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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Behälter, der in der Lage ist,
die Bildung elektrostatischer Ladung zu verhindern, der für die Speicherung
und/oder den Transport von Flüssigkeiten oder
Pulvern vorgesehen ist, insbesondere von entflammbaren Materialien,
und ebenfalls aber nicht ausschließlich in der Lage ist, in Umgebungen
mit einem hohen Explosionsrisiko verwendet zu werden.
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Genauer
gesagt bezieht sich die Erfindung auf einen Behälter gemäß dem Oberbegriff aus Anspruch
1, der einen Tank aufweist, der außen metallisiert ist, der von
einer Palette getragen ist und in einem metallischen Gehäuse gehäust ist,
um in Kontakt mit demselben zu sein.
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Wie
bekannt ist, ermöglicht
das Vorhandensein einer leitfähigen
Außenoberflächenschicht ein
schnelles Ableiten hin zu einer Einrichtung, die mit Masse verbunden
ist, von der möglichen
statischen Elektrizität,
die sich an der Außenoberfläche des
Tanks ansammelt, z. B. während
des Bewegens des Behälters,
des Füllens/Entleerens
des Tanks oder in anderen Umständen,
in denen eine Art von Reibung auf der Oberfläche erzeugt wird.
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Ferner
ist es notwendig, die Wahrscheinlichkeit des Verwendens des Tanks
in Bereichen vorherzusehen, in denen ein Explosionsrisiko vorliegt,
z. B. bei Chemiefirmen oder in Bereichen, die für ein Lackieren vorgesehen
sind, wo Substanzen verwendet und manipuliert werden, die detonieren
können,
sogar wenn das Material in dem Tank per se nicht explosiv ist.
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In
der Industrie werden Plastiktanks nun verbreitet zum Speichern und
Transportieren von flüssigen,
pulverförmigen,
körnigen
und flüchtigen
Produkten verwendet.
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Im
Vergleich zu metallischen Tanks weisen Kunststofftanks zahllose
Vorteile auf, wie z. B. Korrosionswiderstand, Fähigkeit zum Zurückgewinnen
der Originalform, wenn sie Deformationen und thermischer Isolation
ausgesetzt werden.
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Zum
Transportieren von Flüssigkeiten
werden üblicherweise
Kunststofftanks verwendet, die üblicherweise
als IBCs bezeichnet werden (Intermediate Bulk Containers) mit Kapazitäten zwischen
450 und 3.000 Litern.
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Solche
Tanks werden in metallischen Gehäusen
gehäust,
die durch Paletten getragen werden, die aus einfachem Holz, Kunststoff
oder aus Metall bestehen.
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Obwohl
der Tank die Aufgabe des Enthaltens der Flüssigkeit ausführt, garantiert
der metallische Käfig
den notwendigen strukturellen Widerstand, bewahrt die Integrität des Tanks
im Fall von Belastungen aufgrund von Schlägen, Fallen und Vibrationen des
Behälters.
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Auf
diese Weise erfüllt
der Behälter
Sicherheitsanforderungen sowohl während der Lagerung als auch
während
der Bewegung und des Transports.
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Das
Problem ist in dem Fall komplexer, in dem solche Behälter vorgesehen
sind, um Materialien zu enthalten und zu transportieren, insbesondere Materialien,
die entflammbar sind und/oder die ein hohes Explosionsrisiko aufweisen
und in Bereichen mit Explosionsrisiko bewegt, gefüllt oder entleert
werden, klassifiziert unter R044–001 in dem CENE-LEC-Bericht (Februar
1999), Comité Européen de
Normalisation Electrotechnique, Brüssel.
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Genauer
gesagt, unter den entflammbaren Substanzen, die Kunststoff-IBCs
enthalten können, ist
es notwendig, jene mit einem durchschnittlichen und hohen Entflammbarkeitspunkt
zu berücksichtigen,
z. B. 3.2 und 3.3 gemäß RID ADR
IMO.
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Tatsächlich ist
es bekannt, dass Kunststofftanks, die z. B. aus hochdichtem Polyethylen
(HDPE) hergestellt sind, wie alle elektrisch isolierten Körper der
Ansammlung von elektrischer Oberflächenladung unterliegen, durch
einen triboelektrischen Effekt während
ihrer Handhabung, dem Laden und Entladen des Materials aus dem Tank
oder dadurch, dass sie einfach relativ trockenen Luftflüssen ausgesetzt
werden.
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Die
elektrische Ladung oder statische Elektrizität, die somit akkumuliert wird,
erzeugt ihrerseits um den Tank ein elektrisches Feld, dessen Intensität so hohe
Werte erreichen kann, wenn auch nur lokal, durch die Wirkung der
geometrischen Form des Tanks oder von umliegenden Elementen (die
ihrerseits bereits geladen sein können oder durch elektrische
Induktion/Polarisierung aufgeladen werden können), um die Isolationsfestigkeit
der Umgebung (Luft oder Träger)
zu überschreiten,
die die Behälter umgeben.
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Dies
kann das Anwachsen von elektrischen Bögen bestimmen, mit dem darausfolgenden
Risiko einer Entzündung
der Dämpfe,
die durch die Tanks abgegeben werden, der Substanzen, die in denselben
enthalten sind, oder der Dämpfe,
die vorange hend in der Außenumgebung
vorhanden waren, z. B. in dem Fall von Bereichen mit Explosionsrisiko.
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Gegen
die zuvor genannten Vorteile ist das Kunststoffmaterial, aus dem
der Tank hergestellt ist, das dessen elektrische Isolation bestimmt,
die Hauptursache der Bildung von elektrostatischen Entladungen oder
elektrischen Bögen.
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Es
ist daher notwendig, die Akkumulation von elektrischer Ladung auf
der Oberfläche
von Behältern
zu verhindern und insbesondere von Tanks, die mit geeigneten Vorkehrungen
versehen sind, die deren einfache Dispersion zu Masse ermöglichen.
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In
dem Fall von vollständig
metallischen Behältern
oder Tanks wird dies einfach durch Bereitstellen geeigneter Masseverbindungen
für dieselben
erreicht.
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Nichts
desto trotz sind heutzutage die am weitesten verbreit verwendeten
Behälter
jene, die einen Kunststofftank aufweisen, nicht nur weil sie kosteneffektiver
und besser zu handhaben sind, sondern auch aufgrund einer besseren
und umfassenderen Kompatibilität
mit den Substanzen, die sie enthalten müssen.
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Für diese
Art von elektrisch isolierten Behältern besteht ein starker Bedarf
zum Verhindern der Bildung von elektrostatischer Ladung, z. B. durch
Beschichten der Außenoberfläche des
Tanks mit einem leitfähigen
Material, vollständig
angebracht oder nur in Kontakt, das mit Masse verbunden sein kann.
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Die
Beschichtung kann durchgehend oder nichtdurchgehend sein, mit mehr
oder weniger kompakten Eingriffsstellen, vorausgesetzt, dass dieselben
derart vorgesehen sind, um einen niedrigen spezifischen Oberflächenwiderstand
sicherzustellen.
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Unter
den neuesten Tendenzen der Technik ist die des direkten Bildens
einer Hochleitfähigkeitsschicht
auf der Außenoberfläche der
Behälter.
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Verschiedene
Verfahren zum Bilden von leitfähigen
Schichten auf der Oberfläche
von Behältern sind
in der Technik bekannt, die für
die Speicherung und den Transport von gefährlichen und leicht entflammbaren
Materialien und für
das Handhaben der Behälter
selbst in Bereichen mit hohem Explosionsrisiko vorgesehen sind.
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Als
ein Ersatz für
die Beschichtung mit leitfähigen
Lacken, was den Nachteil hat, dass sie keinen ausreichend niedrigen
spezifischen Widerstand sicherstellt und dass sie über Zeit
sehr leicht schlechter und schiefrig wird, wurde in dem Dokument
EP 674,470 vorgeschlagen,
das einen Behälter
gemäß dem Oberbegriff
aus Anspruch 1 offenbart, eine leitfähige Schicht zu bilden, durch
Sintern von metallischem Pulver auf der Oberfläche eines Kunststofftanks.
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Durch
Sintern wird allgemein ein Prozess bezeichnet, bei dem ein metallisches
Pulver, insbesondere Zink und/oder Kupfer, auf die Oberfläche des Behälters gesprüht wird
und gleichzeitig die Oberfläche
erwärmt
oder durch eine Flamme behandelt wird, so dass die Oberfläche schmilzt
und das metallische Pulver einlagert. Lackierungs- und Galvanisie rungsverfahren
von Kunststoffmaterialien existieren ebenfalls.
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Die
zuvor genannten Verfahren haben den Nachteil, dass sie keine einheitlich
leitfähige
Oberfläche
bereitstellen, dass sie eine wesentliche Verschwendung von elektrischer
Energie erfordern, die für
den Betrieb der Wärmeerzeugungsvorrichtungen notwendig
ist, dass sie einen großen
Betrag an schädlichem
Abfall erzeugen, der entsorgt werden muss, und somit Strukturen
und Ausrüstungen,
die für
einen solchen Zweck notwendig sind, mit einer darausfolgenden Erhöhung der
Kosten für
die Industrie.
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Es
muss darauf hingewiesen werden, dass die Dicke der leitfähigen Schicht,
die durch bekannte Techniken erhalten wird, im Bereich von Millimetern liegt
und nur ermöglicht,
dass eine leichte elektrische Leitfähigkeit erhalten wird.
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Das
Problem, das die Grundlage der vorliegenden Erfindung bildet, ist
das des Bereitstellens eines Behälters,
der für
die Speicherung und/oder den Transport von Flüssigkeiten oder Pulvern vorgesehen
ist, insbesondere von leicht entflammbaren Materialien, die ebenfalls,
aber nicht ausschließlich,
in der Lage sind, in Umgebungen mit hohem Explosionsrisiko verwendet
zu werden, zum Verhindern der Bildung von elektrischer Ladung geeignet
sind, um die zuvor genannte Anforderung zu erfüllen, und strukturelle und
funktionale Charakteristika aufweisen, um die zuvor erwähnten Nachteile
Bezug nehmend auf den Stand der Technik zu vermeiden.
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Ein
solches Problem wird durch einen Behälter gemäß den Charakteristika aus Anspruch
1 gelöst.
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Genauer
gesagt weist der Behälter
gemäß der Erfindung
einen Kunststofftank auf, vorzugsweise hergestellt aus HDPE (high
density polyethylene = hochdichtem Polyethylen), bei dem Außenoberfläche durch
eine Plasmabehandlung modifiziert ist, um deren Benetzbarkeit zu
verbessern, und der mit einer Schicht aus metallischem Material
beschichtet ist, das durch Vakuum-PVD-Techniken (PVD = physical vapor
deposition) aufgebracht wird.
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Der
Tank ist aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, bevorzugt, aber
nicht notwendigerweise, aus hochdichtem Polyethylen (HDPE).
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Mit
dem Ausdruck Polyethylen, der in der vorliegenden Beschreibung verwendet
wird, sollen sowohl reines Polyethylen als auch Mischungen aus Polymeren,
die Polyethylen oder Polyethylen zusammen mit anderen Substanzen,
z. B. Füllstoffen
oder Verstärkungsmitteln
umfassen, bezeichnet werden.
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Vorzugsweise
weist der Behälter
gemäß der Erfindung
eine Einrichtung zum Erzeugen eines effektiven Schutzes gegen elektrostatische
Entladungen auf, durch einen durchgehenden elektrischen Weg zwischen
der metallischen Schicht, dem metallischen Gehäuse, der Palette und Masse.
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Vorteilhafterweise
wird die Metallisierung des Kunststofftanks mit Vakuum-PVD-Techniken ausgeführt, die
den Vorteil aufweisen, dass sie keinen Abfall erzeugen und keine
Nebenprodukte erzeugen, da alle Produktionsschritte trocken ausgeführt werden.
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Vakuum-PVD-Aufbringungstechniken
bilden eine gültige
und effektive Lösung
für den
definitiven Ersatz des Galvanisierungsprozesses bei Kunststoff, der äußerst schädlich und
gefährlich
für die
menschliche Gesundheit ist.
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Der
Kunststofftank, der durch Vakuum-PVD-Techniken metallisiert ist,
weist bessere Charakteristika im Hinblick auf Oberflächenhärte, chemische
Stabilität
und Widerstand gegenüber
Korrosion im Hinblick auf die Metallisierung auf, die gemäß den Verfahren
erhalten wird, die Bezug nehmend auf den Stand der Technik beschrieben
wurden.
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Die
Herstellungsschritte für
die Metallisierung des Kunststofftanks werden in einer bestimmten Art
von Gasumgebung durchgeführt,
definiert als Plasma, deren Funktion aus dem Rest der Beschreibung
deutlicher wird.
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Plasma
ist ein teilweise ionisiertes Gas, gekennzeichnet durch das gleichzeitige
Vorhandensein von neutralen Molekülen, positiven Ionen und freien Elektronen,
in ausreichenden Mengen, um eine wesentliche elektrische Leitfähigkeit
zu erhalten.
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Das
kalte Plasma, das für
die Metallisierung des Kunststofftanks verwendet wird, wird erhalten durch
Anlegen eines elektrischen Feldes einer Intensität, um das Restgas in einer
Umgebung zu ionisieren, in der ein Vakuumzustand oder auf entsprechende
Weise ein niedrigerer Druck als atmosphärischer Druck vorangehend erzeugt
wurde.
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Dieser
Zustand ermöglicht
das Durchführen von
Reaktionen in einem Temperaturbereich von 30 bis 80°C, die bei
atmosphärischem
Druck nur bei Temperaturen möglich
sind, die mit den Kunststoff-Deformations/Erweichungs-Temperaturen
von Kunststoffmaterial vergleichbar sind, wenn nicht höher.
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Dies
liegt an der Tatsache, dass der sehr niedrige Druck innerhalb der
Kammer und folglich die reduzierte Konvektivität ermöglichen, dass Wärmequellen,
die verwendet werden müssen,
die Metalle verdampfen lassen, sogar im Bereich von 1.000 bis 1.500°C, ohne den
Tank zu beschädigen.
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Vor
einer Metallisierung wird die Außenoberfläche des Tanks behandelt, um
die Haftung der nachfolgenden leitfähigen Schicht zu erhöhen. Im wesentlichen
wird das Polymer des Kunststoffmaterials des Tanks mit Elektronen
und negativen Ionen von inerten Gasen (z. B. Argon, Stickstoff)
oder reaktiven Gasen (z. B. Sauerstoff, Stickstoffoxid, verschiedenen
Fluor- und Chlor-Komponenten sowie normaler Luft) beschossen, um
es zu aktivieren, wodurch es für
den nachfolgenden Vakuummetallisierungsschritt verfügbargemacht
wird.
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Die
Dampfaufbringungsprozesses durch ein physisches Phänomen (PVD)
werden als atomar definiert, da das Material, das aufgebracht werden
soll, in der Form von Atompartikeln, die durch Verdampfung aus einem
Feststoff (Sublimationsprozess) oder aus einer Flüssigkeitsquelle
(Verdampfungsprozess) erhalten werden durch das Plasma transportiert
werden.
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Der
Vakuumzustand stellt sicher, dass der mittlere freie Weg der Partikel,
die in demselben vorhanden sind, sich zu einem solchen Punkt erhöht, um zu
ermöglichen,
dass die Partikel selbst die Oberfläche des Kunststoffmaterials
des Tanks erreichen, ohne dass dieselben Kollisionen ausgesetzt
werden.
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Dieser
bestimmte Umgebungszustand ermöglicht,
dass die Partikel die Oberfläche
des Kunststofftanks mit einer solchen Energie erreichen, um die
chemisch-physikalischen Charakteristika des Materials zu modifizieren
und bei dem nachfolgenden Metallisierungsschritt das metallische
Material einheitlich auf die vorangehend modifizierte Oberfläche aufzubringen.
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Wenn
der Dampf des Materials, das aufgebracht werden soll, vermischt
mit dem Plasma in Kontakt mit dem Teil ist, das behandelt werden
soll, kondensiert derselbe und deckt die gesamte Oberfläche einheitlich
ab.
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Das
Material, das aufgebracht werden soll, kann ein Element (z. B. Al,
Ag, Cr), eine Verbindung (z. B. SiO2) oder
eine Legierung sein, z. B. Edelstahl.
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Zwei
PVD-Prozesse werden bei dieser Erfindung betrachtet, genauer gesagt:
thermische Vakuumverdampfung und PVD-Sputtern.
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Die
thermische Vakuumverdampfung, die Sublimation umfasst, ist ein PVD-Prozess,
bei dem das Material, das entsprechend erwärmt aufgebracht werden soll,
in einer Hochvakuumumgebung verdampft wird, wodurch dessen einheitliche
Kondensierung auf der Oberfläche
des Tanks ermöglicht wird,
der metallisiert werden soll.
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Das
PVD-Sputtern ist ein Prozess der Aufbringung von Partikeln, die
aus einer Elektrode durch einen nichtthermischen Prozess extrahiert
werden. In diesem Fall werden die Oberflächenatome einer Elektrode,
die aus dem Material gebildet ist, das aufgebracht werden soll,
durch eine Übertragung eines Momentums
aus energetischen Partikeln extrahiert, üblicherweise Ionen, die durch
die Wirkung eines elektrischen Feldes in einem Plasma beschleunigt werden,
die die Oberfläche
der Elektrode treffen oder beschießen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass bei der thermischen Vakuumverdampfung
Prozesskammern, die in ihrer Größe im Vergleich
zu der PVD-Sprühtechnik
größer sind,
unabdingbar sind, da es aus den vorangehend erklärten Gründen notwendig ist, einen wesentlichen
Abstand zwischen dem Kunststoffmaterial des Tanks und der Wärmequelle beizubehalten.
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Ein
PVD-Sputtern bietet den Vorteil, dass es in der Lage ist, nicht
nur Elemente und Verbindungen, sondern auch Legierungen aufzubringen,
eine Operation, die nicht mit der thermischen Vakuumverdampfung
ausgeführt
werden kann, da hier eine Trennung der unterschiedlichen Komponenten
erfolgen würde,
die die Legierung bilden, aufgrund von Temperaturen über der
eutektischen Temperatur.
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Im
Hinblick auf die thermische Vakuumverdampfung ist das PVD-Sputtern
ein langsamerer Aufbringungsprozess, aber er bietet eine bessere
Qualität
von dem Standpunkt der Einheitlichkeit der aufgebrachten Schicht
und ermöglicht
die Aufbringungen von Legierungen, wie z. B. Edelstahl, um eine
metallisierte Schicht mit einem ausgezeichneten Widerstand gegenüber Kratzern
und mit ausgezeichneten Charakteristika der elektrischen Leitfähigkeit
zu erhalten.
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Die
Dicke der metallisierten Schicht, die mit Hilfe von PVD-Techniken
erhalten wird, ist außerdem so
gering (Werte von weniger als 1 μm),
dass der metallisierte Tank die Charakteristika der Elastizität des Kunststoffmaterials beibehält, aus
dem er gebildet ist, wodurch gleichzeitig die angeforderte elektrische Leitfähigkeit
sichergestellt wird.
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Tatsächlich hat
sich aus Tests, die an dem Endprodukt durchgeführt wurden, herausgestellt, dass
sogar eine metallische Schicht mit einer Dicke von weniger als 1 μm ohne weiteres
ausreichend ist, um die Oberflächenleitfähigkeit
zu garantieren, die für
ein schnelles Leiten der elektrischen Ladung zu Masse notwendig
ist.
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Es
sollte darauf hingewiesen werden, dass der geringere Betrag an metallischem
Material, der bei der Aufbringung mit PVD-Techniken verbraucht wird,
ermöglicht,
dass eine wesentliche Einsparung im Hinblick auf die verwendeten
Rohmaterialien ermöglicht
wird, mit einem deutlichen wirtschaftlichen Vorteil. Ferner ermöglicht dies,
dass Edelmetalle, wie z. B. Silber oder sogar Gold, mit hoher elektrischer Leitfähigkeit
und Widerstand gegenüber
Passivierung, verwendet werden.
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Zuletzt
kann die Aufbringungsrate des metallischen Materials ohne weiteres
bestimmt und gesteuert werden, woraus sich der Vorteil ergibt, dass es
möglich
ist, mit maximaler Präzision
die Enddicke der metallisierten Schicht zu definieren.
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Die
Charakteristika und weiterer Vorteile der Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
deutlicher, gegeben in einem nichteinschränkenden Sinn im Hinblick auf
die beiliegenden Zeichnungen, in denen:
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1 eine schematische Ansicht
eines Behälters
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, der einen metallisierten Vakuumtank aufweist;
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2 eine Querschnittsansicht
eines Abschnitts der Wand des metallisierten Tanks aus 1 darstellt;
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3 eine schematische Ansicht
einer Vorrichtung zum Behandeln der Oberfläche eines Kunststofftanks darstellt,
um den Tank aus 1 zu
erhalten;
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4 eine schematische Querschnittsansicht
eines Details der Vorrichtung aus 3 darstellt;
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5 eine schematische Querschnittsansicht
eines Details der Vorrichtung aus 3 gemäß einem
unterschiedlichen Ausführungsbeispiel
darstellt.
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Bezug
nehmend auf die beiliegenden Figuren wird durch C allgemein ein
Behälter
gemäß der Erfindung
angezeigt, zum Transportieren von Substanzen, in diesem spezifischen
Fall einer Flüssigkeit,
die ferner zum Verwenden in Umgebungen mit hohem Explosionsrisiko
vorgesehen ist.
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Der
Behälter
C weist einen Tank 1 auf, der in einem metallischen Gehäuse 2 gehäust ist
und durch eine Palette 3 getragen wird, bei dem Beispiel
eine Palette mit Standardgröße.
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Der
Tank 1 ist ein Parallelepiped-Quadrat mit abgerundeten
Ecken und ist aus Kunststoffmaterial hergestellt, durch die üblichen
Extrusions-Blase- oder Rotationsformungsverfahren, und wird dann
mit einer Vakuum-PVD-Technik metallisiert.
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Das
extrudiert-geblasene oder rotationsgeformte Material kann bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ein hochdichtes Polyethylen sein (HDPE), das dieselben chemischphysischen
Charakteristika aufweist wie Polyethylen, aber mit einer größeren Festigkeit
der Endstruktur des Tanks.
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Die
Palette 3 kann aus einem metallischen Material oder aus
einem isolierenden Material hergestellt sein, z. B. aus Holz oder
Kunststoff. Bei dem Beispiel aus 1 ist
die Palette 3 aus metallischem Material hergestellt.
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In
dem Fall, in dem die Palette 3 ebenfalls aus Kunststoffmaterial
hergestellt ist, kann die Palette in einem Vakuum mit demselben
Metallisierungsverfahren metallisiert werden, mit dem die Metallisierung
eines Kunststofftanks 50 hierin nachfolgend beschrieben
wird.
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Zum
Verbinden der Palette 3 oder einer metallisierten Kunststoffpalette
mit Masse ist ein geflochtener Leiter, der für eine Verbindung zwischen der
Palette 3 und Masse 6 geleitet wird, vorgesehen, da
die elektrische Verbindung zwischen der Palette 3 und dem
metallischen Käfig 2 durch
den mechanischen Kontakt sichergestellt wird.
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In
dem Fall, in dem die Palette aus Holz hergestellt ist, ist es notwendig,
einen geflochtenen Leiter für
die elektrische Verbindung des metallischen Käfigs mit Masse bereitzustellen.
Während
des Transports kann Masse 6 durch die metallische Struktur
der mechanischen Ausrüstung
ersetzt werden, die den Behälter
transportiert, oder durch eine andere Einrichtung, die in jedem
Fall mit Masse verbunden ist.
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Der
Tank 1 ist mit Öffnungen
versehen zum Laden 8 und Entladen 9 des Materials,
jeweils ausgestattet mit jeweiligen Rohrverbindungen 10 und 11 mit
Gewinde.
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Auf
die Laderohrverbindung 10 wird eine Abdeckung 7 geschraubt,
die intern mit einem Gewinde versehen ist, die in diesem Fall aus
Kunststoffmaterial hergestellt ist, und vorteilhaft an der Außenseite durch
eine Vakuum-PVD-Technik oder durch andere Techniken metallisiert
sein kann. Bei dem Beispiel aus 1 ist
die Abdeckung aus einem metallischen Material hergestellt.
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Auf
die Entladerohrverbindung 11 wird ein Auslassventil 12 geschraubt,
durch das es möglich ist,
den Ausfluss der Flüssigkeit
aus dem Tank 1 zu steuern.
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Die
Verbindung zwischen dem metallischen Käfig 2 und der Ladeabdeckung 7 kann
durch eine metallische Kette 40 realisiert sein.
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Dies
ermöglicht,
dass die mögliche
statische Elektrizität,
die auf der Abdeckung 7 akkumuliert ist, mit Masse verbunden
wird, und ermöglicht
ein Vereinfachen der Ladeoperation, wodurch der Benutzer von einer
Aktion entbunden wird, die an der Abdeckung ausgeführt werden
muss, die nicht die Aufschraub/Abschraub-Operation ist.
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Das
Entladungsventil 12 kann aus einem metallischen Material
oder einem isolierenden Material hergestellt sein, z. B.
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Kunststoff.
Bei dem Beispiel aus 1 ist das
Ventil 12 aus metallischem Material hergestellt.
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In
dem Fall, in dem das Ventil 12 aus Kunststoffmaterial hergestellt
ist, kann es vorteilhaft in einem Vakuum metallisiert werden, mit
demselben Metallisierungsverfahren, mit dem der Tank 50 metallisiert
wird.
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Für die elektrische
Verbindung zwischen dem metallischen Käfig 2 und dem Entladeventil 12 ist
es auf dieselbe Weise möglich,
eine Kette oder einen geflochtenen Leiter 41 zu verwenden.
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Aus
dem Entladeventil 12, von der Ladeabdeckung 7 und
aus dem Tank 1, durch den metallischen Käfig 2,
wird ein durchgehender elektrischer Weg hin zu Masse 6 erzeugt.
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Der
geflochtene Leiter 5 kann durch leitfähige Stäbe, Ketten oder ähnliches
ersetzt werden.
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Der
metallische Käfig 2 ist
an der Palette 3 durch eine geeignete Einrichtung befestigt,
die in den Figuren nicht dargestellt ist, z. B. durch U-förmige, gebogene
Blechmetallstreifen, die sich um das Umfangssegment des metallischen
Käfigs
erstrecken und an der Palette mit Hilfe von Bolzen oder Ähnlichem
befestigt sind.
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Bezug
nehmend auf 2 weist
die Wand des Tanks 1, die in einer Querschnittsansicht
gezeigt ist, eine Basisschicht 13 aus Kunststoffmaterial
auf, deren Außenoberfläche, die
die Oberfläche
der Schicht ist, die hin zu der Außenseite des Tanks gewandt
ist, durch eine Plasmabehandlung modifiziert wurde, um eine Oberflächenschicht 14 sauber
und erregt zu definieren, um eine bessere Benetzbarkeit und eine
bessere Haftung der eigentlichen metallischen Schicht zu haben.
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Ferner
weist die Wand des Tanks 1 eine Schicht 15 aus
metallischem Material auf, die in Überlagerung der zuvor genannten
Oberflächenschicht 14 zugeordnet
ist, durch Aufbringung mit einer Vakuum-PVD-Technik (PVD = physical
vapor deposition).
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Vorteilhafterweise
ist die Schicht 15 des metallischen Materials in Kontakt
mit dem metallischen Käfig 2 angeordnet,
so dass die gesamte Außenoberfläche des
Tanks 1 notwendigerweise äquipotential zu dem Käfig 2 ist.
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Unter
besonderer Bezugnahme auf 3 bis 5 wird ein Beispiel des Verfahrens
zum Behandeln eines Kunststofftanks 50, um den vorangehend beschriebenen
metallisierten Tank 1 zu erhalten, hierin nachfolgend beschrieben.
Ein solches Verfahren wird durch eine Vorrichtung ausgeführt, die
allgemein bei 51 angezeigt ist.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist,
weist die Vorrichtung 51 in ihren wesentlichen Teilen folgende Merkmale
auf:
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- – eine
Kammer für
Vakuumprozesse 20,
- – eine
Pumpgruppe 21 zum Evakuieren der Luft aus der Kammer 20,
- – ein
System 22 zum Liefern und Steuern des Gasflusses,
- – ein
System 24 zum Versorgen mit elektrischer Leistung, für Elektroden 25,
die in der Kammer 20 plaziert sind (4).
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Die
Kammer 20 ist mit einem Fenster 28 versehen, für die visuelle
Steuerung des Plasmas und des Schrittes der Ver dampfung des Metalls,
und wird in der Testphase mit einem Heliummassenspektrometer gesteuert,
um ihre perfekte Abdichtung und Luftdichtheit unter Bedingungen
eines Vakuums zu garantieren, das geringer ist als bei echten Arbeitsbedingungen.
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Die
Kammer 20 ist mit einer Öffnung versehen, die einen
vollständigen
Zugriff auf das Innere der Kammer 20 ermöglicht,
und der eine Abdichtungstür 29 zugeordnet
ist, um dieselbe zu schließen.
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Bezug
nehmend auf 4 weist
die Kammer 20 folgende Merkmale auf:
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- – eine
oder mehrere Elektroden, zwei in der Anzahl bei dem Beispiel und
angezeigt bei 25,
- – eine
Aufnahme- und Bewegungsgruppe 26, die Zangen 31 zum
Aufnehmen des Tanks 50, der metallisiert werden soll, und
eine Betätigungseinrichtung
zum Bewegen der Zangen 31 innerhalb der Kammer 20 aufweist.
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Innerhalb
der Kammer 20 ist eine Prozesszone definiert, die die Elektroden 25 umfasst,
geeignet zum Erzeugen eines ausreichenden elektrischen Feldes, um
das Plasma zu stützen.
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Die
Elektroden 25 oder Kathoden sind innerhalb der Kammer 20 angeordnet,
um an den Wänden zu
haften. Die Elektroden 25 sind im Wesentlichen metallische
Platten, vorzugsweise aus Edelstahl, Aluminium oder Titan hergestellt,
an die ein DC (Gleichstrom) oder anderweitig eine HF (Hochfrequenz)
angelegt wird, z. B. eine Frequenz von 13,56 MHz oder 2,45 GHz,
oder eine elektrische Leistungsversorgung angelegt wird, durch die
Leistungsversorgung 24 (3).
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Die
Metallisierung der Außenoberfläche des Tanks 50 wird
in der Kammer 20 ausgeführt,
durch Durchführen
der hierin nachfolgend aufgelisteten Schritte.
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Bei
einem ersten Schritt wird der Kunststofftank 50 in die
Kammer 20 plaziert, um durch die Zangen 31 gehalten
und gestützt
zu werden, die in die Laderohrverbindung 10 eingefügt sind,
vorausgesetzt, die Entladerohrverbindung 11 ist mit einer
Einrichtung geschlossen, die zum Ermöglichen des Durchlasses von
Gas geeignet ist, bei diesem Beispiel Luft, und nicht von metallischen
Molekülen.
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Bei
dem Beispiel weist die zuvor genannte Einrichtung eine Membran 30 auf,
deren Charakteristika derart sind, um das Leiten von Luft zu ermöglichen
und den Eintritt von Metalldämpfen
in den Tank 50 zu verhindern. Dies wird erreicht, z. B.
und nicht zu einschränkenden
Zwecken, mit vielen Scheidewänden
mit nicht ausgerichteten Perforationen, wie z. B., um ein Labyrinth
zu bilden.
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Das
Durchleiten von Luft ist bei dem Schritt der Evakuierung der Luft
innerhalb der Kammer 20 wesentlich und somit von dem, was
innerhalb des Tanks 50 vorliegt.
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Es
ist ferner wichtig, den Eintritt der Metallpartikel in den Tank 50 während des
Metallisierungsschritts zu verhindern. Tatsächlich würden solche Partikel, die innerhalb
des Tanks aufgebracht werden und an dessen Wänden anhaften, dann gefährlich in Kontakt
mit dem Produkt, z. B. einer Säure,
für deren Transport
der Tank vorgesehen sein kann, um in dem Tank transportiert zu werden.
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Alternativ
können
die Zangen 31 in die Entladerohrverbindung 11 eingefügt werden,
vorausgesetzt, dass die Laderohrverbindung 10 durch eine Membran
geschlossen ist.
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Der
Metallisierungsprozess besteht aus:
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- – einem
ersten Schritt der Plasmavorbehandlung des Tanks 50, der
die Aufgabe des Reinigens und Modifizierens/Aktivierens (Ätzens) einer
Oberflächenschicht 14 der
Basisschicht 13 hat, aus der der Tank 50 besteht,
und
- – einem
zweiten Aufbringungsschritt durch Aufbringung mit einer Vakuum-PVD-Technik
einer Schicht 50 eines metallischen Materials auf die modifizierte/aktivierte
Oberflächenschicht 14.
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Um
den Metallisierungsprozess auszuführen, ist es notwendig, den
Tank 50 in die Kammer 20 einzufügen und
ihn durch die Laderohrverbindung 10 an den Zangen 31 zu
befestigen.
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Nachdem
die Abdichtungstür 29 geschlossen
wurde, werden die mechanischen Rotationspumpen 32 der Pumpgruppe 21 betätigt, bis
ein Vorvakuum erzeugt wird, das niedriger ist als ein Wert im Bereich
von 10–1 mbar.
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Die
mechanischen Rotationspumpen 32 weisen eine Ansaugfähigkeit
auf, um einen Druck innerhalb der Kammer von einem Wert zwischen
10–1 und 10–2 mbar
zu erzeugen, in einem variablen Zeitraum gemäß der Größe der Kammer 20,
als Anzeige in einem Zeitraum von 2 – 3 Minuten.
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Das
System 22 zum Liefern und Steuern des Gasflusses ist notwendig,
um den Druckwert innerhalb der Kammer 20 auf eine automatische
und präzise
Weise einzustellen, wodurch eine Gasfluss geliefert wird, der in
die Kammer eintritt, insbesondere um einen atmosphärischen
Druck an dem Ende des Prozesses wiederherzustellen, z. B. durch
Nadelventile 34, die durch entsprechende Vakuumabdichtungsventile
ersetzt werden können.
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Die
Elektroden 25 erregen das Restgas elektrisch, das in der
Kammer 20 enthalten ist, sogar noch unterstützt durch
das System 22, das dasselbe teilweise ionisiert und das
Plasma erhält.
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Dann
wird an die Kathoden 25 eine DC- oder HF-Leistung angelegt,
die geeignet zum Liefern des Plasmas ist, bei den zuvor erwähnten Druckbedingungen,
mit ausreichend Energie, um die chemisch-physikalischen Charakteristika
der Außenoberfläche der
Basisschicht 13 zu modifizieren, wodurch die Kohlenstoffverbindung
des Polymers unterbrochen wird, aus dem diese hergestellt ist.
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Als
eine Folge daraus wird die Benetzbarkeit der Außenoberfläche der Basisschicht 13 verbessert, d.
h. eine modifizierte, gereinigte und erregte Oberflächenschicht 14 wird
für eine
bessere Haftung der Metallpartikel bereitgestellt.
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Das
Ergebnis der Plasmabehandlung ist somit die Bildung von neuen funktionalen
Gruppen an der Außenoberfläche der
Basisschicht 13 des Tanks 50.
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Da
die Energie des Plasmas nicht ausreichend ist, um tief in die Basisschicht 13 einzudringen, werden
nur die äußersten
molekularen Schichten derselben modifiziert, wodurch die Oberflächenschicht 14 erzeugt
wird. Die Eigenschaften des verbleibenden Teils der Basisschicht 13 bleiben
unverändert.
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Vorzugsweise,
während
des Schrittes der Aktivierung der Basisschicht 13 des Tanks 50,
erledigt die Aufnahme- und Bewegungsgruppe 26 das Bewegen
der Zangen 31 im Hinblick auf die Kammer 20. Dies
bestimmt ein entsprechendes Bewegen des Tanks 50, mit einer
Verbesserung bei der Einheitlichkeit des Aufbaus der aktivierten/erregten
Oberflächenschicht 14.
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Wenn
sich die Größe und der
Arbeitsdruck der Kammer 20 und die Anordnung der Elektroden 25 ändert, ändert sich
die DC- oder HF-Leistung,
die für den
Plasmabehandlungsschritt notwendig ist. Die Erregungsoperation für die Basisschicht 13 mit
der Bildung einer Oberflächenschicht 14 wird
ferner verwendet, um die Außenoberfläche der
Basisschicht 13 von möglichen
organischen Unreinheiten zu reinigen, die die Effizienz des Metallisierungsprozesses
und die Haftung der Schicht aus metallischem Material 15 reduzieren
könnten.
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Die
zuvor erwähnte
Oberflächenschicht 14, auf
die der Metalldampf dann aufgebracht wird, muss als eine Zwischenschicht
mit Charakteristika verstanden werden, die sich von jenen des Kunststoffmaterials
unterscheiden, aus dem der Tank 50 besteht.
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Nachdem
der Plasma-Reinigungs- und -Ätz-Schritt
abgeschlossen ist, wird das Plasma abgeriegelt, wodurch die Versorgung
zu den Elektroden 25 unterbrochen wird und der Metallisierungsprozess fortgesetzt
wird.
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Zuerst
werden die Diffusionspumpen 33 betätigt, die ein Hochvakuum erzeugen,
geringer als oder in dem Bereich von 10–3 mbar,
vorzugsweise in dem Bereich von 10–5 mbar.
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Die
Diffusionspumpen 33 weisen eine Ansaugfähigkeit auf, um in einem variablen
Zeitraum gemäß der Größe der Kammer 20 einen
Druck innerhalb der Kammer 20 von einem Wert zwischen 10–3 und
10–7 mbar
zu erzeugen.
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Sobald
der optimale Druckwert innerhalb der Kammer 20 erreicht
ist, sogar mit Wirken auf das Ventil 34 zum Erhöhen des
Drucks in dem Fall, dass der Druck in der Kammer 20 zu
niedrig ist, werden die Elektroden 25 reaktiviert, um eine
neue Umgebungsbedingung von Plasma innerhalb der Kammer 20 zu bestimmen.
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Vorzugsweise,
während
des Schrittes der Metallisierung des Tanks 50, erledigt
die Aufnahme- und Bewegungsgruppe 26 das Bewegen der Zangen 31 im
Hinblick auf die Kammer 20. Dies bestimmt eine entsprechende
Bewegung des Tanks 50, mit einer Verbesserung bei der Einheitlichkeit
des Aufbaus der Schicht aus metallischem Material 15.
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Die
Kammer 20, die in 4 dargestellt
ist, wird besonders empfohlen für
die Aufbringung mit der PVD-Sputtertechnik
(Kathodenpulverisierung), durch die es möglich ist, ein beliebiges Material,
ein Element, eine Verbindung oder eine Legierung aufzubringen.
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Bei
dem Beispiel wird die PVD-Sputterquelle in den Elektroden 25 realisiert,
die vorgesehen sind, um das Plasma zu stützen.
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Nichts
desto trotz ist es möglich,
einzelne Elektroden bereitzustellen, die spezifisch für die Behandlung
der Basisschicht 13 und für die nachfolgende Metallisierung
vorgesehen sind.
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Der
Druckwert niedriger als der, der verwendet wird, um das Ätzen auszuführen, bestimmt
die Bildung eines energetischeren Plasmas, das in der Lage ist,
die Metallpartikel aus der PVD-Sputterquelle zu extrahieren.
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Ein
PVD-Sputtern, wie vorangehend erwähnt wurde, wird besonders empfohlen
für die
Aufbringung von Edelstahl- und Chrom-Schichten.
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Das
Hochvakuum innerhalb der Kammer 20 und die vorangehend
beschriebene Plasmabehandlung, der die Basisschicht 13 vor
dem Vakuummetallisierungsschritt unterzogen wird, stellen eine einheitliche
Verteilung und eine perfekte Haftung an der Oberfläche 14 der
Metallpartikel sicher, die aus der PVD-Sputterquelle extrahiert
werden, mit der Bildung der Schicht aus metallischem Material 15.
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5 bezieht sich auf ein unterschiedliches Ausführungsbeispiel
der Kammer 20, geeignet zur Verwendung in dem Fall einer
PVD-Aufbringungstechnik durch eine thermische Hochvakuumverdampfung.
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In
diesem Fall, sobald der Plasma-Reinigungs- und -Ätz-Schritt abgeschlossen ist, wird das Plasma
gestoppt und nicht wieder reaktiviert, und der Metallisierungsprozess
wird fortgesetzt.
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Die
Kammer 20 weist eine Wärmequelle
auf, angezeigt bei 36, auf der das Metall 35 angeordnet ist,
das verdampft werden soll.
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Vorteilhafterweise
ist die Quelle 36 ein Wolframheizfaden, das ist das Metall
mit dem höchsten Schmelzpunkt,
genauer gesagt 3.283°K
bei atmosphärischem
Druck.
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Alternativ
kann der Wolframheizfaden durch ein anderes Element mit einer unterschiedlichen Form
ersetzt werden, z.B. durch eine Spirale, realisiert mit einem unterschiedlichen
Material, vorausgesetzt, dass es in der Lage ist, ohne Schmelzen
auf eine ausreichende Temperatur erwärmt zu werden, um das Metall 35 verdampfen
zu lassen, das auf demselben angeordnet ist.
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Der
Verdampfungsprozess, der oben betrachtet wurde, ist ebenfalls als
Sublimation definiert, das heißt,
der direkte Übergang
vom festen Zustand in den Gaszustand.
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Das
Metall 35, das durch die Wärmequelle 36 verdampft
wird, wird in Metallpartikel umgewandelt, verbreitet sich einheitlich
in dem Vakuum und wird durch Kondensation auf die äußerst aufnahmefähige Oberflächenschicht 14 aufgebracht.
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Für sowohl
die thermische Vakuumverdampfung als auch den PVD-Sputterprozess
wird am Ende der Metallisierungsbehandlung in die Kammer 20 Luft
injiziert, durch das System 22, das die Ventile 34 aufweist,
um wieder einen atmosphärischen
Druck einzurichten, um die Oberfläche des Tanks 1 zu
kühlen
und um zu ermöglichen,
dass die Tür 29 geöffnet wird,
um mit der Extraktion des metallisierten Tanks 1 fortzufahren.
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Die
aufgebrachte metallische Schicht weist eine Dicke von zwischen 0,01 μm und 3 μm auf, vorzugsweise
0,1 μm,
was ausreichend ist, um die Bildung von elektrostatischer Ladung
zu vermeiden, vorausgesetzt, dass ein durchgehender elektrischer Weg
zu Masse verfügbar
ist.
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Ohne
die Tatsache anzugreifen, dass das oben Erwähnte eine vollständige Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist, können
viele Abänderungen,
Modifikationen und Entsprechungen durch einen Fachmann auf dem Gebiet vorgeschlagen
werden.
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Die
vorangehende Beschreibung ist daher als darstellend, aber nicht
einschränkend
für den Zweck
der Erfindung zu verstehen.