DE4439519C1 - Appts. for vacuum coating strip with e.g. aluminium@ or dielectric - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vakuumbedampfen von Folien. Ihre Anwendung erfolgt besonders vorteilhaft bei der Beschichtung von Folien mit Aluminium, bestimmten Dielektrika oder mit durchsichtigen Barriereschichten, insbesondere für Lebensmittelverpackungen.The invention relates to a device and a method for vacuum vapor deposition of Foils. They are used particularly advantageously in the coating of foils with aluminum, certain dielectrics or with transparent barrier layers, especially for food packaging.
Der derzeitige Stand der Technik des Aluminiumaufdampfens in Folienbedampfungsanlagen, sowie vorgeschlagene Neuerungen sind in der Fachliteratur und einschlägigen Patenten, beispielsweise in der Fachzeitschrift VACUUM, Band 42 (1991), Heft 10/11, Seiten 649-655, sowie in der Europäischen Patentschrift 0 282 540/1992 beschrieben. Eine zusammenfassende Beschreibung der lichtdurchlässigen Barriereschichten und der zu ihrer Erzeugung eingesetzten Folienbedampfungsanlagen befindet sich beispielsweise in der Fachzeitschrift COATING, Jahrgang 1994, Seiten 274-280. Aus diesen Ausführungen geht es hervor, daß die Wirtschaftlichkeit vieler derzeitig eingesetzter Verfahren unbefriedigend ist, die Streuverluste und die damit verbundenen gesundheitlichen Risiken hoch sind, während die Qualität der aufkondensierten Schicht oft durch Spucker und fehlende kinetische Energie beeinträchtigt wird. Es läßt sich weiterhin eine mit widerstands beheizten Verdampfern ausgerüstete Folienbedampfungsanlage nicht kostengünstig und zeitsparend auf das Aufdampfen von preisgünstigen und gleichzeitig gute Barrieren ergebenden Pulvermischungen umrüsten, wodurch kleinere oder kapitalsarme Betriebe entschieden benachteiligt werden.The current state of the art of aluminum vapor deposition in Foil steaming systems, as well as proposed innovations are in the Technical literature and relevant patents, for example in the trade magazine VACUUM, volume 42 (1991), number 10/11, pages 649-655, as well as in the European one Patent Specification 0 282 540/1992. A summary description the translucent barrier layers and those used to create them Foil steaming systems can be found, for example, in the trade magazine COATING, born in 1994, pages 274-280. From these remarks it is clear that the economics of many of the processes currently in use are unsatisfactory Scattering losses and the associated health risks are high, while the quality of the condensed layer is often due to spitting and missing kinetic energy is affected. It can still be one with resistance foil evaporators equipped with heated evaporators are not cost-effective and time-saving on the evaporation of inexpensive and good at the same time Retrofit powder mixtures resulting in barriers, making smaller or low-capital companies are decidedly disadvantaged.
Zur Verringerung dieser Nachteile schlägt L. Holland in der Zeitschrift VACUUM, Band 6, Jahrgang 1959, Seite 161-172 vor, die Heizquelle von der in unmittelbarer Nähe befindlichen Dampfquelle mit einer ringförmigen Heizquelle zu umschließen.In order to reduce these disadvantages, L. Holland suggests in the magazine VACUUM, volume 6 , year 1959, pages 161-172, to enclose the heating source with an annular heating source from the steam source in the immediate vicinity.
Mit dieser Variante wird aber zum einen die Leistung der Heizquelle nicht optimal ausgenutzt und zum anderen ist hier eine leichte Austauschbarkeit der Dampfquellen nicht gewährleistet. With this variant, on the one hand, the performance of the heating source is not optimal exploited and on the other hand here is an easy interchangeability of the steam sources not guaranteed.
Darüberhinaus sind in der GB-PS 1 021 776 und DE-PS 41 04 415 Lösungen mit thermisch isolierten Verdampfereinheiten beschrieben, die aufgrund beispielsweiseIn addition, in GB-PS 1 021 776 and DE-PS 41 04 415 solutions with thermally insulated evaporator units described, for example
- - einer schlechten Ausnutzung der elektrischen Energie (es wird Energie von der thermischen Isolierung - Strahllängsschutzwand verbraucht) und- poor utilization of electrical energy (energy from the thermal insulation - longitudinal beam wall consumed) and
- - relativ langen Aufheiz- und Abkühlzeiten (wegen der Inertie der thermischen Isolierung), was sehr nachteilig für Produktionsanlagen ist,- relatively long heating and cooling times (because of the inertia of the thermal Insulation), which is very disadvantageous for production plants,
jedoch für praktische Anwendungen nachteilig sind.however, are disadvantageous for practical applications.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vakuumbedampfen von Folien vorzuschlagen, mit dem sämtliche Nachteile des Standes der Technik beseitigt sind.The object of the invention is now an apparatus and a method to propose for vacuum vapor deposition of films, with which all the disadvantages of State of the art are eliminated.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Vorrichtung und ein neues Verfahren zum Aufdampfen von Metallen und Nichtmetallen in Vakuum- Folienbedampfungsanlagen anzugeben, das eine besonders gute Ausnutzung der zum Aufdampfen benötigten elektrischen Energie auch bei Benutzung poröser Verdampfer gestattet und aufgrund vertretbarer Aufheiz- und Abkühlzeiten vorteilhaft auch für größere Produktionsanlagen ist.Another object of the invention is to provide a new device and a new one Process for the vapor deposition of metals and non-metals in vacuum Foil steaming systems to indicate that a particularly good use of electrical energy required for vapor deposition even when using porous Evaporator allowed and advantageous due to reasonable heating up and cooling down times is also for larger production plants.
Mit der vorzuschlagenden erfindungsgemäßen Lösung soll weiterhin ein schnelles Umrüsten von einer Aufdampfungsart auf eine andere ermöglicht werden, so daß es beispielsweise ermöglicht wird, auch in bereits gebauten Folienbedampfungsanlagen vom Aluminiumaufdampfen auf das bei Bedarf ebenfalls nachfüllbare Aufdampfen eines Dielektrikums, insbesondere auf das durch Aufsublimieren erfolgte Aufdampfen einer durchsichtigen Barriere für die Lebensmittelverpackung, in kürzester Zeit umzurüsten. Der erzeugte Dampfstrahl soll vorzugsweise gebündelt und energiereich sein. Die Bündelung und Steigerung der kinetischen Energie soll vorzugsweise nicht nur durch eine einen energiereichen Richtstrahl begünstigende Formgebung, sondern auch durch eine differenzierte Erwärmung, sowie hohe Elektronenemission der Dampfquelle und/oder Heizquelle begünstigt werden. Die Elektronen sollen ein Ionisieren des Dampfes ermöglichen, um eine zusätzliche Bündelung durch den sogenannten Pinch-Effekt, sowie die Steigerung der kinetischen Energie durch Anlegen eines elektrischen Feldes zu gestatten. Nicht zuletzt sollen die Einzelteile der Aufdampfanordnung vorzugsweise keine schwer wiederverarbeitbaren Abfälle ergeben. With the proposed solution according to the invention, a fast should continue Converting from one type of vapor deposition to another is made possible so that it for example, is also made possible in already built film vapor deposition systems from aluminum vapor deposition to evaporation that can also be refilled if required of a dielectric, in particular to the evaporation carried out by sublimation a clear barrier for food packaging in no time convert. The steam jet generated should preferably be bundled and energy-rich his. The bundling and increasing of the kinetic energy should preferably not only through a shape that favors a high-energy directional beam, but also due to differentiated heating and high electron emission of the Steam source and / or heating source are favored. The electrons are supposed to Ionize the steam to allow additional bundling through the so-called pinch effect, as well as the increase in kinetic energy Allow application of an electric field. Last but not least, the individual parts of the Evaporator assembly preferably no waste that is difficult to reprocess surrender.
Erfindungsgemäß werden die genannten Aufgaben mit einer Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 und einem Verfahren, bei dem diese Vorrichtung zum Einsatz kommt, gemäß den Ansprüchen 17 oder 18 gelöst.According to the invention, the aforementioned tasks are carried out with a device according to a or more of claims 1 to 16 and a method in which this Device is used, solved according to claims 17 or 18.
Es wird dabei eine Vorrichtung zum Vakuumbedampfen von Folien nach dem Folienbedampfungsverfahren, welches analog dem bekannten Bandbedampfungs verfahren abläuft, aber auch die Möglichkeit der Bedampfung breiter Folien offen läßt, vorgeschlagen, die aus Heiz- bzw. Wärmequellen, auch Heizer genannt, und Dampf bzw. Verdampfungsquelle, in der sich das oder die Aufdampfmaterialien befinden, besteht.There is a device for vacuum deposition of films after Foil evaporation process, which is analogous to the known band evaporation process takes place, but also leaves open the possibility of vapor deposition of wide foils, proposed that from heating or heat sources, also called heaters, and steam or evaporation source in which the vapor deposition material or materials are located, consists.
Erfindungsgemäß sind bei dieser Vorrichtung die eine oder mehrere Dampfquellen jeweils zwischen zwei Heizern installiert, zu diesen berührungslos angeordnet und somit durch die Heizer voneinander getrennt, so daß die Heizer zum gleichzeitigen und gemeinsamen Heizen und Trennen von benachbarten Dampfquellen verwendet werden, und die Dampf- und Heizquellen eine einzige durch thermische Isolierung nicht unterbrochene Einheit bilden.According to the invention, the one or more steam sources are in this device installed between two heaters, arranged without contact to them and thus separated by the heater, so that the heater for simultaneous and shared heating and separation of neighboring steam sources used be, and the steam and heating sources a single through thermal insulation form an uninterrupted unit.
Zum Schutz der zu bedampfenden Folie vor Überhitzung kann die eine oder mehrere Heizquellen mit einer oder mehreren ein- oder mehrlagigen Schutzkappen aus hitzebeständigem Material, beispielsweise Bornitrid, abgedeckt sein.To protect the film to be steamed from overheating, one or more Heat sources with one or more single or multi-layer protective caps heat-resistant material, for example boron nitride, may be covered.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sollte so gestaltet sein, daß die eine oder mehrere Dampfquellen, die vorzugsweise Schiffchen aus geeignetem Material, beispielsweise Graphit sein können, leicht austauschbar sind. Die Schiffchen selbst können dabei unterschiedlichst gestaltet sein. Die Schiffchenform und -gestaltung richtet sich dabei nach dem jeweiligen Anwendungsfall. So kann beispielsweise für den Fall, daß mehrere Aufdampfmaterialien gleichzeitig aufgedampft werden sollen, auch das Schiffchen in einzelne Fächer, die rund aber auch rechteckig oder anders gestaltet sein können, unterteilt sein.The device according to the invention should be designed so that the one or more Steam sources, preferably boats made of suitable material, for example Can be graphite, are easily interchangeable. The boats themselves can do it be designed differently. The shape and design of the boat is based on this according to the respective application. For example, in the event that several vapor deposition materials are to be vaporized simultaneously, that too Boats in individual compartments that are round but also rectangular or different can be divided.
Für den Fall, daß mehrere Dampfquellen vorhanden sind, kann auch jede für sich mit einem anderen Aufdampfgut bestückt sein. In the event that there are several steam sources, each can be used individually another evaporation material.
Eine Variante der Vorrichtung sieht vor, daß anstelle der austauschbaren Dampfquellen nur das in ihnen befindliche Aufdampfgut einerseits austauschbar und/oder andererseits kontinuierlich nachführbar ist. Das kann erreicht werden, wenn das Aufdampfgut in Form von Draht oder als gepreßte Formteile, z. B. Röhren, Stäbe usw., in die Dampfquelle eingebracht wird. Eine kontinuierliche Nachführung von Aufdampfgut ist beispielsweise dann möglich, wenn es zu Röhren gepreßt wird, die auf ein Magazin von Stiften aus geeignetem Material, beispielsweise Wolframstiften, aufgesteckt sind.A variant of the device provides that instead of the replaceable steam sources only the evaporation material in them is exchangeable and / or on the other hand is continuously trackable. That can be achieved if that Evaporated material in the form of wire or as pressed molded parts, e.g. B. tubes, rods, etc., is introduced into the steam source. A continuous update of Evaporating material is possible, for example, if it is pressed into tubes that open a magazine of pens made of a suitable material, for example tungsten pens, are attached.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei Verwendung eines porösen Behälters als Dampfquelle, und einer Schutzkappe im porösen Behälter, Rückführ-Öffnungen vorge sehen sind. Dadurch wird der außerhalb des porösen Behälters befindliche Dampf in den porösen Behälter zurückgeführt und von dort in Richtung Folie verdampft.Furthermore, it is advantageous if when using a porous container Steam source, and a protective cap in the porous container, return openings are featured are seen. As a result, the vapor located outside the porous container is in returned the porous container and evaporated from there towards the film.
Nach ersten Untersuchungen hatte es sich als vorteilhaft erwiesen, die Heizquelle, die Graphitheizstäbe sein können, in Mäanderform zu gestalten, die dann an jeder Längsseite der Dampfquelle angeordnet sind. Weitergehende Untersuchungen haben dann aber gezeigt, daß durchaus anstelle der mäanderförmigen Heizer auch unter die Dampfquelle reichende und/oder die Öffnung der Dampfquelle zum Teil umfassende Heizer, beispielsweise Induktionsspulen eingesetzt werden können.According to initial investigations, the heating source, the Graphite heating elements can be designed in a meandering shape, which can then be applied to everyone Longitudinal side of the steam source are arranged. Have further investigations but then showed that instead of the meandering heater also under the Steam source reaching and / or partially covering the opening of the steam source Heater, for example induction coils can be used.
Für den Fall jedoch, daß die Heizquellen Induktionsspulen sind, ist es günstig, entweder zwischen Induktionsspule und porösem Behälter (bzw. Dampfquelle) eine Zwischenwand vorzusehen oder anstelle des porösen einen nichtporösen Behälter einzusetzen.However, in the event that the heating sources are induction coils, it is advantageous either between the induction coil and the porous container (or steam source) Provide partition or a non-porous container instead of the porous to use.
Schließlich ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch die Beschichtung von schmalen und von breiten Folien möglich. Zur Beschichtung von schmalen Folien ist ein Einzelsegment dieser Vorrichtung, das aus der Anordnung Heizer - Dampfquelle - Heizer besteht, ausreichend. Wenn jedoch breite Folien beliebiger vertretbarer Breite, auf alle Fälle bis 3 m Breite, bedampft werden sollen, so besteht die Möglichkeit, entsprechend viele dieser Einzelsegmente zusammenzuschalten, so daß alternierend je eine Dampfquelle zu beiden Längsseiten von je einem Heizer beheizt wird und jeder Heizer, ausgenommen natürlich die beiden äußeren, zwei Dampfquellen beheizt. Finally, with the device according to the invention, the coating of narrow and wide foils possible. For coating narrow foils a single segment of this device, which consists of the arrangement heater - steam source - Heater exists, sufficient. However, if wide films of any reasonable width, in any case up to 3 m wide, should be steamed, there is the possibility to interconnect correspondingly many of these individual segments, so that alternating one steam source on each of the long sides is heated by one heater and each Heater, except, of course, the two outer, two steam sources heated.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht im wesentlichen auf dem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung hierfür. Dabei wird das in der Dampfquelle enthaltene Aufdampfgut kontinuierlich nachgefüllt, beispielsweise indem es in Form von Draht oder in Form gepreßter Röhren, die auf ein Magazin aus Stiften, beispielsweise aus Wolfram aufgebracht sind, auf die darüber befindliche zu bedampfende Folie aufgedampft wird und die Beheizung mittels an ihren beiden Längsseiten angebrachter Heizquellen, die zur Dampfquelle berührungslos angebracht sind, erfolgt.The method according to the invention is essentially based on the use of Device according to the invention for this. This will contain the steam source Evaporated material is continuously refilled, for example by being in the form of wire or in the form of pressed tubes that are made from a magazine made of pins, for example Tungsten are applied to the film to be vapor-deposited thereon is evaporated and the heating by means of attached on its two long sides Heat sources are attached to the steam source without contact.
Die Bedampfung breiter Folien erfolgt, indem die Einzelsegmente, bestehend aus Heizquelle - Dampfquelle - Heizquelle alternierend zusammengeschaltet sind, so daß eine Dampfquelle an ihren Längsseiten von zwei Heizern beheizt wird und die Heizer, ausgenommen die äußeren, jeweils zwei Dampfquellen beheizen.The vaporization of wide foils is done by the individual segments consisting of Heat source - steam source - heat source are connected alternately, so that a steam source on its long sides is heated by two heaters and the heaters, except the outside, heat two steam sources each.
Die einzelnen Dampfquellen können hier auch unterschiedliche Aufdampfmaterialien enthalten, wenn das für die aufzudampfende Schicht erforderlich ist.The individual steam sources can also use different vapor deposition materials included if this is necessary for the layer to be evaporated.
Sollte nur ein Einzelsegment zum Einsatz kommen und mehrere Aufdampfmaterialien gleichzeitig auf die Folie aufgedampft werden müssen, so können als Dampfquelle auch entsprechend unterteilte Behälter, z. B. Schiffchen, eingesetzt werden.Should only a single segment be used and several evaporation materials must be evaporated onto the film at the same time, so it can be used as a steam source also appropriately subdivided containers, e.g. B. shuttle can be used.
Um die gesteckten Ziele zu erreichen, werden die Heizer (Wärmequellen, Heizquellen) zwischen den vorzugsweise leicht austauschbaren Dampfquellen angeordnet. Die Dampfquellen, sowie die Behälter des Aufdampfgutes werden vorzugsweise aus einem einzigen und dementsprechend leichter wiederverwertbaren, hochschmelz enden und korrosionsfesten Material (Element oder chemische Verbindung) vorzugsweise hoher Elektronenemission hergestellt. Mit Vorteil können kalt geformte, auch poröse, sogenannte "net shape" Bauelemente, insbesondere als Aufdampf quellen verwendet werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung enthalten die für flüssiges Aufdampfgut vorgesehenen Dampfquellen eine korrosionsfeste und leicht reinigbare Einlage aus beispielsweise hochschmelzenden Körnchen, die das verflüssigte Aufdampfgut in ihre Porenstruktur aufnehmen, dort in Dampf umwandeln und bei Bedarf leicht entfernt und chemisch gereinigt werden können. Ein solcher leicht austauschbarer Einsatz verhütet auch die Erosion an jenen Stellen, wo der zum Nachfüllen verwendete metallische Draht, insbesondere Aluminiumdraht ange schmolzen wird. In order to achieve the goals set, the heaters (heat sources, heat sources) arranged between the preferably easily replaceable steam sources. The Steam sources, as well as the containers of the vapor deposition material are preferably made a single and accordingly more easily reusable, high melting point ends and corrosion-resistant material (element or chemical compound) preferably high electron emission. Cold-formed, also porous, so-called "net shape" components, especially as vapor deposition sources are used. In a further advantageous embodiment, the for Liquid vapor deposition provided steam sources a corrosion-resistant and easy cleanable insert made of, for example, high-melting granules, which absorb liquefied vaporization material into its pore structure, convert it into steam there and can be easily removed and dry cleaned if necessary. Such a Easily interchangeable insert also prevents erosion in those places where the Refilling used metallic wire, especially aluminum wire will melt.
Die geschilderten Nachteile sollen also auf die Weise behoben werden, daß die Wärme- und Dampfquellen nicht nur voneinander getrennt, sondern die Wärmequellen zwischen vorzugsweise parallel ausgerichteten, leicht austauschbaren und einen Richtstrahl erzeugenden Dampfquellen angeordnet werden. Als Wärmequellen werden Strahlungsheizkörper, Elektronenstrahler oder Induktionsheizspulen verwendet. Sie erwärmen jeweils mehr als eine, vorzugsweise leicht austauschbare und für verschiedene, je nach Bedarf für verflüssigte oder feste Aufdampfgüter geeignete Dampfquellen. Auf diese Weise erfolgt die bereits von L. Holland in der Zeitschrift VACUUM, Band 6, Jahrgang 1959, Seiten 161-172 empfohlene Trennung der Heizquelle von der (in unmittelbarer Nähe befindlichen) Dampfquelle, wodurch die Standzeit der Dampfquelle bekanntlich erheblich verlängert wird.The disadvantages described are to be remedied in such a way that the Heat and steam sources not only separate from each other, but the heat sources between preferably parallel, easily replaceable and one Directional beam generating steam sources are arranged. As heat sources Radiant heaters, electron emitters or induction heating coils are used. she each heat more than one, preferably easily replaceable and for various suitable for liquefied or solid vapor deposition goods as required Steam sources. In this way L. Holland already does it in the magazine VACUUM, volume 6, year 1959, pages 161-172 recommended separation of the Heat source from the (in the immediate vicinity) steam source, whereby the Service life of the steam source is known to be significantly extended.
Die Erfindung ermöglicht aber Dank der neuen Anordnung zusätzlich noch eine erhöhte Ausnutzung der Heizquellen und entsprechend verminderte Strom- und Strahlungsverluste. Auch kann laut Erfindung eine beispielsweise für das Verdampfen von flüssigem Aluminium vorgesehene Dampfquelle bestehend aus einem dichten oder porösen Hohlkörper, leicht gegen eine Aufsublimierquelle ausgetauscht und bei Bedarf wieder eingesetzt werden.However, thanks to the new arrangement, the invention additionally enables one increased utilization of the heating sources and correspondingly reduced electricity and Radiation losses. According to the invention, one can also be used for evaporation, for example Liquid aluminum vapor source consisting of a dense one or porous hollow body, easily exchanged for a sublimation source and at Needed again.
Da die auswechselbaren Dampfquellen so gestaltet werden können, daß sie zur Erzeugung energiereicher Richtstrahlen geeignet sind, soll die neue Entwicklung vorzugsweise auch zur besseren Ausbeute, besseren Schichtqualität und Reduzierung der gesundheitsschädigenden Streuverluste führen.Since the interchangeable steam sources can be designed so that they are used The aim of the new development is to generate high-energy directional beams preferably also for better yield, better layer quality and reduction of health-damaging scatter losses.
Es sollen also anstelle von widerstandsbeheizten Verdampfern nicht Verdampfer, sondern nur Heizquellen zwischen wassergekühlten Stromzuleitungen eingespannt und die von den Heizquellen emittierten Photonen und/oder Elektronen oder induzierten Wirbelströme zum gleichzeitigen Erwärmen der beiderseitig der Wärmequelle angeordneten Dampfquellen benutzt werden. Anstelle einer energiereichen Photonen oder Elektronen oder Photonen und Elektronen ausstrahlenden Heizquelle kann dementsprechend zwischen den vorzugsweise parallel angeordneten Dampfquellen auch eine die erforderliche Wärmeenergie liefernde wassergekühlte Induktionsspule angeordnet und die Spule vor Bedampfung durch eine Zwischenwand geschützt werden. Eine solche Zwischenwand kann auch zum Schutze nichtinduktiver Heizquellen vorgesehen werden, falls ein Aufkondensieren des von der Dampfquelle nach Abschalten der Heizquelle noch kurzzeitig abgestrahlten Dampfes verhütet werden soll. Auf diese Weise können empfindliche Heizquellen, beispielsweise solche aus Graphit oder Wolfram, vor einer bei Wiedereinschalten eintretenden unerwünschten Reaktion mit aufkondensiertem Aluminium geschützt werden, während sie in heißerem Zustand vom Dampfe desselben Metalles nicht angegriffen werden.So instead of resistance-heated evaporators, evaporators, but only clamped heating sources between water-cooled power supply lines and the photons and / or electrons emitted by the heating sources or induced eddy currents for simultaneous heating of both sides of the Heat sources arranged steam sources are used. Instead of one high energy photons or electrons or photons and electrons emitting heat source can accordingly between the preferably steam sources arranged in parallel also provide the required thermal energy delivering water-cooled induction coil arranged and the coil before evaporation be protected by a partition. Such a partition can also to protect non-inductive heating sources, if a Condensing of the steam source after switching off the heating source briefly emitted steam should be prevented. That way you can sensitive heat sources, such as those made of graphite or tungsten, in front of one when switching on again undesired reaction with condensed Aluminum are protected while hotter from the steam of the same metal cannot be attacked.
Da im Gegensatz zu den widerstandsbeheizten Verdampfern der elektrische Widerstand der Dampf- und Wärmequellen nicht mehr auf bestimmte Werte eingestellt werden muß, werden diese, soweit die unter Umständen eingesetzte Zwischenwand, vorzugsweise aus einem einzigen besonders korrossionsfesten Element oder einer solchen elektrisch leitenden Verbindung, die aber im Falle der Dampfquelle auch nichtleitend sein kann, hergestellt. Eine hohe Elektronenemission begünstigt das unter Umständen vorteilhafte Ionisieren des Dampfes. Anstelle des teureren Heißpreßverfahrens kann dementsprechend meistens ein vorteilhaftes "net shape" Verfahren verwendet werden, insbesondere bei Herstellung der Aufdampfgutquellen aus den bevorzugten Diboriden und Carbiden des Titans, Zirkoniums, Hafniums, Tantals und einiger anderer hochschmelzender Metalle.In contrast to the resistance-heated evaporators, the electric one Resistance of steam and heat sources no longer set to certain values must, as far as the partition wall used, preferably from a single particularly corrosion-resistant element or one such an electrically conductive connection, but also in the case of the steam source can be non-conductive. A high electron emission favors this Possibly advantageous ionization of the steam. Instead of the more expensive one Accordingly, hot pressing can usually be an advantageous "net shape" Processes are used, in particular in the production of the vapor deposition sources from the preferred diborides and carbides of titanium, zirconium, hafnium, Tantals and some other refractory metals.
Aus wirtschaftlichen und qualitativen Gründen, sowie aus Gründen einer leichten Umstellung von einer Betriebsart auf die andere, auch zwecks Verminderung von Streuverlusten und nicht wiederverwertbaren Abfällen, werden bei der erfindungsgemäßen Lösung die Wärmequellen einer Folienbedampfungsanlage zwischen vorzugsweise leicht austauschbaren, aus dichten oder porösen Behältern oder Massen bestehenden Dampfquellen von vorzugsweise geringer Austrittsarbeit (hoher Elektronenemission) so angeordnet, daß eine beiderseitige Benutzung der von den Dampfquellen getrennt angeordneten Heizquellen ermöglicht wird.For economic and qualitative reasons, as well as for reasons of an easy one Switching from one operating mode to the other, also for the purpose of reducing Scattering losses and non-recyclable waste are at solution according to the invention the heat sources of a film deposition system between preferably easily exchangeable, from tight or porous containers or masses of existing steam sources of preferably low work function (high electron emission) so that mutual use of the the steam sources separately arranged heating sources is made possible.
Die erfindungsgemäße Lösung wird dabei von folgenden Merkmalen getragen:The solution according to the invention is supported by the following features:
- - In einem mit getrennten Heizern (Heizquellen, Wärmequellen) und Dampfquellen verwendeten Folienbedampfungsverfahren (Bandbedampfungsverfahren) werden die Dampfquellen mit Hilfe von zwischen diesen angebrachten Heizern getrennt und somit die Heizer zum gleichzeitigen und gemeinsamen Heizen und Trennen von (zwei) benachbarten Dampfquellen verwendet.- In one with separate heaters (heat sources, heat sources) and steam sources used film evaporation processes (band evaporation processes) the steam sources are separated by means of heaters installed between them and thus the heaters for simultaneous and common heating and separation from (two) neighboring steam sources.
- - Dieselben Heizquellen, berührungslos verbunden mit austauschbaren Dampfquellen, werden zum Aufdampfen von Flüssigkeiten und Aufsublimieren von Festkörpern verwendet.- The same heat sources, contactlessly connected with interchangeable ones Steam sources are used for vapor deposition of liquids and sublimation used by solids.
- - Bei Fehlen einer genügenden Anzahl von Drahtzuführungen wird das drahtförmige Aufdampfgut verflüssigt und durch einen Verteiler an mehreren Dampfquellen verteilt.- In the absence of a sufficient number of wire feeders, this will be wire-shaped vaporization liquefied and through a distributor at several Distributed steam sources.
- - Das drahtförmige feste oder bereits verflüssigte Aufdampfgut wird auf eine austauschbare Einlage der Dampfquelle geführt.- The wire-shaped solid or already liquefied vapor deposition is on a replaceable insert of the steam source.
- - Der Dampf wird auf der Innen- und Außenseite eines porösen Behälters erzeugt.- The steam is generated on the inside and outside of a porous container.
- - Der auf der Außenseite eines Behälters erzeugte Dampf wird durch Öffnungen in den Behälter zurückgeführt und erst von dort in Richtung der Folie verdampft.- The steam generated on the outside of a container is through openings in returned the container and only evaporated from there towards the film.
- - Der Dampf wird durch beliebige Kamine oder Kanäle geleitet, bevor er die Dampfquelle verläßt.- The steam is directed through any chimney or channel before it reaches the Steam source leaves.
- - Vor Verlassen des Behälters wird die kinetische Energie des Dampfes durch selektives Erwärmen des betreffenden Teiles des Kamins oder des Kanals erhöht.- Before leaving the container, the kinetic energy of the steam is selective heating of the relevant part of the chimney or duct increased.
- - Oberhalb der Heizer werden Schutzkappen oder andere Verschlüsse angebracht, die das Herausdringen der Wärmestrahlung oder des von einer Induktionsheizspule erzeugten magnetischen Feldes oder von schädlichen Elektronen verhindern.- Protective caps or other closures are attached above the heater, which is the emergence of heat radiation or that of one Induction heating coil generated magnetic field or harmful Prevent electrons.
- - Zum Nachfüllen der Aufsublimierungsquellen werden bewegliche Magazine verwendet, die das feste Aufdampfgut in vertikaler und/oder horizontaler Richtung der Aufdampfquelle (Aufsublimierquelle) zuführen.- Movable magazines are used to refill the sublimation sources used the solid vapor deposition in vertical and / or horizontal Lead in the direction of the evaporation source (sublimation source).
Die Erfindung soll anhand folgender, nicht ausschließlicher Beispiele näher erörtert werden:The invention is to be discussed in more detail with reference to the following, non-exclusive examples will:
Abb. 1 zeigt den schematischen Grundriß einer einfachen Ausführung der zum Ausüben des neuen Verfahrens erforderlichen neuen Vorrichtung. Die in heißem Zustand Photonen und vorzugsweise auch Elektronen erzeugende Heizquelle H, bestehend aus TaC oder einer anderen hochschmelzenden Verbindung oder einem solchen Element, ist berührungslos zwischen zwei austauschbaren, beispielsweise aus TiB₂ oder Zr₂ oder HfB₂ Pulver "net shape" kalt geformten und anschließend gesinterten, als Dampfquellen dienenden Behältern B angeordnet, die als Zielscheibe der ausgestrahlten Photonen oder Anode der ausgestrahlten Elektronen der Heizquelle H Anwendung finden. Anstelle des wannenförmigen Behälters B kann ein innerlich mit Bohrungen oder sonstigen Kanälen versehender Behälter B, oder anstelle eines einzigen Behälters auch eine Vielzahl von Behältern verwendet werden. Auch können diese gestaffelt, d. h. nicht in einer Linie angeordnet werden. Das beispielsweise aus Aluminiumdraht bestehende (nicht abgebildete) Aufdampfgut wird in die Behälter geführt oder - falls mehrere Behälter gleichzeitig mit Hilfe einer einzigen Drahtzuführung gespeist werden müssen - zuerst in einem (nicht abgebildeten) Verteiler geschmolzen und die Schmelze an die Behälter verteilt. Der Boden der Behälter B wird vorteilhaft mit einer (nicht angezeigten), zwecks Reinigung leicht entfernbaren Einlage versehen. Das geschmolzene Metall wird zum Teil unmittelbar aus den auf etwa 1500°C oder mehr erwärmten Behältern verdampft. Wird ein beispielsweise durch Photonen erwärmter poröser Behälter verwendet, so erscheint Dampf gleichfalls auf der Außenseite der Behälter B und wird auch von dort in Richtung der Folie verdampft. In beiden Fällen wird dank der besonderen Formgebung der Vorrichtung ein Dampfstrahl erzeugt, dessen kinetische Energie lediglich von der Temperatur der Behälter B und der Heizquellen H bestimmt wird. Ist der erzeugte Dampf durch eine positive Elektronenaffinität gekennzeichnet, so nimmt er langsame Elektronen, die als Primär- und Sekundärelektronen die Heizquelle und/oder die Dampfquelle verlassen, auf. Der so zum Teil ionisierte Dampf erzeugt bei genügend hoher kinetischer Energie den die Bündelung vorteilhaft beeinflussenden Pinch-Effekt. Dieser kann mit Hilfe einer Anodenspannung noch verstärkt und gleichzeitig die erwünschte Erhöhung der kinetischen Energie der Dampfmoleküle erzielt werden. Fig. 1 shows the schematic floor plan of a simple embodiment of the new device required to practice the new method. The hot source H, which generates photons and preferably also electrons, consisting of TaC or another high-melting compound or such an element, is contactless between two interchangeable, for example of TiB₂ or Zr₂ or HfB₂ powder "net shape" cold-formed and then sintered, arranged as steam source containers B, which are used as the target of the emitted photons or anode of the emitted electrons of the heating source H. Instead of the trough-shaped container B, a container B provided internally with bores or other channels, or instead of a single container, a plurality of containers can also be used. These can also be staggered, ie not arranged in a line. The vapor deposition material (not shown), for example made of aluminum wire, is fed into the containers or - if several containers have to be fed simultaneously using a single wire feeder - first melted in a distributor (not shown) and the melt is distributed to the containers. The bottom of the container B is advantageously provided with an insert (not shown) which can be easily removed for cleaning. The molten metal is partially evaporated directly from the containers heated to about 1500 ° C or more. If a porous container, for example heated by photons, is used, steam also appears on the outside of the container B and is also evaporated from there in the direction of the film. In both cases, thanks to the special shape of the device, a steam jet is generated, the kinetic energy of which is determined only by the temperature of the containers B and the heating sources H. If the generated steam is characterized by a positive electron affinity, it takes up slow electrons, which leave the heating source and / or the steam source as primary and secondary electrons. When the kinetic energy is sufficiently high, the partially ionized steam produces the pinch effect that advantageously influences the bundling. This can be increased with the help of an anode voltage and at the same time the desired increase in the kinetic energy of the steam molecules can be achieved.
Erfindungsgemäß kann anstelle der als Mäander abgebildeten Heizquelle eine beliebige, auch unter den Behälter B reichende oder sogar die Öffnung des Behälters B zum Teil umfassende Heizquelle verwendet werden. Besteht die Heizquelle aus einer Induktionsspule, so soll zwischen der Spule und den porösen Behältern eine Zwischenwand, oder aber anstelle des porösen Behälters B ein dichter Behälter B eingesetzt werden.According to the invention, instead of the heating source depicted as a meander, a any, even under the container B or even the opening of the container B partially comprehensive heat source can be used. If the heating source consists of a Induction coil, there should be a between the coil and the porous containers Partition, or instead of the porous container B, a sealed container B be used.
Soll anstelle eines flüssigen Aufdampfgutes eine verdichtete Pulvermischung oder ein dichter Festkörper aufsublimiert werden, so kann das Aufdampfgut nicht nur in einem äußerlich vorzugsweise gleich großen, aber innerlich mit beliebigen Bohrungen oder Hohlräumen versehenen Behälter, sondern auch freistehend, unter Umständen durch Führungsstifte- oder Leisten geführt, anstelle des Behälters B eingesetzt werden. Anstelle eines einzigen Stückes kann das Aufdampfgut auch aus mehreren Stücken, beispielsweise aus auf Stangen aufgesteckten Röhren, bestehen. Da bei der dargestellten Vorrichtung die beispielsweise durch Wärmestrahlung im Aufdampfgut erzeugte Aufdampfwärme am intensivsten im untersten Teil des Aufdampfgutes erzeugt wird, muß stets das untere Ende des Aufdampfgutes verdampfen, die Schwere sorgt dafür, daß weiteres Aufdampfgut in die heißeste Zone gleitet. Für das Nachfüllen des Aufdampfgutes kann nach Belüftung der Anlage manuell, oder noch im Vakuum automatisch gesorgt werden. So kann beispielsweise ein Magazin, bestehend aus auf Wolframstiften aufgesteckten Aufdampfgut-Röhren kontinuierlich zwischen den Heizquellen H geschoben werden, wodurch die Nachfüllung des Aufdampfgutes nicht, wie in der deutschen OS 35 30 106 A1 vorgeschlagen, in nur einer Richtung, sondern gleich in zwei Richtungen, so vertikal, wie horizontal, erfolgt.Should be a compressed powder mixture or a instead of a liquid vapor deposition dense solid body can be sublimed, so the material to be vapor-deposited can not only be in one externally preferably the same size, but internally with any holes or Voided container, but also freestanding, possibly through Guide pins or ledges are used instead of the container B. Instead of a single piece, the vapor deposition material can also consist of several pieces, for example, consist of tubes attached to rods. Since at the device shown, for example, by heat radiation in the vapor deposition evaporation heat generated most intensely in the lowest part of the evaporation material is generated, the lower end of the material to be evaporated must always evaporate, the gravity ensures that additional vapor deposition material slides into the hottest zone. For refilling of the vapor deposition can be done manually after the system has been ventilated or in a vacuum be taken care of automatically. For example, a magazine consisting of Tungsten pencils on the vapor deposition tubes continuously between the Heating sources H are pushed, whereby the refilling of the vapor deposition material is not as suggested in German OS 35 30 106 A1, in only one direction, but in two directions, vertical and horizontal.
Abb. 2 zeigt eine neue, gleichzeitig erhöht energiesparende Vorrichtung zum Bedampfen wärmeempfindlicher Folien. Zum Unterschied der in Abb. 1 gezeigten Vorrichtung wird die heiße Heizquelle H mit einer ein- oder mehrlagigen Schutzkappe S aus beispielsweise Bornitrid versehen. Die Schutzkappe schützt die zu bedampfende Folie vor übermäßiger Wärmestrahlung der Heizquelle H und verbessert gleichzeitig den Wirkungsgrad der elektrischen Energie. Fig. 2 shows a new, at the same time increased energy-saving device for steaming heat-sensitive films. In contrast to the device shown in Fig. 1, the hot heating source H is provided with a single or multi-layer protective cap S made of, for example, boron nitride. The protective cap protects the film to be vaporized against excessive heat radiation from the heating source H and at the same time improves the efficiency of the electrical energy.
Abb. 3 zeigt, wie die in Abb. 2 dargestellte Schutzkappe S auch bei Benutzung eines porösen Behälters B wirksam eingesetzt werden kann. Um den Wiedereintritt in den Behälter B des durch die Poren des Behälters in Richtung Heizquelle H strömenden Aluminiumdampfes zu ermöglichen, werden im porösen Behälter B Rückführ-Öffnungen R erstellt, so daß der übermäßige Dampfdruck über diese Öffnungen wieder in den porösen Behälter B zurückgedrückt und von dort in Richtung der Folie entweichen kann. Fig. 3 shows how the protective cap S shown in Fig. 2 can also be used effectively when using a porous container B. In order to enable the re-entry into the container B of the aluminum vapor flowing through the pores of the container in the direction of the heating source H, return openings R are created in the porous container B, so that the excessive vapor pressure is pushed back into the porous container B via these openings and from can escape there in the direction of the film.
Abb. 4 zeigt ebenfalls schematisch, wie der in einem Behälter B erzeugte Dampf eines flüssigen oder festen Aufdampfgutes nachträglich auch ohne Ionisieren beschleunigt, d. h. auf höhere kinetische Energie gebracht werden kann. Zur erwünschten Beschleunigung wird der Dampf vor dem Heraustreten aus einem beliebigen dichten oder porösen Behälter auf eine Temperatur gebracht, die höher liegt, als die ursprüngliche Temperatur des Dampfes. Wird beispielsweise flüssiges Aluminium bei einer Temperatur von 1500°C verdampft, der Dampf aber vor Verlassen des Behälters auf 2000°C erwärmt, so erhöht sich auch seine kinetische Energie, die entsprechende Verminderung des Kollisionsquerschnittes führt zu einer besseren Bündelung und die aufkondensierenden Moleküle bilden eine dichtere Schicht. Eine der zahlreichen Ausführungsformen der erwünschten Beschleunigung kann mit Hilfe der in Abb. 4 gezeigten Verjüngung der oberen Stege der Heizquelle H realisiert werden. Die Verjüngung führt zu einer erhöhten Temperatur und dementsprechend zu einer erhöhten lokalen Photonen- und Elektronenemission, die als Strahlungswärme oder dichterer Elektronenstrahl zur erhöhten lokalen Temperatur des Behälters führen muß. Gleichfalls kann anstelle einer Heizquelle mit unterschiedlichen Temperatur bereichen auch eine Induktionsheizspule mit an der gewünschten Stelle dichteren und/oder engeren Windungen verwendet werden. Fig. 4 also shows schematically how the vapor generated in a container B of a liquid or solid evaporation material can subsequently be accelerated even without ionization, ie brought to higher kinetic energy. For the desired acceleration, the steam is brought to a temperature higher than the original temperature of the steam before it emerges from any sealed or porous container. If, for example, liquid aluminum is evaporated at a temperature of 1500 ° C, but the steam is heated to 2000 ° C before leaving the container, its kinetic energy also increases, the corresponding reduction in the cross-section of the collision leads to better bundling and the condensing molecules form one thicker layer. One of the numerous embodiments of the desired acceleration can be realized with the tapering of the upper webs of the heating source H shown in FIG. 4. The taper leads to an increased temperature and accordingly to an increased local photon and electron emission which, as radiant heat or a denser electron beam, must lead to the increased local temperature of the container. Likewise, instead of a heating source with different temperature ranges, an induction heating coil with windings that are denser and / or narrower at the desired location can also be used.
Mit der in Abb. 5 dargestellten Variante der erfindungsgemäßen Lösung sind mehrere Einzelsegmente, bestehend aus Heizquelle H - Dampfquelle B - Heizquelle H zusammengeschaltet, so daß eine Dampfquelle B von zwei Heizquellen H beheizt und mit Ausnahme der äußeren eine Heizquelle H zwei Dampfquellen B beheizt, so daß auch breite Folien bedampft werden können.With the variant of the solution according to the invention shown in FIG. 5, several individual segments, consisting of heating source H - steam source B - heating source H, are interconnected, so that a steam source B is heated by two heating sources H and, with the exception of the outer one heating source H, heats two steam sources B, so that even wide foils can be steamed.
Die oben angeführten Beispiele dienen lediglich zur Demonstration verschiedener Ausführungsformen und Ausführungsmethoden der Erfindung, wobei eine Reihe anderer Realisationsmöglichkeiten gegeben sind. Gemäß der Erfindung ist lediglich darauf zu achten, daß die von den Dampfquellen getrennten, aber in ihrer unmittelbaren Nähe befindlichen Wärmequellen am besten ausgenutzt, ihre unausgenutzte Wärmestrahlung bei Bedarf auf ein Minimum reduziert, der Einsatz einfacher, austauschbarer, auch behälterloser und bei Bedarf nachfüllbarer Dampfquellen ermöglicht, dem entweichenden Dampf die Form eines energiereichen Richtstrahles gegeben und durch entsprechende Wahl der Ausgangsstoffe und der Temperaturen bei Bedarf eine hohe Elektronenemission der Heizquelle und/oder Dampfquelle gesichert wird. Die Dampf- sowie Heizquellen sollen vorzugsweise leicht wiederverwertbare (wiederaufarbeitbare) und dementsprechend umweltschonende Abfälle ergeben.The examples above are only for demonstration of different ones Embodiments and methods of execution of the invention, wherein a number other implementation options are available. According to the invention is only to ensure that the separated from the steam sources, but in their heat sources in the immediate vicinity are best exploited, their unused thermal radiation is reduced to a minimum if necessary, the use easier, interchangeable, also containerless and refillable if necessary Steam sources allow the escaping steam to take the form of an energetic Directional beam given and by appropriate choice of raw materials and Temperatures, if necessary, a high electron emission from the heating source and / or Steam source is secured. The steam and heating sources should preferably be light reusable (reprocessable) and accordingly environmentally friendly Waste.
BezugszeichenlisteReference list
H Heizquelle, Wärmequelle
B Dampfquelle
S Schutzkappe
R Rückführ-ÖffnungH heat source, heat source
B steam source
S protective cap
R return opening
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