DE2641232C2 - Schichtaufbau und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Schichtaufbau und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Stand der Technik
50
Die Erfindung geht aus von einem Schichtaufbau nach der (iattung des Hauptanspruches. Es ist bereits ein
Schichtaufbau bekannt (US-PS 24 82 054) bei dem eine zusammenhängende, die Subsiratobcrfläche optimal
abbildende Zwischenschicht aus einer Metallverbindung aufgebracht ist. welche die Haftfestigkeit einer darüberliegenden
Metallschicht und deren Korrosionsslabilität bei der Einwirkung von Wasserdampf und anderen
korrosiven Gasen verbessen. Als Metallverbindungen, die auf einer glas- oder keramikartigen Unterlage
aufgebracht werden, sind in dieser Vorveröffentlichung Oxide. Sulfide. Sulfate. Bromide, Chloride, Iodide,
Wolframale und Fluoride von Metallen genannt.
Hie Förderung nach ein·:1!· vollständigen Hedockunsr
dc ^iibsii ales i:i;i der \lelail\ ei bindung, welche die
Zwischenschicht /wischen dem Substrat und einer
JiIiIiHMi M ct.ilK In·.. In bildet, w lid damit beg runde I. dall
.lüein die Mnleku: i.u kraltc /wischen der Metallverbin
bO dung der angrenzenden Substratoberfläche einerseits
und der Metallschicht andererseits für die gute Haftfestigkeit und Korrosionsstabilität maßgebend sind.
Es wird daher gefordert, daß die Zwischenschicht lückenlos die gesamte Oberfläche des Substrates
bedeckt.
Die Herstellung einer Zwischenschicht, wie sie aus der US-PS 24 83 054 bekannt ist, stößt jedoch in der
Praxis auf erhebliche Schwierigkeiten. Diese bestehen einerseits in dem geringen Dampfdruck der vorgeschlagenen
Materialien, so daß ein erheblicher apparativer Aufwand notwendig ist, um eine das Substrat vollständig
bedeckende, zusammenhängende Zwischenschicht aufzudampfen. Dieser Nachteil wiegt noch schwerer,
wenn die Zwischenschicht auf ein laufendes Band aufgedampft werden soll in Verbindung mit einer
darüberliegenden Metallschicht, da bei einem derartigen Verfahren die Aufdampfbedingungen der beiden
Schichten stark unterschiedlich sind, was das Aufdampfen in einem Arbeitsgang nahezu unmöglich macht; dies
gilt insbesondere bei hohen Bandgeschwindigkeiten von bis zu 12 m/s, wie sie in der Kondensatorfertigung
durchaus auftreten.
Weiterhin ist es bekannt (DE-AS 1100815), ein Papiersubstrat durch Aufdampfen sehr geringer Mengen
eines hochsiedenden Metalls vorzubekeimen. welche in so geringer Menge aufgedampft werden, daß
sie die Oberfläche des Papiers nicht vollständig bedecken. Zur Verringerung der durch die Vorbekeimungsmetalle
verursachten Korrosionserscheinungen wurde vorgeschlagen, zusätzlich in einem weiteren
Arbeitsgang eine zweite Vorbekeimung durchzuführen mit einem Metall, welches unedler sein sollte als das
Belagmetall.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere
für die Verwendung bei elektrischen Kondensatoren, eine haftfeste und stabile Zwischenschicht in einem
Schichtaufbau aufzubringen, welche sich mil vertretbarem
apparativen Aufwand herstellen läßt, insbesondere in einem Arbeitsgang mil einer darüberliegenden
Schicht, und welche gute haftvcrmittclnde und korrosionshindernde Eigenschaften für die gesamte Schichikombinaiion
schafft. Hierbei gilt es insbesondere einen Schichtaufbau zu finden, welcher sich bei den geringen
Abscheideraten der Metallverbindung in der Praxis ohne Schwierigkeiten auch auf einem laufenden Band
herstellen läßt, ohne daß die Bandgeschwindigkeit unter ein wirtschaftlich vertretbares Maß gesenkt werden
muß.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Schichtaufbau mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruches hat den bekannten Schichtanordnungen gegenüber den Vorteil,
daß er bei guten haftvermiuelnden und korrossionsschützenden
Eigenschaften sehr viel einfacher und wirtschaftlicher aufgebracht werden kann. Bei der
Verwendung der erfindungsgemäßen Dünnschichtkombination für einen elektrischen Kondensator eignet sich
die gefundene Lösung sowohl bei imprägnierten als auch bei nichtimprägnierten Kondensatordielektrika,
wobei die Anwendung höherer Feldstärken als bisher möglich ist, ohne daß unzulässige Veränderungen de·
elektrischen Eigenschaften de:. Kondensators auftreten. I'.in bei früher verwendeten Dielektrika im Zusammenbau;:
mit hohen Feldstärken häufii: beob.i·. hicier
ki eisli'rmiger Schichlabbau Hill nicht mehr aiii. I dieses
Kunstitie Ergebnis bei einer nur leilweisen IScdei k;iii^
der Substralobcrfläche mi. einer Zwischenschicht aus einem Metalloxid und/oder Metallmischovid oder
Aluminiumhydroxid war nicht zu erwarten. Den bekannten Verfahren gegenüber hat das erfindungsgemäße
Verfahren neben seiner überraschenden Einfachheit in technischer Hinsicht auch erhebliche wirtschaftliche
Vorteile, welche einerseits in einem beachtlich geringeren apparativen Aufwand und andererseits in
einer wesentlich höheren Produktivität liegen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Schichtaufbaus möglich. Als besonders vorteilhaft für
die Zwischenschicht in einer Dünnschichtkombination hat sich die Verwendung der Oxide oder Mischoxide der
Metalle Wolfram, Blei, Antimon und Wismut, aber auch der Metalle Aluminium. Magnesium. Cadmium. Chrom.
Zinkon, Nickel, Kobalt, Mangan, Molybdän, Beryllium, Indium, Titan und Barium sowie die Oxide der
metallähnlichcn Elemente Silicium und Bor herausgestellt. Die Oxide sind deshalb besonders vorteilhaft, weil
sie elektrochemisch realliv inaktiv sind und weil sie ferner bei ihrer eventuellen Zersetzung, beispielsweise
während eines selbsthcilenden elektrischen Durchschlags in einem Kondensator, in harmlose Produkte
aufgespalten werden. Dagegen können beispielsweise Schwefel enthaltende Verbindungen schädliche Nebenwirkungen
ausüben. Aus der Gruppe der Metalloxide heben sich wiederum diejenigen besonders vorteilhaft
heraus, die bei direkter oder indirekter thermischer Verdampfung des Oxids und umgebendem Fremdgasdruck
von bis zu 0,1 Torr einen im Sinne der Aufgabenstellung ausreichend hohen Dampfdruck aufweisen,
wie dies beispielsweise bei den Oxiden von Wolfram, Blei, Antimon und Wismut der Fall ist.
Beispielsweise in Kombination mit Zinkschichten der Dicke 100 bis 200 A oder der Flächendichte 10 bis
15ng/cm: auf Papier- und Kunststoffbändern für
Kondensatoren und Registrierzwecke ergeben sich überlegene Eigenschaften des erfindungsgemäßen
Schichtaufbaus. Die Korrosionsbeständigkeit ist hoch und bei Kondensatordiclektrika mit dem erfinJungsgemäßen
Schichtaufbau werden wesentlich höhere elektrische Belastungen zulässig, ohne daß sich beispielsweise
der bei älteren Schichtkombinationen häufig in Verbin- · dung mit hohen Feldstärken beobachtete kreisförmige
Schichtabbau und somit eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Kondensators ergibt.
Die erfindungsgemäße Schichtkombination besitzt darüber hinaus den Vorteil, daß bei der Verwendung in ;
einem Kondensator die Regenerierfähigkeit aufgrund der dünneren Schicht wesentlich verbessert wird. Bei
Polypropylenfolien lassen sich Nennfeldstärken von mindestens 50 V/um erreichen, ohne daß unzulässige
Vi./änderungen des Dielektrikums eintreten. Es ergibt ■
sich somit neben der Stoffeinsparung auch eine erhebliche Volumeni-insparung. die bei modernen
Bauelementen immer mehr angestrebt wird. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich auch bei imprägnierten
selbstheilenden Kondensatoren. Bei Registriermetallpapieren
wird insbesondere die durch Korrosionseinflüsse begrenzte Lagerfähigkeit erheblich verbessert; während
sich bei bekannten Schichten nach längerer Lagerung durch Oxidation und Korrosion Fehlstellen
n durch unvollständigen Ausbrand ergaben, erhält man bei der crfindungsgemäßen Dünnschichtkombination
aufgrund der praktisch unveränderten elektrischen Eigenschaften des Registrierpapiers auch nach langer
Lagerzeil noch einwandfreie Aufzeichnungsqualität.
> Die ein Substrat nur unvollständig bedeckende Zwischenschicht kann statt durch Verdampfen der
Verbindung auch reaktiv, durch Aufdampfen des reinen Metalls in Gegenwart der jeweiligen anderen Reaktionspartner
hergestellt weiden. Ein Beispiel hierfür ist die Herstellung von Aluminium-Oxid-Inseln. also eine
nur teilweise Belegung der Substratoberfläche durch Verdampfer/ von Aluminium bei hinreichend geringen
Verdampfungsraten: die Aluminiumatome werden entweder während ;hres Transportes zur Substratoberflä
ehe oder auf der Substratoberfläche mit vorhandenem Restsauersioff oder Restwasser reagieren, wobei
Aluminiumoxid oder Aluminiumhydroxid gebildet und auf der Oberfläche feslhaftend niedergeschlagen wird.
Dies geschieht besonders einfach bei einem Restgasdruck zwischen 1 urd 0,01 Torr, der für beispielsweise
Zink-Bedampfung von Bändern noch zulässig ist und mit dessen Hilfe eine zu hohe Abdampfrate des
Aluminiums und damit die Gefahr eines zu hohen Aluminiumangebotes vermieden wird. Ähnlich kann bei
anderen Oxiden geringeren Dampfdrucks, beispielsweise den Oxiden χ on Indium, Beryllium, Nick?!. Kobalt
verfahren werden. Weiterhin kann es je nach Anforderung oder vorhandener technischer Ausrüstung vorteilhaft
sein, verschiedene Metallverbindungen und/oder verschiedene .Schichtmetalle in der gleichen Schichtkombination
.tu verwenden.
Eine besonders gute Haftfestigkeit der verschiedenen Komponenten des Schichtaufbaus untereinander ergibt
sich dann, wenn Metalle und Metallverbindungen mit geringer Fehlanpassung zwischen den Kristallgittern
benutzt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Gitterabstände oder die Kantcnlängcn der Einheits/ellcn
etwa gleich groß sind oder etwa ein ganzzahliges Vielfaches zueinander bilden. Bei einer derartigen
geringen Fehlanpassung ist die Haftung der verschiedenen Stoffe aneinander und die Beständigkeit tier
Metallschicht sehr gut und dieses Kriterium kann beider
Auswahl der Stoffe zur Erhöhung der F.ITekti\ ilat berücksichtigt werden.
Claims (7)
1. Schichtaufbau, insbesondere fur einen elektrischen
Kondensator, mit wenigstens einer auf einen Träger aus Isolierstoff aufgebrachten, anorgani- ■->
sehen Verbindung, die Metall enthält, und jeweils einer darüberliegenoen Metallschicht, dadurch
gekennzeichnet, daß die anorganische Verbindung aus mindestens einem Metalloxid und/oder
Metallmischoxid oder Aluminiumhydroxid besteht und daß diese die Trägeroberfläche nur unvollständig
bedeckt.
2. Schichtaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus Aluminium
oder Zink und/oder Cadmium besteht. r>
3. Schichtaufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Verbindungen
Metalloxide und/oder Mischoxide der Metalle Aluminium, Magnesium, Wismut, Antimon, Blei,
Cadmium, Wolfram, Molybdän, Beryllium, Indium, Titan, Barium. Chrom, Zirkon. Nickel, Kobalt.
Mangan sind.
4. Schichtaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein
Papier- oder Kunststoffband ist. 2,
5. Schichtaufbau nach einem der vorhergenenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Meiaüen und Metallverbindungen mit geringer
Fehlanpassung zwischen den Kristallgittern.
6. Schichtaufbau nach Anspruch 5, dadurch ge- jo kennzeichnet, daß die Gitterabstände oder die
Kantenlängen der Einheitszellen etwa gleich groß sind oder etwa ein ganzzahliges Vielfaches zueinander
bilden.
7. Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbau^ κ,
nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die verschiedenen Schichten durch thermisches
Aufdampfen auf ein bandförmiges Substrat in einem fortschreitenden Arbeitsverfahren aufgebracht werden
bei umgebenden Frcmdgasdrucken s 1 Torr. dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen
Verbindungen reaktiv durch Verdampfen ihrer reinen Metallanteile und deren anschließender
Reaktion mit den anderen Vcrbindungsbestandieilen
hergestellt werden. 4ϊ
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| DE2641232A DE2641232C2 (de) | 1976-09-14 | 1976-09-14 | Schichtaufbau und Verfahren zu seiner Herstellung |
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