DE2638097B2 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststofflinsen - Google Patents

Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststofflinsen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststofflinsen, bei dem auf die Oberfläche eines Linsenkörpers: der aus Kunstharz wie Allylharz od. dgl. hergestellt ist, wenigstens ein Überzugsfilm aus Glas in einer Schichtdicke von mindestens 0,5 Mikron im Hochvakuum-Aufdampfverfahren mittels Elektronenbeschuß der in einem Tiegel angeordneten Vjrdampfungsquelle aufgebracht wird.
Linsen aus Kunstharz finden wegen ihres geringen Gewichts und ihrer Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Stöße zunehmend Anwemi mg, benötigen aber wegen ihrer geringen Oberflächenhärte einen harten Schutzfilm.
Im thermischen Aufdampfverfahren aufgebrachte Glasfilme von einigen Mikron Stärke zeigen eine geringe Haftfestigkeit, so daß sie sich leicht abschälen. Eine für die Erhöhung der Haftfestigkeit günstige Erwärmung des Linsenkörpers muß wegen seiner geringen Hitzebeständigkeit vermieden werden.
Dies trifft auch zu, wenn das Aufbringen eines nichtreflektierenden Überzugsfilms aus MgF2 od. dgl. versucht wird.
Das durch diese Behandlung erhaltene Produkt ist also mangelhaft.
Mit einem bekannten Verfahren (DE-AS 12 04 048) der eingangs genannten Art soll dieser Mangel vermieden werden. Die nach diesem Verfahren vorgesehene Aufbringung eines Überzugsfilms aus AI2O3 und anschließende Aufbring eines Überzugsfilms aus S1O2 in einer Schichtdicke von 0,5 — 5 Mikron auf einen optischen Gegenstand stoßen in der Praxis auf Schwierigkeiten. Ein diesem ähnliches, weiteres bekanntes Verfahren (US-PS 36 45 778) ist relativ kompliziert, da als Verdampfungsmaterial eine: Mischung aus B2O3 und S1O2 verwendet wird und ein Aufdampfwinkel von nahezu 90° eingehalten werden muß.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur haftfesten Aufbringung eines Überzugsfilms aus Glas auf einen Kunstharzlinsenkörper anzugeben.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäiB dadurch gelöst, daß während des Aufdampfvorgangs zwischen dem Linsenkörper und der Verdampfungsquelle ein elektrisches Feld von etwa 50 bis 100 Volt/cm erzeugt wird.
Während des Aufdampfens tritt eine Ionisation der Glasdampfteilchen ein, wie sich aus dem StromfluB in dem felderzeugenden Stromkreis ergibt. Dieser Strom kann nicht von einer Glimmentladung herrühren, da für ■> eine solche ein Druck in der Größenordnung von 10~2 Torr erforderlich wäre, der Druck beim Aufdampfen aber bei 10-5Torr liegt
Die Ionisation wird unseres Erachtens nicht durch das elektrische Feld direkt bewirkt, sondern dac?\irch, daß
in die Elektronen des Elektronenstrahls, der die Verdampfungsquelle trifft, bei Anlegen einer Spannung an den Substrathalter teilweise zu diesem hin bewegt werden und dabei auf verdampfte Glasteilchen auftreffen und sie ionisieren.
ι·; Die Wirkung eines Wechselfeldes ist so zu erklären, daß bei abwechselnd negativem und positivem Potential des Substrathalters gegenüber der Verdampfungsquelle im Fall des negativen Potentials die positiven Ionen zum Substrathalter hin beschleunigt werden, und daß bei anschließender Potentialumkehr diese Bewegung unterbrochen und ein Teil der Elektronen des Elektronenstrahls zum Substrathalter hin beschjeunigt wird. Da sowohl das Substrat als auch der Überzugsfilm aus Isoliermaterial bestehen, würde im Fall der Ansammlung einer großen Anzahl positiver Ionen an der Oberfläche des Substrats eine elektrische Entladung stattfinden, die zu einer Beschädigung der Oberfläche führen könnte. Wenn jedoch Elektronen ebenfalls zur Substratoberfläche gelangen, kann dort die Ladung neutralisiert werden, die Substratoberfläche also ladungsfrei sein.
Verschiedene Versuche, nämlich ein Klebetest, ein Wassertauchtest und ein Abriebtest haben gezeigt, daß ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufge-
i=> brachter Überzugsfilm aus Glas eine hohe Haftfestigkeit aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird auf den Überzugsfilm aus Glas ein Überzugsfilm aus MgF2 nach demselben Verfahren aufgebracht, der natürlich durch entsprechende Stärke nichlreilektierend ausgebildet wird.
Die Ergebnisse des obenerwähnten Abriebtests zeigen, daß durch nachträgliches Aufbringen dieses MgF2-Films die Kratzfestigkeit wenigstens fast verdop-
4) pelt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer Anlage zur
w Durchführung des Verfahrens,
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Linsenkörpers, bei dem das Verfahren angewandt wird und
Fig.3 einen vergrößerten Schnitt des Linsenkörpers der F i g. 2 nach der Behandlung.
>> In der Zeichnung bezeichnet 1 eine Behandlungskammer in Form einer Glasglocke, die durch eine (nicht dargestellte) Vakuumpumpe od. dgl. über eine Austrittsöffnung 2 in ihrem Boden so weit evakuiert worden ist, daß ein Hochvakuum von etwa 1 χ IO~4 bis 2 χ 10-'
mi Torr besteht und folglich im Betrieb, wie nachfolgend beschrieben, keine Glimmentladung auflrilt. Die Behandlungskammer 1 ist in ihrem unteren Teil mit einer Verdampfungsquelle 6 aus Glas 4 in einem Schmelztiegel 3 und mit einer Elektronenkanone 5 versehen, durch
μ welche ein Elektronenstrahl zur Bestrahlung des Glases 4 abgegeben wird, und ist ferner oberhalb der Verdampfungsquelle 6 mit einem Substrathalter 8 zur Aufnahme mindestens eines Linsenkörpers 7 aus
Allylharz od. dgl. versehen. Zusätzlich sind die Verdampfungsquelle 6 und der Substrathalter 8 an eine Stromquelle 9 außerhalb der Behandlungskammer angeschlossen, so daß in dieser ein Gleichspannungsfeld oder ein Wechselfeld von etwa 50 bis 100 Volt/cm erzeugt werden kann, mit der Wirkung, daß einige der Glasdampfteilchen, die von der Verdampfungsquelle erzeugt werden, ionisiert und in ihrer Geschwindigkeit in dem elektrischen Feld beschleunigt werden können und sich zum Linsenkörper 7 hin zusammen mit neutralen Glasdampfteilchen bewegen, so daß sie auf diesem haften bleiben. Die Aufdampfgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise etwa 0,3 bis 0,5 Mikron/min, und die Dicke des Glasüberzugsfilms 10 auf der Oberfläche des Linsenkörpers 7 beträgt vorzugsweise etwa 1 bis 10 Mikron, beispielsweise 4 Mikron.
Das Wechselfeld kann im Frequenzbereich von 50 Hz bis zu mehreren 10 kHz betrieben werden.
Mit 13 ist eine Quelle für ein Schutzgas wie Argon od. dgl. bezeichnet, die über ein Ventil 14 eine Spülung der Behandlungskammer erlaubt.
Durch Wenden der Linsenkörper 7 mittel·-, einer nicht dargestellten Wendevorrichtung kann ein Glasüberzugsfilm 10 an der Vorderseite und an der Rückseite erhalten werden, wie in F i g. 3 dargestellt.
Durch Wechseln der Verdampfungsquelle kann ein nichtreflektierender Überzugsfilm 11 aus MgF2 auf dem Glasüberzugsfilm 10 erhalten werden, der beispielsweise eine Dicke von etwa 1500 Ä hat.
In der Zeichnung ist mit 12 ein Schichtdickenmeßgerät bezeichnet.
Während der vorangehend beschriebenen Arbeits vorgänge wird das Innere der Behandlungskammer 1 immer unter Hochvakuum gehalten, so daß keine Glimmentladung auftritt und somit verhindert werden kann, daß der Linsenkörper 7 durch zu starkes Ionenbombardement eine allmählich zunehmende Temperatur annimmt und eine Wärmeverformung, Wärmeschäden od. dgl. erfährt.
Zur Prüfung der Haftfestigkeit des Glasüberzugsfilms sind Versuche durchgeführt worden. Nachfolgend werden die Versuchsbedingungen und die Ergebnisse angegeben, die sich beim letzten Versuch auch auf Proben mit zusätzlichem MgF2-FiIm beziehen.
1. Klebestreifentest
Ein Klebestreifen wird auf den Glasüberzugsfilm aufgeklebt und anschließend abgerissen, entweder mit einer Kraft von 600 Gramm (linke Spalte) oder mit plötzlich wirkender sehr großer Kraft (rechte Spalte), urn die Größe der abgeschälten Fläche zu prüfen. Die Ergebnisse sind folgendermaßen benotet:
A: keine Abschälung
B: geringe Abschälung
C: teilweise Abschälung
D: fast gänzliche Abschälung
Angelegtes Feld
Kenngrößen der
Probe
Aufdampl- FiImgeschwindicke digkeit
u/min α
Abschälung bei AbreiUkn-rt
600 g
sehr groli
Gleichspannung
Wechselsspanung
Kein Feld
0,3
0,3
0,3
0,3
1,0
2,5 1,0 2,5
2,5 1,0
A B A
B-C C
A A A
C-D D
2. Wassertauchtest
Eine Probe wird 30 min lang in Wasser von 500C getaucht Dabei werden auftretende Änderungen am 2» Glasüberzugsfilm mit dem Auge beobachtet.
Prnphnic Και 1Π ΡγαΚοπ Ata nnlor Δ nl^iFpn Ainac
elektrischen Feldes hergestellt waren:
Es ist keine Veränderung zu erkennen.
2> Ergebnis bei 10 Proben,die ohne elektrisches Feld hergestellt waren:
Nach einer Eintauchzeit von etwji 20 min beginnen spinnennetzförmige Risse, sich vom Umfangsrand der Linse her zu bilden, und breiten sich danach
κι über die ganze Oberfläche aus. Nach etwa 30 min
Eintauchzeit erstrecken sich die Risse fast über die ganze Oberfläche, und außerdem ist eine große Anzahl abgeschälter Bereiche von je etwa 1 mm2 Fläche erkennbar.
3. Abriebtest.
Die Oberfläche einer Probe wird mitteis eines Abriebgerätes unter folgenden Bedingungen gerieben:
4" Reibgeschwindigkeit 60 Hübe/min; Hub 15 cm B· '.astung 100 g/cm2; Sandpapier 1000 CW Umgebungstemperatur 20 ± ΓC; Feuchtigkeit 65%.
Es wird die Zahl der Hübe gezänlt, nach denen ein 4-, Abrieb bzw. eine Abschälung deutlich erkennbar ist.
Ergebnis bei mit elektrischem Feld hergestellten Proben:
Probe Nr. 1 mit 2 μ - Glasfilm 61 Hübe
""' Probe Nr. 2 mit 2 μ -Glasfilm 32 Hübe
Probe Nr. 3 mit 2 μ - Glasfilm + MgF2 150 Hübe
Probe Nr.4 mit 4 μ - Glasfilm + MgF2 254 Hüoe
Ergebnis bei mehreren ohne elektrisches Feld herge- *>-> stellten Proben:
Der 2 μ — Glasfilm wird in jedem Faii durch 10 bis 15 Hübe abgeschält.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststofflinsen, bei dem auf die Oberfläche eines Linsenkörpers, der aus Kunstharz wie Allylharz od. dgl. hergestellt ist, wenigstens; ein Überzugsfilm aus Glas in einer Schichtdicke von mindestens 0,5 Mikron im Hochvakuum-Aufdampfverfahren mittels Elektronenbeschuß der in einem Tiegel angeordneten Verdampfungsquelle aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufdampfvorgangs zwischen dem Linsenkörper und der Verdampfungsquelle ein elektrisches Feld von etwa 50 bis 100 Volt/cm erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen des Oberzugsfilms aus Glas ein Überzugsfilm aus MgF2 aufgebracht wird, welches als Verdampfungsquelle in den Tiegel gebracht wird.
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