CH622828A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen einer die Sonnenstrahlung selektiv absorbierenden Beschichtung auf einer länglichen, rohrförmigen Unterlage für eine Sonnenkollektoranordnung gemäss Oberbegriff des Anspruches 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Zerstäubungstechnik wird herkömmlich zum Beschichten eines hochreflektierenden Metalles, wie Chrom, auf einer Unterlage verwendet. Das Chrom wird aus einer Metallelektrode ausgeschleudert, die infolge einer elektrischen Entladung in einem inerten Gas zwischen einer Anode und der die Kathode bildenden Chromelektrode mit Ionen bzw. Atomen bombardiert wird. Das inerte Gas ist normalerweise Argon bei niedrigem Druck.

Das reaktive Zerstäuben ist eine Variante oben beschriebenen Zerstäubungsverfahrens, bei der das inerte Gas mit einer geringen Menge einer gasförmigen Verunreinigung gemischt ist, die Atome eines anderen Materiales liefert, die auf der zu beschichtenden Fläche gleichzeitig mit dem zerstäubten Metall der Kathode abgelagert werden. Eine solche gasförmige Verunreinigung ist ein Kohlenwasserstoffgas, das Kohlenstoffatome abspaltet, so dass die aufgesprühte Schicht ein Metallkarbid wird. Auch aufgestäubte Oxyd- und Nitridschichten können durch ein reaktives Zerstäubungsverfahren gebildet werden.

Die neueste Entwicklungsarbeit auf dem Gebiet der Sonnenenergiekollektorröhren [beschrieben im Journal of Vacuum Science Technology, Vol. 13, Nr. 5, Sept./Okt. 1976 (veröffentlicht von der American Vacuum Society) auf Seite 1070 in einem Artikel mit dem Titel «Sputtered Metal Carbide Solar Selective Absorbing Surfaces»] hat gezeigt, dass die Wirksamkeit eines Kollektorrohres gesteigert werden kann, wenn es mit einem gleichförmig dünnen Materialbelag beschichtet wird, dessen Zusammensetzung an allen Punkten bei gleicher Schichtdicke dieselbe ist und die gewisse andere Eigenschaften aufweist. Leider kann dies durch herkömmliche reaktive Zerstäubung nicht erzielt werden, weil Versuche gezeigt -haben, dass die an verschiedenen Stellen der Zerstäubungszone anwesende Menge des Verunreinigungsgases nicht immer gleich ist. Daher ist die Dichte der von dem Verunreinigungsgas herrührenden Verunreinigungsatome nicht an allen Punkten der Oberfläche der auf der Unterlage abzulagernden Schicht dieselbe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vonrichtung zur Durchführung einer reaktiven Zerstäubung zu schaffen.

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Dies wird - ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art - erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Bedingungen,

unter denen die Unterlagsfläche beschichtet wird, so gewählt werden können, dass die Konsistenz, Qualität und Dicke der Schicht genau eingehalten werden kann. Bei den reaktiven Zerstäubungsverfahren nach dem Stande der Technik streicht die gasförmige Verunreinigung während des Zerstäubungsvorganges entlang der Unterlagsfläche, so dass unterschiedliche Flächenbereiche in verschiedenen Gasatmosphären angestäubt werden und deshalb die so erhaltene aufgesprühte Schicht nicht die notwendige Gleichförmigkeit von Qualität und Dicke besitzt, die beispielsweise für eine selektive Schicht eines Sonnenenergiekollektors erforderlich ist.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens strömt die gasförmige Verunreinigung entlang einer in der Zerstäubungszone liegenden und sich zwischen der Metallelektrode und der Unterlage erstreckenden Bahn, wobei die Zufuhrrate der gasförmigen Verunreinigung im wesentlichen gleich ihrem Verbrauch beim Zerstäuben gehalten wird, d. h. die Zufuhr wird sorgfältig kontrolliert. In jedem Bereich der Zerstäubungszone wird das zugeführte Gas verbraucht, so dass es tatsächlich keinen Überschuss an Verunreinigungsgas gibt, der in einen benachbarten Bereich strömen und dort die atmosphärischen Bedingungen verändern könnte. Die «Qualität» der Atmosphäre kann daher über die ganze Zerstäubungszone gleichgehalten werden. Vorzugsweise wird das Verunreinigungsgas von Löchern in einem an eine sorgfältig gesteuerte Quelle von Verunreinigungsgas angeschlossenen Rohr aus gegen die Unterlage gerichtet. Das inerte Gas, z.B. Argon,

wird in die Kammer über einen Einlass eingeführt und gleich wieder über einen Auslass aus der Kammer so abgezogen, dass der Teildruck des inerten Gases über die Zeit konstant bleibt und die Atmosphäre inerten Gases in einem solchen Ausmass ausgetauscht wird, dass der Aufbau anderer Verunreinigungen als des absichtlich zugeführten Gases verhindert wird. Solche Verunreinigungen können während des Zerstäubungsvorganges durch Freisetzen von in oder an den dem Unterdruck ausgesetzten Flächen eingeschlossenen Gasen entstehen.

Vorzugsweise wird die Bewegung der gasförmigen Verunreinigung zwischen verschiedenen Bereichen der Zerstäubungszone durch Mitreissen mit einem inerten Gas verhindert, das im rechten Winkel der rohrförmigen Unterlage zuströmt. Das von der Zerstäubungszone strömende Gas wird von einem unter Saugwirkung stehenden Gasauslass abgezogen. Zweckmässig weist der Gasauslass ein Saugrohr auf, das sich der Länge einer länglichen Kammer nach parallel zu den Achsen der Elektrode und der Unterlage erstreckt. Der Überschuss an Verunreinigungsgas wird in dem inerten Gasstrom mitgerissen und deshalb gezwungen, sich quer zur Zerstäubungszone zu bewegen. Sodann wird der Überschuss aus der Zone fortgerissen, bevor er von einem Bereich der Zerstäubungszone in einen anderen eindringen kann. Bei dieser Ausführungsform kann das Verunreinigungsgas sowohl nach dem Mischen mit dem inerten Gas und/oder getrennt in die Kammer eingelassen werden.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich durch die Merkmale des Anspruches 10 aus.

Eine solche Vorrichtung kann eine Absaugleitung zum Aufbau und/oder zum Aufrechterhalten eines Unterdruckes in der Zone, in der die Zerstäubung stattfindet, Einlasseinrichtungen zum Zuführen eines inerten Gases und einer kontrollierten Menge einer gasförmigen Verunreinigung in die Zone, sowie einen Auslass zum Abziehen von Gas und jedweden Überschusses an Verunreinigungsgas aus der Zone aufweisen, wobei die Einlasseinrichtungen und der Auslass bezüglich der

Lage des zu beschichtenden Substrates so angeordnet sind, dass der Gasstrom in der, statt quer zur Ebene, strömt, die eine Zone festlegt, in der zerstäubtes Material von der Metallelektrode zum Ablagerungsort auf der Unterlage wandert. Gleichzeitig findet an allen Punkten entlang der Zone die Zerstäubung zur Beschichtung der rohrförmigen Unterlage statt, die gegen axiale Bewegung festgehalten sich einfach um ihre Achse dreht, um ihre Oberfläche mit zerstäubtem Material zu bedecken.

Gemäss einer Ausführungsform der Vorrichtung ist ein Satz von rohrförmigen Beschichtungsunterlagen mit parallelen Achsen koaxial in einem Ring rund um eine in der Mitte befestigte Elektrode angeordnet, deren Länge etwa gleich oder grösser als die Lange der zu besprühenden Unterlage ist. Jede Unterlage wird um ihre Achse während des Zerstäubens gedreht, so dass eine ganze Partie davon in einem einzigen Zerstäubungsvorgang beschichtet wird. Das Verunreinigungsgas kann durch Löcher in der für diese Zwecke rohrförmig ausgebildeten Elektrode in einem kontrollierten Ausmasse eingelassen werden, so dass seine Zufuhrmenge zur Zerstäubungszone gleich dem Verbrauch bei der Zerstäubung ist. Gemäss einer besonderen Ausführung der Vorrichtung ist eine Partie von rohrförmigen Beschichtungsunterlagen mit parallelen Achsen koaxial in einem Ring innerhalb einer hohlen zylindrischen Elektrode angeordnet, deren Achse jeweils parallel zu dem zu beschichtenden Rohr liegt.

In einer für das Aufsprühen auf eine zylindrische, rohrför-mige Unterlage besonders geeigneten Ausführungsform der Vorrichtung liegt das Unterlagerohr axial in einer zylindrischen, von einer Hülle umgebenen Kammer. Die Zerstäubungselektrode erstreckt sich der Länge des zwischen dem Unterlagerohr und der zylindrischen Wand der Kammer ausgebildeten Ringraumes nach. Innerhalb des Ringraumes an hinsichtlich der Metallelektrode jeweils diametral gegenüberliegenden Seiten liegen die Ein- und Auslässe, die zweckmässig in Form gerader Rohre mit über ihre Länge verteilten Löchern ausgebildet sind, die vorzugsweise auswärts gegen die zylindrische Wand der Kammer gerichtet sind. Die Metallelektrode besitzt zweckmässig die Form eines Stabes, der sich parallel zum und im Abstand von dem Unterlagerohr auf halbem Wege zwischen den Ein- und Auslassrohren erstreckt. Während der Zerstäubung wird ein Teil des Elektrodenmaterials gegen die Unterlage gesprüht und bewegt sich quer zu dem von den Löchern des Einlassrohres zu den Löchern des Auslassrohres fliessenden Gasstrom. Wie in der bevorzugten Ausbildung sind diese Löcher nach auswärts gerichtet und dienen auch dazu, dass Verunreinigungen zwischen Kammerwand und Sprühelektrode gegen das Auslassrohr mitgerissen werden. Bei der Zerstäubung wird das Rohr, zweckmässig mit gleichförmiger Geschwindigkeit, gedreht, um eine gleichmäs-sige Schicht von zerstäubtem Material über seine ganze Länge aufzubauen.

Weitere Einzelheiten ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsformen. Fig. 1 ist ein Längsschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2 mit weggebrochenen Teilen einer Vorrichtung für die Zerstäubungsbeschichtung eines zylindrischen Rohres eines Sonnenenergiekollektors. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Mittelteil der Vorrichtung gemäss Fig. 1 entlang der Ebene A-A, und Fig. 3 veranschaulicht einen Querschnitt durch eine Zerstäubungsvorrichtung zum gleichzeitigen Beschichten einer Partie von rohrförmigen Substraten.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit einer-Glashülle 1, die eine zylindrische Kammer 2 umschliesst, deren eines Ende durch eine mit Öffnungen versehene Kappe 3 verschlossen ist, wogegen das andere Ende mit einer Absaugleitung 4 verbunden ist, die bis zu einer nicht dargestellten Hochvakuumpumpe führt.

Ein zylindrisches, ein Substrat bildendes Rohr 5 erstreckt s

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sich axial durch die Kammer 2 und ist an seinen Enden mittels Verschlüssen 6,7 verstöpselt. Der Verschluss 6 ist gegen den Verschluss 7 hin durch eine Anordnung federbelastet, die durch eine auf einem Stift 9 gleitende und eine Druckfeder 10 beinhaltende zylindrische Hülse 8 gebildet ist. Die Anordnung erlaubt ein Drehen des Verschlusses 6. Der zweite Verschluss 7 sitzt an einem Ende einer Welle 11, die sich bis zu einem elektrischen Motor 12 erstreckt und einen drehbaren Dichtungspfropfen 13 in der Mitte der Kappe 3 durchsetzt.

Die Aussenseite des Rohres 5 und die Innenfläche der Hülle 1 begrenzen einen Ringraum (Fig. 2) , der ein Paar von diametral einander gegenüberliegender Elektroden 15,16 enthält. Diese Elektroden sind beide rohrförmig und gleichartig aufgebaut, doch besteht die Elektrode 15 aus rostfreiem Stahl, die Elektrode 16 hingegen aus Kupfer. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, enthält die Elektrode 15 ein axial sich erstreckendes Rohr 17, dessen innerhalb der Elektrode gelegenes Ende offen ist, wogegen es mit seinem anderen Ende durch einen Abschluss 18 hindurch zu einem nicht dargestellten Kühlwasserabfluss herausführt. Die Wand der Elektrode 15 durchsetzt einen Dichtungspfropfen 20, der in das Ende eines mit der Kappe 3 abgedichteten Isolierrohres 21 eingepasst ist. Eine Einmündung 22 ermöglicht einen Kaltwasserkreislauf durch die Elektrode 15 und heraus durch das Rohr 17, wie die Pfeile zeigen. Ein in einer Trägerplatte 29 befestigter Isolierkörper 23 aus Glas hält das innere, geschlossene Ende der Elektrode 15. Dieser Glasisolator durchsetzt nicht die volle Wandstärke der Trägerplatte 29, so dass er selbst während der Zerstäubung nicht mit leitendem Material beschichtet wird.

Teile der Elektrode 16, die jenen der Elektrode 15 entsprechen, tragen die gleichen, jedoch mit einem Strich versehenen Bezugsziffern und werden nicht gesondert beschrieben.

In dem Ringraum, auf halbem Wege zwischen den rohrförmigen Elektroden 15 und 16, befindet sich ein Einlassrohr 27 und ein Auslassrohr 28 (Fig. 2). Beide durchsetzen Abdichtungen in der Kappe 3 und sind an ihren innerhalb der Hülle 1 gelegenen Enden geschlossen. Ihre anderen, äusseren Enden führen einerseits zu einer Quelle für einen kontrollierten Anteil an gasförmiger Verunreinigung in Form von Methan enthaltendes Argon und anderseits zu einer Saugpumpe.

Jedes der Rohre 27,28 besteht aus Kupfer und hat eine Reihe von Löchern, die an der der Aussenseite des Ringraumes zugewandten Seite über seine Länge verteilt sind. Der Gesamtquerschnitt der Einlasslöcher, durch welche Gas in die Kammer strömt, ist geringer als der Gesamtquerschnitt der Löcher des Gasauslassrohres, so dass unter gleichmässigen Betriebsbedingungen im Durchschnitt ein konstanter Unterdruck in der Kammer 2 aufrechterhalten wird. Dabei strömt das Gas bogenförmig über die beiden Hälften des Ringraumes (Fig. 2), wogegen die Strömung in Axialrichtung des Ringraumes vernachlässigbar ist.

Die Vorrichtung wird mit Unterdruck betrieben. Die elektrisch leitenden Teile der Vorrichtung mit Ausnahme der Kupferelektrode 16 sind geerdet, und die Kupferelektrode 16 hat relativ zur Masse negatives Potential. In der Kammer 2 erfolgt eine Ionenentladung, und der Aufschlag positiver Ionen auf der Kupferelektrode bewirkt, dass metallisches Kupfer radial abgesprüht wird.

Ein Teil des Kupfers zerstäubt auf der Aussenwand des rohrförmigen, sich drehenden Substrates 5. Während dieser Anfangsphase der Beschichtung der rohrförmigen Unterlage mit einer Kupferschicht wird nur reines Argon zwischen dem Einlassrohr 27 und dem Auslassrohr 28 gefördert. Das Verfahren ist deshalb ein herkömmliches Plasmaverfahren. Gewünschtenfalls kann die Zerstäubung auch stattfinden, ohne dass Argon durch die Kammer 2 strömt, obwohl letzteres vorzuziehen ist.

Sobald die Kupferschicht auf dem Rohr 5 die gewünschte

Dicke hat, was empirisch durch die Zerstäubungsparameter bestimmt wird, ist eine Lage in Form eines metallischen Überzuges mit einem hohen Grad an Reflexionsfähigkeit für Infrarot gebildet.

Die Anschlüsse der Elektroden 15,16 werden dann umgekehrt und das reine Argon durch einen Argonstrom mit einem kontrollierten Anteil von Methan als Verunreinigung ersetzt.

Die reaktive Zerstäubung findet nun zwischen der Elektrode 15 und dem Kupferbelag bzw. der Schicht auf dem Substrat 5 statt. Die reaktive Zerstäubung bewirkt, dass Kohlenstoff und Eisen, Chrom und Nickel von der Elektrode 15 aus rostfreiem Stahl an der Oberseite der Kupferschicht kontinuierlich über ihre Länge abgelagert wird. Die Zerstäubung wird dann eine empirisch bestimmte Zeit hindurch fortgesetzt, die notwendig ist, um die gewünschte Dicke eines Metallkarbidbelages auf dem Rohr zu schaffen. Dies wird durch Parameter bestimmt, die während der Zerstäubung fixiert und bekannt werden. Da der Gasstrom innerhalb des Ringraumes im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Entladungsrichtung des zerstäubten Metalles liegt, der Gasstrom aber quer über die Zerstäubungsebene des Metalles von der Elektrode zum Rohr 5 läuft (Fig. 2), sind die Gasverhältnisse, unter denen die Zerstäubung zwischen Elektrode und dem Rohr 5 erfolgt, über die Länge des Rohres jeweils dieselben. Die Konsistenz der Dicke und Zusammensetzung der aufgesprühten Schicht ist deswegen gesichert, weil das Gas, durch das die Zerstäubimg erfolgt ist, aus dem Ringraum 2 abgezogen wird, bevor es Zeit hat, in axialer Richtung in andere Bereiche der Zerstäubungszone zu zirkulieren.

Zum Bilden des Belages hoher Reflexionsfähigkeit auf dem Unterlagerohr können verschiedene Metalle für die Zerstäubungsschichte verwendet werden. Beispielsweise ist Silber oder Gold anstelle von Kupfer brauchbar. Ebenso mögen statt rostfreiem Stahl für die Elektrode 15 auch andere Metalle, wie Molybden, Chrom, Eisen, Tungsten, Nickel, Tantal oder sogar Titan Verwendung finden, obwohl die Resultate mit Titan nicht so gut sind. Obgleich Methan und Argon für das Gasgemisch zur reaktiven Zerstäubung bevorzugt werden, können in gleicher Weise andere Kohlenwasserstoffe oder Gasverunreinigungen entsprechend der gewünschten Schichtzusammensetzung angewandt werden. So mögen andere Gase zum Bilden von Siliziden, Boriden und anderen Verbindungen als Verunreinigungsgas dienen.

Die besten Resultate erhält man, wenn die Kammer bis zu einem Druck unterhalb 10-6 Torr während einiger Stunden evakuiert wird, so dass sich in der Kammer nur eine vernachlässigbare Konzentration an Restgasen befindet, die das inerte, durch das System während der ersten Zerstäubungsphase strömende Gas verschmutzen könnten. Typischerweise wird Kupfer mit einem Potential von minus 1400 V an der Kupferelektrode und bei einem Gasdruck in der Kammer 2 von 0,2 Torr zerstäubt. Während der Kupferzerstäubung soll eine grössere Durchflussrate von Argon durch die Kammer aufrechterhalten werden.

Die Konzentration des Methans in Argon während der zweiten Zerstäubungsphase hängt vom Zerstäubungsstrom, von der Oberfläche der Zerstäubungselektrode und der Durchflussmenge ab. Die Methankonzentration bestimmt die Zusammensetzung der Karbidschicht hinsichtlich des Verhältnisses von Metall- zu Kohlenstoffatomen im Belag. Eine Anzeige dieser Zusammensetzung liefert der spezifische elektrische Flächenwiderstand. In der Praxis hat sich eine optimale Qualität der Schicht bei einem spezifischen elektrischen Flächenwiderstand des Metallkarbidbelages zwischen 10 kQ und 1MQ ergeben. Die Ablagerung wird so lange fortgesetzt, bis sich eine Metallkarbidschichte mit einer Dicke von etwa 10_7m gebildet hat.

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Die folgenden Einzelheiten beziehen sich auf eine versuchsweise Anwendung der oben beschriebenen Vorrichtung:

ßeschichtungsspannung

Beschichtungsstrom

Beschichtungszeit für eine doppelte Schicht (Kupfer + Gemisch von Eisen-, Chrom-und Nickelkarbiden

Gasdruck (typisch)

Zusammensetzung des Gases für die Karbidbeschichtung

Umdrehungsgeschwindigkeit des Unterlagerohres

Länge des Unterlagerohres

Maximaldurchmesser des Unterlagerohres

Gaszufuhr

Gasauslass

Durchflussrate

Aussendurchmesser der Glaskammer

Wandstärke der Kammer

Aussendurchmesser der negativen Elektroden

1400 V 300 mA

50 Minuten 1,5 X 10"1 Torr

8% Methan in Argon

11 U/min 1,5 m

50 mm

1 cm Rohrlänge mit Bohrung von 0,305 mm Durchmesser 70 mm Mitten im Rohr von 13 mm Aussendurchmesser und 1 mm Wandstärke

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Löcher von 1 mm Durchmesser in einem Rohr mit 1 mm Wandstärke, Aussendurchmesser 13 mm, 100 mm m Lochmittenabstand

0,11 ml/sek bei Normal tempe-raturund Druck (S.T.P.)

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Fig. 3 zeigt im Querschnitt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung der reaktiven Zerstäubungsbeschichtung in schematischer und stark vereinfachter Form.

Die Zerstäubung wird in einem von einer rohrförmigen Stahlelektrode 30 ummantelten zylindrischen Hohlraum mit vertikaler Achse durchgeführt, der an seinen Enden durch nicht dargestellte Endplatten abgeschlossen ist. Die Elektrode 30 ist an ihrer Aussenfläche von nicht dargestellten Kühlschlangen für eine Wasserkühlung umwunden. Eine rohrför-mige Kupferelektrode 32 erstreckt sich axial entlang der Mitte des Hohlraumes und ist mit acht sich über ihre Länge hinziehenden Reihen von Löchern 33 sowie einem inneren, nicht dargestellten U-Rohr versehen, das an der Kupferelektrode anliegt und zur Wasserkühlung dient. Jede der Lochreihen 33 ist gegen ein zugehöriges rohrförmiges Substrat 34 gerichtet. Acht solcher Beschichtungsunterlagen 34 sind in einem konzentrischen Ring rund um die Elektrode 32 angeordnet, und jedes Substrat ist an seinem oberen Ende in einer drehbaren Halterung 35 befestigt. Jede Halterung 35 wird über ein nicht

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dargestelltes Kettenrad von einem biegsamen, durch eine unterbrochene Linie angedeuteten Kettentrieb 36 angetrieben, der seinerseits seinen Antrieb von einer nicht dargestellten Drehwelle erhält, die eine Abdichtung in der oberen Endplatte des Hohlraumes durchsetzt. Die Endplatten des Hohlraumes liegen an Erdpotential und sind von der Aussenelektrode 30 durch O-Ringe isoliert, deren Querschnitt einen derartigen Durchmesser aufweist, dass ein Zwischenraum von 1 bis 2 mm zwischen der ringförmigen Stirnfläche der Aussenelektrode 30 und jeder Endplatte besteht. Der ringförmige Zwischenraum rund um die untere Endplatte steht mit einer Absaugleitung in Verbindung, die an eine Saugpumpe angeschlossen ist. Die Mittelelektrode 32 ist gegenüber der oberen Endplatte durch einen Glasring isoliert und durchsetzt die Endplatte durch ein Loch, dessen Durchmesser 2 bis 4 mm grösser ist, als jener der Elektrode 32.

Wenn ein nichtreaktives Zerstäubungsverfahren zur Herstellung der ersten Schicht eines Zweischichtbelages auf der Unterlage durchgeführt werden soll, so wird die Hülle mit Argon bei Unterdruck gefüllt und die Kupferelektrode 32 als Kathode oder Materialquelle und die Endplatten sowie die Aussenelektrode als Anode benutzt. Argon wird durch die Löcher in der Kupferelektrode 32 in die Kammer gefördert und durch die Öffnung rund um die Bodenplatte abgesaugt. Sodann findet die Zerstäubung zwecks Ablagerung einer Kupferschicht auf jeder der rohrförmigen Unterlagen statt, die gemeinsam gedreht werden, so dass auf jeder eine Schicht gleicher Dicke aufgebaut wird.

Um die Karbidschicht über der Kupferschicht zu bilden,

wird die Kupferelektrode 32 gemeinsam mit den Endplatten als Anode, hingegen die Aussenelektrode 30 als Kathode benützt, so dass die Zerstäubung von der stählernen Aussen-hülle her erfolgt. Argon wird durch einen Einlass in der oberen Platte hineingefördert und Methan in das Innere der Elektrode

32 so eingelassen, dass seine Durchflussrate durch die Löcher

33 dem Verbrauch während der Zerstäubung gleich ist. Die in den acht Zerstäubungszonen herrschenden Bedingungen sind die gleichen und hängen in jeder Zone nicht vom von der oberen Endplatte parallel zur Substratachse gemessenen Abstand der Zone ab. Daher ist die auf den Unterlagen hergestellte Karbidschicht von einem Punkt der Unterlage zum anderen von gleichförmiger Zusammensetzung und Dicke.

Die Vorrichtung nach Fig. 3 hat den Vorteil, dass eine Partie von acht rohrförmigen Elektroden gleichzeitig beschichtet werden können.

Die folgenden Einzelheiten beziehen sich auf eine versuchsweise Anwendung der anhand der Fig. 3 beschriebenen Vorrichtung:

ßeschichtungsspannung Beschichtungsstrom

1000 V 2,5 A

Beschichtungszeit für 8 mit einer Doppelschicht beschichtete Rohre 50 Minuten

Gesamtgasdruck (typisch)

Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrates

1,5 X 10 1 Torr

11 U/min

Länge der Unterlagerohre 1,5 m

Durchmesser der Unterlagerohre 22 mm

Aussendurchmesser der Innenelektrode

25,4 mm

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Innendurchmesser der Aussenelektrode

Gaszufuhr

Argondurchflussrate

MethandurchfJussrate (annähernd)

150 mm

1 cm Rohrlänge mit Bohrung von 0,2 mm Durchmesser, 70 mm Mitten

0,5 ml sek-1

0,07 ml sek"

Bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann das inerte Gas in die Zerstäubungskammer entweder bereits mit dem Verunreinigungsgas gemischt oder durch einen getrennten Einlass zugeführt werden, und es wird durch eine Absaugleitung in einem solchen Ausmass abgezogen, dass der Druck in der Kammer auf einem gewählten Niveau gehalten wird.

Die Zustrommenge inerten Gases kann durch ein regulierbares, mit der Zufuhr reaktiven Gases verbundenen Gassteuerventil geregelt werden, wie dem Fachmanne bekannt ist.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum Erzeugen einer die Sonnenstrahlung selektiv absorbierenden Beschichtung auf einer länglichen, rohrförmigen Unterlage für eine Sonnenkollektoranordnung, bei dem in einem durch Gleichstrom induzierten Plasma Atome einer gasförmigen Verunreinigung und einer länglichen, im wesentlichen parallel zur Längsachse der Unterlage verlaufenden Metallelektrode durch reaktives Zerstäuben auf die Oberfläche der Unterlage aufgebracht werden und die Unterlage relativ zu der Metallelektrode eine Drehbewegung um ihre Längsachse vollführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung der gasförmigen Verunreinigung von gleichmäs-sig über die Länge der Unterlage (5, 34) verteilten Abgabestellen (27, 33) unter einem Winkel, der im wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse der Unterlage (5, 34) verläuft, in Richtung gegen die Unterlage (5, 34) gelenkt wird, und dass die gasförmige Verunreinigung am Strömen in einer parallel zur Längsachse der Unterlage (5, 34) verlaufenden Richtung gehindert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmige Verunreinigung entlang einer in der Zerstäubungszone liegenden und sich zwischen der Metallelektrode (15, 30) und der Unterlage (5, 34) erstreckenden Bahn strömt, und dass die Zufuhrrate der gasförmigen Verunreinigung im wesentlichen gleich ihrem Verbrauch beim Zerstäuben gehalten wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabestellen durch Löcher (33) in einer weitern Metallelektrode (32), durch die die gasförmige Verunreinigung der Zerstäubungszone zugeführt wird, gebildet werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Abgabestellen (27) für die gasförmige Verunreinigung in einem Abstand von der Metallelektrode (15) angeordnet werden, und dass die gasförmige Verunreinigung quer zur Längsachse der Unterlage (5) über deren Oberfläche zu einem Gasauslass (28) strömt und zusammen mit einem inerten Gas der Zerstäubungszone zugeführt wird, wobei zwischen den Gasabgabestellen (27) und dem Gasauslass (28) ein Druckabfall vorhanden ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

   dass der Gasauslass durch ein Saugrohr (28) gebildet wird, das sich der Länge einer länglichen Kammer (2) nach parallel zur Achse der Unterlage (5) erstreckt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem gleichzeitig auf mehreren rohrförmigen Unterlagen eine Beschichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallelektrode (30) koaxial zu einem Ring angeordnet wird, der durch die im Abstand voneinander liegenden rohrförmigen Unterlagen (34) gebildet wird, und dass die rohrförmigen Unterlagen (34) um ihre Achsen gedreht werden, währenddem die Schicht aus zerstäubtem Material auf ihnen abgelagert wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

   dass koaxial innerhalb des von den rohrförmigen Unterlagen (34) gebildeten Ringes eine Kupferelektrode (32) angeordnet wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Metallelektrode (30) durch den Mantel eines Zylinders gebildet wird, der den durch die rohrförmigen Unterlagen (34) gebildeten Ring umgibt.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmige Verunreinigung so gewählt wird, dass auf der bzw. jeder Unterlage (5,34) eine Karbid- oder Silizidbeschichtung erzeugt wird.
10. 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Kammer, einer länglichen Metallelektrode, einer Einrichtung zum Halten der Unterlage im Innern der Kammer und einer Einrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der Metallelektrode und der Unterlage durch Drehen der Metallelektrode bzw. der Unterlage um die Achse der Unterlage, gekennzeichnet durch eine Zuführeinrichtung (27, 33) zum Zuführen der gasförmigen Verunreinigung in die Kammer (2), welche Zuführeinrichtung (27, 33) gleichmässig über die Länge der Unterlage (5, 34) verteilte Abgabeöffnungen aufweist, eine Strömung der gasförmigen Verunreinigung in Richtung gegen die Unterlage (5,34) unter einem Winkel, der im wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse der Unterlage (5,34) verläuft, bewirkt und die Verunreinigung am Strömen in einer zur Längsachse der Unterlage (5,34) verlaufenden Richtung hindert.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallelektrode durch die Innenfläche der Kammer (30) gebildet ist.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ring von Halterungen (35) zum Tragen eines Ringes von voneinander beabstandeten Unterlagen (34) vorgesehen ist.