtung angelegt werden. In jedem Fall wird natürlich die Wirksamkeit der ionisierenden Elemente begrenzt, aber die beschleunigenden, strahlformenden und- leitenden und sammelnden Elemente wirken mit positiven Ionen im wesentlichen in der gleichen Weise, wie es für die negativionisierten Teilchen beschrieben worden ist.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung können verschiedene Formen für die beschleunigenden und ionisierenden Vorrichtungen verwendet werden. Eine derartige Vorrichtung verwendet eine Reihe von senkrechten Flügeln, die an den verschiedenen waagerechten Ringen durch Isolatoren teFestigt sind. Die Flügel sind vorzugsweise aus rostfreiem Stahl und so ausgebildet, daß alle Flächen extrem glatt sind, wie zum Beispiel durch Elektropolieren,

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mit Ausnahme dar inneren Kante, die zu einem extremen Grad geschärft ist. Wie oben erläutert, nimmt bei den aufeinanderfolgenden Ringen der Durchmesser zu, und die Flügel sind entlang ihren inneren scharfen Kanten so im Winkel angeordnet, daß sie dem Unterschied des Ringinnendurchmesssrs entsprechen. Die Form dieser Beschleunigungsflügel beeinflußt das Maß der Beschleunigung der Strahlteilchen. Die Form der Flügel kann auch mit bezug auf die Form der zu beschichtenden Unterlage gewählt werden. Die Form des Strahls kann dadurch verändert werden, daß Ringe von elliptischer oder anderer als kreisförmiger Form verwendet werden.

Eine weitere alternative Anordnung der beschleunigenden, ionisierenden Vorrichtung kann die übereinandergestapelten Ringe verwenden, wie sie bei der obigen Ausführungsform beschrieben wurden, wobei jedoch die Ionen emittierenden Ringe so ausgebildet sind, daß sie außer-, ordentlich scharfe innere Kanten anstelle der an den Ringen angebrachten Nadeln aufweisen, wie es weiter oben beschrieben worden ist; bei einer weiteren Ausführungsfomn könnan eine Reihe von rohrförmigen Ringen verwendet werden-, wobei die beschleunigenden Ringe abgerundet und poliert sind, während die Elektronen emittierenden (ionisierenden) rohrförmigen Elemente mit einer radial nach innen gerichteten Messerkante versehen sind.

Die an den verschiedenen Elementen der Beschleunigungsvorrichtung angelegten Spannungen können je nach Bedarf abgestuft und geändert werden. Eine verändernde Wirkung auf die Farm, Dichte und Gsschwindigksit des Strahls Kann dadurch erzielt werden, daß die Spannungen der beschleunigenden/ionisiBrsnden Vorrichtung beispielsweise aln Funktion des Abstandes von dem Emitter geändert wurden.

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Verschiedene Anordnungen und Formen der beschleunigenden und strahlleitenden Elemente können verwendet werden, um verschiedene Teilchen ,in dem Strahl zu trennen, so daß der Beschüß der Unterlage nur mit den Teilchen von gewünschter Größe und Geschwindigkeit stattfindet. Besondere Anordnungen gemäß der Erfindung umfassen ein Gebilde zur Entwicklung· ausgerichteter magnetischer Felder, die die gewünschten Teilchen entlang bestimmten Bahnen zu den Unterlagen bogenförmig bewegen, während andere Teilchen, die auf die beschossenen Unterlagen eine nachteilige Wirkung haben könnten, entlang Bahnen geleitet werden, die auf Abschirmungen auftreffen oder in sonstiger Weise die Unterlagen verfehlen.

Die von der vorliegenden Erfindung geschaffenen Vorteile sind von besonderem Nutzen bei der Entwicklung geeigneter, billiger Linsen für Brillen und andere Verwendungsmöglichkeiten aus Stoffen und in Herstellungsverfahren, die bisher ungeeignet waren. Beispielsweise wird es nunmehr praktisch durchführbar, Linsen durch Spritzgußverfahren herzustellen, wobei die Linsen bei dem abschließenden Herstellungsschritt mit dünnen Schichten versehen werden, die gemäßder vorliegenden Erfindung aufgetragen werden .

Ferner können erfindungsgemäße Anordnungen dazu verwendet werden, dünne Schichten auf anderen Unterlagen und Gegenständen aufzutragen, als Plastiklinsen. Beispielsweise können eine oder mehrere strahlionisierende-und beschleunigende Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer Massenproduktionsbasis dazu verwendet werden, eine dünne Schicht mit den gewünschten Eigenschaften der Härte, Abriebfestigkeit und dergleichen auf einer dünnen Plastikfolie oder einem anderen Stoff aufzutragen, der geeignet ist, mit anderen Plastikfolien oder dergleichen

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schichtartig zusammengesetzt zu werden, um eine gewünschte Kombination von Eigenschaften für einen Gegenstand zu entwickeln. Ein derartiger schichtartig aufgebauter Gegenstand kann beispielsweise eine Windschutzscheibe für Kraftwagen sein, wobei die Hauptschicht des Gegenstandes eine dickere Plastikschicht mit den gewünschten Eigenschaften der Bruchfestigkeit und dergleichen ist, während die äußerenFlächen mit dünnen Schichten aus Plastik bedeckt sind, auf denen erfindungsgemäß ein Film aufgetragen ist. Der sich daraus ergebende Gegenstand entwickelt infolge des aufgetragenen Films die notwendigen Eigenschaften der Härte und der Oberflächen-Abriebfestigkeit, die in der inneren Schicht nicht vorhanden sind, die den Hauptstoff des Gegenstand bildet.

Die Massenherstellung eines derartigen Films kann dadurch erzielt werden, daß eine dünne Folie, die zwischen entsprechenden Vorratswalzen verläuft, durch eine Vakuumkammer geführt wird, in der die strahlbeschleunigenden und -ionisierenden Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sind. Es kann auch möglich sein, Textilstoffe von verschiedener Art in ähnlicher Weise zu behandeln. Es ist festgestellt worden, daß das Auftragen eines besonderen Stoffes in Form einer dünnen Schicht für die Verbesserung der feuerfesten oder feuerhemmenden Eigenschaften von Nutzen sein kann. Durch einen derartigen Film wird wohl die Oxidation verhindert, indem die Luft daran gehindert wird, den unter dem Film befindlichen brennbaren Stoff zu erreichen. Es kann möglich sein, Textilstoffe in derartiger Weise zu behandeln, um feuerhemmende Eigenschaften zu entwickeln. Stoffe, die für diesen Zweck von Nutzen sind, umfassen Mineralien, die nicht brennbar sind, und die einen sehr geringen Ausdehnungs-Temperaturkoeffizien· ten haben, so daß der Bruch des Films vermieden wird und der Film über einen erheblichen Temperaturbereich

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als Schutzschicht intakt bleibt. In den Fällen, in denen die Schutzschicht aus mehreren Bestandteilen besteht, kön-

nen diese Bestandteile so ausgewählt werden, daß sie ihre jeweiligen Temperaturkoeffizienten gegenseitig ausgleichen, so daß der Gesamtdehnungskoeffizient nahezu stabilisert ist. Die Anwendung von Hitze hat dann also nicht zur Folge, daß der aufgetragene Film bricht. Solange der aufgetragene Film, der selbst nicht brennbar ist, unverletzt bleibt, wird der darunter befindliche oxidierbare Stoff daran gehindert, sich mit Sauerstoff zu verbinden.

Die Erfindung geht deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor, in denen Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen sind:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anlage,

Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Teilchenbeschußgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung, das sich in der in Figur 1 gezeigten Vakuumkammer befindet, deren Deckel abgenommen ist,

Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer besonderen Anordnung der in dem in Figur 2 gezeigten Gerät verwendeten Ionisierungs- und Beschleunigungsvorrichtung,

Figur 4 eine Draufsicht auf eine andere Beschleunigungsvorrichtung, die in der Anordnung gemäß Figur 2 verwendet werden kann,

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Figur 5 eine Schnittansiht entlang der Linie 5-5 in Figur 4,

Figur B eine schematische Ansicht ein.er Beschleunigungsvorrichtung zur Verwendung in dein in Figur 2 gezeigten Gerät,

Figur 7a eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 in Figur 6, in der Einzelheiten einer andersartigen Besohleunigungsvorrichtung gezeigt sind,

Figur 7b eineSchnittansicht entlang der Linie 7-7 ein abgewandelten BeschIeunigungsvorrichtung,

Figur 3 die Darstellung eines besonderen Erzeugnisses, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist,

Figur 9 ein kombiniertes schematisches und Blockdiagramm '. einer weiteren'erfindungsgemäßen Anlage,

Figur 1o eine Ansicht der Einzelteile eines besonderen, erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisses,

Figur 11 eine Schnittansicht eines anderen erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisses,

Figuren 12, 13 und 14 Blockschemata, die verschiedene Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen,

Figur 15 eine teilweise als Schnitt gezeigte Aufrissansicht einer anderen Anordnung gemäß der vorliegenden. Erfindung zur Verwendung in der in Figur 1 gezeigten Anlage und

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Figur 16 eine entsprechende Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung.

Wie in Figur 1 gezeigt ist, kann eine vollständige erfindungsgemäße Anlage 1o ein Hochspannungs-Stromversorgungsteil 12, eine Hochvakuumanlage 14 und ein HF-Stromversorgungsteil 16 umfassen. Die Vakuumanlage 14 umfaßt ein glockenförmiges Gehäuse bzw. einen Deckel 18 mit einem oder mehreren Sichtfenstern 19 und einem Vakuumsteuerteil -2o. Geeignete Verbindungen zwischen den einzelnen Bestandteilen der Gesamtanlage werden durch Kabel und 24 gebildet.

Figur 2 zeigt ein Beschußgerät, das in dem Gehäuse 18 der Vakuumanlage 14 in Figur 1 angeordnet ist. Das Gerät 15 besteht aus senkrechten Rahmenstützstangen 3o, die an einem Bodenplattenring 32 auf dem Tisch der Steuerkonsole 2o angebracht sind. In dem Bodenplattenring 32 ist eine Elektronenstrahlemissionsvorrichtung 34 eingelassen, die in Figur 2 teilweise als Schnitt gezeigt ist und durch Rohre 36 wassergekühlt sein kann. Sie weist einen in der Mitte angeordneten Zielbereich 38 auf,^andem ein Rohling 4o des zu verdampfenden Stoffes angeordnet ist. Ein Heizfaden (nicht gezeigt) ist in einer Höhlung 42 angeordnet. Geeignete Spulen zur Erzeugung von Magnetfeldern sind in Nähe der Höhlung 42 in der Vorrichtung angeordnet. Verschiedene Leitungen 44 sind vorgesehen, um den Strom zu dem Heizfaden und zu den Felderzeugungsspulen zu leiten. Bei Betrieb der Elektronenstrahlemissionsvorrichtung 34 werden Elektronen durch den Heizfaden in der Höhlung 42 emittiert und nach aussen und unten auf den Zielstoff 4o unter dem Einfluß des erzeugten elektromagnetischen Feldes geleitet, wo sie auf den Rohling 4o auftreffen und ihn erhitzen, um die Emission von ionisierten Molekularte^i lchen von diesem zu bewirken. Ein schwenkbarer Verschluß 46, der von außerhalb des Vakuumgehäuses steuerbar ist, ist vorgesehen, um entweder die Wolke der emittierten, ionisierten Teilchen abzusperren oder, wenn

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er ausgeschwenkt ist, um den ionisierten Teilchen zu gestatten, auf das Feld der Beschleunigungsvorrichtung 48 anzusprechen.

Ein Befestigungs- oder Tragrahmen 5o für die zu beschichtende Unterlage ist durch Isolatoren 52 am oberen Ende der Stützrahmenstangen 3o befestigt. An diesem Rahmen 5o können die verschiedenen Gegenstände, wie zum Beispiel Plastiklinsen, für das Auftragen der dünnen Schicht befestigt werden. Ein Kollektor - oder Auffangschirm 54 ist über dem Rahmen 5o angebracht. Es ist zu bemerken, daß der Kollektorschirm 54 eigentlich an der Oberseite des Gehäuses 18 angebracht ist (Figur 1), aber er ist hier in der Stellung gezeigt, in der er sich normalerweise befindet, wenn das Gehäuse 18 sich in seiner Stellung befindet, um ein vollständiges Verständnis des erfindungsgemäßen Gerätes zu vermitteln. Die Spannung des Kollektorschirms 54 kann durch Verbindungen (nicht g^eigt) mit der Innenseite,des Gehäuses 18 bestimmt werden.

Die Beschleunigungs-Ionisierungs-Vorrichtung 48 ist an den Stützstangen 3o durch Drähte 6o und Isolatoren 62 aufgehängt. Die Einzelheiten der Beschleunigungs-Ioni sierungsvorrichtung 48 sind deutlicher in Figur 3 gezeigt. Sie besteht aus mehreren flachen Ringen, deren Innen- und Aussendurchmesser von unten nach oben zunehmen. Der erste, dritte und fünfte Ring 66 dienen als Schutzringe und dienen im wesentlichen dazu, das Feld der dazwischen befindlichen Ionisierungs- oder Emissionsringe 68 zu isolieren, wenngleich sie auch zu dem elektrischen Feld zur Beschleunigung und Leitung der Teilchen beitragen können. Ein Beschleunigungsring 7oist der oberste Ring in dem Gebildet 48 . Es sind also insgesamt sechs Ringe in der Vorrichtung gezeigt, obwohl auch eine größere oder geringere Anzahl vorgesehen

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sein könnte. Benachbarte Ringe sind voneinander durch Isolatoren 72 getrennt. Die Emissionsringe sind mit einer Vielzahl von Nadeln 74 versehen, die im wesentlichen in gleichen Abständen um die Ringe 68 angeordnet sind und beispielsweise an den Ringen durch Silberschlaglot angelötet sind. Die Spitzen der Nadeln 74 sind sehr fein angespitzt und weisen radial nach innen. Die Spitzen der Nadeln 74 emittieren also unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes Elektronen, die dazu dienen, die Molekularteilchen weiter zu ionisieren, auf die die Beschleunigungsvorrichtung 48 einwirkt und die in Richtung auf die zu beschichtende Unterlage und den Kollektorbereich durch die positiven Spannungen gezogen werden, die an dem Kollektorschirm angelegt sind.

Die Spannungen der verschiedenen Elemente des in Figur 2 gezeigten Gerätes können durch Leiter und Durchführungsisolatoren 8o gesteuert werden, die durch den Bodenplattenring 32 verlaufen. Ein Leiter 82 ist mit dem Tragrahmen 5o für die zu beschichtende Unterlage verbunden. Ein Leiter 84 ist mit einem unteren Draht 6o verbunden, um die Spannung des Beschleunigungsringes 7o zu steuern. Leiter 86 verlaufen jeweils zu einem der Schutzringe 66, während die Spannung der Emissionsringe 68 durch Leiter 88 gesteuert wird. Diese sind mit dem zugeordneten Hochspannungsversorgungsteil 12 und mit dem HF-Stromversorgungsteil 16 (Figur 1) verbunden.

Bei einer besonderen Betriebsweise des Gerätes können radioaktive Isotopenblöcke 9o verwendet werden, um den Aufbau einer Qberflächenladung auf den zu beschichtenden Unterlagen durch radioaktiven Beschüß zu entladen. Derartige radioaktive Isotopenblöcke können auch in geeigneter Weise an anderen Stellen innerhalb des Gehäuses18 angeordnet sein, um in wirkungsvoller Weise die zu beschichtenden Unterlagen zu entladen, falls dies erwünscht ist, andererseits kann Mikrowellen-HF-Energie von in geeigneter Weise angeordneten, geschlitzten, mit Verlust behafteten Wellenleiterelementsn

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auf die Unterlagen gestrahlt werden, um ein örtliches Plasma zur Entladung der Oberflächen ladung zu erzeugen.

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Draufsicht bzw. eine als Schnitt gezeigte Aufrissansicht einer andersartigen Beschleunigungs- und Ionisierungsvorrichtung, die anstelle der in den Figuren 2 und 3 gezeigten verwendet werden kann. Diese mit 48a bezeichnete Vorrichtung umfaßt mehrere Ringe 1o1, von denen drei gezeigt sind,die durch Isolatoren 1o3 elektrisch voneinander und von sie verbindenden, senkrechten Flügeln 1o2 getrennt sind. Die Flügel 1o2 verlaufen so in Winkeln, daß sie der Umfangsform der Innendurchmesser der entsprechenden Ringe 1o1 folgen, und sind entlang diesem Teil der Flügel 1o2 rasiermesserscharf geschärft. Der übrige Teil des Gebildes ist glatt ausgebildet', beispielsweise durch Elektropolieren. Die Flügel 1o2 dienen also dazu, entlang ihren scharfen inneren Kanten unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes reichlich Elektronen zu emittieren. Geeignete Verbindungen (nicht gezeigt) können vorgesehen sein, um die Spannungen der Flügel 1o2 und-der Ringe 1o1 zu steuern.

Figur 6 ist eine schematische Draufsicht der Beschleunigungsvorrichtung 48, und die Figuren 7a und 7b sind teilweise als Schnitt gezeigte Aufrissansichten abgewandelter Anordnungen für die Vorrichtung 48. Figur 7a zeigt mehrere rohrförmige Ringe, von denen die Emissionsringe 1o4 mit einer angesetzten und angeschärften inneren Kante ausgebildet sind. Die übrigen Ringe 1oB sind vollständig abgerundet und elektropoliert, um eine glatte Fläche zu bilden. Die Ringe 1o4 dienen unter dem Einfluß des angelegten elektrischen Feldes dazu, von den angeschärften inneren Kanten Elektronen nach innen abzugeben.

Figur 7b zeigt ein Gebilde, das dem in Figur 3 gezeigten ähnlich ist, mit der Abweichung, daß die Nadeln 74 weggelassen

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sind und die beiden Emissionsringe 68a mit einem scharfgeschliffenen inneren Rand versehen sind, um die Emission von Elektronen nach innen unter dem Einfluß des elektrischen Feldes zu erzielen. Die übrigen Ringe 69 sind beispielsweise durch Elektropolieren geglättet, wie auch die anderen Flächen und Ränder der Ringe 6B mit Ausnahme ihres angeschärften inneren Randes.

Es können auch andere Formen für die Beschleunigungs- und Ionisierungsvorrichtungen entworfen werden, um die Ergebnisse zu erzielen, die durch die Beschleunigungs- und Ionisierungsvorrichtung 48 und weitere hier gezeigte und beschriebene Anordnungen erzielt werden. Insbesonderekann die Vorrichtung durch ein Gerät zur Erzeugung magnetischer Felder ersetzt oder abgewandelt werden, und zwar entweder anstelle von oder zusätzlich zu den elektrischen Feldern, die durch bestimmte hier gezeigte Elemente erzeugt werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, das darin besteht, daß der Teilchenstrahl geleitet und geformt wird, um auf die besondere Unterlage zu passen, auf der die Schicht aufgetragen werden soll.

Figur 8 zeigt eine besondere Linse 11o, die in dem gezeigten und beschriebenen Gerät beschichtet worden ist| die Linse 11o ist auf ihrer linken Hälfte 112 und auf den kleinen Kreisen 114 mit einem aufgetragenen Film beschichtet worden, der im wesentlichen aus Mineralstoffen bestand, wie diejenigen, die oben erwähnt worden sind und wegen ihrer Eigenschaften der Härte, Elastizität, Wärmebeständigkeit und optischer Klarheit ausgewählt worden sind. Mit Ausnahme der kleinen kreisförmigen Flächen 114 ist die rechte Hälfte 116 der Linse unbeschichtet. Dies wurde dadurc h erzielt, daß zunächst die rechte Hälfte 116 mit einer gelochten Folienschicht abgedeckt wurde, bevor der Film aufgetragen wurde. Die Linse 11o wurde dann in einem Versuch mit verschiedenen Abriebstoffen einschließlich

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Schmirgelpapie'r und Stahlwolle abgerieben. Die beschichteten Flächen 112 und 114 blieben durch diese Abriebstoffe unbeeinträchtigt, und die Linse blieb in diesen Bereichen klar und durchsichtig. Über den übrigen Teil der rechten Hälfte 116 war die Linse jedoch erheblich verkratzt, so daß sie nicht mehr durchsichtig war, wie es durch die in Figur 8 auf diesem Teil der Fläche gezeigte Punktierung angedeutet ist. Entsprechende Versuche mit weichen Linsen, die unter Anwendung anderer, in der Technik bekannter Verfahren beschichtet waren, führten dazu, daB die Linsen verkratzt und beschädigt wurden während die erfindungsgemäß hergestellten Schichten und beschichteten Linsen nicht beeinträchtigt wurden.

Zahlreiche andere Verwendungsmöglichkeiten neben der Beschichtung von Brillenlinsen und dergleichen ergeben sich aus der Durchführung der vorliegenden Erfindung. Figuren 9 und 1o zeigen ein anderes weites Verwendungsfeld, in dem die vorliegende Erfindung größte Bedeutung besitzt. Figur 9 zeigt eine Durchlaufanlag'e, die mehrere Teilchenbeschußaggregate gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, die für ein Durchlauffilm-Auftragsverfahren angeordnet sind, bei dem ein harter Film auf einer Zellulose-Plastikschicht aufgetragen wird. Es sind in der Technik Vorrichtungen bekannt, die dazu dienen, ein Hochvakuum zu entwickeln und aufrecht zu erhalten, durch das fortlaufende Stoffe zur Vakuumbehandlung hindurchgeführt werden können. Die in Figur 9 gezeigte kombinierte schematische und Blockdarstellung soll eine derartige Anlage veranschaulichen. Sie umfaßt eine große Kammer 12o, durch die eine Plastik-felie 122 zwischen Walzen 124 und 126 an entgegengesetzten Enden der Kammer hindurchgeführt wird. Aufeinanderfolgende Vakuumschranken 128 sind an jedem Ende der Kammer 12o vorgesehen. Die Folie kann durch geeignete Dichtungsanordnungen 13o hindurchgeführt werden, die hier als Rollen gezeigt sind, zwischen denen die

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Folie 122 bei ihrer Bewegung zwischen dem außerhalb der Vorrichtung herrschenden Umgebungsdruck und dem innerhalb der Kammer 12o vorhandenen Hochvakuum hindurchgeht. Luftdurchgänge oder -Öffnungen 132 sind vorgesehen, um die verschiedenen Bereiche innerhalb der Kammer 12o mit einer Sammelkammer 134 zu verbinden, die durch eine zugeordnete Vakuumanlage 138 auf einem Hochvakuum gehalten wird. Andererseits könnten auch die Spulen 124, 126 innerhalb der Kammer 12o angeordnet sein; in diesem Fall wären die Dichtungselemente für den Einlaß und Auslaß der Plastikfolie 122 durch die Kammer unnötig. Innerhalb der Kammer 12o und in Nähe der Folie 122, die auf Rollen oder Führungen 136 getragen wird, sind mehrere Aggregate 15 (Figur 2) gezeigt, die auf einem Unterteil 148 angebracht sind. Diese Aggregate 15 sind mit einem Stromversorgungsaggregat 139 verbunden, das sowohl das Hochspannungsversorgungsteil als auch das HF-Generatorteil umfassen kann, die bei der erfindungsgemäßen Anlage verwendet verden.

Bei Betrieb der in Figur 9 gezeigten Anlage wird die Folie 122 von der Rolle 124 abgewickelt und auf die Rolle 126 aufgewickelt, und sie gelangt dabei durch die Vakuumkammer 12o und an den Auftragsaggregaten 15 für ionisierte Teilchen vorbei. Eines oder mehrere der Aggregate 15 können betätigt werden, um die gewünschte Schicht auf einer oder auf beiden Seiten der Folie 122 aufzutragen, so daß die Schicht -auf den gewünschten Flächen und mit der gewünschten Dicke entwickelt wird. Wenn der Film auf beiden Seiten der Folie 122 aufgetragen werden soll, kann dies leicht dadurch erzielt werden, indem entweder zusätzliche Aggregate 15 an entgegengesetzten Seiten der Folie, angebracht werden ( ggfs. unter Verwendung von Ablenkfeldern zurEntwicklung der gewünschten Teilchenbahnen) oder einfach durch Rückführung der Folie 122 durch die Kammer, so daß sie an einem oder mehreren der Aggregate 15 vorbeiläuft, wobei sich die entgegengesetzte Seite der Folie in einer Stellung befindet,

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in der sie mit den ionisierten Teilchen von den Aggregaten 15 beschossen werden kann.

Ein wesentlicher Nutzen der Auftragung von Filmen auf Plastik· folien in dieser Weise ergibt sich aus der Möglichkeit, viele verschiedene Gegenstände herzustellen, die bisher aus Glas hergestellt wurden, da die Notwendigkeit des Dberflächenschutzes durch extreme Abriebfestigkeit bestand. Ein derartiger Gegenstand ist die Windschutzscheibe für Kraftwagen. Eine derartige Windschutzscheibe ist in Figur 1o gezeigt. Sie ist aus plastischem Kunststoff, vorzugsweise im Spritzgußverfahren, zu einer Grundschicht 14o mit geeigneter Dicke und Form geformt worden, mit der eine Folie 142, die aus einer Folie 122 ausgeschnitten worden ist, auf der ein harter Film erfindungsgemäß aufgetragen worden ist, wie es im Zusammenhang mit Figur 9 beschrieben worden ist, verbunden werden kann. In Figur 1o ist nur eine Folie 142 in Verbindungmit der Grundschicht 14o gezeigt, obwohl auch an jeder Seite der Grundschicht 14o eine folie 142 angebracht ■ werden kann.

Figur 11 ist eine Querschnittsansicht eines Gegenstandes, wie zum Beispiel der in Figur 1o gezeigten Windschutzscheibe oder einer durch Spritzguß geformten Linse, bei dem sich eine Grundschicht 15o zwischen zwei Schichten 152 befindet. Auf jede der Schichten 152 ist entlang ihrer Aussenfläche ein. gehärteter Film in der oben beschriebenen Weise aufgetragen worden. Das schichtartig aufgebaute Gebilde ergibt also die gewünschte Kombination von Zähigkeit und Elastizität, die der Grundschicht 15o entspricht, und weist entlang allen Flächen, die Abriebkräften ausgesetzt werden können, die gewünschte Abriebfestigkeit auf, die durch den in der oben beschriebenen Weise aufgetragenen Schutzfilm erzielt wird. Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Gegenstandes ist in Figur 12 gezeigt. Die mehr verallgemeinerten Verfahren zur Betätigung des erfindungsgemäßen Gerätes, das

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in Verbindung mit den Figuren 1-7 und 9 beschrieben worden ist, sind in Figur 13 veranschaulicht. Die Erfindung ist soweit im Zusammenhang mit dem Auftragen eines klaren, durchsichtigen Films auf einer Plastikunterlage beschrieben worden. Es können jedoch auch andere Filme aufgetragen werden, und die Unterlage braucht nicht unbedingt plastischer Kunststoff oder ein nicht leitender Stoff zu sein. Verschiedene Stoffe oder Massen können als eine Quelle für die aufzutragenden Teilchen verwendet werden. Eine Art von besonderem Interesse für die Sonnenbrillen und Fenster zum Filtrieren der Sonnenstrahlen ist die Auftragung eines gefärbten Films. Dies kann durch Verwendung der Oxide oder anderer Stoffe erzielt werden, die dem Film beimAuftragen die gewünschte Farbe ver leihen. Da die auf diese Weise erzielten Farben und Färbungen die Neigung haben, teilweise bei der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht zu verblassen, ist es wünschenswert, einen Film aufzutragen, dessen Farbton dunkler ist, als der des .gewünschten Enderzeugnisses, und danach den Farbton des aufgetragenen Films durch Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen oder eine entsprechende Behandlung zu der gewünschten Färbung aufzuhellen. Mit gesteuerten Auftragsgeschwindigkeiten eines gefärbten Films können die ultravioletten Strahlen, die während des Auftragsverfahrens in dem Plasma vorhanden sind, die gewünschte Aufhellung hervorrufen, so daß der für das Enderzeugnis gewünschte Farbton bei Beendigung des Auftragsverfahrens schon vorhanden ist. Derartige Verfahren sind in Figur 14 veranschaulicht.

Eine abgewandelte Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Vawendung in einer Anlage gemäß Figur 1 ist in Figur veranschaulicht, die eine Teil-Aufrissansicht ist, in der die Einzelheiten der besonderen Merkmale veranschaulicht sind. In Figur 15 ist ein Gerät 15o gezeigt, das viele Grundbauteile aufweist, die denjenigen des in Figur 2 gezeigten

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Gerätes 15 entsprechen. Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Das Gerät 15o umfaßt ein auf einem Tisch 2o angebrachtes Unterteil 32, eine kombinierte Beschleunigungs- und Ionisierungsvorrichtung 48, die durch Drähte 6o und Isolatoren 62 an Tragteilen 3o aufgehängt ist, einen Verschluß 46, der über dem Unterteil 32 schwenkbar angeordnet ist, und einen glockenförmigen Deckel 18a, der dem Blockgefäß 18 des in Figur 1 gezeigten Vakuumgerätes entspricht.

Während der ionisierte Teilchenstrahl bei der in Figur gezeigten Vorrichtung in der gleichen Weise erzeugt, beschleunigt und ionisiert wird, wie bei dem in Figur 2 gezeigten Gerät, wird der Strahl anschließend in einer gekrümmten Bahn geleitet, um auf die zu beschichtenden Unterlagen aufzutreffen. Der Zweck, der dieser Strahl-ausrichtung zugrundeliegt, besteht darin, eine Trennung der Teilchen mit verschiedenen Größen un'd Gewichten zu erzielen, wodurch eine nachteilige Wirkung auf der zu beschichtenden Unterlage vermieden wird, die durch das Auftreffen von größeren Teilchen hervorgerufen werden könnten, die von dem Stoff ausgeschickt werden, der die Quelle d^er Filmteilchen ist. Es ist festgestellt worden, daß das Auftreffen von verhältnismäßig großen Teilchen auf den zu beschichtenden Unterlagen dazu führen kann, Vertiefungen in dem aufgetragenen Film hervorzunfen. Daraus ergibt sich, daß der Film bricht und daß die größeren Teilchen in dem Stoff der Unterlage eingebettet werden, und es besteht dort eine Neigung zur Absorption von Feuchtigkeit, was zu einem Abheben des Filmes in der Nachbarschaft der Vertiefungen führen kann. In extremen Fällen können die größeren Teilchen unerwünschte Oberflächenunregelmäßigkeiten hervorrufen. Es ist festgestellt worden, daß die Neigung zur Emission von größeren Teilchen zusammen mit kleineren Teilchen, die für das Auftragsverfahren erwünscht sind, herabgesetzt wird,

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wenn der Stoff, der die Quelle für den Film bildet, vor Einleitung der Emission zu geschmolzener Form erhitzt wird. Wenn jedoch der Anlage soviel Wärme zugeführt wird, hat dies in den Fällen eine nachteilige Wirkung, in denen der Stoff der zu beschichtendenUnterlage Plastik oder ein sonstiger weicher Stoff ist, da die Wärme bestrebt ist, den Stoff der zu beschichtenden Unterlage zu erweichen und zu schmelzen, wodurch der gesamte Vorgang verdorben wird.

Eine bevorzugte Anordnung zur Überwindung dieses Problems ist in Figur 15 dargestellt, in der das Gerät 115 zusätzlich zu den bereits erwähnten Einzelteilen einer Einrichtung zur Errichtung besonders ausgerichteter magnetischer Felder umfaßt, die dazu dienen, die kleineren Teilchen zu den zu beschichtenden Unterlagen zu leiten, die außerhalb der Bewegungsbahn der größeren Teilchen angeordnet sind. Dieses Gerät ist zusätzlich mit einem Zylinder 164 gezeigt, der magnetische Feldspulen 165 enthält, die dazu dienen, ein senkrecht ausgerichtetes magnetisches Feld zu erzeugen. Der Zylinder 164 ist durch Drähte 16o und Isolatoren 162 an den Tragstangen 3o aufgehängt, über dem Zylinder 164 ist eine zweite magnetische Feldeinrichtung 166 zur Errichtung eines magnetischen Feldes angebracht, das waagerecht ausgerichtet ist. Die Einrichtung 166 kann einzelne Magneten 168 umfassen, die die Form von Dauermagneten haben, oder die Magneten können die Palstücke von elektromagnetischen Spulenmagneten sein. In einer Ausführungsform kann die Einrichtung 166 die Form einer im wesentlichen flachen Platte haben, die an der Wand des Gehäuses 18a an dessen entfernter Seite angebracht ist, wobei eine entsprechende magnetische Feldeinrichtung mit entgegengesetzter magnetischer Polarität (nicht gezeigt) an der nahen Seite des Strahlweges durch die Mitte des Gehäuses 18a vorgesehen ist. Über der Vorrichtung zur Erzeugung der magnetischen Felder ist eine Anordnung zum Aufhängen der zu beschichtenden Unterlagen um die Seiten des Gehäuses 18a vorgesehen. Diese Einrichtung ist als ein Zylinder 17o gezeigt,

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der einen hervorstehenden oberen Rand aufweist, der auf einem Ring 172 durch Kugellager 174 gelagert ist, um die Drehung des Zylinders 17o zu gestatten. Ein Motor 176 mit einer Antriebsrolle 178, die an dem Zylinder 17o angreift, dient dazu, den Zylinder 17o innerhalb des Gehäuses 18a in Drehung zu versetzen. Zu beschichtende Unterlagen in der Form von Linsen 18o sind in Befestigungsgestellen 182 gezeigt, die in Halterungen 184 schwenkbar angebracht sind. Die Gestelle 182 sind so angeordnet, daß sie an einer besonderen Stelle der Drehung des' Zylinders 17o um 18o° geschwenkt werden, um die Linsen 18o gegenüber dem Zylinder 17o so zu drehen, dass sie an beiden entgegengesetzten Flächen beschichtet werden können. Wie es in Figur 15 gezeigt ist, besteht dieser Schwenkmechanismus aus einem Block 186, der einen Stab 188 aufweist, der so verläuft, daß er an einem Umschalthebel 19o an den unteren Enden der Gestelle 182 angreift. Wenn also jedes einzelne Gestell 182 an dem Stab 188 vorbeiläuft, wird der Umschalthebel durch den Stab 188 ergriffen und gedreht, so daß die Linsen 18o umgedreht werden und bei der weiteren Drehung des Zylinders 17o ihre andere Seite dem Beschüß ausgesetzt ist.

Bei Betriöb des in Figur 15 gezeigten Gerätes werden die emittierten Teilchen durch die Vorrichtung 48 beschleunigt und ionisiert, wie es bereits in Verbindungmit Figur 2 beschrieben worden ist. Wenn der Teilchenstrahl durch die Vorrichtung 48 hindurchgeht, nehmen die größeren Teilchen wenigemegative Ladung im Verhältnis zu ihrer Masse auf, als die kleineren Teilchen. Die Teilchen können bei der Emission eine positive Ladung haben, die in einigen Fällen nicht einmal durch die emittierten Elektronen während des Durchganges der Teilchen durch die Vorrichtung 48 neutralisiert wird. Es ist bekannt, daß die ballistische Bahn eines geladenen Teilchens durch ein magnetisches Feld von dem Verhältnis der Ladung zu der Masse abhängig sein kann. Teilchen, die ein größeres Verhältnis von Ladung zu Masse haben, werden durch ein rechtwinkliges magnetisches Feld stärker abgelenkt, als Teilchen,

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die keine Ladung oder ein kleineres Verhältnis von Ladung zu Masse haben. Die in Figur 15 gezeigte Einrichtung zum Ausrichten und Ablenken des Elektronenstrahls durch magnetische Felder dienen also dazu, die Teilchen, die größer als erwünscht sind, und diejenigen Teilchen, die in unzureichender Weise ionisiert sind, von den Teilchen zu trennen, die die richtige Größe und Ionisierung aufweisen, um die gewünschte Filmauftragung auf den Linsen 1Bo zu erzeugen.

Für ein Gerät wie das in Figur 15 gezeigte kann ein Kollektor und eine geeignete Einrichtung zur Entladung der Oberflächen ladung quer über die Oberseite unter der Kuppel des Gehäuses 18a in der in Figur 2 angedeuteten Weise angeordnet sein. Ein derartiger Kollektor kann zusätzlich zu seiner Wirkung als ein Element, das ein elektrostatisches Feld herstellt, auch dazu dienen, die geladenen Teilchen zusammsln und aufzufangen, die größer sind oder ein geringeres Verhältnis von Ladung zu Masse aufweisen, und die nicht durch das magnetische Feld der magnetischen Feldeinrichtung 1BB zu den zu beschichtenden Unterlagen 18o geleitet werden. Als eine Altarnativlösung zu der in Figur 15 dargestellten Anordnung können die zu beschichtenden Unterlagen in der in Figur 2 gezeigten Weise angebracht sein, wobei eine ablenkende magnetische Feldeinrichtung,. wie zum Beispiel eine Prallfläche vorgesehen ist, um die Teilchen zu veranlassen, einer gekrümmten Bewegungsbahn zu folgen , die schließlich die gewünschten Teilchen zu der zu beschichtenden Unterlage leitet, während die unerwünschten Teilchen außerhalb des Bereiches der zu beschichtenden Unterlagen abgelenkt oder aufgefangen werden.

Als eine weitere wahlweise Möglichkeit im Unterschied zu der in Figur 15 gezeigten Anordnung, bei der die zu beschichtenden Unterlagen während des FilmaufiragungsVorganges durch den Zylinder 17o um das Innere des Gehäuses 18a gedreht

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werden, kann die Lags der zu beschichtenden Unterlagen 18o festgelegt werden, indemder Zylinder 17o unbeweglich gehalten wird, und das magnetische Feld der magnetischen Feldeinrichtung 166 kann gedreht werden, so daß der Teilchenstrahl über den Bereich der zu beschichtenden Unterlagen hinwegstreicht. In diesem Fall kann die magnetische Feldeinrichtung 166 selbst einen zylindrischen Ringumfassen, wobei die einzelnen magnetischen Feldelemente 168 wahlweise durch elektromagnetische Felder magnetisiert werden, die durch die wahlweise und au-feinanderfolgende Erregung der jeweiligen elektromagnetischen Spulen hergestellt werden, um ein waagerechtes magnetisches Feld zu entwickeln, das sich in gesteuerter Weise in einer Ebene dreht, die rechtwinklig zu der Längsachse des Gerätes 15o verläuft. Ein derartiges überstrichenes Feld kann wahlweise jede besondere zu beschichtende Unterlage beschichten. Gleichzeitig ist es in der bereits beschriebenen Weise bei der Trennung der gewünschten Teilchen von den unerwünschten Teilchen wirksam, um ein verbessertes beschichtetes Erzeugnis zu erzielen. Wenn es erwünscht ist, kann das die Halterungsfächer 182 umfassende Gebilde auch elektrostatisch geladen werden, so daß diese Fächer 182 zusätzlich als ein Kollektor dienen, um die geladenen Teilchen anzuziehen, die durch die beschleunigende und ionisierende Vorrichtung 48 und die magnetische Feldeinrichtung 164, hindurchgehen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Figur dargestellt, die ein Berät 2oo zeigt, wie es bei der in Figur 1 gezeigten Anlage verwendet werden kann. Das Gerät 2oo ist dem in Figur 2 gezeigten Gerät ähnlich, weist jedoch einige bemerkenswerte Abwandlungen auf. Wie in Figur 16 gezeigt ist, umfaßt dasGerät 2oo die Vakuumkammer in einem Gehäuse 18a mit einem Tisch 2o, einem Unterteil 32, einer Teilchenemissionseinrichtung 34, einem Verschluß 46 und der ionisierenden, beschleunigenden und leitenden

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Vorrichtung 48. Die Teile 34, 46 und 48 sind in der Vakuumkammer des Gerätes 2oo gegenüber der Mitte versetzt angeordnet. Über den Elementen 34, 46 und 48 und auf diese ausgerichtet ist eine Teilchenablenk- und Leitvorrichtung 2o2 angeordnet, die an Tragstangen 2o4 durch Drähte 2o6 und Isolatoren 2o8 aufgehängt ist. Wie in Figur 16 gezeigt ist, umfaßt die Vorrichtung 2o2 mehrere Ringmagneten 21o, die in einem äußeren Gehäuse oder Pralleinrichtung 212 angeordnet sind. Die jeweiligen Ringmagneten 21o sind aufeinanderfolgend entlang der beabsichtigten Bewegungsstrecke der gewünschten ionisierten Teilchen angeordnet und so ausgerichtet, daß sie die Teilchen mittels eines elektromagnetischen Feldes aus der Nähe der Vorrichtung 48 nach oben und seitlich geleitet werden, um einen Strom von ionisierten Teilchen herzustellen, der im wesentlichen in der Mitte und symmetrisch um die Längsachse des Gehäuses 1Ba verläuft. Die Prallvorrichtung oder der Schirm 212 ist so angeordnet, daß jede geradlinige Bewegungsstrecke von der Vorrichtung 48 zu den über dem Gerät 2oo angeordneten, zu beschichtenden Unterlagen verhindert wird. Bei dieser Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der obere Teil des Gerätes dem oberen Teil des in Figur 2 a gezeigten Gerätes entsprechen, wobei die zu beschichtenden Unterlagen symmetrisch quer über dem oberen Ende der Kammer 18a angeordnet sind. Bei dieser Anordnung folgen diejenigen Teilchen, die nicht die angemessenen Geschwindigkeit und das angemessene Verhältnis von Ladungzu Masse haben, nicht dergleichen Bewegungsbahn durch das Gerät 2o2 wie die gewünschten Teilchen, sondern sind bestrebt, auf die Prallwand oder den Schirm aufzutreffen, der das Gehäuse 212 bildet, so daß sie aus dem Strom der ionisierten Teilchen entfernt werden, der in Richtung auf die zu beschichtenden Unterlagen an der Oberseite des Gerätes gerichtet ist.

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Wenngleich Figur 16 die Ablenk- und Leitvorrichtung2o2 so zeigt, als umfasse sie eine Vielzahl von Ringmagneten 21o, sei darauf hingewiesen, daß diese Vorrichtung auch aus dner einzigen Magnetspule anstelle der einzelnen Ringmagneten 21o gebildet sein kann. Andererseits können mehrere Dauermagneten, die in geeigneter Weise in einer Reihe von Ringen befestigt sind, als die Magneten 21o verwendet werden. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, das gewünschte teilchenablenkende Feld ohne die Anwendung von elektrischem Strom zu entwickeln, wodurch der Strombedarf des Gerätes 2oo herabgesetzt und die Wärmeentwicklung vermieden wird, die sonst in dem Gehäuse 18 a durch die elektromagnetische Anlage erzeugt würde.

Geräte gemäB der vorliegenden Erfindung können auch dazu verwendet werden, Pletallflachen mit gewünschten Verbindungen zu beschichten. Bestimmte Verbridungen. können die Wirkung haben, die Oberflächeneigenschaften metallischer Gegenstände in ähnlicher Weise zu verändern, wie die bereits beschriebene Härtung fürPl^astiklinsen und dergleichen. In anderen Fällen können Geräte gemäß der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, Qberflächenfilme auf bestimmten Teilen von Halbleitern aufzutragen, um die Herstellung von ganzen Feststoffschaltungen auf einzelnen Halbleiterchips zu erleichtern. Zahlreiche andere Anwendungen der Verfahren und Geräte gemäß der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann im Rahmen des Erfindungsprinzips möglich.

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Claims

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Patentansprüche

j Gerät zum Auftragen einer dünnen Schicht auf einer Unterlage, mit einer Emissionsvorrichtung für Molekularteilchen einer bestimmten Verbindung, Beschleunigungsund Leitelementen, mittels derer die Teilchen zu einem bestimmten Kollektorbereich geleitet werden, der in Abstand von der Emissionsvorrichtung angeordnet ist und die zu beschichtende Unterlage umfaßt, und einer Vorrichtung, mittels derer ein Hochvakuum in einem Raum aufrechterhalten wird, der die Emissionsvorrichtung, die Beschleunigungs- und Leitelemente und den Hol lekt orb ere ich umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gerät zur wahlweisen Ionisierung der emittierten Teilchen nach ihrer Emission vorgesehen ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionisiergerät eine Vorrichtung aufweist, mittels derer elektrisch geladene Teilchen in die Nähe der emittierten Molekularteilchen geschickt werden, um die Ladungder Molekularteilchen zu erhöhen.
3. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung/einer während des Teilchenbeschusses aufgebauten Oberflächenladung auf der Unterlage.
4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lonisiergerät mehrere Feldverstärker-Elektroden aufweist.
5.'Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden eine Vielzahl von geschärften oder zugespitzten Teilen umfassen, die in Nähe der Bewegungsbahn der Teilchen aufgereiht sind, die sich unter dem Einfluß der Beschbunigungs- und Leitelemente bewegen.

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6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mindestens einen Ionisierring umfassen, der eine Vielzahl von Nadeln mit feinen Spitzen aufweist, die an dem Ring befestigt sind und im wesentlichen in gleichen Abständen um den Ring angeordnet sind, wobei die Spitzen der Nadeln nach innen weisen und im wesentlichen in gleichen Abständen von dem Mittelpunkt des Ringes angeordnet sind.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ringe an entgegengesetzten Seiten des Ionisierrings angeordnet sind, wobei alle Ringe in Abstand voneinander in der Bewegungsrichtung der Teilchen aufgereiht sind.
8. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mehrere Flügel aufweisen,.die im wesentlichen auf die Richtung der Bewegung der Teilchen durch die Beschleunigungs- und Leitelemente ausgerichtet sind und im wesentlichen in gleichen Abständen um einen Umfangsbogen angeordnet sind.
9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungs- und LeitBlemente ein Kollektorelement in Form eines Schirmsumfassen, der in dem Kollektorbereich jenseits der Unterlage in der Bewegungsrichtungder Teilchen angeordnet· ist.
10. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die Unterlage auf einem Tragrahmen in dem Kollektorbereich angeordnet ist und eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels derer dem Tragrahmen wahlweise ein HF-moduliertes Signal zugeführt wird, um eine Entladung der aufgebauten Oberflächenladung herbeizuführen.

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11. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenentladungseinrichtung mindestens ein radioaktives Isotopenelement umfaßt, das so angeordnet ist, daß die Unterlage bestrahlt wird,
12. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur wahlweisen Absperrung der Teilchen von den Beschleunigungs- und Leitelementen vorgesehen ist.
13. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Emissionsvorrichtungen und Teilchenleitelemente in Gruppen angeordnet sind, und daß ein Gerät vorgesehen ist, durch das die Unterlage in einem fortlaufenden Streifen an jeder Gruppe vorbeigeführt wird, um die dünne Schirht auf mindestens einer Seite des Streifens aufzutragen.
14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß

die Gruppen und die Bewegungsbahn des Streifens so angeordnetsind, daß auf entgegengesetzten Seiten der Streifen dünne Schichten aufgetragen werden.
15. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Elemente zur Erzeugung magnetischer Felder für die Ablenkung bestimmter Teilchen von einer geradlinigen Bewegungsbahn vorgesehen sind, so daß die Teilchen auf Unterlagen auftreffen, die außerhalb dergeradlinigen Bewegungsbahn angeordnet sind.
16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Erzeugung magnetischer Felder so angeordnet sind, daß sie bestimmte.Teilchen von anderen Teilchen trennen und die ausgewählten Teilchen so leitend, daß sie auf den Unterlagen auftreffen.
17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Erzeugung der magnetischen Felder mehrere

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Ringmagneten umfassen, die so angeordnet sind, daß sie die ausgewählten Teilchen über eine bestimmte bogenförmige Bahn ablenken und in Richtung auf die Unterlagen leiten.
18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prallfläche vorgesehen ist, die dazu dient, diejenigen Teilchen aufzufangen, diöfiicht wahlweise in Richtung auf die Unterlagen geleitet werden.
19. Verfahren zum Auftragen einer dünnen Schicht auf einer Unterlage, bei dem von einer Quelle des aufzutragenden Stoffes Teilchen emittiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen nach ihrer Emission von der Stoffquelle ionisiert werden und daß die Teilchen beschleunigt und in Richtung auf eine Unterlage gelenkt werden, die genügend weit von der Stoffquelle entfernt - ist, um eine dünne Schicht mit einer gewünschten Durchdringungstiefe und Dicke auf der Unterlage aufzutragen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die bei dem Auftraffen der geladenen Teilchen auf der Unterlage aufgebaute Ladung entfernt wird.
21. Herstellungsverfahren unter Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 19, bei dem die Unterlage eine verhältnismäßig dünne, biegsame Plastikfolie ist, dadurch 'gekennzeichnet daß ein Teil der Folie auf einer Seite einer verhältnismäßig dicken Plastikplatte befestigt wird, die die gewünschten physikalischen Eigenschaften des fertigen Erzeugnisses mit Ausnahme der Härte aufweist, so daß sich die dünne Schicht entlang der Aussenfläche des Verbundkörpers befindet, und daß dem Verbundkörper die gewünschten Abmessungen des fertigen Erzeugnisses gegeben werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Teil der verhältnismäßig dünnen Folie an der

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zweiten Seite der verhältnismäßig dicken Platte befestigt wird, so daß sich die dünne Schicht entlang der Aussenfläche des Verbundkörpers befindet.
23. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der aufzutragende Stoff eine Färbungssubstanz enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die herzustellende Vorrichtungeiner ultravioletten Bestrahlung ausgesetzt wird, um die.gewünschte Färbung in der aufgetragenen Schicht zu entwickeln.
24. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß für den aufzutragenden Stoff Bestandteile ausgewählt werden, die einander ausgleichende Temperaturausdehnungskoeffizienten haben, um einen geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten für den aufgetragenen Film zu erhalten.
25. Erzeugnis, von dem mindestens ein Teil durch den Beschüß einer Unterlage mit ionisierten Teilchen eines bestimmten Stoffes erzeugt worden ist, bestehend aus einer Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Schicht auf der Unterlage aufgetragen und in die Unterlage eingeschlossen ist, wobei die Tiefe des Einschlusses zwischen einigen Ta'usend Angström und einigen Mikron beträgt.
26. Erzeugnis nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugnis eine Brillenlinse ist, die aus einer Plastikunterlage und einer darauf aufgetragenen dünnen Schicht besteht.
27. Erzeugnis nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,daß eine Platte aus verhältnismäßig zähem Stoff mit einer an sich verhältnismäßig weichen Oberfläche zwischen zwei biegsamen Folien geschichtet ist, die jeweils an ihrer Aussenfläche einen härtenden Film aufweisen, der durch ein Auftragungsverfahren aufgetragen ist, und daß der aus der Platte und den Folien bestehende schichtartig aufgebaute Verbundkörper eine Fensterscheibe ist.

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