DE4322512A1 - Verfahren zur Verwendung einer metallischen Zwischenschicht zur Verstärkung der Adhäsion zwischen einem Metall und einem polymeren Substrat - Google Patents
Verfahren zur Verwendung einer metallischen Zwischenschicht zur Verstärkung der Adhäsion zwischen einem Metall und einem polymeren SubstratInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren
zur Verstärkung der Adhäsion zwischen einem Metall und einem
polymeren Substrat.
Kunststoffe haben traditionellere Materialien, wie Glas, bei
manchen Anwendungen ersetzt, und zwar aus verschiedensten
Gründen, einschließlich größerer Festigkeit, geringeren
Gewichts und niedrigerer Kosten. Eine derartige Anwendung
besteht in Metallisierungsverfahren, wobei Kunststoff
gegenüber Glas als ein Substratmaterial bevorzugt wird.
Metallisierte Kunststoffe werden allgemein als Reflektoren
verwendet, in erster Linie in Scheinwerfern von
Kraftfahrzeugen. Bei der Herstellung von
Beleuchtungsreflektoren werden gewöhnlich verschiedenste
polymere Substrate verwendet, einschließlich Polykarbonat und
Nylon. Obwohl verschiedene Metalle auf diese Kunststoffe
aufgebracht wurden, wird derzeit bei sämtlichen
Scheinwerferreflektoren für Kraftfahrzeuge Aluminium
verwendet.
Aluminium wird gewöhnlich in einem Vakuum-Verdampfungsprozeß
auf ein plasmabehandeltes polymeres Substrat aufgebracht. Beim
ersten Schritt eines solchen Verfahrens werden die
Kunststoffsubstrate in eine Vakuumkammer gebracht und einer
Glühentladung ausgesetzt. Diese Entladung oxidiert Material an
der Substratoberfläche und fördert Adhäsion durch eine
Kombination aus Eliminierung von Schmutz und anderen kleinen
Molekülen von der Oberfläche, Vernetzung der Oberfläche und
Zurverfügungstellung von sauerstoffhaltigen Funktionsgruppen,
mit denen das anschließend aufgebrachte Aluminium reagiert.
Typischerweise wird anschließend der Druck verringert und von
aufgeheizten Wolfram-Glühfäden auf die Oberfläche des
Substrats Aluminium in einer Dicke von annähernd 500-1000
Angström aufgedampft.
Frisch präparierte Aluminiumoberflächen besitzen ein
Reflexionsvermögen von etwa 92% über den sichtbaren
Wellenlängenbereich. Die Verwendung eines Metalls mit größerem
Reflexionsvermögen würde die Effizienz eines
Beleuchtungssystems vergrößern. Beispielsweise könnte Silber,
einer der bestbekannten Reflektoren von sichtbarem Licht, das
ein Reflexionsvermögen von näherungsweise 98% besitzt,
theoretisch die Effizienz eines Beleuchtungssystems um etwa 6%
vergrößern, ohne irgendwelche Änderungen an der Lampe
selber.
Außerdem ist Silber im ultravioletten Bereich weniger
reflektierend als Aluminium. Beispielsweise reflektiert
Silber bei 320 nm weniger als 10%, während Aluminium 92%
reflektiert. Dieser Mangel an Reflexionsvermögen im
ultravioletten Bereich kann bei der Verhinderung des Abbaus
polymerer Linsen durch ultraviolette Strahlung potentiell
nützlich sein.
Silber hat jedoch bezüglich der Verwendung in
Beleuchtungssystemen gegenüber Aluminium einige Nachteile.
Unter diesen sind höhere Kosten und ein Mangel an
Widerstandsfähigkeit der Silberoberfläche gegenüber
Umgebungsbedingungen zu nennen. Außerdem ist, falls in dem
vorhandenen Verfahren der Vakuumverdampfung Silber für
Aluminium substituiert wird, die Adhäsion des Silbers an der
Oberfläche des Substrats nicht adäquat. In manchen Fällen ist
die anfängliche Adhäsion unzureichend und nach Bestrahlung
verringert sich diese Adhäsion noch, wie verschiedene
spezielle Tests unter Umgebungsbedingungen ergeben haben.
Für Verwendungen bei Kraftfahrzeugen gibt es drei Arten von
Tests. Der erste Test besteht in einem Versenken in Wasser von
erhöhter Temperatur, beispielsweise 96 Stunden in
entionisiertem Wasser bei 90° F; der zweite Test besteht
darin, das Testobjekt einem Salzspray von erhöhter Temperatur
auszusetzen, beispielsweise 48 Stunden in 5% NaCl bei 100° F;
der dritte Test besteht darin, feuchte Luft einwirken zu
lassen, beispielsweise 120 Stunden bei 90% relativer
Luftfeuchtigkeit bei 100° F.
Ein mögliches Verfahren zur Verstärkung der Adhäsion zwischen
Silber und einem polymeren Substrat verwendet metallische
Zwischenschichten, die sowohl am Silber als auch am Substrat
gut haften. Ein Metall, das dafür bekannt ist, sich sowohl mit
Silber als auch mit Kunststoff zu verbinden, ist Chrom. Soll
Chrom jedoch als eine Zwischenschicht wirksam sein, sind so
niedrige Drücke wie 1×10-7 bis 1×10-6 während des
Dampfablagerungsverfahrens erforderlich, um die
Chromoberfläche daran zu hindern, zu oxidieren, bevor das
Silber abgelagert werden kann. Großtechnische Anlagen zur
Metallablagerung, wie sie bei der Herstellung von
Scheinwerfern für Kraftfahrzeuge verwendet werden, benutzen
typischerweise signifikant höhere Drücke von bis zu 1×10-4 mbar.
Somit würden sich die Betriebskosten signifikant
erhöhen, sobald die bei einem Verfahren zur Ablagerung von
Chromdampf nötigen, geringeren Drücke verwendet werden.
Es ist somit eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur
Verwendung einer metallischen Zwischenschicht zur Verstärkung
der Adhäsion zwischen Metallen und einem polymeren Substrat zu
schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der
Schaffung eines Verfahrens zur Verwendung einer metallischen
Zwischenschicht zur Verstärkung der Adhäsion zwischen Silber
und einem polymeren Substrat bei verhältnismäßig hohen
Drücken.
Gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ein Verfahren zur
Verstärkung der Adhäsion zwischen einem Metall und einem
polymeren Substrat eine metallische Zwischenschicht.
Bei diesem Verfahren wird ein polymeres Substrat in einer
Reaktionskammer einem ersten Metalldampf ausgesetzt, der eine
erste Metallschicht auf dem Substrat ablagert. Sodann wird ein
zweites Metall verdampft, während das erste Metall weiterhin
in der Kammer verdampft. Das mit dem ersten Metall überzogene
Substrat wird somit beiden Metalldämpfen ausgesetzt, die sich
gemeinsam auf dem mit dem ersten Metall überzogenen Substrat
ablagern. Sodann wird die Verdampfung der ersten Metalles
gestoppt, während das zweite Metall weiterhin verdampft wird.
Somit wird das mit dem ersten und dem zweiten Metall gemeinsam
überzogene Substrat anschließend den Dämpfen des zweiten
Metalls ausgesetzt, die sich auf dem Substrat niederschlagen.
Beispielsweise wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
ein Polykarbonatsubstrat in eine Reaktionskammer plaziert und
einem Luftplasma ausgesetzt. Der Kammerdruck wird sodann auf
etwa 1×10-4 mbar heruntergepumpt. Durch Vakuumverdampfung
wird sodann Chrom von einem mit Chrom überzogenen Wolframstab
niedergeschlagen. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne wird
sodann mit der Ablagerung von Silber aus einem mit Silber
gefüllten Molybdännäpfchen begonnen. Nach einem vorbestimmten
Zeitraum gemeinsamer Ablagerung wird die Chromverdampfung
gestoppt, während die Silberverdampfung für einen
vorbestimmten Zeitraum fortgesetzt wird. Nach der Beendigung
des Ablagerungs-bzw. Niederschlagungsverfahrens haften mehr
als 99% des Silbers an dem Polykarbonatsubstrat während eines
Klebeband-Abzieh-Tests, der nach der Einwirkung der Umgebung
durchgeführt wird. Weitere Aufgaben und Merkmale der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Einzelbeschreibung.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur
Verstärkung der Adhäsion zwischen einem Metall und einem
polymeren Substrat und verwendet eine metallische
Zwischenschicht bei verhältnismäßig hohen Drücken.
Ein polymeres Substrat wird in eine Reaktionskammer verbracht
und einer Glühentladung ausgesetzt, die eine Energie besitzt,
die zur Erzeugung eines Plasmas an der Substratoberfläche
ausreicht. Der Druck in der Kammer wird herabgesetzt und ein
erstes Metall verdampft. Das plasmabehandelte polymere
Substrat wird sodann dem ersten Metalldampf ausgesetzt, der
eine Metallschicht auf dem Substrat ablagert. Sodann wird ein
zweites Metall mit dem ersten Metall verdampft und es werden
beide Metalle zusammen bzw. gemeinsam auf dem mit dem ersten
Metall beschichteten Substrat abgelagert. Die erste
Metallverdampfung wird sodann gestoppt, während die
Verdampfung des zweiten Metalls fortgesetzt und dasselbe auf
dem mit dem ersten und dem zweiten Metall beschichteten
Substrat abgelagert wird, bis die gewünschte Dicke erreicht
ist.
Während sich mit dem Verfahren nach der Erfindung eine
Vielzahl von Erzeugnissen herstellen lassen, ist die
Herstellung von Reflektoren für Autoscheinwerfer von
besonderem Interesse. Typischerweise werden verschiedene
Polymere hierfür verwendet, einschließlich Polykarbonat und
Nylon. Besonders bevorzugt wird Polykarbonat als polymeres
Substrat verwendet, und zwar wegen seines geringen Gewichts,
seiner großen Stoßfestigkeit, seiner Formbarkeit und seiner
Stabilität. Es ist zu beachten, daß fast sämtliche
Kunststoffe, Thermoplaste und Duroplaste nach dem Verfahren
gemäß vorliegender Erfindung verwendbar sind, um eine Vielzahl
von metallisierten Produkten zu erzeugen.
Sobald es in die gewünschte Form gebracht worden ist, wird das
polymere Substrat in eine Reaktionskammer verbracht und einer
Glühentladung mit einer Energie ausgesetzt, die ausreicht, um
ein Plasma zu erzeugen. Bei reduzierten Drücken läßt sich eine
Glühentladung hervorrufen durch die Verwendung von
Hochfrequenz, wie Radio-und Mikrowellenfrequenz, und durch
Wechselstrom, der durch eine die Kammer umgebende Spule
geschickt oder an zwei an der Kammer befestigten, äußere
Elektroden angelegt wird. Diese Entladung erregt innerhalb der
Kammer Moleküle, die die Substratoberfläche oxidieren.
Typischerweise läßt sich irgendein Gas, wie Sauerstoff,
Stickstoff oder Luft, innerhalb der Kammer verwenden; bei der
vorliegenden Ausführungsform oxidiert die in der Kammer
vorhandene Luft die Substratoberfläche. Die erregten Moleküle
an der Substratoberfläche fördern die Adhäsion durch Reinigung
der Oberfläche und die Erzeugung von sauerstoffenthaltenden
Funktionsgruppen.
Alternativ läßt sich das Plasma auch aus einer Korona-
Entladung bilden. Eine Korona-Entladung kann bei jedwedem
Druck und in sämtlichen Gasarten vorkommen. Diese Entladung
ist einer Glühentladung in einem hochgradig ungleichförmigen
elektrischen Feld physikalisch ähnlich. Die elektrische
Energie in einer Korona-Entladung wird hauptsächlich in Wärme
im Gas innerhalb der Kammer umgewandelt.
Nachdem das polymere Substrat der Plasmabehandlung ausgesetzt
wurde, wird der Druck in der Kammer auf etwa 1×10-4 mbar
abgesenkt. In der Niederdruckatmosphäre wird ein erstes Metall
verdampft und anschließend auf der Oberfläche des Substrats
abgelagert. Das erste in dem Verfahren gemäß vorliegender
Erfindung verwendete Metall wirkt als eine metallische
Zwischenschicht zwischen dem polymeren Substrat und einem
zweiten Metall. Das erste Metall muß deshalb an beiden gut
haften, dem plastischen Substrat und dem zweiten Metall. Bei
der Herstellung von Reflektoren für Autoscheinwerfer ist die
Reflexionsfähigkeit ein wichtiges Merkmal, das zu beachten
ist, wenn das zweite Metall gewählt wird. Mögliche Metalle
schließen Kupfer, Aluminium, Gold und Silber ein. Von diesen
Metallen ist, sofern frisch aufgebracht, Silber der beste
bekannte Reflektor von sichtbarem Licht und ist somit das
bevorzugteste zweite Metall. Das erste Metall muß deshalb
sowohl an dem polymeren Substrat als auch am Silber gut
haften. Verschiedene Metalle, die gut an verschiedenen
polymeren Substraten sowie an anderen Metallen haften,
schließen Titan, Nickel, Palladium, Aluminium und Chrom ein.
Von diesen Metallen ist Chrom dafür bekannt, gut an
Kunststoffen zu haften und starke Verbindungen mit Silber zu
bilden. Chrom ist deshalb das bevorzugteste erste Metall
(metallische Zwischenschicht).
Die Metallschichten werden durch Kondensation von
Metalldämpfen gebildet. Typischerweise wird ein fester
Metallhalter auf einem Glühfaden positioniert, der mit
Elektroden verbunden ist. Ein Strom wird durch den Glühfaden
geschickt, um das Metall zu verdampfen, das in dem
Metallhalter plaziert ist. Typischerweise wird der
Metallhalter aus einem Material hergestellt, das einen höheren
Schmelzpunkt aufweist als das zu verdampfende Metall und das
während des Verfahrens nicht mit dem ausgewählten Metall
reagiert. Diese Materialien schließen vorzugsweise Wolfram,
Molybdän, Tantal oder ein keramisches Material ein. Innerhalb
der Kammer sind die Glühfäden und deshalb die verdampfenden
Metalle typischerweise innerhalb drei Fuß von dem polymeren
Substratmaterial angeordnet. Am meisten bevorzugt wird es, daß
die verdampfenden Metalle sich innerhalb von zwei Fuß von dem
Substrat befinden, und zwar in Abhängigkeit von der Natur der
verdampften Metallatome, die sich auf allem und jedem auf
ihrem Weg ablagern, während sie von den Glühfäden auf das
Substrat übertragen werden.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird eine Spannung an dem
Glühfaden angelegt, der das erste Metall hält. Dies bringt das
erste Metall dazu, zu verdampfen und sich auf dem polymeren
Substrat abzulagern. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne wird
Spannung an einen zweiten, das zweite Metall haltenden
Glühfaden angelegt, so daß das zweite Metall verdampft und
gemeinsam mit dem ersten Metall sich auf dem mit dem ersten
Metall beschichteten polymeren Substrat gemeinsam ablagert.
Nach einer vorbestimmten Zeit der gemeinsamen Ablagerung der
beiden Metalle wird die Verdampfung des ersten Metalls
gestoppt, während das zweite Metall fortfährt, sich für eine
vorbestimmte Zeitspanne weiter auf dem Substrat abzulagern. Es
ist festzustellen, daß die zwei Glühfäden in der Kammer durch
einen Separator voneinander getrennt sind, um Kontamination zu
verhindern, die durch die Übertragung von Partikeln des einen
Metalls auf den Glühfaden stattfinden könnte, der das andere
Metall hält.
Ein im gleichen Abstand wie das Substrat von den verdampfenden
Metallen angeordneter Quarzkristallmonitor wird dazu
verwendet, die Übertragungsgeschwindigkeit der verdampfenden
Metalle zu bestimmen. Durch Einstellung der an die Glühfäden
angelegten Spannung kann jedwede gewünschte
Beschichtungsgeschwindigkeit erzielt werden. Der
Quarzkristallmonitor wird ferner dazu verwendet, um die
gesamte Menge oder Dicke der auf dem Substrat abgelagerten
Metalle zu bestimmen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Chrom auf dem polymeren
Substrat abgelagert mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 1
und etwa 10 Angström pro Sekunde bis zu einer Gesamtdicke von
zwischen etwa 100 bis etwa 150 Angström. Besonders bevorzugt
wird Chrom mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 bis etwa 5
Angström pro Sekunde abgelagert; am bevorzugtesten ist die
Ablagerung von 3 Angström pro Sekunde bis zu einer Dicke von
etwa 150 Angström. Die Beschichtung des Silbers findet
vorzugsweise bei einer Geschwindigkeit von zwischen etwa 20
bis etwa 50 Angström pro Sekunde statt; am bevorzugtesten
zwischen etwa 30 bis etwa 40 Angström pro Sekunde. Die
kombinierte Dicke der gemeinsam abgelagerten Silber-Chrom-
Mischung beträgt zwischen etwa 100 bis etwa 200 Angström. Die
Mischung enthält typischerweise zwischen etwa 2% bis etwa 33
% Chrom. Vorzugsweise ist zwischen etwa 2% bis etwa 14%
Chrom in der gemeinsam abgelagerten Schicht; am bevorzugtesten
weist die Schicht zwischen etwa 7% bis etwa 9% Chrom auf.
Die gemeinsame Ablagerung (Kodeposition) von Chrom und Silber
ist für die Förderung der Adhäsion zwischen Silber und einem
polymeren Substrat von besonderer Bedeutung bei den
verhältnismäßig hohen Vakuumverdampfungs-Betriebsdrücken von
etwa 1×10-4 mbar gemäß vorliegender Erfindung. Nach einigen
Sekunden der Kodeposition wird die Chromverdampfung beendet
und das Silber lagert sich weiterhin auf dem Substrat bis zu
einer Gesamtdicke von zwischen etwa 500 bis etwa 1000 Angström
ab. Im allgemeinen wird eine Dicke von zumindest 500 Angström
benötigt, um Transparenz zu vermeiden und Reflexionsfähigkeit
zu erzeugen. Wenn auch die Schichtdicken größer sein können
als 1000 Angström, so nimmt doch die Oberflächenspannung mit
der Schichtdicke zu und es können Risse in der
Schichtoberfläche entstehen.
Die Ablagerungsgeschwindigkeit von Silber ist größer als die
Ablagerungsgeschwindigkeit des Chroms, um Oxidation zu
reduzieren, bevor das Silber abgelagert werden kann. Silber
haftet nicht so gut an oxidiertem Chrom wie an metallischem
Chrom. Chrom, ein Sauerstoff-Getter-Metall, wird bei den
verhältnismäßig hohen Drücken von etwa 1×10-4 mbar, wie in
dem vorliegenden Verfahren verwendet, schneller oxidiert.
Wenn der Quarzkristallmonitor feststellt, daß die gewünschten
Metalldicken erreicht worden sind, wird der Ablagerungsprozeß
jeden Metalles gestoppt durch entweder die mechanische
Blockierung des Weges des Metalldampfs zum Substrat oder durch
Abschalten der an den die Metalle haltenden Glühfäden
angelegten Spannung, oder durch Ausbrennen (Verdampfen)
sämtlicher vorhandener Metallmengen.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele
weiter illustriert, die ihrer Natur nach verdeutlichend sein
sollen und nicht als den Schutzbereich der Erfindung
einschränkend zu verstehen sind.
Die Adhäsion von Silber an einem Polykarbonatsubstrat wurde mit
der Adhäsion von Aluminium an einem Polykarbonatsubstrat
verglichen, und zwar unter der Verwendung des bekannten
Vakuumverdampfungsprozesses. Die Versuchsergebnisse sind in
Tabelle 1 dargestellt.
Die ersten Proben wurden vor der Prüfung nicht gereinigt; die
zweiten Proben wurden durch Schrubben mit Wasser und Seife
gereinigt und dann vor dem Testen getrocknet; die dritten
Proben wurden entsprechend gereinigt und einem Luftplasma
unterworfen (um die im kommerziellen Verfahren verwendete
Glühentladung zu simulieren). Die Adhäsion wurde erstens
gleich nach dem Vakuumverdampfungsprozeß getestet und zweitens
nach dem Versenken in Wasser für 18 Stunden bei 25°C. Ein
"Erfolg" bedeutet, daß dann, wenn ein Klebeband (Permanent
Mending Tape, 3M Corporation, St. Paul, MN) auf das
metallisierte Substrat aufgebracht wird, das dann mittels
einer Rasierklinge zu einem Quadratgitter mit 1 cm
Maschenweite geritzt und dann abgeschält wird, weniger als 1%
des Silbers sich mit dem Klebeband von der Oberfläche abziehen
läßt. Der bei Fehlschlag-Proben angegebene Prozentsatz
bedeutet denjenigen Teil des Silbers, der sich abziehen läßt.
Dieser Versuch zeigt, daß dann, wenn Silber Aluminium in einem
Standard-Vakuumverdampfungsprozeß ersetzt, die Adhäsion
anfänglich nicht adäquat ist und noch weniger adäquat nach dem
Versenken in Wasser. Es ist ferner festzustellen, daß die
Adhäsion von Aluminium durch die Verwendung von Luftplasma vor
dem Vakuumverdampfungsprozeß gefördert wird.
Es wurde die Verwendung einer metallischen Zwischenschicht zur
Verstärkung der Adhäsion zwischen Silber und einem polymeren
Substrat geprüft. Als metallische Zwischenschicht wurde Chrom
gewählt, um die Adhäsion zwischen Polykarbonat und Silber zu
verstärken. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 2
aufgeführt.
Bei einem Polykarbonat-Chrom-Silber-Aufbau wurde eine
Chromschicht mit einer Dicke von zwischen 100 bis etwa 200
Angström in einem Vakuumverdampfungsprozeß auf einem
Polykarbonatsubstrat abgelagert. Sodann wurde eine
Silberschicht von etwa 500 Angström Dicke in einem zweiten
Vakuumverdampfungsprozeß aufgebracht. Die zwei
Ablagerungsprozesse wurden bei verschiedenen Drücken
durchgeführt, mit und ohne Exposition gegenüber einem
kurzzeitigen Luftplasma vor dem Ablagerungsprozeß von Chrom,
um sowohl die effektivsten Drücke für die Ablagerungsprozesse
zu bestimmen, als auch, ob irgendein Vorteil bei der Anwendung
eines Plasmas an der Oberfläche des polymeren Substrats
vorhanden ist.
Die Adhäsion der Silberschicht wurde zunächst nach dem
Vakuumverdampfungsprozeß getestet. Ein "Erfolg" bedeutet, daß
dann, wenn ein Klebeband (Permanent Mending Tape, 3M
Corporation, St. Paul, MN) auf das metallische Substrat
aufgebracht wird, das mit einer Rasierklinge in ein
quadratisches Gitter mit 1 cm Maschenweite geritzt worden ist,
und das dann abgezogen wird, weniger als 1% des Silbers
mittels des Klebebandes von der Chromschicht abgezogen wird.
Der in Fehlschlag-Proben angegebene Prozentsatz bedeutet
denjenigen Teil des Silbers, der sich abziehen läßt.
Dieser Versuch zeigt, daß Chrom als eine wirksame, die
Adhäsion fördernde Zwischenschicht verwendet werden kann.
Chrom ist jedoch nur dann effektiv, wenn es bei
verhältnismäßig niedrigen Drücken von zwischen 5×10-6 bis 5×10-7 mbar
abgelagert wird (Proben 5, 6, und 11). Chrom
oxidierte schneller bei den verhältnismäßig hohen Drücken der
Proben 1 bis 4 und 7 bis 10, was die Adhäsion von Silber
hemmt. Die Aufbringung von Plasma auf die Oberfläche des
polymeren Substrats vor der Ablagerung der Chromschicht schien
die Silberadhäsion nicht signifikant zu beeinflussen.
Es wurde die Verwendung einer Chromzwischenschicht zur
Verstärkung der Adhäsion zwischen Silber und einem
Polykarbonatsubstrat bei verhältnismäßig hohen Drücken von
etwa 1×10-4 mbar geprüft.
Ein Polykarbonatblatt wurde in Wasser und Seife gewaschen und
anschließend in entionisiertem Wasser gespült. Das Blatt wurde
sodann in eine Reaktionskammer verbracht, die auf einen Druck
von etwa 1×10-5 mbar heruntergepumpt wurde. Sodann wurde
Luft in die Kammer gelassen, um einen dynamischen Druck von 1×10-4 mbar
einzustellen. Sodann wurde Chrom von einem mit
Chrom beschichteten Wolframstab durch Vakuumverdampfung mit
etwa 3 Angström pro Sekunde bis zu einer Dicke von etwa 150
Angström abgelagert. Sodann wurde die Ablagerung von Silber
durch Vakuumverdampfung begonnen, und zwar aus einem mit
Silber gefüllten Molybdännäpfchen mit etwa 34 Angström pro
Sekunde. Nach etwa 5 Sekunden gemeinsamer Ablagerung wurde die
Chromverdampfung beendet, während das Silber fortfuhr, sich
abzulagern, und zwar bis eine Gesamtdicke von 850 Angström
erreicht war (näherungsweise 150 Angström reinen Chroms, 185
Angström gemischten Silbers und Chroms, und ungefähr 515
Angström reinen Silbers).
Während dieser Ablagerung fiel der Druck leicht infolge der
Getteraktion des frisch abgelagerten Chroms, wobei der Druck
während des ganzen Prozesses bei näherungsweise zwischen 5 bis
8×10-5 mbar verblieb.
Die Probe wurde dann aus der Kammer entnommen und mit einer
Rasierklinge zu einem quadratischen Gitter mit 1 cm
Maschenbreite geritzt. Von Hand wurde Klebeband aufgebracht
und abgepellt. Von dem Kunststoffsubstrat wurde nichts von der
Metallschicht abgegeben. Ein zweites, in gleicher Weise
beschichtetes Blatt wurde Wasser bei 90°F 96 Stunden lang
ausgesetzt, getrocknet und in der gleichen Weise hinsichtlich
der Adhäsion geprüft. Bei diesen Tests gab das
Kunststoffsubstrat 30% der Silberschicht ab.
Das Beispiel III wurde identisch wiederholt mit der Ausnahme,
daß das Polykarbonatblatt einem Luftplasma für 60 Sekunden
beim Highsetting 0,4 mbar beim Heines Harrick Model PDC-23G
Plasmareinigers ausgesetzt wurde, bevor es in die
Reaktionskammer verbracht wurde. Beim Herausnehmen aus der
Kammer wurde die Probe geritzt und wie beim Beispiel III mit
einem Klebeband getestet. Das Plastiksubstrat gab nichts von
der Metallschicht ab. Ein in gleicher Weise beschichtetes
zweites Blatt wurde Wasser bei 90°F für 96 Stunden ausgesetzt,
getrocknet und in gleicher Weise bezüglich seiner Adhäsion
getestet. Bei diesem Test löste sich nichts von der
Metallschicht von dem Kunststoffsubstrat. Dieses Beispiel
zeigt die Nützlichkeit einer Luft-Plasma-Behandlung des
Substrats vor der Ablagerung von Chrom und Silber.
Ein Polykarbonatblatt wurde in Wasser und Seife gewaschen und
anschließend mit deionisiertem Wasser gespült. Das Blatt wurde
in eine Reaktionskammer gesetzt, die auf 1×10-5 mbar
heruntergepumpt wurde. Dann wurde Luft in die Kammer
eingelassen, um einen dynamischen Druck von 1×10-4 mbar
einzustellen. Sodann wurde Chrom durch Vakuumverdampfung von
einem mit Chrom beschichteten Wolframstab bei etwa 3 Angström
pro Sekunde bis zu einer Dicke von etwa 150 Angström
abgelagert. Die Chrombeschichtung wurde beendet und Sekunden
später mit der Ablagerung von Silber aus einem mit Silber
gefüllten Molybdännäpfchen mit etwa 34 Angström pro Sekunde
bei einer Gesamtdicke von 905 Angström (näherungsweise 150
Angström reinen Chroms und 755 Angström reinen Silbers)
begonnen. Während dieser Ablagerung fiel der Druck leicht ab
infolge der Getterwirkung des frisch abgelagerten Chroms,
wobei der Druck bei näherungsweise zwischen 7-10×10-5 mbar
während des ganzen Verfahrens verblieb.
Die Probe wurde dann aus der Kammer entfernt und mit einer
Rasierklinge in ein 1-cm-Quadrat-Gitter geritzt. Sodann wurde
von Hand Klebeband aufgebracht und dann abgezogen. Die gesamte
Silberschicht löste sich von dem mit Chrom beschichteten
Kunststoffsubstrat. Dies Beispiel zeigt, daß das Verfahren der
gemeinsamen Ablagerung (Kodeposition) von besonderer Bedeutung
ist, wenn es darum geht, die Adhäsion zwischen Silber und
einem polymeren Substrat zu fördern.
Beispiel V wurde in identischer Weise wiederholt, mit Ausnahme
dessen, daß das Polykarbonatblatt für 60 Sekunden bei 0,4 mbar
einem Luftplasma beim Highsetting eines Plasmareinigers vor
dem Verbringen in eine Reaktionskammer ausgesetzt wurde. Nach
der Entfernung aus der Kammer wurde die Probe geritzt und mit
Kunststoffband wie in Beispiel V geprüft. Das gesamte Silber
löste sich von dem mit Chrom beschichteten Substrat. Dieses
Beispiel zeigt zusätzlich, daß der Prozeß der gemeinsamen
Ablagerung erforderlich ist, um die Adhäsion zwischen Silber
und einem polymeren Substrat voranzubringen.
Claims (16)
1. Verfahren, gekennzeichnet durch die Ablagerung einer
Erstmetallschicht auf einem polymeren Substrat, gemeinsame
Ablagerung einer Schicht aus einem zweiten Metall und dem ersten
Metall auf dem mit dem ersten Metall beschichteten Substrat, und
die Ablagerung des zweiten Metalls auf dem mit einer Schicht aus
dem ersten und dem zweiten Metall beschichteten Substrat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr
als 99% der zweiten Metallschicht an dem Substrat haften
bleiben, sobald die zweite Metallschicht einem Klebeband-Abzieh-
Test unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
polymere Substrat ausgewählt ist aus der aus Polykarbonat und
Nylon bestehenden Gruppe.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
polymere Substrat Polykarbonat ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
polymere Substrat Nylon ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Metall Chrom ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Metall Aluminium ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
zweite Metall Silber ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
polymere Substrat einer Glühentladung mit einer Energie
ausgesetzt wird, die ausreicht, um ein Plasma an der
Substratoberfläche hervorzurufen, und zwar vor der Ablagerung
des Erstmetalls.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
ersten und zweiten Metalle durch Vakuumverdampfung bei einem
Druck von etwa 1×10-4 mbar abgelagert werden.
11. Verfahren, gekennzeichnet durch die Ablagerung einer
Chromschicht auf einem Polykarbonatsubstrat, durch gemeinsame
Ablagerung einer Silber- und Chromschicht auf das mit Chrom
beschichtete Substrat, und die Ablagerung von Silber auf das mit
Chrom und Silber beschichtete Substrat.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehr
als 99% der Silberschicht an dem Substrat haften bleiben, wenn
die Silberschicht einem Klebeband-Abzieh-Test unterworfen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
Polykarbonatsubstrat einer Glühentladung mit einer Energie
unterworfen wird, die ausreicht, um ein Plasma an der
Substratoberfläche hervorzurufen, und zwar vor der Ablagerung
des Chroms.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
Chrom und Silber durch Vakuumverdampfung bei einem Druck von
etwa 1×10-4 mbar abgelagert werden.
15. Gegenstand aus einem polymeren Substrat, einer Silberschicht
auf dem polymeren Substrat und einer metallischen
Zwischenschicht zwischen der Silberschicht und dem polymeren
Substrat, wobei die metallische Zwischenschicht aus einer an dem
Substrat haftenden Chromschicht und einer aus Chrom und Silber
gemeinsam abgelagerten Schicht zwischen dieser Chromschicht und
der Silberschicht besteht, und wobei das Substrat aus der Gruppe
ausgewählt ist, die aus Polykarbonat und Nylon besteht.
16. Mit Silber beschichtetes polymeres Substrat nach Anspruch
15, dadurch gekennzeichnet, daß die durch gemeinsame Ablagerung
von Chrom und Silber entstandene Schicht zwischen etwa 2% bis
etwa 33% Chrom enthält.
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