DE599565C

DE599565C - Verfahren zur Erzeugung von Niederschlaegen durch Kathodenzerstaeubung

Info

Publication number: DE599565C
Application number: DEK120895D
Authority: DE
Original assignee: MAX KNOLL DR ING
Current assignee: MAX KNOLL DR ING
Priority date: 1931-06-17
Filing date: 1931-06-17
Publication date: 1934-07-05

Description

Blbhoiheek

ΐ 4 AuG. 1934

AUSGEGEBEN AM
5. JULI 1934

RErCHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 599565
KLASSE 48b GRUPPE 10

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. Juni 1931 ab

Es ist bekannt, durch Glimmstromübergang zwischen zwei Elektroden im Vakuum Gegenstände mit dünnen Schichten des dabei zerstäubenden Kathodenmaterials zu überziehen - 5 (Kathodenzerstäubung). Bei den bisher zu diesem Zwecke verwendeten Entladungsgefäßen waren die Elektroden in Form von Drähten oder Blechen frei im Innern des Entladungsgefäßes ausgespannt bzw. aufgehängte Da eine Ab-

to leitung der an - den Elektroden entstehenden Verlustwärme infolge des die Elektroden umgebenden Vakuums sehr erschwert wird, bleibt die Strombelastbarkeit derartiger Anordnungen gering. Die Erzeugung der Niederschläge dauert geraume Zeit; die Elektroden werden ferner bei längerer Versuchsdauer und größerer Strombelastung leicht glühend, verursachen starke Gasabgabe des Bestäubungsgutes und verschlechtem dadurch die Güte und Reinheit der Niederschläge.

Zweck der Erfindung ist es, die Erzeugungsgeschwindigkeit der durch das Kathodenzerstäubungsverfahren gebildeten Niederschläge um ein Vielfaches zu erhöhen und einen sicheren, auch für industrielle Fertigung geeigneten Dauerbetrieb des Entladungsgefäßes bei leichter Auswechselbarkeit der Elektroden zu gewährleisten.

Die Erfindung besteht darin, daß die dauernd oder vorübergehend auf Kathodenpotential befindlichen, d. h. die zerstäubenden Elektroden einen Teil der Wandung des Entladungsgefäßes bilden. In diesem Fall kann die an den Elektroden entstehende Verlustwärme unmittelbar durch die Wand des Entladungsgefäßes hindurch ohne Zwischenschaltung einer Vakuumstrecke an die umgebende Außenluft abgeführt werden. Die Strombelastung der Elektroden kann dann um ein Vielfaches erhöht werden, wodurch die Herstellungszeit der Niederschläge um ein Vielfaches abnimmt. Erfindungsgemäß kann ferner die Entladung an denjenigen Stellen der Elektroden, deren Zerstäubung unerwünscht ist, dadurch unterdrückt werden, daß der Abstand dieser Stellen von den benachbarten Elektroden oder Gefäßwänden kleiner gewählt wird als die freie Weglänge der Ionen bei dem im Vakuumgefäß herrschenden Druck. Besonders einfache und leistungsfähige Ausführungsformen des Erfindungsgedankens ergeben sich für metallische Entladungsgefäße. Gemäß der Erfindung können in diesem Fall die zur Abdichtung verwendeten Zwischenringe gleichzeitig als Isoliermittel gegenüber den übrigen Teilen ' der Gefäßwand dienen. Derartige Anordnungen lassen sich wegen der guten Wärmeabfuhr besonders hoch belasten; das Auswechseln der Elektroden ist bei ihnen besonders einfach.

Die Erfindung ist in zwei Ausführungsformen beispielsweise dargestellt. Fig. 1 zeigt ein Entladungsgefäß zur Metallisierung von Flächen kleineren Durchmessers (Spiegel usw.), Fig. 2 und 3 Entladungsgefäße zur Metallisierung größerer Bahnen, z. B. aus Papier, Kunststoffen oder Textilien.

In Fig. ι bedeutet 1 das eigentliche Entladungsgefäß (gleichzeitig Anode), 2 die Kathode und 3 den zu bestäubenden Gegenstand (Spiegel o. dgl.), welcher auf dem Schemel 4 "· ruht. Die Kathode 2 besteht aus einem kreis-

förmigen, hohlen, das Entladungsgefäß oben abschließenden Deckel, an dessen Innenseite das zu zerstäubende Material 5, z. B. ein Edelmetallblech, befestigt ist. Der Kathodendeckel 2 bildet mittels eines Gummidichtungsringes 6 und Flanschen 7 einen vakuumdichten Verschluß des Entladungsgefäßes 1. Gleichzeitig isoliert der Dichtungsring 6 die Kathode 2 von der Anode 1. Damit die elektrische Entladung. nur von dem Kathodenblech 5 und nicht auch von anderen Stellen des Kathodendeckels ausgehen kann, hat dieser an den vor Zerstäubung zu schützenden Flächen 8 einen bedeutend geringeren Abstand von den nächstgelegenen -Wandungen des Entladungsgefäßes als die freie ,Weglänge der Ionen bei dem im Entladungsgefäß herrschenden Druck beträgt. Wird dann in an sich bekannter Weise der Betriebsdruck ■ .des Entladungsgefäßes so eingestellt, daß die ao^l· freie Weglänge der Ionen ungefähr gleich dem Abstand des Kathodenbleches 5 von dem zu bestäubenden Gegenstands ist, so können nur im Entladungsraum 9 zwischen 5 und 3 bzw. 1, nicht aber zwischen 8 und 1 Entladungen auftreten, wodurch die Stellen 8 des Kathodendeckels vor Zerstäubung geschützt werden.

" 10 und 11 sind Kühlwasserzu- und -abflußleitungen -zum Hohlraum 12 des Kathodendeckels, wodurch die an der Kathode durch Aufprall der positiven Ionen entstehende Wärmemenge unmittelbar abgeführt wird. Der Stutzen 13 dient zum Anschluß einer Vakuumpumpe.

Das Vakuumgefäß Fig. 2 dient zur Bestäubung größerer Flächen (Tafeln aus Kunststoffen, Celluloid, Papier; größere Stücke von Textilien) und besteht im wesentlichen aus dem hohlzylindrischen Stoffträger (zugleich Anode) 1 und dem ihn konzentrisch umgebenden Kathodendeckel 2, an dessen zylindrischer Innenfläche das Kathodenblech 5 angebracht ist. Beide sind durch den Gummiring 6 und Flanschen 7 vakuumdicht abgeschlossen, so daß durch den Pumpstutzen 13 der Entladungsraum 9 evakuiertwerden kann. Auf der Zylindermantelfläche des Stoffträgers 1 wird das zu bestäubende Material 3 befestigt. Unerwünscht ist eine Zerstäubung an den mit S bezeichneten Stirnflächen des Kathodendeckels; die gegenüberliegende Stirnfläche 14 des Stoffträgers hat daher eine relativ zum Abstand zwischen 3 und 5 sehr geringe Entfernung von 8 und ist durch das kreisförmige Blech 15 bis nahe an 5 verlängert, um das Entstehen einer Entladung an der Stirnfläche des Kathodendeckels zu unterdrücken. Das Einlaßventil 16 dient zum Einlassen eines Fremdgases nach dem bekannten Strömungsverfahren und zur Druckregulierung. Der Raum 17 kann mit der Atmosphäre in Verbindung bleiben oder auch als Vorvakuumbehälter zur Herabsetzung der zum Entlüften des Entladungsraums 9 erforderlichen Pumpzeit dienen.

Fig. 3 zeigt einen Vakuumbehälter zur fortlaufenden Bestäubung längerer Bahnen. Er besteht aus dem eigentlichen Entladungsgefäß (zugleich Anode) 1 und dem Kathodendeckel 2, der mittels Dichtungsringen 6 vakuumdicht in ι eingesetzt ist. In den Kathodendeckel 2 sind drei vertikale, rechteckige Elektrodenträger 17 eingelassen, deren Breite (senkrecht zur Zeichenebene) ebenso groß ist wie die Breite der zu bestäubenden Stoffbahn 3. Diese wird von zwei Antriebswalzen 18 und τ.9 bewegt und während des Betriebes von einer Vorratsrolle 20 ab- und auf eine Aufwickelrolle 21 aufgewickelt. Über Rollen 22 wird die Stoffbahn 3 in einem gewissen Abstand parallel zu den Elektrodenträgern 17 und dem Kathodendeckel 2 geführt, so daß genügend Raum zur Ausbildung der Ent- 80 ladung bleibt. Gegenüber der Stoffbahn 3 sind an den Elektrodenträgern 17 bzw. dem Kathodendeckel 2 Kathodenbleche 5 befestigt, die aus dem zu bestäubenden Material bestehen. Vorratsrolle 20 und Aufwickelrolle 21 sind in gesonderten Räumen 23 und 24 untergebracht; der- Stutzen 13 führt zur Vakuumpumpe. Das Entstehen unerwünschter Nebenentladungen am Kathodendeckel wird durch das Blech 25 unterdrückt.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Anordnungen sind hauptsächlich für Kathodenzerstäubung mittels Gleichstrom geeignet; sinngemäß kann die Erfindung ebenso bei Kathodenzerstäubung mittels Wechselstrom' angewendet ⁰S werden. In diesem Fall wird die eine Hälfte der einen Teil der Wandung des Entladungsgefäßes bildenden Elektroden an den einen, die andere \ Hälfte an den anderen Pol der Wechselspan nungsquelle gelegt. Man hat dafür zu sorgen, daß die beiden Elektrodengruppen gegeneinander und gegen die übrigbleibende Wand des Entladungsgefäßes genügend isoliert sind, und daß an denjenigen Stellen, wo keine Zerstäubung stattfinden soll, die entgegengesetzt gepolten Elektroden untereinander bzw. gegenüber der Gefäßwand einen geringeren Abstand haben al die freie Weglänge der Ionen bei dem im Va kuumgefäß herrschenden Druck beträgt. Um das Potential der Gefäßwand gegenüber den to Elektroden zu definieren, wird dabei zweckmäßig jede Elektrodengruppe über einen hohen Widerstand mit der Gefäßwand verbunden. Die Isolierung und gleichzeitig vakuumdichte Einführung der Elektroden kann wie bei den in Fig. ι .bis 3 beschriebenen Beispielen durch isolierende Zwischenringe erfolgen.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Erzeugung von Nieder- 12c schlagen durch Kathodenzerstäubung, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroden,

die dauernd oder vorübergehend (ζ. Β. bei Anwendung von Wechselstrom) auf Kathodenpotential gebracht werden, Teile der Wandung des Entladungsgefäßes verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß den dauernd oder vorübergehend auf Kathodenpotential gebrachten Elektroden im Innern des Entladungsgefäßes an denjenigen Stellen, welche vor Zerstäubung geschützt werden sollen, in an sich bekannter Weise von den übrigen Elektroden bzw. von der Gefäßwand ein geringerer Abstand gegeben wird, als die freie Weglänge der Ionen bei dem im Vakuumgefäß herrschenden Druck beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Elektroden bildende Teil der Wandung mittels isolierender Zwischenringe bzw. -streifen vakuumdicht gegen den übrigen Teil des Gefäßes abgeschlossen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen