DE2757374C2 - Verfahren zum kontinuierlichen Beschichten eines für Bürstenkontakte in elektrischen Maschinen geeigneten Graphitkörpers sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum kontinuierlichen Beschichten eines für Bürstenkontakte in elektrischen Maschinen geeigneten Graphitkörpers sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number
DE2757374C2
DE2757374C2 DE19772757374 DE2757374A DE2757374C2 DE 2757374 C2 DE2757374 C2 DE 2757374C2 DE 19772757374 DE19772757374 DE 19772757374 DE 2757374 A DE2757374 A DE 2757374A DE 2757374 C2 DE2757374 C2 DE 2757374C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
graphite
coating
graphite body
substance material
substance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE19772757374
Other languages
English (en)
Other versions
DE2757374A1 (de
Inventor
Heinrich Dipl.-Phys. Dr. 8552 Höchstadt Diepers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE19772757374 priority Critical patent/DE2757374C2/de
Priority to GB20897/78A priority patent/GB1601427A/en
Priority to FR7817670A priority patent/FR2395327A1/fr
Priority to JP7480278A priority patent/JPS548610A/ja
Priority to US05/917,383 priority patent/US4461689A/en
Priority to JP16447778A priority patent/JPS54132490A/ja
Publication of DE2757374A1 publication Critical patent/DE2757374A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2757374C2 publication Critical patent/DE2757374C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/024Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
    • C23C14/025Metallic sublayers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/021Cleaning or etching treatments
    • C23C14/022Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F11/00Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
    • D01F11/10Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
    • D01F11/12Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon with inorganic substances ; Intercalation
    • D01F11/127Metals
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F11/00Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
    • D01F11/10Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
    • D01F11/16Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon by physicochemical methods

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Beschichten eines für Bürstenkontakte in elektrischen Maschinen geeigneten Körpers aus Graphit aus der Dampfphase mit einer dünnen Schicht aus einem elektrisch gut leitenden Substanzmaterial sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Solche Verfahren mit zugehörigen Vorrichtungen sind bereits bekannt. Bei einem in der deutschen OffenlegungEschrift 16 96 487 beschriebenen Verfahren zur Beschichtung von Kohlenstoffäden werden diese zunächst einem wäßrigen Oxidationsmittel ausgesetzt und anschließend in eine Reaktionslösung eingebracht, die das abzuscheidende Substanzmaterial, ein Metall, enthält. In einer Reduktionsreaktion wird dann das Metall auf den vorbehandelten Oberflächen der Kohlenstoffäden abgeschieden. Derartige, insbesondere mit einem Metallüberzug versehene Fasern werden zum Aufbau von Faserkontaktbürsten benötigt, die zur Stromübertragung zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Maschinenteil einer elektrischen Maschine, beispielsweise einer Unipolarmaschine, verwendet werden. Bei dem bekannten Verfahren besteht jedoch die Gefahr, daß die einzelnen Fasern während des Beschichtungsvorganges aneinanderhaften und somit nur eine ungleichmäßige Beschichtung erreicht wird.
Diese, insbesondere bei sehr dünnen Einzelfasern bestehende Gefahr kann auch bei dem aus der britischen Patentschrift 13 09 252 bekannten Verfahren nicht völlig ausgeschlossen werden. Obwohl bei diesem Verfahren das Faserbündel vor dem eigentlichen Beschichtungsvorgang durch eine sich in Bewegungsrichtung des Bündels erweiternde Kammer geführt und dabei mehreren in Reihe angeordneten Flüssigkeitsstrahlen ausgesetzt wird. Da die Anzahl der Flüssigkeitsstrahlen, die senkrecht zur Führungsrichtung des Bündels gerichtet sind, in Bewegungsrichtung des Bündels stetig zunimmt, werden die Fasern in entsprechender Weise auseinandergespreizt. Dieses Verfahren ist jedoch verhältnismäßig aufwendig und setzt voraus, daß die Fasern im Faserbündel nicht verdrillt sind. Mit dem bekannten Verfahren zur stromlosen oder galvanischen Abscheidung kann außerdem nur eine sehr beschränkte Anzahl von Metallen als Substanzmaterialien auf den Fasern aufgebracht werden. Darüber hinaus bestehen dort Schwie-
bo rigkeiten, eine befriedigende Haftung und eine große Leitfähigkeit zu erreichen.
Aus dem älteren Patent gemäß DE-PS 27 27 683 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Beschichten eines für Bürstenkontakte in elektrischen Maschinen geeigne-
bj ten besonderen Graphitkörpers bekannt, bei welchem Verfahren der Graphitkörper zunächst einer Ätzbehandlung durch Beschüß mit Ionen eines Inertgases unterzogen wird und bei dem ohne Unterbrechung daran
anschließend zumindest ein Teil des Substanzmaterials mittels des an sich bekannten lonenplattierens auf dem Graphitkörper abgeschieden wird. Das dort beschriebene und unter Schut gestellte Verfahren bezieht sich jedoch ausschließlich auf die Beschichtung von einzelnen, zu einem Bündel zusammengefaßte.1. Fasern als Graphitkörper. Diese Fasern sind zwangsläufig verhältnismäßig lang.
Unter lonenplattieren versteht man einen Verda/npfungsprozeß, bei dem die abzuscheidenden Atome oder Moleküle in einem Plasma zum Teil ionisiert werden und in einem elektrischen Feld mit höherer Energie auf den zu beschichtenden Graphitkörper auflreffen (»Vakuumtechnik«, 1976, Seiten 65 bis 72 und Seiten 113 bis 120).
Substar.zmaterialien lassen sich auch durch Kathodenzerstäubung auf Graphitkörpern abscheiden (»Vakuumtechnik«, 1975, Seiten 1 bis 11). Dabei wird zwischen zwei Elektroden in einem Plasma ein Gasentladungsprozeß hervorgerufen. In dem hierfür erforderlichen elektrischen Feld werden die Gasionen in Richtung auf eine Kathode beschleunigt. Wenn sie auf der Kruhodenoberfläche mit einer Energie bis zu einigen kcV auftreffen, lösen sie einerseits Sekundär-Elektronen aus, die für die Aufrechterhaltung des Gasentladungsprozesses erforderlich sind, andererseits schlagen sie durch Stoßprozesse Kathodenmaterial heraus. Die so entstandenen, zumeist elektrisch neutralen Partikel aus dem Kathodenmaterial diffundieren durch das Gas und treffen mit mittleren Energien von einigen eV auf den zu beschichtenden Körper, der die Anode darstellt. Diese Partikel können dort jedoch im allgemeinen nur zu einer sehr dünnen Schicht niedergeschlagen werden, da die erreichbare Kondensationsrate im Vergleich zum reinen A jfdampfen verhältnismäßig niedrig und beispielsweise etwa lOOmal kleiner als beim Aufdampfen ist.
An graphithaltige Körper wie beispielsweise Faserbündel, die für Bürsten in rotierenden Maschinen vorgesehen werden sollen, sind besonders hohe Anforderungen zu stellen. Diese Anforderungen bestehen insbesondere darin, daß gut elektrisch leitende Materialien, beispielsweise Kupfer oder Silber, mit nahezu der Leitfähigkeit des Massivmaterials in einer verhältnismäßig dünnen Schicht aufgebracht werden müssen. Außerdem soll eine gute Haftung zwischen den verschiedenen Materialien erreicht werden. Dies ist aber bei nicht-carbidbildenden Metallen wie beispielsweise Kupfer, Silber oder Gold schwierig. Darüber hinaus sollen Korrosionserscheinungen der aufgebrachten Schichtmaterialien vermieden werden können. Gegebenenfalls muß also die Möglichkeit eines Korrosionsschutzes bestehen. Ferner soll die Reibung längs der einzelnen Graphitkörper auch bei einer dichten Packung der Graphitkörper innerhalb eines Bündels gering sein, da der einzelne Graphitkörper in einem solchen Bündel jeweils als elastisch aufgehängter Kontaktpunkt zu betrachten ist, der dem Oberflächenprofil des rotierenden Maschinenteiles möglichs exakt folgen soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bezüglich der an Graphitkörper für Bürstenkontakte zu stellenden Anforderungen zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Graphitkörper ein Filz oder eine Matte aus kurzen Graphitfasern oder eine Graphitfolie vorgesehen wird, daß dieser Graphitkörper zunächst einer Ätzbehandlung durch Beschüß mit Ionen eines Inertgases unterzogen wird und daß ohne Unterbrechung daran anschließend zumindest ein Teil des Substanzmaterials mittels eines an sich bekannten lonenplattierungsverfahrens auf dem Graphitkörper abgeschieden wird.
Dadurch ergeben sich wesentliche Vorteile, die insbesondere in einer verbesserten Haftung des abgeschiedenen Materials und verhältnismäßig hohen Aufwachsraten bis zu einigen Mikrometern pro Minute bestehen. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des beschriebenen Verfahrens anhand einer in der Zeichnung dargestellten und zur Verfahrensdurchführung geeigneten Vorrichtung näher erläutert
Bei den zu beschichtenden Graphitkörpern handelt es sich um Graphitfilze, d. h. fiizartige Gewebe von kurzen Graphitfasern, in denen die Fasern willkürlich und regellos orientiert sind, oder auch Graphitmatten, d. h. nur papierstarke Schichten aus ebenfalls kurzen Graphitfasern, oder Graphitfolien, die durch thermische Zersetzung von Graphiteinlagerungsverbindungen und Verbpressen der anfallenden Graphitflocken hergestellt sein können. In allen Fällen liegen hochgraphitierte Materialien vor.
Mit der in der Figur dargestellten Vorrichtung können solche Graphitkörper beliebiger Länge mit elektrisch gut leitenden und gut haftenden Schichten, z. B. aus Kupfer, Nickel, Kobalt, Silber oder Gold, mittels lonenplattierens beschichtet werden. Die Dicke dieser Schichten ist sehr gering und beträgt beispielsweise etwa 1 μπι. Es können jedoch auch dickere Schichten aufgebracht werden.
Die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignete Vorrichtung enthält zwei nebeneinanderliegende Beschichtungskammern 2 und 3 zum Hauptbeschichten und gegebenenfalls zum Nachbeschichten eines Filzes 5 aus Graphitfasern, der beispielsweise eine Dicke von weniger als einige Zehntel mm hat. Jede Beschichtungskammer ist an ihrem Bodenteil 7 bzw. 8 mit einem Tiegel 10 bzw. 11 versehen, in dem ein auf den Fasern des Filzes 5 abzuscheidendes Substanzmaterial 13 bzw. 14 angeordnet ist. Ferner ist in den Bodenteilen je eine Öffnung 16 bzw. 17 vorgesehen. Über diese öffnungen sind die Innenräume der beiden Beschiciitungskammern 2 und 3 mit einem Vakuumraum 19 verbunden und werden von dort aus abgepumpt. Dieser Vakuumraum kann über einen Pumpstutzen 20 auf einen Restgasdruck von beispielsweise unter 0,1 Pa evakuiert werden. In die Innenräume der Beschichtungskammern 2 und 3 kann jeweils an einem Gaseinlaß 22 bzw. 23 ein Inertgas eingelassen werden, das auch als Plasmagas oder Arbeitsgas bezeichnet wird und beispielsweise Argon ist. Über die entsprechenden Einlaßventile 24 und 25 wird dabei der Gasstrom des eingelassenen Plasmagases durch die Beschichtungskammern so einreguliert, daß sich in ihnen ein vorbestimmter Arbeitsdruck von beispielsweise 0,1 bis 1 Pa einstellt. Dieser Arbeitsdruck kann dynamisch konstant gehalten werden, d. h. an den Einlaßventilen 24 und 25 wird nur soviel Gas 7.ugeführt, daß sich der gewünschte Arbeitsdruck bei gleichzeitigem Abpumpen der Innenräume der beiden Beschichtungskammern an den öffnungen 16 bzw. 17 einstellt.
Zur Verdampfung der Substanzmaterialien 13 und 14 sind zwei sogenannte Elektronenstrahl-Verdampfer vorgesehen. Hierzu sind in der Vakuumkammer 19 zwei Elcktronenstrahlquellen 27 und 28 angeordnet. Der von
to der Elektronenstrahlquelle 27 erzeugte Elektronenstrahl 30 kann um 270° abgelenkt werden und wird so geführt, daß er durch die öffnung 16 in dem Bodenteil 7 tritt und auf das Siibstanzmaterial 13 im TipppI 10 mffi
Dabei wird das Substanzmaterial 13 verdampft und der Dampfstrom teilweise ionisiert. In entsprechender Weise tritt der von der Elektronenstrahlquelle 28 erzeugte Elektronenstrahl 32 durch die Öffnung 17 in den Bodenteil 8 und Verdampft das Substanzmaterail 14 unter gleichzeitiger teilweise Ionisierung des Dampfes.
Der zu beschichtende Filz 5 aus kurzen Graphitfasern kann eine beliebige Länge haben und beispielsweise auf einer Rolle 34, die in einer der Beschichtungskammer 2 benachbarten, evakuierbaren Seitenkammer 36 angeordnet ist, aufgespult sein. Der Filz wird durch eine Rohrblende 38 aus Isolationsmaterial in der Trennwand zwischen den beiden Kammern 2 und 36 in die Beschichtungskammer 2 hineingezogen. Zur Führung des Filzes 5 sind in dieser Beschichtungskammer zwei Führungsroüen 40 vorgesehen. Der Filz 5 gelangt dann von der ersten Beschichtungskammer 2 in die zweite Beschichtungskammer 3 durch eine in ihrer gemeinsamen Trennwand 42 angeordnete öffnung 43.
Nachdem der Graphitfaserfilz auch durch diese Beschichtungskammer, in der zur Führung weitere Führungsrollen 44 vorgesehen sind, hindurchgezogen ist, wird er durch eine Rohrblende 46 aus Isolationsmaterial in eine der Beschichtungskammer 3 benachbarte, evakuierbare Seitenkammer 48 gezogen, wo er auf eine weitere Rolle 49 aufgespult werden kann.
Um auf dem Filz 5 aus dem Graphitfasern in den beiden Beschichtungskammern 2 und 3 mittels lonenplattierens nun die Substanzmaterialien 13 und 14 aufbringen zu können, muß der Filz auf ein gegenüber den Wänden der Beschichtungskammern und somit auch gegenüber den die Substanzmaterialien aufnehmenden Tiegeln 10 und 11 negatives Potential von einigen kV, beispielsweise 5 kV, gelegt werden. Die Kammern befinden sich zweckmäßig auf Erdpotential. Es kann somit zwischen dem Graphitfaserfilz 5 und den Bauteilen in seiner Umgebung, die sich auf Erdpotential befinden, also bevorzugt in dem in der Figur mit 52 bzw. 53 bezeichneten Dampfstrahl zwischen dem Filz 5 einerseits und der Dampfquelle in dem Tiegel 10 bzw. 11 andererseits ein Gasentladungsplasma gezündet werden. Das Plasma ist durch eine mit 54 bzw. 55 bezeichnete Wolke veranschaulicht. Es dient neben dem Elektronenstrahl 30 bzw. 32 vor allem als Ionisierungsquelle für das verdampfte Substanzmaterial 13 bzw. 14. Das nunmehr ionisierte, dampfförmige Substanzmaterial wird neben den ionisierten Atomen des Arbeitsgases auf den Filz hin beschleunigt und somit auf die Oberfläche der einzelnen Fasern des Filzes geschossen. Dadurch erhält man in der Grenzschicht zwischen dem Graphitmaterial und dem abgeschiedenen Substanzmaterial eine gute Haftung, !π gleicher Weise wirken neutrale Atome des Arbeitsgases oder Atome des Aufdampfmaterials, die durch Stöße mit Ionen beschleunigt wurden oder zuvor als Ionen beschleunigt und durch Ladungsaustausch neutral wurden.
Die negative Hochspannung kann beispielsweise über die Führungsrollen 40 oder 44 an den Graphitfaserfilz 5 angelegt werden.
Um eine Plasmazündung auch in den Seitenkammern 36 und 38 auszuschließen, muß der in diesen Kammern herrschende Druck kleiner als der in den Beschichtungskammern 2 und 3 herrschende Druck sein. Die Kammern müssen deshalb über ihren entsprechenden Pumpstutzen 57 bzw. 58 beispielsweise auf einen Druck kleiner als 0,1 Pa evakuiert werden.
Bevor der Graphitfaserfilz 5 in den Bereich des ersten Plasmas 54 innerhalb der ersten Beschichtungskammer 2 gelangt, wird er durch eine rohrförmige Ätzvorrichtung 60 mit rundem oder rechteckigem Querschnitt geführt. Diese Ätzvorrichtung hat eine negative Vorspannung gegenüber den auf Erdpotential liegenden Teilen ■5 der Beschichtungskammer. Diese Vorspannung ist jedoch gegenüber der an den Filz 5 angelegten Hochspannung geringer und beträgt beispielsweise einige — 100 V. Somit ist der Graphitfaserfilz 5 auch gegenüber der Ätzvorrichtung 60 negativ vorgespannt. In der
ίο Ätzvorrichtung können deshalb die Fasern des Filzes zunächst durch ein Kathodenstrahl-Ätzcn, das auch als Sputterätzen bezeichnet wird, gereinigt werden. Hierzu kann die erforderliche Energie von einem in der Figur nicht dargestellten Generator über eine Zuführungslei-
tung der Ätzvorrichtung 60 zugeführt werden. Die Ätzrate kann durch, die Größe der negativen Vorspannung eingestellt werden. Aufgrund dieser negativen Vorspannung des Filzes 5 gegenüber der Ätzvorrichtung 60 findet in dem in der Ätzvorrichtung gezündeten Plasma 61 nur eine Zerstäubung des Fasermaterials an seinen Oberflächen statt, wodurch es gereinigt wird. Man erhält dadurch eine bessere Haftfähigkeit der Faseroberflächen für das abzuscheidende Substanzmalerial. Der Filz gelangt hinter dieser Vorrichtung in den ersten Plasmabereich 54 der Hauptbeschichtung, wo er beispielsweise mit Kupfer als Substanzmaterail beschichtet wird. Nach Durchlaufen dieses Plasmabereiches gelangt er in den zweiten Plasmabereich 55 in der zweiten Beschichtungskammer 3, wo eine Nachbeschichtung mit dem Substanzmaterial 14vorgenommen werden kann. Diese Nachbeschichtung kann beispielsweise zum Korrosionsschutz dienen und mit Kobalt, Nickel oder Niobdiselenid NbSe: als Substanzmaterial vorgenommen werden.
Bei dem beschriebenen Verfahren wird zunächst bei einer kalten Verdampfungsquelle, d. h. beispielsweise nur mit Hilfe eines Argon-Plasmas, das Graphitmaterial des zu beschichtenden Körpers durch Ionenbombardement gereinigt, d. h. einer Ätzbehandlung unterzogen und wird ohne Unterbrechung noch während dieses Reinigungsprozesses zunehmend stärker in den Ionenpiattierungsvorgang übergegangen, bis dessen Aufdampfrate die Ätzrate des Reinigungsprozesses in gewünschter Weise überwiegt. Man erhält so einstellbare Konzentrationsgradienten in der Grenzschicht zwischen dem Graphitmaterial und dem Substanzmaterial und kann auf diese Weise sonst nicht oder nur sehr schwer verbindbare Materialien zur Haftung auf dem Graphitgrundmaterial bringen. Ferner ist immer eine sich auf die Reinheit des Graphitmaterials bzw. des auf ihm aufgebrachten Substanzmaterials günstig auswir-
der Höhe der Aufdampf- oder Plattierungsrate einstellbar ist.
Nur mittels lonenplattierens ist es möglich, daß zur Herstellung gut haftender Schichten auf dem Graphitkörper zunächst eine Grenzschicht aus dem Substanzmaterial hergestellt wird, dann die Bildung des hierzu erforderlichen Gasentladungsplasmas bei fortlaufender Aufdampfung des Substanzmaterials auf den Graphitkörper aufgehoben und anschließend im Hochvakuum die restliche Schicht aus dem Substanzmaterial allein durch Aufdampfen aufgebracht wird. Dieser Verfahrensablauf führt zu besonders reinen Schichten und ist vor allem dort vorteilhaft einzusetzen, wo das Plasma unerwünscht ist und deshalb nur kurze Brenndauern zugelassen werden können, wie beispielsweise bei temperaturempfindlichen Graphitkörpern. Darüber hinaus
ergibt sich insbesondere bei Verwendung von Faserstrukturen als Graphitkörper eine gleichmäßige Umschichtung der einzelnen Fasern dieser Faserstrukturen, da /ur Streuung der Dampfteilchen aus dem Substanzmatcrial um Arbeitsgas beim Ionenplattieren noch die Anziehung entlang der Feldlinien der auf negativem Potential liegenden Fasern hinzukommt.
Sollen auf den bereits beschichteten Graphitkörpern auch noch Schichten aus isolierenden Maierialien ionenplattiert werden, so kann vorteilhaft an den Graphitkörper eine hochfrequente Spannung angelegt werden.
Statt des erläuterten Beschichtungsverfahrens, bei dem sich an einen Ätzvorgang zwei lonenplattierungsschritte anschließen, besteht auch die Möglichkeit, einen dieser Plattierungsschritte, insbesondere den zweiten, durch einen einfachen Aufdampfschritt ohne Plasmaunterstützung zu ersetzen. Soll beispielsweise nach dem Ätzvorgang unmittelbar anschließend ohne Plasmaunterstützung eine Trägerschicht aufgedampft werden, so müßten noch in der ersten Beschichtungskammer 2 eine Trennwand zwischen der Ätzvorrichtung und dem ersten Aufdampfbereich vorgesehen werden.
Ferner hat sich gezeigt, daß zur Steigerung der Reinheit auf den Fasern des Filzes aufgebrachter Schichten aus dem Substanzmaterial zur Evakuierung insbesondere der Beschichtungskammern 2 und 3 über die Vakuumkammer 19 vorteilhaft Turbomolekularpumpen anstelle gedrosselter Diffusionspumpen eingesetzt werden, da Turbomolekularpumpen auch bei Restgasdrukken über 1 Pa noch mit voller Saugleistung arbeiten und so einen niedrigen Restgasdruck aufrechterhalten können. Es kann deshalb vorteilhaft sein, eine in der Figur nicht dargestellte Turbomolekularpumpe direkt an die Beschichtungskammer 2 und/oder 3 anzuschließen.
Statt der in der Figur angedeuteten Elektronenstrahl-Verdampfer können für niedrig schmelzende Metalle als Substanzmaterialien auch einfache thermische Verdampfungsquellen vorgesehen werden. Das Verdampfen des Substanzmaterials mittels eines Elektronenstrahles kann dann entfallen. Ebenso können dann auch w die Trennwände 7 und 8 weggelassen werden.
Neben dem anhand der Figur erläuterten Verfahren zur Abscheidung von Substanzmaterialien mittels Elektronenplattierens kann auch das sogenannte Plasma-Plattieren vorgesehen werden. Bei dieser Verfahrensvariante des Ionenplattierens wird von einer besonderen Ausführungsform eines sogenannten Magnetrons als Verdampferquelle ausgegangen. Während bei den im allgemeinen verwendeten Magnetrons Elektronen in einem zwischen einer Kathode und einer Anode liegen- 5c den Magnetfeld abgelenkt werden, ist bei dieser besonderen Ausführungsform ein Plasma vorgesehen. Diese Ausführungsform wird deshalb auch als Plasmatron bezeichnet. Sie enthält im allgemeinen einen Tiegel, der ebenso wie der Graphitfaserfilz selbst negativ vorgespannt ist Ein den Tiegel umgebender, positiv vorgespannter Ring dient als Anode. Zwischen dieser Anode und dem Tiegel brennt dann ein Plasma, das zum Zerstäuben des in dem Tiegel angeordneten Substanzmaterials dient und somit der Verdampferquelle bei dem an- hand der Figur erläuterten Ionenplattieren entspricht Die so abgestäubten Atome des Substanzmaterials werden auf dem Wege zum Graphitfaserfilz teilweise ionisiert. Durch entsprechende Aufteilung der Plasmaleistung zwischen dem Graphitfaserfilz einerseits und dem Tiegel andererseits können die Raten und der Anteil der ionisierten Atome beeinflußt werden. Das für das Plasmatron vorgesehene, zeitlich konstante Magnetfeld, das aber örtlich stark verschieden ist, dient zur Erhöhung der Entladungsdichte und damit zur Steigerung der Abstäubungsrate an Substanzmaterial bis zu einem Faktor 100 gegenüber einer einfachen lonenplattierungsvorrichtung.
Bei der Vorrichtung gemäß der Figur ist davon ausgegangen, daß in ihr ein Graphitfaserfilz mit einer Dicke beschichtet werden soll, die einige Zehntel Millimeter nicht überschreitet. F.s können jedoch mit dieser Vorrichtung auch Filze größerer Dicken mit einem zweifachen Durchlaufen des Filzes durch die Vorrichtung beschichtet werden, wobei einmal von der Vorder- und zum anderen Mal von der Rückseite aufplattiert wird. So können beispielsweise bei einem zwcilachen Durchlauf alle Einzelfasern eines Filzes, der eine Dicke von etwa 1,5 inm hat. gleichmäßig beschichtet werden.
Neben der anhand der Figur dargestellten Beschichtung von Graphitfaserfilzen sind ebensogut mit der beschriebenen Vorrichtung auch Graphitlasermatten oder auch Graphitfolien zu beschichten.
Mehrere solcher beschichteten Graphitkörper können anschließend zu einem Bauteil zusammengefaßt werden, das für Bürstenschleifkontakte in elektrischen Maschinen vorgesehen ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum kontinuierlichen Beschichten eines für Bürstenkontakte in elektrischen Maschinen geeigneten Körpers aus Graphit aus der Dampfphase mit einer dünnen Schicht aus einem elektrisch gut leitenden Substanzmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß als Graphitkörper ein Filz oder eine Matte aus kurzen Graphitfasern oder eine Graphitfolie vorgesehen wird, daß dieser Graphitkörper zunächst einer Ätzbehandlung durch Beschüß mit Ionen eines Inertgases unterzogen wird und daß ohne Unterbrechung daran anschließend zumindest ein Teil des Substanzmaterials mittels eines an sich bekannten lonenplattierungsverfahrens auf dem Graphitkörper abgeschieden wird.
2. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Grenzschicht aus dem Substanzmaterial auf dem Graphitkörper durch Ionenplattieren hergestellt wird, dann die Bildung des hierzu erforderlichen Gasentladungsplasmas bei fortlaufender Aufdampfung des Substanzmaterials auf den Graphitkörper aufgehoben und anschließend im Hochvakuum die restliche Schicht aus dem Substanzmaterial allein durch Aufdampfen aufgebracht wird.
3. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Substanzmaterialien Kupfer oder Nickel oder Kobalt oder Silber oder Gold verwendet werden.
4. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Graphitkörper eine hochfrequente Spannung angelegt wird.
5. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der auf dem Graphitkörper abgeschiedenen Schicht aus einem ersten Substanzmaterial eine weitere Schicht aus einem zweiten Substanzmaterial aufgebracht wird.
6. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kobalt- oder Nikkei- oder Niobdiselenid-Schicht als Korrosionsschutz aufgebracht wird.
7. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß das Substanzmaterial zumindest teilweise durch Plasma-Plattieren auf dem Graphitkörper abgeschieden wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mindestens eine Beschichtungskammer, die zum Reinigen des noch unbeschichteten Graphitkörpers (5) eine Ätzvorrichtung (60) enthält, durch Mittel zum Hindurchführen des Graphitkörpers durch den Innenraum dieser Kammer sowie durch ein Plasmatron als Verdampferquelle.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mindestens eine Beschichtungskammer (2 oder 3}, die zum Reinigen des noch unbescliichtetcn Graphilkörpers (5) eine Kathodcnzcrstäubungsanlage als Ätzvorrichtung (60) enthält, durch Mittel zum Hindurchführen des Graphitkörpers (5) durch den Innenraum der Kammer und Mittel zum Verdampfen des Substanzmaterials (13 bzw. 14) sowie durch ein Gasentladungsplasma zwi-
sehen dem Graphitkörper (5) und der Substanz.
10. Beschickungsvorrichtung nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronenstrahlverdampfer (27 oder 28) vorgesehen ist.
11. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch zwei in Führungirichtung des Graphitkörpers (5) gesehen hintereinander angeordnete Beschichtungskammern (2 und 3) zum Haupt- bzw. Nachbeschichteii des Giapliiikörpers(5).
DE19772757374 1977-06-20 1977-12-22 Verfahren zum kontinuierlichen Beschichten eines für Bürstenkontakte in elektrischen Maschinen geeigneten Graphitkörpers sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Expired DE2757374C2 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19772757374 DE2757374C2 (de) 1977-12-22 1977-12-22 Verfahren zum kontinuierlichen Beschichten eines für Bürstenkontakte in elektrischen Maschinen geeigneten Graphitkörpers sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
GB20897/78A GB1601427A (en) 1977-06-20 1978-05-19 Deposition of a layer of electrically-conductive material on a graphite body
FR7817670A FR2395327A1 (fr) 1977-06-20 1978-06-13 Procede d'application d'un depot sur un corps de graphite et dispositif destine a la mise en oeuvre de ce procede
JP7480278A JPS548610A (en) 1977-06-20 1978-06-20 Method and apparatus for coating graphite base body
US05/917,383 US4461689A (en) 1977-06-20 1978-06-20 Method and apparatus for coating a graphite member
JP16447778A JPS54132490A (en) 1977-12-22 1978-12-22 Electric conductive layer of graphite body coating method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19772757374 DE2757374C2 (de) 1977-12-22 1977-12-22 Verfahren zum kontinuierlichen Beschichten eines für Bürstenkontakte in elektrischen Maschinen geeigneten Graphitkörpers sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2757374A1 DE2757374A1 (de) 1979-07-05
DE2757374C2 true DE2757374C2 (de) 1984-06-28

Family

ID=6026946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19772757374 Expired DE2757374C2 (de) 1977-06-20 1977-12-22 Verfahren zum kontinuierlichen Beschichten eines für Bürstenkontakte in elektrischen Maschinen geeigneten Graphitkörpers sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPS54132490A (de)
DE (1) DE2757374C2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1258409A (en) * 1984-09-24 1989-08-15 Robert A. Holzl Oxidation resistant carbon body and method for making same
JP6651060B2 (ja) * 2017-12-28 2020-02-19 積水化学工業株式会社 積層シート

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1215002A (en) * 1967-02-02 1970-12-09 Courtaulds Ltd Coating carbon with metal
GB1309252A (en) * 1969-03-25 1973-03-07 Int Research & Dev Co Ltd Electroplating of fibres
JPS5140875B2 (de) * 1972-02-17 1976-11-06
JPS50133936A (de) * 1974-04-15 1975-10-23

Also Published As

Publication number Publication date
DE2757374A1 (de) 1979-07-05
JPS54132490A (en) 1979-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0235770B1 (de) Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Substraten in einer durch Hochfrequenz angeregten Plasmaentladung
EP0755461B1 (de) Verfahren und einrichtung für die ionengestützte vakuumbeschichtung
EP0306612B2 (de) Verfahren zur Aufbringung von Schichten auf Substraten
DE2823876C2 (de) Verfahren zum Verdampfen von Material mittels eines Niedervoltbogens
DE4217450C2 (de) Ionenbedampfungsverfahren und -vorrichtung
DE3543316C2 (de)
EP0205028A1 (de) Vorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat
WO1991019827A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum beschichten von substratmaterial
EP1110234B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur beschichtung von substraten im vakuum
DE102006027853B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas sowie Verwendung derselben
EP0438627B1 (de) Bogenentladungsverdampfer mit mehreren Verdampfertiegeln
DE2757374C2 (de) Verfahren zum kontinuierlichen Beschichten eines für Bürstenkontakte in elektrischen Maschinen geeigneten Graphitkörpers sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
EP0308680A1 (de) Vorrichtung zum Kathodenzerstäuben
EP1117852B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur beschichtung von substraten im vakuum
DE2727683C3 (de) Verfahren zur Beschichtung der einzelnen Fasern eines Faserbündels sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
DE102013107659B4 (de) Plasmachemische Beschichtungsvorrichtung
DE3000451A1 (de) Vakuumbedampfungsanlage
DE102014110835B4 (de) Vorrichtung zum Bedampfen eines Substrates innerhalb einer Vakuumkammer
DE2624005C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen von dünnen Schichten auf ein Substrat nach dem "Ion-plating"-Verfahren.
CH653708A5 (en) Process and device for applying strongly adhesive layers to large-area substrates by means of ionised gases and/or vapours
DE1270354C2 (de) Verfahren zum vakuumaufdampfen von schichten auf elektrisch isolierende unterlagen aus glas, keramik o.dgl. durch elektronenbeschuss
DE10314932A1 (de) Zerstäubungseinrichtung
DE3830478A1 (de) Kathodenzerstaeubungsvorrichtung
DE2800852A1 (de) Einrichtung zum ionenplasma-beschichten
DE19754821A1 (de) Verfahren und Vorrichtung für eine PVD-Beschichtung

Legal Events

Date Code Title Description
OD Request for examination
8176 Proceedings suspended because of application no:

Ref document number: 2727683

Country of ref document: DE

Format of ref document f/p: P

8178 Suspension cancelled
8181 Inventor (new situation)

Free format text: DIEPERS, HEINRICH, DIPL.-PHYS. DR., 8552 HOECHSTADT, DE

D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee