NO903824L - Fremgangsmaate for fremstilling av metallfolie, samt metallfolie fremstilt ved hjelp av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

1. Oppfinnelsens tekniske område

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av metallfolie som anvendes som laminatmateriale for matvarer, til dekorasjon, til konstruksjon eller som elektromagnetisk skjerm. Denne oppfinnelse er også rettet mot en metallfolie fremstilt ved hjelp av fremgangsmåten.

2. Beskrivelse av kjent teknikk

Av metallfolier av typene nevnt ovenfor er det hittil kjent folier som har forskjellige tykkelser fra mindre enn 10 pm til mer enn 10 pm, og slike metallfolier er vanligvis fremstilt ved at et tynt metallbånd eller en plate er blitt valset flere ganger slik at tykkelsen til det tynne båndet eller platen reduseres gradvis.

I produksjonsmetoden for metallfolien beskrevet ovenfor må imidlertid valsingen utføres flere ganger. Videre må det anvendes en smøreolje mellom materialet som skal valses og valsene under valseprosessen, og overflaten til metallfolien blir ikke ren siden urenheter i luften kleber seg til overflaten av det valsede materialet under valsingen. Når en amorf folie fremstilles, er det en begrensning når det gjelder tykkelse, bredde og lengde av det tynne båndet under produksjonsprosessen, og av denne grunn er det også en dimensjonsbegrensning ved fremstillingen av folien også.

Generelt er metallfolier som har en tykkelse på 10 pm eller mer blitt fremstilt ved valsing flere ganger, og tynnere metallfolier med en tykkelse på 10 pm eller mindre er fremstilt av de valsede metallfoliene. Ved fremstillingen blir metallfolier med en tykkelse på mer enn 10 pm stablet og så valset til en ønsket tykkelse. I en slik fremstillingsprosess er det imidlertid å skille de valsede stablede metallfoliene fra hverandre i slutt-trinnet og dette skilletrinnet resulterer i en uheldig stor overflaterøffhet i den resulterende metallfolien.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse er derfor rettet mot en fremgangsmåte for fremstilling av en metallfolie, hvilken fremgangsmåte løser disse problemer, slik at det kan dannes en ren folieoverflate, og den reduserer dimensjonsbegrensningen ved fremstilling av en amorf folie.

Et annet formål med denne oppfinnelsen er å fremstille en metallfolie med en tykkelse på 10 pm eller mindre hvor overflaterøffheten eller grovheten uttrykt ved den maksimale høyden (Rmax) er sterkt redusert.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for fremstilling av en metallfolie, hvilken fremgangsmåte omfatter de følgende trinn: avsetning av komponentpartikler fra et avsetningskildemateriale bestående av forutbestemte metallkomponenter i en dampfase innenfor området fra en av endene til den andree av et substrat anordnet for å vende mot avsetningskildematerialet og som har en inert overflate som beveger seg kontinuerlig, ved hjelp av en fysikalsk dampfaseavsetningsmetode i vakuum eller i en inert gassatmosfære slik at det dannes sekvensielt en tynn film som har en forutbestemt filmtykkelse; og

avskrelling av den tynne filmen fra substratoverflaten for

å frembringe en metallfolie.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en metallfolie fremstilt ved avsetning av komponentpartikler fra et avsetningskildemateriale bestående av forutbestemte metallkomponenter på et substrat anordnet slik at det vender mot avsetningskildematerialet ved hjelp av en fysikalsk dampfaseavsetningsmetode i vakuum eller i en inert gassatmosfære slik at det dannes sekvensielt en tynn film som har en forutbestemt filmtykkelse,

og så avskrelling av den tynne filmen fra substratet for å frembringe metallfolien hvor den maksimale høyde (Rmax) til overflategrovheten til begge overflatene på metallfolien ikke er større enn 0,2 pm.

I denne beskrivelse er "overflategrovhet" angitt med "maksimal høyde (Rmax)" som spesifisert i den japanske industri-standard (JIS) B 0601 og den uttrykkes som "overflategrovhet (Rmax)".

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Figur 1 er en forklarende tegning av eksempel 1 på den foreliggende oppfinnelse; Figur 2 viser i plantegning en del av figur 1; Figur 3 er en forklarende tegning på eksempel 2;

Figur 4 er en forklarende tegning på eksempel 3; og

Figur 5 er en del av et sideriss av figur 4.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DE FORETRUKNE UTFØRELSER

Den fysikalske dampfaseavsetningsmetoden beskrevet ovenfor innebefatter spruteavsetning, vakuumavsetning, ioneplettering , etc, og spruteavsetningen innebefatter 2-elektrodespruting, 3-elektrodespruting, 4-elektrodespruting, magnetron-spruting, motstående måltype-spruting, ionestrålespruting og dual ione-stråle-spruting. Videre kan de fem angitte sprutemetodene klassifiseres i en likestrømspåføringstype og et høyfrekvens-påf©ringssystem. Den foreliggende oppfinnelse kan anvendes i hvilken som helst av disse fremgangsmåtene.

Spruteavsetningen er fremgangsmåten som bringer ionekilden, som genereres av en ionekanon eller plasma, til å støte mot et mål som har den samme sammensetningen som tynnfilmmaterialet som skal tilformes, og det avsettes atom, molekyl eller gruppelign-ende nøytrale partikler eller ionepartikler generert fra målet på grunn av støtet på et substrat.

Avsetningskildematerialer innebefatter en Mg-Ni-Y, Al-Ti-Y, La-Ni-Al, Al-Ni-Y-N og lignende.

I det påfølgende skal den foreliggende oppfinnelse beskrives for tilfellet hvor den utøves ved bruken av magnetronplasma-spruting.

En elektrode (+ elektrode) og et mål (- elektrode) laget av en forutbestemt metallkomponent blir anordnet motstående til hverandre inne i en beholder som holdes på et sprutegasstrykk på i det minste 1 x IO-<3>mbar og en spenning blir påtrykt mellom disse elektrodene slik at det genereres et plasma mellom dem.

En tynn film blir tilformet ved avsetning av et substrat inne i eller nær dette plasmaområdet. Siden tynnfilmfremstillingsinn-retninger som beskrevet ovenfor blir brukt, er partiklene fra avsetningskildematerialet i ionetilstand, atomer, molekyler og grupper. Det er derfor sannsynlig at de vil bli avkjølt mellom avsetningskildematerialet og substratoverflaten og selv om partiklene er av en type som er vanskelig å omforme til amorf tilstand ved hjelp av en kjent væskekjølefremgangsmåte, blir de omformet til den amorfe tilstanden. En metallfolie som har den ønskede filmtykkelsen kan fremstilles ved å justere effekten som påtrykkes mellom elektrodene eller hastigheten til det bevegelige substratet.

I fremgangsmåten beskrevet ovenfor kan en metallfolie som består av en amorf fase, en metallfolie som består av en kompositt av en amorf fase og en krystallinsk fase, og en metallfolie som består av en krystallinsk fase produseres selektivt ved å justere gasstrykket inne i anordningen eller apparatet, avstanden mellom substratet og fronten og avsetningskildematerialet, osv. F.eks. kan det oppnås en høy avkjølingshastighet for partiklene fra avsetningskildematerialet ved å redusere gasstrykket inne i anordningen og ved innstillingen av avstanden mellom substratoverflaten og målet innenfor et forutbestemt område, og en metallfolie som består av en amorf fase og en metallfolie som består av en kompositt av en amorf fase og en krystallinsk fase kan produseres. Dersom gasstrykket blir økt inne i anordningen og avstanden mellom substratoverflaten og avsetningskildematerialet blir innstilt utenfor området beskrevet ovenfor, vil i motsetning til dette avkjølingshastigheten til partiklene til avsetningskildematerialet bli lav og en metallfolie bestående av en krystallinsk fase kan produseres.

Når oppfinnelsen anvendes ved spruting kan f.eks. en metallfolie bestående av en kompositt som har en amorf fase produseres ved å innstille avstanden mellom substratoverflaten og avsetningskildematerialet innenfor området fra 4 0 til 100 mm og å justere gasstrykket inne i anordningen innenfor området 1

x 10~<3>til 20 x 10~<3>mbar. En metallfolie bestående av en krystallinsk fase kan produseres dersom avstanden mellom substratoverflaten og avsetningskildematerialet ligger utenfor området beskrevet ovenfor eller dersom gasstrykket inne i anordningen er høyere enn 20 x 10~<3>mbar. Dersom gasstrykket inne i anordningen er under 1 x 10~<3>mbar, er det ikke enkelt å opprettholde lik utladning mellom elektrodene og en metallfolie kan ikke fremstilles.

I fremgangsmåten beskrevet ovenfor kan et metallmateriale, et harpiksmateriale, glass o.l. anvendes som substratet. Uttrykket "inert substratoverflate" slik det brukes her betyr overflaten som har lav adhesjon og fra hvilken metallfolien lett kan fraskrelles.

Uttrykket "avsetningskildemateriale" slik det brukes i den foreliggende oppfinnelse betyr målet i tilfellet spruteavsetning og fordampningskilden i tilfellet ionepretering og vakuumavsetning.

Partiklene til avsetningskildematerialet som består av den forutbestemte metallkomponenten i formen av ioner, atomer, molekyler og grupper blir sekvensielt avsatt på substratoverflaten som beveger seg kontinuerlig fra en av endene til den andre av avsetningskildematerialet og en ønsket filmtykkelse oppnås på den andre enden av avsetningskildematerialet. Deretter blir substratet og tynnfilmen adskilt fra hverandre for å frembringe metallfolien. Her kan følgende innretninger anvendes som separasjonsinnretning mellom substratet og tynnfilmen. F.eks. kan den andre enden av avsetningskildematerialet etter passasje bli avskrellet av en opptaksrulle i en vinkel som er forskjellig fra bevegelsesretningen til substratet for å ta opp metallfolien på opptaksrullen. Alternativt blir metallfolien mens den fester seg til substratet tatt opp av rullen på den andre siden og substratet og metallfolien blir adskilt når det er nødvendig for å frembringe metallfolien. Som nok et alternativ kan substratet og metallfolien separeres ved hjelp av en innretning som skraper.

Produksjonsfremgangsmåten som beskrevet ovenfor er spesielt egnet for å oppnå en ny metallfolie som har en tykkelse på 2 til 10 pm og en overflategrovhet (Rmax) som ikke er større enn 0,2 pm. Når folietykkelsen er mindre enn 2 pm, kan ikke den resulterende metallfolien med hell avskrelles fra et substrat. På den annen side, i produksjonen av metallfolier med en tykkelse større enn 10 pm, er det mer økonomisk å anvende en valseprosess enn prosessen med fysisk pådampning i henhold til den foreliggende oppfinnelse, selv om prosessen i henhold til den foreliggende oppfinnelse også kan gi slike relativt tykke metallfolier.

I det etterfølgende skal utførelser av den foreliggende oppfinnelse beskrives med henvisning til tegningene.

Eksempel 1

Figurene 1 og 2 viser skjematisk et eksempel på anordningen som er egnet for å utføre den foreliggende oppfinnelse. Som vist på figur 1, er et mål 1 fremstilt i en smelteovn og som har en sammensetning av forutbestemte komponenter anordnet inne i et spruteavsetningsapparat 2 og et par styreruller 4 er anordnet mellom en elektrode 3 (en jordelektrode såsom en vakuumbeholder) og målet 1 med et forutbestemt gap. Et substrat 5, som er et endeløst belte laget av et mykt metallmateriale eller harpiksmateriale er anordnet på rullene 4. En opptaksrulle 6 er anordnet over substratet 5 på en slik måte at den tar opp og styrer den resulterende metallfolien 7 i en vinkel som er forskjellig fra bevegelsesretningen til substratet 5. Når det måtte være nødvendig blir et kjøleparti 8 for avkjøling av substratoverflaten anordnet nær og under substratet 5 på hvilket partiklene til målet 1 blir avsatt. Her blir etter at det indre av spruteavsetningsapparatet 2 er evakuert ved hjelp av en vakuumpumpe (ikke vist), en argongass matet inn i apparatet og det indre trykket i apparatet blir holdt konstant i det samlås-ende arrangement med vakuumpumpen. En spenning blir under denne tilstanden påtrykt målet 1 og samtidig styrerullene 4 som blir drevet slik at de beveger substratet 5 kontinuerlig i endeløst belteform. Spruteavsetning blir utført på overflaten til substratet 5 og metallfolien 7 blir dannet på overflaten av substratet 5. Metallfolien 7 som er dannet på denne måten blir tatt opp av opptaksrullen 6. Som vist på figur 2 vil metallfolien7som produseres inneha en lik tykkelse ved å gjøre bredden til substratet 5 mindre enn bredden til målet 1.

Eksempel 2

Som vist på figur 3, blir substratet 5 som er viklet på styrerullen 4 på en av sidene (f.eks. den venstre siden) sekvensielt matet til styrerullen 4 på den andre siden (f.eks. på den høyre siden). Under denne prosessen blir metallfolien 7 formet på substratet 5 ved spruteavsetning, og mens metallfolien 7 kleber seg til substratet 5 blir de tatt opp på styrerullen 4 på den andre siden. Metallfolien 7 og substratet 5 på denne styrerullen 4 blir adskilt fra hverandre i det neste trinnet (ikke vist på tegningen). Resten er det samme som i Eksempel 1.

Eksempel 3

Som vist på figurene 4 og 5 er substratet 5 sylindrisk og kjølepartiet 8 anordnet på den indre omkretsoverflaten av substratet 5, når det er nødvendig, for å avsette partiklene til målet 1 på den sylindriske ytre omkretsoverflaten av substratet 5. Resten er det samme som i Eksempel 1. Her er en mateport 9 og en uttømmingsport 10 for kjølemediet til og fra kjølepartiet

8 stasjonære, og matepartiet 11, uttømmeporten 12, kjølepartiet

8 og substratet 5 kan rotere. For å holde gasstrykket inne i apparatet på et konstant nivå, er et tetningsparti 13 på apparatet utstyrt med en pakning rundt den ytre omkretsen av utlade-partiet 12, og tetningspartiene 14 er anordnet for å forhindre lekkasje av kjølemediet mellom mateporten9og uttømmingsporten 10 (det faste partiet) og mellom matepartiet 11 og uttømmings-partiet 12 (det bevegelige partiet). Siden substratet 5 har formen beskrevet ovenfor, er det mulig å anvende stivt metallmateriale, et stivt harpiksmateriale, glass o.l., som substrat-materialet.

I samsvar med Eksemplene 1 til 3 ovenfor kan det oppnås flersjikts metallfolier ved avsetning av flere mål laget av forskjellige materialer med en forutbestemt avstand mellom målene. I dette tilfellet er det mulig å forme en metallfolie som består av forskjellige sjikt, såsom et dekorasjonssjikt, korrosjonsresistent sjikt, et kostbart sjikt, etc, ved passende valg av målematerialet i samsvar med den tiltenkte bruk.

Eksempel 4

I samsvar med den følgende prosedyre ble en titanfolie formet på et sylindrisk glassubstrat ved bruk av et titanmål i magnetron spruteavsetningsapparatet som vist på figurene 4 og 5. Bredden til målet var 8 cm og spruteavsetningen ble ledet på glassubstratet anordnet slik at det var motstående målet i en avstand på 50 mm.

Substratet ble renset og det indre av apparatet ble evakuert til et trykk på 2 x IO"<5>mbar eller mindre og så ble en argongass innført i apparatet. Mens trykket i apparatet ble holdt på 3 x IO-<3>mbar ble forspruting som en forbehandling utført i en periode på 10 minutter under bruk av en lukker.

Deretter ble en elektrisk effekt på 520 V x0,04 A/cm<2>

påtrykt målet for å danne en film på substratet ved spruteavsetning av titan. Under spruteavsetningen ble den ytre omkretsoverflaten til det sylindriske glassubstratet beveget i en hastighet på 0,8 cm/min. Filmen som ble formet på substratet ble fjernet

av en opptaksrulle eller en skrape. I en slik prosedyre ble det oppnådd en 5 mm tykk titanfolie. Titanfolien hadde en overflateruhet (Rmax) som ikke var større enn 0,1 pm både på avsetnings-overflaten og sidene av substratet.

Selv om metallfolier også kan produseres på samme måte som beskrevet ovenfor under bruk av apparatene som er vist på figurene 1-3, bør substratet som anvendes i disse apparatene være laget av harpiks eller metall. Når et harpikssubstrat ble brukt, er det overflateruheten (Rmax) til substratet stor sammenlignet med ruheten ved bruk av et glassubstrat. Den maksimale mulig-heten (Rmax) til vanlig brukte harpikssubstrater såsom plastark er omtrent 0,2 pm og metallfolier som har en overflateruhet (Rmax) på 0,2 pm eller mindre kan oppnås på enkel måte. Det er derfor ingen problemer i praktiske anvendelser. Videre kan overflateruheten (Rmax) til harpiks- eller metallsubstratet reduseres ved en passende behandling og derved kan også overflateruheten (Rmax) til metallfolien tilformet på substratet reduseres.

Som beskrevet ovenfor, produserer den foreliggende oppfinnelse metallfolien ved tynnfilmsformingsinnretningen ved den fysiske dampfaseavsetningsmetoden. Produksjonen av metallfolien kan derfor gjøres i ett trinn eller to trinn og den kan utføres på enkel måte. Den foreliggende fremgangsmåte kan frembringe en flersjiktet metallfolie som består av flere sjikt som har gjensidig forskjellige sammensetninger og siden produksjonen blir utført i vakuum eller i den inerte gassatmosfæren uten at det krever valsing av overflaten av valsene, kan det oppnås en metallfolie som har en ren overflate. Når den amorfe metallfolien blir produsert, blir videre dimensjonsbegrensningen mindre siden denne avhenger bare av mengden avsetningskildemateriale. Siden metallfoliene blir fremstilt ved tynnfilmdannelsesinnret-ningene beskrevet ovenfor kan det produseres amorfe legeringer som vanskelig kan fremstilles ved den ordinære enkelvalsefrem-gangsmåten e.l. Når det produseres en metallfolie som er i det minste 50% amorf ved hjelp av fremgangsmåten beskrevet ovenfor, har den resulterende metallfolien utmerkede egenskaper som skyldes den amorfe legeringen, såsom høy hardhet, høy styrke og høy korrosjonsmotstand, og den er derfor svært nyttig i forskjellige industrielle anvendelser.

Siden metallfoliene har en overflategrovhet (Rmax) på 0,2 pm eller mindre og således svært flate overflater, vil de spesielt gi en høy grad dekorativ effekt når de er i bruk som strukturelle materialer etc., og de kan også nyttes som ledende materialer e.l.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av metallfolie, karakterisert ved de følgende trinn: avsetning av komponentpartikler fra et avsetningskildemateriale bestående av forutbestemte metallkomponenter innen området fra én av endene til den andre av et substrat anordnet slik at det vender mot nevnte avsetningskildemateriale og har en inert overflate som beveger seg kontinuerlig, ved hjelp av en fysikalsk dampfaseavsetningsfremgangsmåte i vakuum eller i en inert gassatmosfære for å danne sekvensielt en tynn film som har en forutbestemt filmtykkelse; og avskrelling av nevnte tynne film fra nevnte substratoverflate for å frembringe nevnte metallfolie.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at nevnte avsetningskildemateriale er anordnet i en forutbestemt avstand fra nevnte substratoverflate, og nevnte metallfolie består av en kompositt som har i det minste 50% (volum-%) av en amorf fase.

3. Metallfolie, karakterisert ved at den er fremstilt ved avsetning av komponentpartikler fra et avsetningskildemateriale bestående av forutbestemte metallkomponenter på en substrat anordnet slik at den vender mot nevnte avsetningskildemateriale, ved hjelp av en fysikalsk dampfaseavsetningsfremgangsmåte i vakuum eller i en inert gassatmosfære for å danne sekvensielt en tynn film som har en forutbestemt filmtykkelse og så avskrelling av nevnte tynne film fra nevnte substratoverflate for å frembringe nevnte metallfolie, og den maksimale høyden (Rmax) til overflategrovheten til begge overflatene til nevnte metallfolie ikke er større enn 0,2 pm.

4. Metallfolie i henhold til krav 3, karakterisert ved at tykkelsen til nevnte metallfolie er fra 2 til 10 pm.