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Vorrichtung zum Metallisieren von Gegenständen mittels der Kathodenzerstäubung
Bei der Metallisierung -von Gegenständen mittels hathodenzerstäuhung machen sich
die in die Iathodenzerstäubungskammer durch Undichtigkeiten in der Apparatur eindringenden
Luftmengen sowie die Gasabgabe der bei erhöhter Temperatur zu bestätcbenden Körper
vielfach: in unerwünschter Weise störend bemerkbar, wodurch die zu metallisierenden
Gegenstände z. B. an der Oberfläche oxydiert werden, was außer einer sehr schlechten
Haftfestigkeit der aufgebrachten Schicht dieselbe selbst in Frage stellt, wenn.
es sich um di-c Aufbringung von unedlen Metallen handelt.
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Die Erfindung 4)etrifft eine Vorrichtung zum Metallisieren von . Gegenständen
durch Kathodenzerstäubung, welche sich dadurch auszeichnet, daß zur Beseitigung
der Verunreiiügun;gen des Füllgases neben der zur Mctallisierung dienenden Kathode
innerhalb der gleichen Katliodenzcrstäubungskammer eine zweite Kathode eines solclicn
Werkstoffes geschaltet ist, der die Verunreinigungen des Füll-@ases, wie Sauerstoff,
Stickstoff usw., bindet. Zur Beseitigung der Verunreinigungen des Füllgases dient
in bekannter Weise eine Kathode aus Magnesium oder \lagnesiumlegierung. Diese wird
gemäß der Erfindung in die Entladungsstrecke geschaltet. Die Reinigungskathode kann
durch einen ei-enen Stromkreis, dessen Eutladlm-sintens'itat verändert «erden kann,
betrieben werden. .Die Reinigungskathode kann aber auch von Teilen der Gefäßwand-
der Kathodenzcrstäubungskammer gebildet «-erden. Besonders wirksam ist es, wenn
sehr große Flächen als Reinigungskatliode betrieben «erden. so z. B. dir gesamte
Innenfläche der llatllodetizerstllllbun-skammer. \I1n kann hierfür die Kathodenzcrstäubungskammer
aus \1a-iiesituti oder dessen Legierun-en herstellen und sie mittel; eines ei-enen
Stromkreises als IZeitiigui>>skathode einer Entladung aussetzen. \IaI nc-
#_ium
sowie dessen I-e;icrttliccn binden Satucrstoll, Stichstoff sowie Kohlcnwasserstoffe
und :;Mist hre \"erunreini-ungen, die durch Undichti7lreiten der Apparatur dauernd
nach-Strömen, sich in dem verwendeten Füllgas nelinden können oder w<ilirend
der Erliitzuü der zu bestäubenden Kürpcr von denselben ab#c-ebcn werden. Durch die
Bindung der @-ei-tinrcini@@un,cn auf der Rein-igungskathode wird dieselbe an der
Zerstäubung behindert und nimmt somit an der BestäL:,bung des zu iibei-ziehenden
Gegenstandes nicht teil. Bei Verwendung einer einzelnen I~athode ist es vorteilhaft,
dieselbe unmittelbar in die -Nähe des Gaseinlasses bzw. der Dichtungsstellen der
Vorrichtung zu legen. Besonders wirksam gL1117S-hat sich die # Vcrbindun,r der RCinig
kathode mit dein Gaszulaß erwiesen. Der Zutritt des Gases durch die Reinigungskathode
inußte, um Entladungen in der Zuführurngsleitung zu verhindern, mit einem Gitter
oder -Filter sehr feinmaschiger Gewebe überdeckt werden. Das Gas tritt dabei unmittelbar
in die Entladun- ein, wobei die Verunreinig rn#en an der lIagnesiumkathode festgehalten
werden. Durch diese Anordnungen zur laufenden Entziehung der Verunreinigungen während
der Aufstäubun- bei VCrwendtill- von z. B. Edel--asen lassen sich sehr reine, festhaftende
und dicht im Gefi.i-e aufgestäubte Überzüge erzielen. Besonders vorteilhaft ist
es bekanntlich, die Reinigung beine Überziehen von metallischen Gegenständen durchzuführen,
die durch die Entladung z. B. auf Zoo bis iooo' C erwärmt werden und somit selbst,
besonders wenn es sich um Leichtmetalle- handelt, mir den Ln reinigkeiten des Füllgases
an ihrer Außenzone chemische Verbindungen eingehen. die das Haften des gleichzeitig
aufgebrachten zerstäubten '.Metalls unterbinden. Das Einbringen der Reiniguii-selektrode
hat außerdem den Vorteil, daß infolge der unvermeidbaren t ndichti-keiten einer-
technischen Vorrichtung die zuströmenden unerwünschten Gase, wie Sauerstoii und
Stickstoff, fortlaufend gebunden werden, so daß mit einmaliger Gasfüllung auch über
lange Zeiten ohne Druckänderung also in stationärem Zustand, be-Stütibt wcrdcn konnte.
Bei einer Rcinigun gsclektrode finit eilgenein Stromkreis läßt sich die Aufzchr@@cschwincügkcit
so rcgehl, daß die durch L#ndichtigkeitcn cinströmendc Luft l.ltift,-lltl gebunden
wird. Auch bei der Erllilzult clcr l;cgenstinde cltireL- die Gasentladuo@ l::11111
di_# lla.,allcibe durch I",cgclullu fier i.cistun alt tlcr R#einigungsclektrodc
I,lulcnd dun, Füllgas ctltzo"cll wciclcti. Wird die @t@@ilü@un,@a#icl@tr@>dc mit
c@crlcrst:iu@u@s-Ilc@ttluic @t#tncilt,attt betricbcn, so bildet nl;tn slic @j;lcrtl:it.hc
<lcrsclbcn so "#r<ilj aus, c-:113 !lci tlcr crfortlcrlil-itt:lt 'l_cr@tiiulluogslciaull
:in der riitl:tduil,-sstreclcc außer der laufenden hitidulig der Unreinigkeiten
auch noch Edelgas gebunden wird. In einer technischen hathodenzcrstäubungsvorrichtung
für Motorkolben ist es z. B. ohne: weiteres möglich ge-
wesen, außer den Verwlrclnlgungen
zusätzlich laufend -cringc Mcn;cn Edelas zu binden. Die Vorrichtung hatte eitlen
Inhalt von etwa 61 bei Atmosphärendruck; während einer Betriebszeit von 4. Stunden
und einem Vakuum von o,1 mm Leg wurde i cin% bei 76o mm H-Argon über ein Diffusionsventil
laufend nachgesetzt. Man spart nach diesem Verfahren außer der Energie für den Betrieb
der Pumpen bei D2urchlauf oder Umlauf über eine spezielle Reinigtingsanlagc an den
tcurcn Edelgasen selbst, da man mit -eringen -Mengen über viele Stunden den Betrieb
bei konstantem Druck durchführen kann.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführun-sbcispielen näher
erläutert, und zwar zeigt die Ab b. 1 einen .Schnitt durch eine Kammer zum Metallisiereil
von Gegenständen mittels hathodenzerstäubung, welche mit einer besondercn Reinigungsvorrichtung
für das in der Zcrstiiubtill-sk-.unmer befindliche Füllgas oder Restgas versehen
ist, und die A11. e einen Schnitt durch eine Kathodcnzerstäubungskammcr, bei der
die Gefäßwandung die Kathödc bildet und ein Teil der Gefäßhand als Gasreini-erelelktrode
aus-"ebiIdet ist.
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Die hatlrodcnzcrstätibtingslcammer besteht gemäß Abb. i aus einem
Unterteil i und einem abnehmbaren Oberteil:!. die mittels der Dlchtungel1 j
lind 4 vakuuilidicht verbunden sind. In dem Oberteil ist die zu zerstäubende
Kathode 5, z. B. aus Kupfer oder Silber, vorgesehen, die auf einer hohlen, kühlbaren
Stromdurchführung 6 angeordnet ist. Die Leitung ; dient zum Zuführen eines Kühlmittels
und der Stutzen S zum Ableiten. Die kühlbare Stromdurchführung ist unter Zwischellscllaltllng
eines engen Abschirmspaltcs 9 mittels einer Abschirmung io abgeschirmt. Der Abschirmspalt
ist dabei so eng, daß in ihm keine Glimmentladung entsteht. Die Teilv 11, 13 und
13 stellcil Isolierkörper Lind der Teil 14 einen Dichtungsring dar, während der
Schraubring 15. zuni Anpressen dient.
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In der Bodenplatte ist ein Kühlkanal 16 vor ;eschen, w-ihrcnd der
Stutzen i; zuni Zuleiten eines Füllgases in geregelter lIen-c dient. An den Stutzen
1d ist eine nicht dar-"cstelltc \'FtktiLitllptlmpe angeschlossen, mittels der z.
B. ein Vakuum ni-1schen etwa 3o bis 0.001 111111. Vorzugsweise
5 bis o. i inin I-I- er-
zeugt \\-erden kann. Die Stutzen 1; und 13
sind finit Srlititrsieben 19 Ltllcl =o zum Zurücklialtcn der in der liathodcnzerst:iubun@skamnlc:r
stat1iadenderi
elektrischen Entladung versehen. Der zu metallisierende Gegenstand 2 1 ruht auf
einer metallischen Platte 22, die von der Stromdurchführung 2 3 gctragcti wird.
Der 'heil =4 stellt crfinclun"ägem;iß eine als Kathode geschaltete I-',ciiii",tingselclctrodc
z. B. aus lIacrrtesiutii oder einer Magncsiu@m-Ipaierinig@ dar, die durch die engen
Abschirmsl)alte ?; und 26 isoliert ist. Die Teile. ?;, 28, 29 stellen Isolier-
und Dichtungsringe dar; von denen der äußere Ring 29 durch nicht dargestellte Schrauben
angepreßt wird. Die Teile 3o und 31 stellen Gleich- oder Wechselstroinsl)allnunäsCltteIlen
zur Zerstäubung und zur Reinigung dar, während die Teile 32 und 33 re-eII)are
Widerstände und die Tcile34, 35, 36, 37 utd 37« Schalter darstellen, die nach Bedarf
eingelegt werden. Es kann der Gegenstand neutral und das Gefäß als Anode geschaltet
werden. Es können der Gegenstand und das Gefäß auch gleichzeitig Anode sein. Die
Gefäßwand kann aber auch als Rcitiiaungskathode ,geschaltet werden. Die Anordnung
wirkt in der Weise, daß durch die Reinigungskathode 24. z. B. die Verunreinigunaeti,
wie Sauerstoff, aus dem in der Kathodenzerstäubitngskammer befindlichen Füllgas
herausgenoliimen werden.
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Die Kathodcnzerstäuhungskammer mit Reini"er gemäß Abb. 2 besteht aus
einer kühlbaren Bodenplatte 38, die mit einem. Kühlkanal 39 versehen ist.
dem durch den Stutzen 4o ein Kühlmittel zugeführt und durch den Stutzer1 4.1 abgeleitet
werden kann. auf der Bodenplatte ist der Oberteil 4.2, der als die zu zerstäubende
Kathode geschaltet ist und z. B. aus Aluminium besteht, mittels der Dichtun-43 aasdicht
aufesetzt und mit einem Kühlmalitel44 versehen. Der Teil :L5 stellt ein Schauglas
dar, welches durch den Kühlkanal a6. dem durch den Stutzen47 ein Kühlmittel zugeführt
und durch den Stutzen .1S abgeleitet wird, gekühlt werden kann. Das Schaftglas sitzt
in einem ringförrnigcii \Tctalltragkürpct 49, der durch einen engen Abschirmspalt
5o gegenüber der als Kathode geschalteten GG- j fäß uvandung abgeschirmt und isoliert
ist. -In der Bodenplatte 38 ist der Reinigutigükörper 51 angeordnet, der,
als Kathode geschaltet, einen Teil der Kammerwandung bildet und vorzugsweise aus
'Magnesium oder einer \Ia--iiesiltniIe"icrung. wie Elektron, besteht. Der zu nietailisierendc
Gegenstand, z. l3. ein Kolben 52, der als :\ilodc- oder neutral güschaltet werden
I.ann, ist auf einer hohlen Stromdurchführun- 53 mittels eines Aufsatzrohres 5.1
gcla-ert,@die @-lcichzeiti<- als Füll-aszuführung und -ableattulg dient.@ Durch
den Stutzen 55 wird das I iillas ztiaelcitct und durch den Stutzen 56, an den sich
die \'al;uunipuiilpe anschließt, abgeleitet.
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An den Stutzen 57 wird ein Druckanzeigegerät angeschlossen. Die Stromdurchführung
ist ferner kühlbar ausgebildet, und zwar wird das hühltnittel durch den Stutzen
55 zugeführt und durch den Stutzen 59 abgeleitet. Die Teile 6o, 61, 62 stellen Isolier-
und Dichtungsringe dar. während der Teil 63 ein Anpreßring ist, der durch nicht
dargestellte Schrauben angepreßt wird. Der Teil 64 ist eine Gleich- oder Wechselspaimungsduelle
und der Teil 65 ein Schalter und 66 ei ti regelbarer Widerstand.
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Zwischen dem Isolierkörper 6o und der Stromdurchführung ist ein enger
Abschirmspalt 67 vorgesehen.