DE3786800T2

DE3786800T2 - Anlage zur kontinuierlichen Verbundbeschichtung von bandförmigem Gut.

Info

Publication number: DE3786800T2
Application number: DE87112877T
Authority: DE
Inventors: Isao Ito; Satoshi C O Daiichi Gijuts Ito; Naotake Okubo; Seishiro Saida
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-09-03
Filing date: 1987-09-03
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2007-09-04
Also published as: EP0305573B1; US4763601A; DE3786800D1; EP0305573A1

Description

Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbeitende Beschichtungsanlage und insbesondere eine Anlage zur kontinuierlichen Verbundbeschichtung eines Trägermaterials, wie z. B. eines Metalls oder Kunststoffs, mit einer oder mehreren Überzugsschichten.
Es sind verschiedene Beschichtungsverfahren bekannt, wie z. B. Anstreichen, Galvanisieren, Bedampfen usw., die für das Beschichten verschiedener Materialien zur Verbesserung von Eigenschaften wie etwa der Korrosionsbeständigkeit sowie zu dekorativen Zwecken angewendet worden.
Außer diesen herkömmlichen Verfahren haben sich in den letzten Jahren Trockenbeschichtungsverfahren wie z. B. das Ionenplattieren, das Sputtern (auch: Bedampfen durch Kathodenzerstäubung) und das Plasma-CVD-Verfahren (auch: Abscheidung aus der Plasmaphase nach chemischen Verfahren) bei der Herstellung von Bandmaterial mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit, dekorativen Eigenschaften und Verschleißfestigkeit als effektiv erwiesen, und es gibt eine zunehmende Nachfrage nach hochwertigen Erzeugnissen, die nach derartigen Verfahren hergestellt werden.
Um mit dieser Nachfrage Schritt zu halten, wird in den JP-A-195 753/1982 und 195 754/1982 eine kontinuierlich arbeitende Vakuumbehandlungsanlage vorgeschlagen.
In dieser Anlage sind verschiedenartige Beschichtungseinrichtungen, wie z. B. eine Ionenplattierungseinrichtung, eine Sputtereinrichtung und eine Plasmabehandlungseinrichtung in einer Produktionslinie hintereinander angeordnet, um aufeinanderfolgende Behandlungszonen zu bilden, durch die man ein flexibles Trägerelement wie z. B. eine Kunststoffolie oder ein Kunststoffband laufen läßt, so daß auf dem Band nacheinander Überzugsschichten mit verschiedenen Eigenschaften ausgebildet werden. Die Behandlungszonen werden durch geeignete Dichtungsmittel nach außen und gegen die benachbarten Behandlungszonen abgedichtet, so daß das Band, welches diese Behandlungszonen durchläuft, in verschiedenartigen Behandlungsatmosphären behandelt wird. Typischerweise ist das Dichtungsmittel mit oberen und unteren Dichtungswalzen versehen, die mit der Oberseite bzw. der Unterseite des gerade behandelten Bandes in Kontakt gehalten werden, um eine Abdichtung zwischen den Bereichen herzustellen, die in Laufrichtung des Bandes vor und hinter diesen Dichtungswalzen liegen.
Bei dieser bekannten Dichtungsanordnung tritt jedoch das Problem auf, daß die Oberseite und/oder die Unterseite des Bandes, das gerade beschichtet worden ist oder gerade in einer Behandlungszone bearbeitet werden soll, gewöhnlich durch den direkten Kontakt mit der oder den Dichtungswalze(n) in unerwünschter Weise beschädigt wird. Im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit und das Aussehen des Endprodukts sollte eine solche Beschädigung offenbar vermieden werden.
Die GB-A-2 117 800 beschreibt eine Mehrkammeranlage zur kontinuierlichen Herstellung von hintereinander angeordneten amorphen Photoelementen. Diese Anlage weist eine Schlitzdurchführung als Dichtungsmittel auf.
Demnach besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine kontinuierlich arbeitende Beschichtungsanlage zu schaffen, die in vergleichsweise kurzer Zeit ein aufgewickeltes Band mit verbesserten Eigenschaften, wie z. B. Korrosionsbeständigkeit, Aussehen, Verschleißfestigkeit usw., durch Ausführen mindestens eines Behandlungsprozesses herstellen kann, wobei eine, zwei oder mehrere Überzugsschichten ausgebildet werden, ohne die Oberfläche(n) des Bandes vor oder nach der Behandlung irgendwie zu beschädigen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Die obige und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 bis 6 sind schematische Darstellungen eines ersten bis sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verbundbeschichtungsanlage.
Wie zunächst aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verbundbeschichtungsanlage ein Paar Bandzuführungs-/Bandaufnahmeeinrichtungen 1a und 1b auf, die jeweils ein kontinuierliches Band S zuführen bzw. aufnehmen, sowie mehrere Behandlungszonen, die auf dem Weg des Bandes S zwischen den Bandzuführungs-/Bandaufnahmeeinrichtungen 1a und 1b hintereinander angeordnet sind. Genauer gesagt, diese Behandlungszonen schließen eine Ionenplattierungszone 2, eine Sputterzone 3 und eine Plasma-CVD-Zone 4 ein. Eine mehrstufige Druckdifferenz- Schlitzdichtungszone 5 ist zwischen der Sputterzone 3 und der Plasma-CVD-Zone 4 ausgebildet. Diese Einrichtungen und Zonen 1a, 1b, 2, 3, 4 und 5 sind in einem gemeinsamen Vakuumbehälter 6 angeordnet, und die jeweiligen Behandlungszonen sind so konstruiert, daß die Beschichtungen nur an der Unterseite des Bandes S erfolgen. Die Zonen 2, 3, 5 und 4 sind durch Trennwände 14 voneinander getrennt, die jeweils einen Schlitz 18 aufweisen, der so bemessen und konstruiert ist, daß das Band S durchlaufen kann und innerhalb jeder Zone ein gewünschtes Vakuum aufrechterhalten wird. Ein Paar in Laufrichtung des Bandes S beabstandete Führungsrollen sind an der Oberkante 22a des Schlitzes 18 befestigt. Zwischen der Oberkante 22a und der Unterkante 22b des Schlitzes 18 und den benachbarten Oberflächen des Bandes S bleiben kleine Zwischenräume frei.
An den Vakuumbehälter 6 sind die Evakuierungseinrichtungen P&sub1;, P&sub2;, P&sub3;, P&sub4;, P&sub5;, P&sub6; und P&sub7; angeschlossen, um in den jeweiligen Behandlungszonen die gewünschten Unterdruckwerte aufrechtzuerhalten. Jede der Bandzuführungs-/Bandaufnahmeeinrichtungen 1a und 1b kann das Band S sowohl abwickeln und in gespanntem Zustand zuführen als auch aufnehmen und aufwickeln. Folglich läuft das Band S, in der Sicht von Fig. 1, von rechts nach links und umgekehrt. Genauer gesagt, das Band läuft so zwischen den Bandzuführungs-/Bandaufnahmeeinrichtungen 1a und 1b, daß der Mittelabschnitt des Bandes in Längsrichtung innerhalb der Behandlungseinrichtung wegen des Kontakts mit den Führungsrollen 19, die mit den Oberkanten 22a der Schlitze 18 in den Trennwänden 14 verbunden sind, welche die entsprechenden Zonen abgrenzen, nach unten gewölbt ist.
Die Ionenplattierungszone 2 ist mit einem Verdampfer (auch: Verdampfermaterial) 8 ausgestattet. Durch die Ventile 10e und 10f werden ein Reaktionsgas und ein Trägergas eingeleitet, so daß in der Umgebung des Verdampfers eine vorher festgelegte Atmosphäre entsteht. Im Betrieb wird der Verdampfer erhitzt und verdampft, um Ionen zu erzeugen, die an der Unterseite des Bandes S abgeschieden werden, wodurch eine Überzugsschicht entsteht. Das in der Ionenplattierungszone gehaltene Vakuum liegt in der Größenordnung von 1,33·10&supmin;² bis 0,133 Pa (10&supmin;&sup4; bis 10&supmin;³ Torr).
Die Ionenplattierung ist ein Abscheidungsprozeß, der auf der Verdampfung und anschließenden Ionisation von Atomen oder Molekülen durch ein reaktives Gas oder ein nichtreaktives Gas (Trägergas) beruht, um auf Schichtträgern eine Überzugsschicht zu bilden. Die Ionenplattierung umfaßt alle Arten modifizierter Anregungsprozesse, bei denen beispielsweise eine Hohlkathoden-Ionenstrahlkanone, eine Elektronenstrahlkanone oder Widerstandsheizung zur Verdampfung und ein elektrisches Hochfrequenzfeld, ein elektrisches Gleichspannungsfeld oder die Strahlung thermisch emittierter Elektronen zur Ionisation verwendet werden.
Die Sputterzone 3 weist ein Target 9 und die Ventile 10c und 10d auf, durch die ein Inertgas bzw. ein Reaktionsgas in diese Zone 3 eingeleitet werden. Im Betrieb wird das Inertgas in einem elektrischen Feld ionisiert, und die so erzeugten Ionen prallen auf das Target 9 auf und zerstäuben Atome oder Moleküle aus dem Target 9, wodurch die Unterseite des Bandes S mit freigesetzten Atomen oder Molekülen beschichtet wird. Das in dieser Zone 3 gehaltene Vakuum liegt in der Größenordnung von 1,33·10&supmin;² bis 0,133 Pa (10&supmin;&sup4; bis 10&supmin;³ Torr).
Das Sputtern ist ein Abscheidungsprozeß, der eine Erscheinung ausnutzt, bei der angeregte Atome oder Ionen auf ein Targetmaterial aufprallen und dabei einen Impuls übertragen, wodurch Atome oder Ionen aus dem Targetmaterial zerstäubt und auf Trägerschichten abgeschieden werden. Das Sputtern umfaßt alle Spielarten des obenerwähnten Verfahrens, z. B. ein Verfahren, bei dem ein elektrisches Hochfrequenzfeld, ein elektrisches Gleichspannungsfeld oder ein Magnetfeld oder eine Mischung von zwei dieser drei Felder für die Atomanregung eingesetzt werden, oder ein anderes Verfahren, das einen Ionenstrahl zum Zerstäuben des Targetmaterials verwendet.
Wenn der Ionenplattierungszone 2 und der Sputterzone 3 reaktive Gase zugeführt werden, dann werden diese Gase ionisiert, und die so gebildeten Ionen reagieren mit den aus dem Verdampfer 8 und dem Target 9 freigesetzten Komponenten und bilden Reaktionsprodukte, mit denen die Unterseite des Bandes S beschichtet wird.
Die Plasma-CVD-Zone 4 ist mit einem Ventil 10a und einem Ventil 10b zum Einleiten eines reaktiven Gases bzw. eines Trägergases ausgestattet. Im Betrieb wird das reaktive Gas unter Einwirkung eines elektrischen Feldes in ein Plasma umgewandelt, wodurch an der Unterseite des Bandes S eine Überzugsschicht gebildet wird, die aus den Produkten einer chemischen Reaktion besteht. Das in dieser Zone 4 gehaltene Vakuum liegt in der Größenordnung von 13,3 Pa (10&supmin;¹ Torr).
Die in Fig. 1 dargestellte Reihenfolge in der Anordnung der Ionenplattierungszone 2, der Sputterzone 3 und der Plasma- CVD-Zone 4 ist nur als Anschauungsbeispiel gedacht und kann nach Wunsch verändert werden, da diese Zonen hintereinander angeordnet sind. Die Anordnung, in der die Ionenplattierungszone 2 und die Sputterzone 3 aneinander angrenzen, wird jedoch bevorzugt. Die Anordnung kann auch so erfolgen, daß im Hinblick auf die im allgemeinen geringe Bildungsgeschwindigkeit der durch Sputtern erzeugten Überzugsschicht mehrere Sputterzonen hintereinandergeschaltet werden, um die Behandlungsgeschwindigkeit der Gesamtanlage zu erhöhen.
Im folgenden wird die mehrstufige Druckdifferenz- Schlitzdichtungszone 5 beschrieben, die zwischen der Sputterzone 3 und der Plasma-CVD-Zone 4 angeordnet ist. In der Dichtungszone 5 sind mehrere Trennwände 21 hintereinander in Laufrichtung des Bandes S angeordnet, die mehrere, in Laufrichtung des Bandes S hintereinander angeordnete Vakuumkammern 20 begrenzen. Wie die Trennwand 14, welche die jeweiligen Zonen begrenzt, ist jede Trennwand 21 mit einem Schlitz 18 versehen, der eine Oberkante 22a und eine Unterkante 22b aufweist und so ausgeführt ist, daß er das Band S durchlaufen läßt. Jede Trennwand 21 ist mit einem Paar Führungsrollen 19 versehen, die in Laufrichtung des Bandes S beabstandet und mit der Oberkante 22a des Schlitzes 18 verbunden sind, so daß eine Führungsrolle 19 in Laufrichtung vor der Trennwand 21, die andere in Laufrichtung hinter der Trennwand 21 angeordnet ist. Diese Rollen 19 werden mit der Oberseite des Bandes S in Kontakt gehalten, die nicht beschichtet wird. Zwischen der Oberkante 22a und der Unterkante 22b und den benachbarten Oberflächen des Bandes S sind geeignete Zwischenräume ausgebildet, wodurch verhindert wird, daß die Oberflächen des Bandes und der Überzugsschicht oder -schichten, falls vorhanden, durch Kontakt mit den Ober- und Unterkanten 22a und 22b beschädigt werden. In den Vakuumkammern 20 werden durch die Evakuierungseinrichtungen P&sub3; und P&sub4; geeignete Unterdruckwerte aufrechterhalten. Die Bezugszahl 7 bezeichnet einen Vorwärmer zum Vorwärmen des Bandes S.
Schlitze 18, die den Schlitzen in den Trennwänden 21 innerhalb der Dichtungszone 5 ähnlich und so bemessen sind, daß sie das Band S ohne Kontakt mit den Schlitzkanten durchlaufen lassen, sind auch in den Trennwänden 14 ausgebildet, die zwischen der Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtung 1a und der Plasma-CVD-Zone 4, zwischen der Plasma-CVD-Zone 4 und der Dichtungszone 5, zwischen der Dichtungszone 5 und der Sputterzone 3, zwischen der Sputterzone 3 und der Ionenplattierungszone 2 und zwischen der Ionenplattierungszone 2 und der Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtung 1b angeordnet sind, so daß das Band S mit oder ohne Überzugsschicht nirgends beschädigt wird.
In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung weist die mehrstufige Druckdifferenz-Schlitzdichtungszone 5 vier Vakuumkammern 20 auf. Davon werden drei Kammern 20, die an die Plasma-CVD- Zone 4 angrenzen, von einer gemeinsamen Evakuierungseinrichtung P&sub3; über verschiedene, mit Ventilen versehene Zweigleitungen evakuiert, so daß durch eine geeignete Steuerung dieser Ventile in den drei Vakuumkammern geeignete Unterdruckwerte hergestellt und gehalten werden. Dies ist jedoch nur ein Anschauungsbeispiel, und diese drei Vakuumkammern 20 können auch durch unabhängige Vakuumeinrichtungen evakuiert werden. Es ist auch möglich, die Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtung 1a und die Plasma-CVD-Zone 4 durch eine gemeinsame Evakuierungseinrichtung zu evakuieren.
Die Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist wie folgt:
Auf eine der beiden Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a und 1b wird eine Spule des Bandes S aufgelegt, das von der Spule abgewickelte freie Ende des Bandes S wird durch eine Reihe von Zonen geführt und auf die andere Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtung aufgelegt, und das Innere des Vakuumbehälters 6 wird evakuiert. Anschließend werden die gewünschten Reaktionsgase und Trägergase in die Ionenplattierungszone 2, die Sputterzone 3 bzw. die Plasma-CVD-Zone 4 oder in mehrere dieser Zonen eingeleitet, in Abhängigkeit von den Arten der auszubildenden Überzugsschicht, während innerhalb der entsprechenden Zonen mit Hilfe der Evakuierungseinrichtungen P&sub1; bis P&sub7; geeignete Unterdruckwerte aufrechterhalten werden. Dann werden die Bandzuführungs-/Bandaufnahmeeinrichtungen 1a und 1b gestartet, um das Band S durch die Zonenreihe laufen zu lassen, wobei das Band S durch den Vorwärmer 7 auf der Zuführungsseite und auf Wunsch durch einen oder mehrere, in der Anlage installierte Erhitzer entsprechend erhitzt wird.
Wenn man bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung annimmt, daß man das Band, in der Sicht von Fig. 1, von rechts nach links laufen läßt und das die Ionenplattierungszone 2 und die Plasma-CVD-Zone 4 aktiviert sind, dann entsteht ein zweischichtiger Überzug aus einer ionenplattierten Überzugsschicht und einer Plasma-CVD-Überzugsschicht, die nacheinander auf dem Band S ausgebildet werden. Es kann auch ein dreischichtiger Überzug gebildet werden, der aus einer gesputterten (auch: durch Kathodenzerstäubung aufgedampften) Überzugsschicht, einer Plasma-CVD-Überzugsschicht und einer ionenplattierten Überzugsschicht besteht. In diesem Falle läuft das Band zunächst in der in Fig. 1 dargestellten Anordnung von rechts nach links, wobei die Sputterzone 3 und die Plasma-CVD-Zone 4 aktiviert sind, während die Ionenplattierungszone 2 ausgeschaltet bleibt. Dann läßt man das Band S von links nach rechts laufen, wobei die Ionenplattierungszone 2 aktiviert wird, während die Sputterzone 3 und die Plasma-CVD-Zone 4 ausgeschaltet bleiben. Folglich werden auf dem Band nacheinander eine gesputterte Überzugsschicht, eine Plasma-CVD-Überzugsschicht und eine ionenplattierte Überzugsschicht ausgebildet.
Auf diese Weise können selektiv eine oder mehrere ionenplattierte, gesputterte und Plasma-CVD-Überzugsschicht- (en) gebildet werden.
Wie weiter oben erläutert, läßt man das Band S bei der Beschichtung so zwischen zwei Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a und 1b laufen, daß es nach unten gewölbt ist, wobei das Band S sich nur an seiner Oberseite mit den Führungsrollen 19 in Kontakt befindet. Dadurch kann jede vertikale Wellenbewegung und jede seitliche Verdrehung des Bandes unterdrückt werden, so daß das Band beim Beschichten in einem weitgehend flachen Zustand gehalten wird. Infolgedessen erhält man eine oder mehrere Überzugsschichten von hoher Qualität, und außerdem wird jedes Risiko einer Beschädigung der Überzugsschichten vermieden, da die Überzugsschicht nicht mit den Führungsrollen in Kontakt kommt.
In Probeläufen der ersten Ausführungsform erhielt man die folgenden Testergebnisse.

Probelauf 1

Auf einer Oberfläche eines rostfreien Stahlbandes wurde ein zweischichtiger Überzug aus einer TiN-Schicht und einer amorphen SiO&sub2;-Schicht (α-SiO&sub2;) gebildet, um eine Bandspule aus rostfreiem Stahl herzustellen, die sich als Material für Kfz- Zierleisten von hervorragender Korrosionsbeständigkeit und attraktivem Aussehen eignet.
Im Betrieb ließ man ein Band aus rostfreiem SUS 430- Stahl von 0,5 mm Dicke und 370 mm Breite mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m/min durch die Anlage laufen. Dabei wurde an der Unterseite des Bandes die TiN-Überzugsschicht beim Durchgang durch die Ionenplattierungszone 2 ausgebildet, in der Ti- Metall bzw. N&sub2; als Verdampfungsmaterial bzw. als Gas eingesetzt wurden und ein Unterdruck von 9,31·10&supmin;² Pa (7·10&supmin;&sup4; Torr) gehalten wurde. Dann ließ man das mit der TiN-Schicht überzogene Band die Plasma-CVD-Zone 4 durchlaufen, in welcher bei einem Unterdruck von 26,6 Pa (0,2 Torr) ein Plasma aus einer Gasmischung von SiH&sub4; und N&sub2;O gebildet wurde, wodurch auf der TiN-Schicht eine (α-SiO&sub2;)-Schicht entstand. Das auf diese Weise beschichtete und aufgewickelte Stahlband zeigte eine zur Verwendung bei Kraftfahrzeug-Zierleisten geeignete Goldfarbe sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit.

Probelauf 2

Auf einer Oberfläche eines rostfreien Stahlbandes wurde ein zweischichtiger Überzug aus einer WC-Schicht und einer amorphen SiO&sub2;-Schicht (α-SiO&sub2;) ausgebildet, um eine Bandspule aus rostfreiem Stahl herzustellen, die sich als Spiegelmaterial zur Gestaltung von Innenräumen eignet und eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit sowie ein attraktives Aussehen aufweist.
In Betrieb ließ man ein Band aus dem gleichen rostfreien Stahl wie im Probe lauf 1 die Anlage mit der gleichen Geschwindigkeit wie dort durchlaufen. Dabei wurde die WC-Überzugsschicht an der Unterseite des Bandes bei seinem Durchgang durch die Sputterzone 3 ausgebildet, in der WC als Target sowie Argongas (Ar) verwendet wurden und ein Unterdruck von 0,399 Pa (3·10&supmin;³ Torr) gehalten wurde. Dann ließ man das mit der WC-Schicht überzogene Band durch die Plasma-CVD-Zone 4 laufen, in der ebenso wie im Probelauf 1 auf der WC-Schicht eine (α-SiO&sub2;)-Schicht ausgebildet wurde. Das so beschichtete und aufgewickelte rostfreie Stahlband zeigte hervorragende dekorative Eigenschaften, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitungsfähigkeit und eignete sich zum Gebrauch als Spiegelmaterial zur Gestaltung von Innenräumen.
Fig. 2 bis 5 zeigen das zweite bis fünfte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verbundbeschichtungsanlage. In diesen Abbildungen werden zur Bezeichnung der gleichen Teile oder Bauelemente wie in Fig. 1, die das erste Ausführungsbeispiel dargestellt, die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Wie aus Fig. 2 erkennbar, sind im zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anlage die Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a und 1b außerhalb des Vakuumbehälters 6 angeordnet. Mehrstufige, der Dichtungszone 5 ähnliche Druckdifferenz-Schlitzdichtungszonen 5a und 5b sind zwischen der Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtung 1a und dem Vakuumbehälter 6 bzw. zwischen dem Vakuumbehälter 6 und der Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtung 1b angeordnet. Die anderen Abschnitte sind im wesentlichen die gleichen wie bei dem in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten ersten Ausführungsbeispiel. Vorzugsweise ist jede der Dichtungszonen 5a und 5b mit einem Paar Dichtungsrollen 25 versehen, die aus einem elastischen Material wie Gummi oder einem Kunststoff bestehen und angrenzend an den Schlitz in der Trennwand auf der Atmosphärenseite der Dichtungszone angeordnet sind, wodurch eine wirksame Abdichtung zwischen dem Inneren der Dichtungszone und der Atmosphäre entsteht. Bei solchen elastischen Dichtungsrollen besteht keine erhebliche Gefahr einer Beschädigung der Oberfläche des Bandes S oder irgendeiner darauf ausgebildeten Überzugsschicht.
Da die Dichtungsrollen 25 aus derartigem Material in Bereichen mit niedrigem Vakuum angeordnet sind, hat ein aus den Rollen 25 austretender Gasfluß keinen wesentlichen Einfluß auf die Höhe des Vakuums. Die in Bereichen mit hohem Vakuum angeordneten Führungsrollen 19 sollten jedoch vorzugsweise aus Metall bestehen, wie z. B. aus Stahl, um das Auftreten einer Entgasung aufgrund eines hohen Vakuums zu verhindern. Eine der mehrstufigen Druckdifferenz-Schlitzdichtungseinrichtungen 5a und 5b wird durch zusätzliche Evakuierungseinrichtungen P&sub8; bis P&sub1;&sub1; evakuiert, während die andere durch die Evakuierungseinrichtungen P&sub1;&sub2; bis P&sub1;&sub5; evakuiert wird.
Im dritten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 dargestellt ist, fehlt die Sputterzone 3. Das heißt, zwischen den Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a und 1b sind hintereinander die Ionenplattierungszone 2 und die Plasma-CVD-Zone 4 mit der dazwischenliegenden mehrstufigen Druckdifferenz-Schlitzdichtungszone 5 angeordnet. Diese Einrichtungen und Zonen 1a, 1b, 2, 4 und 5 sind sämtlich in einem Vakuumbehälter 6 untergebracht.
Im vierten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 4 dargestellt ist, fehlt die Ionenplattierungszone 2. Das heißt, zwischen den Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a und 1b sind hintereinander die Sputterzone 3 und die Plasma-CVD-Zone 4 mit der dazwischenliegenden mehrstufigen Druckdifferenz-Schlitzdichtungszone 5 angeordnet. Diese Einrichtungen und Zonen 1a, 1b, 3, 4 und 5 sind sämtlich in dem Vakuumbehälter 6 untergebracht.
Obwohl im dritten bis fünften Ausführungsbeispiel die Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a und 1b innerhalb des Vakuumbehälters 6 untergebracht sind, werden dadurch andere Möglichkeiten nicht ausgeschlossen, und diese Ausführungsbeispiele können so modifiziert werden, daß die Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a und 1b außerhalb des Vakuumbehälters 6 liegen und die mehrstufigen Druckdifferenz-Schlitzdichtungszonen zwischen den entsprechenden Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a und 1b und den benachbarten Enden des Vakuumbehälters 6 angeordnet sind, wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wurde.
Beim eigentlichen Betrieb der Anlage ist oft die Behandlung aufeinanderfolgender Bandspulen erforderlich. In einem solchen Fall wird eine nachfolgende Spule nach beendeter Behandlung der vorhergehenden Spule an der Zuführungsseite auf die Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtung 1a bzw. 1b aufgelegt, und das Vorderende des von der neuen Spule abgewickelten Bandes wird mit dem Hinterende des vorhergehenden Bandes verbunden und in die Behandlungszonen eingeführt.
Falls die Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a und 1b innerhalb des Vakuumbehälters 6 angeordnet sind, wird zwischen der Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtung 1a bzw. 1b auf der Zuführungsseite und dem Vorwärmer 7 eine geeignete Absperreinrichtung eingesetzt, und dann wird der Raum um diese Zuführungs/Aufnahmeeinrichtung herum belüftet, um ihn zugänglich zu machen. Nach dem Auflegen der neuen Bandspule wird das Vakuum um die Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtung herum wiederhergestellt und die Absperreinrichtung wird geöffnet, so daß die Zuführung des Bandes von der neuen Spule beginnen kann, ohne daß in den entsprechenden Zonen der Anlage eine Belüftung und Wiederherstellung des Vakuums erforderlich ist. Es ist einzusehen, daß das in Fig. 2 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel, in dem die Zuführungs- /Aufnahmeeinrichtungen außerhalb des Vakuumbehälters angeordnet sind, insofern vorteilhaft ist, als es ein leichtes Auflegen oder Auswechseln der Bandspule ermöglicht.
Das in Fig. 5 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel weist eine Ionenbeschußeinrichtung 16 auf, die in Durchlaufrichtung hinter dem an die Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtung 1b angrenzenden Vorwärmer 7 angeordnet ist und ein Ventil 10g zum Einleiten von Argongas (Ar) aufweist. Zwischen der Ionenbeschußeinrichtung 16 und der anderen Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtung 1a sind die Ionenplattierungszone 2, die Sputterzone 3, die mehrstufige Druckdifferenz-Schlitzdichtungszone 5, die Plasma-CVD-Zone 4 und der Vorwärmer 7 angeordnet, wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels. Alle diese Einrichtungen und Zonen sind im Vakuumbehälter 6 untergebracht. In Fig. 5 bezeichnet die Bezugszahl 17 Papierzuführungs-/-aufnahmeeinrichtungen zur Zuführung bzw. zur Aufnahme einer Papierzwischenlage I. Derartige Einrichtungen 17 können offenbar im ersten bis vierten und im sechsten Ausführungsbeispiel eingebaut werden. In Fig. 5 werden zur Bezeichnung der gleichen Teile bzw. Bauelemente wie in Fig. 1 die gleichen Bezugszahlen verwendet. Außerdem versteht es sich, daß das fünfte Ausführungsbeispiel so modifiziert werden kann, daß die Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a und 1b außerhalb des Vakuumbehälters angeordnet und mit dem letzteren über entsprechende mehrstufige Druckdifferenz-Schlitzdichtungszonen verbunden sind, ähnlich denjenigen, die im zweiten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden, das weiter oben im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert wurde.
Im Betrieb des fünften Ausführungsbeispiels ist die Ionenbeschußeinrichtung 16 so ausgelegt, daß sie aus dem Argongas, das durch das Ventil 10g eingeleitet wird, unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes ein Plasma erzeugt, um Ionen zu bilden, die zum Zusammenstoß mit der Oberfläche des Bandes S gebracht werden, wodurch eine Ionenbeschußbehandlung erfolgt. Dies bietet die folgenden Vorteile: wenn die Oberfläche des zu beschichtenden Bandes S verunreinigt oder mit einer dünnen Schicht bedeckt ist, dann wird die Affinität zwischen der Bandoberfläche und der darauf auszubildenden Überzugsschicht stark beeinträchtigt. Daher erhält man eine höhere Affinität zwischen der Bandoberfläche und der Überzugsschicht, indem man die Bandoberfläche durch Ionenbeschuß behandelt und die so behandelte Oberfläche so lange von der Atmosphäre und von anderen Gasen fernhält, bis sie mit der Beschichtungsatmosphäre in Kontakt gebracht wird.
Die Arbeitsweise des in Fig. 5 gezeigten fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verbundbeschichtungsanlage ist die folgende:
Auf eine der beiden Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a bzw. 1b wird eine Spule des Bandes S aufgelegt, das von der Spule abgewickelte freie Ende des Bandes S wird durch die hintereinandergeschalteten Zonen geführt und in die andere Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtung eingesetzt, und das Innere des Vakuumbehälters 6 wird evakuiert. Anschließend wird Argongas (Ar) in die Ionenbeschußeinrichtung 16 eingeleitet, und die gewünschten Reaktionsgase und Trägergase werden in die Ionenplattierungszone 2, die Sputterzone 3 bzw. die Plasma-CVD-Zone 4 oder in mehrere dieser Zonen eingeleitet, je nach den auszubildenden Arten der Überzugsschichten, während innerhalb der entsprechenden Zonen mit Hilfe der Evakuierungseinrichtungen P&sub1; bis P&sub7; und P&sub1;&sub5; geeignete Unterdruckwerte aufrechterhalten werden. Dann werden die Bandzuführungs-/Bandaufnahmeeinrichtungen 1a und 1b gestartet, um das Band S durch die Ionenbeschußeinrichtung und die hintereinandergeschalteten Beschichtungszonen laufen zu lassen, während das Band S durch den Vorwärmer 7 auf der Zuführungsseite und nach Wunsch durch einen oder mehrere Erhitzer, die in der Anlage installiert werden können, in geeigneter Weise erhitzt wird. Dadurch werden auf dem Band S eine oder mehrere Überzugsschichten ausgebildet.
Wenn man bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung annimmt, daß nur die Ionenplattierungszone 2 und die Plasma-CVD- Zone 4 aktiviert sind, dann entsteht ein zweischichtiger Überzug aus einer ionenplattierten Überzugsschicht und einer Plasma-CVD-Überzugsschicht, die nacheinander auf dem Band S ausgebildet werden. In diesem Falle wird aufgrund der Ionenbeschußbehandlung eine bessere Affinität zwischen der ionenplattierten Schicht und dem Band S erzielt. Es kann auch ein dreischichtiger Überzug ausgebildet werden, der aus einer gesputterten Überzugsschicht, einer Plasma-CVD-Überzugsschicht und einer ionenplattierten Überzugsschicht besteht. Zu diesem Zweck läuft das Band S in der Anordnung gemäß Fig. 5 zunächst von rechts nach links, wobei die Ionenbeschußeinrichtung 16, die Sputterzone 3 und die Plasma-CVD-Zone 4 aktiviert sind, während die Ionenplattierungszone 2 ausgeschaltet bleibt, so daß nacheinander eine gesputterte Überzugsschicht und eine Plasma-CVD-Überzugsschicht gebildet werden. Dann wird die Ionenplattierungszone 2 aktiviert, während die Sputterzone 3 und die Plasma-CVD-Zone 4 abgeschaltet werden, und man läßt das Band S von links nach rechts durchlaufen. Folglich werden auf dem Band S nacheinander eine gesputterte Überzugsschicht, eine Plasma-CVD-Überzugsschicht und eine ionenplattierte Überzugsschicht gebildet.
Das in Fig. 5 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel kann so modifiziert werden, daß irgendeine der drei Beschichtungszonen weggelassen wird, d. h. von der Ionenbeschichtungszone 2, der Sputterzone 3 und der Plasma-CVD-Zone 4 werden zwei Zonen bereitgestellt, um zwei Überzugsschichten auf dem Band auszubilden.
Wenn die Ausbildung einer einzelnen Überzugsschicht auf dem Band gewünscht wird, dann werden die Ionenbeschußeinrichtung 16 und die gewünschte Zone, d. h. entweder die Ionenplattierungszone 2 oder die Sputterzone 3 oder die Plasma-CVD-Zone 4, aktiviert, und man läßt das Band S in der in Fig. 5 dargestellten Anordnung von rechts nach links durchlaufen, so daß nach der Ionenbeschußbehandlung die gewünschte Überzugsschicht auf der Bandoberfläche ausgebildet wird.
Die Ionenbeschußbehandlung ist, kurz gesagt, ein Verfahren, bei dem ein Material, wie z. B. ein Band, in einen Vakuumbehälter eingeführt wird und ein Gas, wie z. B. Argongas (Ar), in den Vakuumbehälter eingeleitet wird, während das Vakuum in dem Behälter in der Größenordnung von 1,33·10&supmin;³ bis 1,33 Pa (1·10&supmin;&sup5; bis 1·10&supmin;² Torr) gehalten wird, um durch Ionisation unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes, das mit Hilfe von Elektroden angelegt wird, ein Argon-Plasma zu erzeugen, wodurch die Ionen mit der Materialoberfläche zusammenstoßen. Das angelegte elektrische Feld ist vorzugsweise ein elektrisches Hochfrequenzfeld, ein vorgespanntes elektrisches Wechselfeld oder ein alternierendes elektrisches Gleichspannungsfeld. Infolge der Ionenbeschußbehandlung wird die Materialoberfläche von einer etwa vorhandenen Verunreinigung oder einer unbeweglichen Schicht befreit. Die auf diese Weise aktivierte Oberfläche wird im Vakuum direkt trockenbeschichtet, ohne daß sie in einem schwächeren Vakuum irgendeiner Atmosphäre ausgesetzt wird. Beispiele für Materialien, die sich als Trockenbeschichtungsmaterialien eignen, sind Metalle wie Cr, Ti, Al, Mo, Ni und Cu und keramische Stoffe wie TiN, TiC, WC, B&sub4;C und Al&sub2;O&sub3;. Die Trockenbeschichtung kann ausgeführt werden, um auf der durch Ionenbeschuß behandelten Bandoberfläche eine, zwei oder mehrere Schichten dieser Materialien auszubilden.
Die Beschichtung des Bandes nach dem fünften Ausführungsbeispiel weist eine hervorragende Affinität zwischen der Überzugsschicht und der Bandoberfläche sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit auf, da die mittels Ionenbeschuß behandelte Bandoberfläche von jeder Verunreinigung oder unbeweglichen Schicht frei ist und vor der Ausführung der Trockenbeschichtungsoperation aktiviert wird. Ferner entsteht eine hohe dekorative Wirkung, da die mittels Trockenbeschichtung erzeugte Überzugsschicht eine Farbe aufweist, die dem Metall oder dem keramischen Stoff, das als Beschichtungsmaterial dient, eigentümlich ist. Diese vorteilhaften Effekte können mit einer sehr geringen Dicke der Überzugsschicht oder -schichten von beispielsweise 100 nm (1000 Å) erzielt werden, so daß irgendein nach dem Beschichten ausgeführter mechanischer Prozeß, wie z. B. das Biegen, nicht zum Ablösen der Überzugsschicht führt, womit auch nach einer solchen mechanischen Bearbeitung eine hohe Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und dekorative Wirkung des Bandes sichergestellt sind.
Es wurde ein Probelauf mit der Anlage nach dem fünften Ausführungsbeispiel durchgeführt, welcher die folgenden Ergebnisse lieferte:
In dem Probelauf wurde auf einem blankgeglühten Material aus rostfreiem SUS 304-Stahl nach dem Ionenplattierungs- und dem Plasma-CVD-Verfahren ein zweischichtiger Überzug ausgebildet, der aus einer TiN-Schicht und einer SiO&sub2;-Schicht bestand. Genauer gesagt, man ließ ein Band aus dem oben erwähnten rostfreien Stahl mit einer Dicke von 0,3 mm und einer Breite von 370 mm mit einer Geschwindigkeit von 0,4 m/min durch die Beschichtungsanlage laufen. Das Stahlband wurde zunächst durch die Ionenbeschußeinrichtung 16 geführt, wo eine Ionenbeschußbehandlung mit einer Frequenz von 13,56 MHz ausgeführt wurde, und durchlief dann die Ionenplattierungszone 2, wo unter einem Vakuum von 0,133 Pa (1·10&supmin;³ Torr) eine Ionenplattierung mit Ti als Verdampfungsmaterial und N&sub2; als Gas ausgeführt wurde, so daß eine TiN-Schicht von 100 nm (1000 Å) entstand. Dann ließ man das Band durch die Plasma-CVD-Zone 4 laufen, in der unter einem Vakuum von 26,6 Pa (0,2 Torr) unter Zufuhr von SiH&sub4;- und N&sub2;O-Gasen eine Plasma-CVD-Beschichtung erfolgte, um eine SiO&sub2;-Schicht von 100 nm (1000 Å) Dicke auszubilden, so daß auf dem Band ein zweischichtiger Überzug aus der TiN-Schicht und der SiO&sub2;-Schicht entstand.
Das so beschichtete Band hatte eine attraktive, für dekorative Zwecke geeignete Goldfarbe. Ein beschleunigter Salzsprühkorrosionstest und ein Naturkorrosionstest, die an dem beschichteten Band ausgeführt wurden, zeigten, daß die Korrosionsbeständigkeit des beschichteten Bandes mit der von rostfreiem SUS 316-Stahlband vergleichbar war. Das beschichtete Band wurde dann einem Biegeversuch unterworfen, um die Affinität zwischen den Überzugsschichten und dem Band zu bestätigen. Das Band wurde mit einem Krümmungsradius vom 2,5-fachen der Banddicke um 180º gebogen, ohne daß eine Ablösung der Überzugsschichten beobachtet wurde, woraus sich eine hohe Affinität zwischen der Überzugsschicht und dem Band ergibt.
Das in Fig. 6 dargestellte sechste Ausführungsbeispiel ist dem fünften Ausführungsbeispiel ähnlich, außer daß die Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a und 1b außerhalb des Vakuumbehälters 6 angeordnet und mit dem letzteren über die mehrstufigen Druckdifferenz-Schlitzdichtungszonen 5a und 5b verbunden sind, ebenso wie bei dem weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2.
Für den Fachmann ist offensichtlich, daß das fünfte und das sechste Ausführungsbeispiel so modifiziert werden können, daß jedes dieser Ausführungsbeispiele zwei Zonen aufweist, zu denen die Plasma-CVD-Zone 4 und entweder die Ionenplattierungszone 2 oder die Sputterzone 3 gehören, wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3 und 4. In solchen abgewandelten Anlagen ist die Ionenbeschußeinrichtung 16 zwischen einer der Zuführungs-/Aufnahmeeinrichtungen 1a und 1b und der Ionenplattierungszone 2 oder der Sputterzone 3 angeordnet.

Claims

1. Kontinuierliche Verbundbeschichtungsanlage mit einem Paar Bandführungs-/Bandaufnahmeeinrichtungen (1a, 1b) und mindestens zwei Beschichtungszonen, die in Durchlaufrichtung eines Bandes hintereinander zwischen den Bandzuführungs-/Bandaufnahmeeinrichtungen angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Beschichtungszonen;

eine Plasma-CVD-Beschichtungszone (4) und mindestens eine der folgenden zwei Zonen aufweisen: eine Ionenplattierungs-Beschichtungszone (2) und eine Sputterbeschichtungszone (3);

wobei die mindestens zwei Beschichtungszonen so angeordnet sind, daß die Beschichtung nur an der Unterseite des Bandes erfolgt, das diese Zonen durchläuft; und

wobei zwischen benachbarten Beschichtungszonen und zwischen jeder Bandzuführungs-/Bandaufnahmeeinrichtung und einer benachbarten Beschichtungszone eine Trennwand angeordnet ist, die Trennwände mit Schlitzen versehen sind, die so ausgeführt sind, daß sie das Band durchlaufen lassen und in jeder Zone ein gewünschtes Vakuum aufrechterhalten, wobei jeder Schlitz eine Oberkante und eine Unterkante aufweist, die von den benachbarten Bandoberflächen beabstandet sind, um das Band nicht zu behindern, wobei ferner an jeder Trennwand in der Nähe der Schlitzoberkante ein Paar Führungsrollen (19) angebracht sind, die in Laufrichtung des Bandes voneinander beabstandet sind;

wobei die Anordnung so gestaltet ist, daß jedes Band in gespannten Zustand von einer der Bandzuführungs-/Bandaufnahmeeinrichtungen zur anderen auf einem leicht nach unten gewölbten Weg die Zonen durchläuft und die Führungsrollen (19) mit dem Band nur an seiner Unterseite in Kontakt kommen;

gekennzeichnet durch eine mehrstufige Druckdifferenz- Schlitzdichtungszone (5), die zwischen der Plasma-CVD-Beschichtungszone (4) und mindestens einer Ionenplattierungs- Beschichtungszone (2) und/oder Sputterbeschichtungszone (3) angeordnet ist und mehrere Trennwände aufweist, welche so angeordnet sind, daß mehrere, entlang des Bandweges hintereinander angeordnete Vakuumkammern abgegrenzt werden, wobei jede Trennwand einen Schlitz aufweist, der so bemessen ist, daß das Band durchlaufen kann, wobei die Dichtungszone ferner ein Paar Führungsrollen aufweist, die an jeder Trennwand in der Nähe der Schlitzoberkante angeordnet und in Laufrichtung des Bandes voneinander beabstandet sind, derart daß eine der Führungsrollen in Laufrichtung vor, die andere in Laufrichtung hinter der entsprechenden Trennwand liegt, wobei die Führungsrollen so ausgeführt sind, daß sie mit der Oberseite des Bandes in Kontakt kommen, um das Band zu spannen und dadurch außer Kontakt mit der Ober- und der Unterkante des Schlitzes zu halten.

2. Kontinuierliche Verbundbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, wobei die beiden Bandzuführungs-/Bandaufnahmeeinrichtungen und mindestens zwei Beschichtungszonen in einem einzigen Vakuumbehälter untergebracht sind.

3. Kontinuierliche Verbundbeschichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens zwei Beschichtungszonen in einem einzigen Vakuumbehälter untergebracht, die beiden Bandzuführungs-/Bandaufnahmeeinrichtungen aber außerhalb des Vakuumbehälters angeordnet und mit den benachbarten Enden des Vakuumbehälters jeweils durch eine zusätzliche mehrstufige Druckdifferenz-Schlitzdichtungszone (5a, 5b) verbunden sind.

4. Kontinuierliche Verbundbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner eine Ionenbeschußeinrichtung aufweist, welche zwischen einer der Zuführungs-/Aufnahineeinrichtungen und der Ionenplattierungs-Beschichtungszone bzw. Sputterbeschichtungszone angeordnet ist.

5. Kontinuierliche Verbundbeschichtungsanlage nach Anspruch 4, wobei die beiden Bandzuführungs-/Bandaufnahmeeinrichtungen, die Ionenbeschußeinrichtung und die mindestens zwei Beschichtungszonen in einem einzigen Vakuumbehälter untergebracht sind.

6. Kontinuierliche Verbundbeschichtungsanlage nach Anspruch 4, wobei die Ionenbeschußeinrichtung und die mindestens zwei Beschichtungszonen in einem einzigen Vakuumbehälter untergebracht sind, während die beiden Bandzuführungs-/Bandaufflahmeeinrichtungen außerhalb des Vakuumbehälters angeordnet und mit den benachbarten Enden des Vakuumbehälters jeweils durch eine zusätzliche mehrstufige Druckdifferenz-Schlitzdich tungszone (5a, 5b) verbunden sind.

7. Kontinuierliche Verbundbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ionenplattierungs-Beschichtungszone, die Sputterbeschichtungszone und die Plasma- CVD-Beschichtungszone zwischen den beiden Bandzuführungs/Bandaufnahmeeinrichtungen hintereinander angeordnet sind und die mehrstufige Druckdifferenz-Schlitzdichtungszone zwischen der Plasma-CVD-Beschichtungszone und der Sputterbeschichtungszone angeordnet ist.