WO2016055166A2

WO2016055166A2 - Beschichtungsfolie, schichtaufbau, sowie verfahren zum beschichten eines substrats

Info

Publication number: WO2016055166A2
Application number: PCT/EP2015/002001
Authority: WO
Inventors: Ralph Domnick
Original assignee: Ralph Domnick
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2016-04-14
Also published as: WO2016055166A3; DE102014015119A1

Abstract

Ein Substrat (4), insbesondere aus einem nichtmetallischen Werkstoff, wird auf folgende Weise beschichtet: - Auf eine Trägerfolie (3) aus Polyethylenterephthalat wird durch physikalische Gasphasenabscheidung ein Beschichtungsmaterial (2) abgeschieden, - die mit dem Beschichtungsmaterial (2) versehene Trägerfolie (3) wird in Kontakt mit einem zu beschichtenden Substrat (4) gebracht, - durch Laserbestrahlung wird Beschichtungsmaterial (2) partiell von der Trägerfolie (3) auf das Substrat (4) übertragen, - die Trägerfolie (3) samt nicht übertragenem Beschichtungsmaterial (2) wird vom Substrat (4) entfernt.

Description

Beschreibung

Beschich ungsfolie , Schichtaufbau , sowie Verfahren zum

Beschichten eines Substrats

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats, bei welchem ein Beschichtungsmaterial durch Laserbestrahlung von einem Träger auf das Substrat übertragen wird. Neben einem solchen Laser-Transferverfahren betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Beschichtungsfolie sowie einen gemäß dem Verfahren hergestellten Schichtaufbau.

Die DE 102 37 732 B4 offenbart ein Laserstrahlmarkierungs- verfahren, bei welchem zunächst ein Markierungsmaterial auf einer Seite eines Trägersubstrats aufgebracht wird.

Anschließend wird diejenige Seite des Trägersubstrats, die das Markierungsmaterial trägt, auf einem Zielsubstrat

angeordnet. Die Anordnung aus Trägersubstrat und Zielsubstrat wird dann derart mit einem Transfer/Konversions-Laserstrahl bearbeitet, dass das Markierungsmaterial vom Trägersubstrat zum Zielsubstrat transferiert und mit diesem verbunden wird, wobei das Markierungsmaterial derart in Ausnehmungen des Trägersubstrats aufgenommen ist, dass der Transfer in einer Vorzugsrichtung erfolgt.

Ein weiteres laserbasiertes Verfahren zum Bedrucken fester Substratoberflächen ist beispielsweise in der DE 195 17 625 AI offenbart. Im Rahmen dieses Verfahrens wird eine

wenigstens ein Pigment enthaltende Schicht, welche in Form einer Kunststofffolie vorliegen kann, in Berührung mit einer zu bedruckenden Substratoberfläche gebracht, um anschließend beispielsweise mit Hilfe^' eines Nd-YAG-Lasers , Excimer-Lasers oder Stickstoff-Lasers Pigmente auf die Substratoberfläche zu übertragen. Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um einen Glas- oder Kunststoffgegenständ handeln. Als Pigmente sind in der DE 195 17 625 AI Kohlenstoff, Metallverbindungen und Metalle genannt.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Die US 6,177,151 Bl offenbart ein Verfahren zum direkten laserbasierten Beschriften, welches neben dem Transfer von Metallen auf ein Substrat auch den Auftrag zahlreicher anderer Materialien, beispielsweise Materialien mit

speziellen dielektrischen, piezoelektrischen oder elektro- optischen Eigenschaften, sowie Halbleitern ermöglichen soll. Das aus der US 6,177,151 Bl bekannte Verfahren arbeitet mit einem gepulsten Laser.

Bei einem aus der WO 99/16625 AI bekannten Lasermarkierungsverfahren erfolgt die Laserbearbeitung mittels eines

defokusierten Laserstrahls. Zu markierende Werkstücke können hierbei aus Metall, Kunststoff, Keramik, Glas oder Glas- keramik bestehen.

Die DE 101 52 073 AI beschreibt eine Laser-Transferfolie, welche zum dauerhaften Beschriften von Bauteilen vorgesehen ist. Als Trägermaterial wird hierbei beispielsweise eine PVC- Folie oder PET-Folie verwendet.

Eine farbige Lasermarkierung ist zum Beispiel aus der

DE 10 2004 053 376 AI bekannt. Ein zur Markierung von

Kunststoffteilen verwendetes Schichtsystem ist hierbei aus zwei übereinanderliegenden Schichten aufgebaut, wobei die erste Schicht einen Energieabsorber enthält und die zweite Schicht als Beschriftungsmedium dient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laser- Transferverfahren, das heißt ein mit einem Trägermedium arbeitendes Verfahren zum laserbasierten Beschriften oder sonstigen strukturierten Beschichten von Werkstücken, gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich Anwenderfreundlichkeit, Vielfalt der Einsatzmöglich- keiten, sowie zuverlässiger, präziser Reproduzierbarkeit der Parameter der mit dem Verfahren hergestellten Beschichtung weiterzuentwickeln . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats gemäß Anspruch 1. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch eine zur Verwendung in dem Verfahren geeignete Beschichtungsfolie nach Anspruch 12. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch einen Schichtaufbau nach Anspruch

23, welcher mit Hilfe einer Beschichtungsfolie gemäß Anspruch 12 durch das Verfahren nach Anspruch 1 herstellbar ist. Im Folgenden im Zusammenhang mit den Vorrichtungen, das heißt der Beschichtungsfolie und dem Schichtaufbau, erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß für das Beschichtungsverfahren und umgekehrt.

Für das Beschichtungsverfahren wird eine Trägerfolie aus PET ( Polyethylenterephthalat) verwendet, auf welcher durch physi- kaiische Gasphasenabscheidung, das heißt PVD-Beschichtung (physical vapor deposition) , ein Beschichtungsmaterial abgeschieden ist. Hierbei kann die Trägerfolienbeschichtung entweder durch das Beschichtungsmaterial allein oder durch das Beschichtungsmaterial in Kombination mit mindestens einer weiteren Komponente gebildet sein. In jedem Fall wird die beschichtete Trägerfolie in einen flächigen Kontakt mit einem zu beschichtenden Substrat gebracht. Anschließend wird von einer Teilfläche der Trägerfolie durch Laserbestrahlung, insbesondere Bestrahlung mit einem gepulsten Laser,

Beschichtungsmaterial von der Trägerfolie auf das Substrat übertragen .

Bei der Übertragung ist je nach den verwendeten Materialien und Parametern der Verfahrensführung eine teilweise oder vollständige Umwandlung des Beschichtungsmaterials möglich.

Der Laserstrahl kann beispielsweise punktförmig, linienförmig oder flächig auf das auf die Trägerfolie aufgebrachte Beschichtungsmaterial treffen. Nach der durch die Laserbestrahlung bewirkten Übertragung und gegebenenfalls Umwandlung von Beschichtungsmaterial wird die Trägerfolie mit noch darauf befindlichem, nicht übertragenem Beschichtungsmaterial vom Substrat entfernt, womit der Schichtaufbau fertiggestellt ist. Eine Nachbearbeitung des Schichtaufbaus ist in der Regel nicht vorgesehen, jedoch prinzipiell - beispielsweise durch Aufbringen einer weiteren Schicht - möglich.

Die Beschichtung kann auf unterschiedlichste Materialien wie Glas, Metalle, Textilien, Keramik oder Kunststoff aufgetragen werden. Als Beschichtungsmaterialien sind sämtliche

Materialien geeignet, die im PVD-Verfahren abscheidbar sind. Hierbei steht eine Vielzahl an sich bekannter Beschichtungsmaterialien zur Verfügung, welche anhand ihrer elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaften sowie der chemischen Beständigkeit auswählbar sind. Als metallische Beschichtungsmaterialien sind beispielhaft Eisen, Gold, Silber und Titan zu nennen. Ebenso sind Halbleiter und keramische Materialien als Beschichtungsmaterial verwendbar. Des weiteren eignet sich eine im PVD-Verfahren abgeschiedene SiO_xN_y-Beschichtung, das heißt eine SiO_xN_y-PVD-Schicht , als Material, mit welchem die Trägerfolie beschichtet ist. In diesem Zusammenhang wird auf die Offenlegungsschriften DE 10 2009 033 511 AI, welche Silizium-Oxid-Nitride als Komponenten einer Mikrospiegel- anordnung offenbart, sowie DE 10 2010 013 038 AI, welche SiO_xN_y als Barriereschicht für eine Fotovoltaikzelle

beschreibt, verwiesen.

Die zunächst auf der Trägerfolie befindliche, auf eine

Produktoberfläche, das heißt Substratoberfläche, transferierte SiOxNy-PVD-Schicht bildet eine Korrosionsschutzschicht auf dem Produkt. Hierbei wird der Korrosionsschutz während der Übertragung des Materials auf das Substrat thermisch aktiviert, indem die SiO_xN_y-Schicht durch Aufheizen per Laser auf typischerweise einige hundert Grad Celsius irreversibel zerfließt und damit eine abgedichtete

Produktoberfläche erzeugt wird.

Die aus verschiedenen Materialien herstellbare Beschichtung kann beispielsweise in Form einer Beschriftung, eines Dekors oder - im Fall metallischer Beschichtungsmaterialien - in Form von Leiterbahnen auf das Substrat aufgebracht werden. In Anwendungsfällen, in denen durch die Beschriftung hauptsächlich ein optischer Effekt erzielt werden soll, ist die Schichtdicke vorzugsweise soweit minimiert, dass sich der gewünschte Effekt gerade noch einstellt. Bei metallischen Beschichtungsmaterialien kann die Dicke des Beschichtungs- materials auf der Beschichtungsfolie hierbei weniger als 100 nm betragen. Verschiedene Farbeffekte sind in rationeller Weise durch Variation der Parameter der Laserbestrahlung bei der Herstellung der Beschichtung in einem einzigen Arbeits- gang erzeugbar.

Gemäß einer ersten möglichen Ausgestaltung ist die Träger- folienbeschichtung dreilagig aufgebaut. Hierbei befindet sich unmittelbar auf der Trägerfolie eine Zwischenschicht („Laser Release"), auf welcher das Beschichtungsmaterial abgeschieden ist. Das Beschichtungsmaterial wiederum ist durch eine

Deckschicht („Laser Adhesive") abgedeckt, die zur unmittelbaren Kontaktierung des Substrats vorgesehen ist. Die Summe aus der Dicke der Zwischenschicht und der Dicke der Deck- schicht ist vorzugsweise nicht größer als die Dicke des

Beschichtungsmaterials, beispielsweise maximal halb so groß wie die Dicke des Beschichtungsmaterials.

Gemäß einer anderen möglichen Ausgestaltung ist die Träger- folienbeschichtung durch zwei Metallschichten gebildet, wobei es sich bei einer Schicht um die Hauptbeschichtungskomponente und bei der anderen Schicht um eine Hilfskomponente handelt. Die Hilfskomponente befindet sich zwischen der Trägerfolie und der Hauptbeschichtungskomponente und weist eine wesent- lieh geringere Dicke als die Hauptbeschichtungskomponente, beispielsweise weniger als ein Viertel der Dicke der Hauptbeschichtungskomponente auf. In vorteilhafter Materialkombination handelt es sich bei der Hauptbeschichtungskomponente um Gold und bei der Hilfskomponente um Zinn. Hierbei liegt das Gold vorzugsweise in einer Dicke von mindestens 30 nm und höchstens 300 nm und das Zinn in einer Dicke von mindestens 2 nm und höchstens 80 nm vor. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sehr haftfeste, beständige, goldene Kennzeichnungen oder sonstige Be- schichtungen auch mit einer Trägerfolie herstellbar sind, auf welche im PVD-Verfahren zunächst Gold, vorzugsweise in einer Dicke von 30 bis 300 nm, und anschließend eine im Vergleich zur Goldschicht dünnere Zinnschicht, vorzugsweise in einer Dicke von 2 bis 80 nm, abgeschieden ist.

Ebenso ist es möglich, auf der Trägerfolie gleichzeitig verschiedene Materialien, insbesondere Gold und Zinn, abzuscheiden. Hierfür kommt entweder die Verwendung verschiedener Targets oder eines Legierungstargets in Betracht. In beiden Fällen sind mit dem betreffenden Verfahren auf dem Substrat extrem haltbare, golden glänzende Beschichtungen erzeugbar, deren Dicke vorzugsweise mindestens 10 nm und höchstens

400 nm beträgt.

Gemäß einer ebenfalls möglichen Ausgestaltung ist die gesamte Trägerfolienbeschichtung ausschließlich durch eine einzige metallische Komponente gebildet. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Titanschicht handeln. Bei der Übertragung des Titans auf das Substrat mittels Laserbestrahlung kann gezielt ein Teil des Titans oxidiert werden, womit sich je nach eingestellten Parametern unterschiedliche Farbeffekte ergeben. Somit ist es möglich, in einem einzigen Arbeitsgang unter Verwendung einer Beschichtungsfolie, welche zusätzlich zur Trägerfolie nur eine einzige Metallschicht, nämlich

Titanschicht, aufweist, Teilflächen eines zu beschichtenden Substrats verschiedenfarbig herzustellen. Hierbei sind scharfe Übergänge zwischen den verschiedenfarbigen Teilflächen herstellbar.

Als weitere chemische Elemente, die insbesondere als

Bestandteile von Legierungen zur Erzeugung einer Beschichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind, sind neben Gold Zirkon und Chrom zu nennen. Die von der Trägerfolie auf das Substrat übertragenen Materialien werden während des Transfers durch den Lasersrahl schon bei niedriger Energie angeschmolzen, so dass eine dichte

Schutzschicht auf dem Substrat entsteht. Die Beschichtung ist somit nicht nur selbst korrorionsbeständig, sondern stellt auch eine vor Korrosion schützende Schutzschicht auf dem Produkt dar. Das schonende Anschmelzen bereits bei niedrigen Energien wird begünstigt durch eine hohe Nanoporosität des auf dem Substrat befindlichen Beschichtungsmaterials .

Insbesondere zum Transfer dicker Schichten wird vorzugsweise eine Trägerfolie verwendet, auf die verschiedene Materialien aufgebracht sind, die sich hinsichtlich ihrer Porosität voneinander unterscheiden: Gemäß einer möglichen Verfahrensführung wird auf die aus PET gefertigte Trägerfolie zunächst eine PVD-Schicht, beispielsweise aus Zinn, mit sehr hoher Porosität aufgesputtert . Auf diese Schicht wird anschließend ein anderes Material, beispielsweise Gold, mit geringerer oder praktisch fehlender Porosität und geringerer Schichtdicke aufgesputtert oder aufgedampft. Mit diesem

Schichtaufbau auf der Trägerfolie ist es im Vergleich zu vollständig nicht porösen Schichten möglich, größere

Materialmengen auf das Substrat zu übertragen, wobei das übertagene Material zu einem großen Teil unverdampft auf die Substratoberfläche gelangt. Allgemein trägt die Beimischung von Zinn zu dem zu übertragenden, auf die Trägerfolie

abgeschiedenen Material zu einer Erhöhung des Materialtransfers bei der Laserbestrahlung bei.

Eine weitere Steigerung des Materialtransfers von der

Trägerfolie auf das Substrat ist erzielbar, indem ein und dieselbe Stelle des Substrats mehrfach mit Material

beaufschlagt wird, welches mittels Laserbestrahlung von der Trägerfolie - eventuell unter chemischen Umwandlungen - freigesetzt wird. Eine mehrfache Materialbeaufschlagung ist hierbei gleichbedeutend mit einer Laserbestrahlung, welche, bezogen auf einen bestimmten Punkt auf der Oberfläche des

Substrats, mehrfach hintereinander, in zeitlich voneinander getrennten Verfahrensschritten, durchgeführt wird. Dies ist auf zwei unterschiedliche Weisen möglich: Entweder wird die Trägerfolie zwischen den Laserbestrahlungen auf der Oberfläche des Substrats verschoben, so dass bei jeder

Bestrahlung Material von einem anderen Oberflächenabschnitt der Trägerfolie abgetragen wird, oder die örtliche Relation zwischen Trägerfolie und Substrat bleibt während der

Gesamtdauer der beipielsweise zwei oder drei Bestrahlungsvorgänge gleich.

Unabhängig davon, ob einzelne Oberflächenbereiche des

Substrats einfach oder mehrfach beschichtet werden, ist der Materialtransfer von der Trägerfolie auf das Substrat in einem signifikant breiten Intervall möglicher Abstände zwischen Trägerfolie und Substrat realisierbar. Hierbei kann beispielsweise ein Abstand zwischen Substrat und Trägerfolie von bis zu 0,2 mm oder sogar bis zu 0,4 mm vorliegen. Sofern bekannt ist, in welchen Bereichen die Oberfläche des

Substrats vertieft ist, können beispielsweise nur die

vertieften Bereiche, nur die umgebenden Bereiche oder sämtliche Bereiche des Substrats durch von der Trägerfolie übertragenes Material beschichtet werden.

Der unterschiedlich lange Weg, den von der Trägerfolie durch die Laserbestrahlung abgelöstes Material bis zu dessen Ab- scheidung auf der Substratoberfläche zurücklegt, ist in

Fällen, in denen das Material auf diesem Weg eine chemische Veränderung erfährt, nutzbar, um gezielte Farbeffekte zu generieren. Beispielsweise kommt es während des Materialtransfers zu einer von der Weglänge abhängigen Oxidation des Materials. Der unterschiedliche, am fertiggestellten Produkt mit bloßem Auge erkennbare Grad der Oxidation korrespondiert mit der Lage der Vertiefungen auf der Substratoberfläche. Dies gilt insbesondere in Fällen, in denen Titan von der Trägerfolie auf das Substrat transferiert wird. Mit Titan als Beschichtungmaterial sind somit selbst ohne Variation der Parameter der Laserbestrahlung geschlossene Schichten

generierbar, die gleichzeitig eine Struktur, beispielsweise in Form eines Dekors, einer Sicherungskennzeichnung oder einer Beschriftung, aufweisen. Optional werden weitere oder verstärkte Farbeffekte, wobei scharfe Konturen auf dem

Substrat erkennbar sind, durch die bereits erwähnte Variation von Parametern der Laserbestrahlung erzeugt.

Mit jeder der möglichen Ausgestaltungen des Laser-Transferverfahrens sind äußerst robuste, haftfeste Beschichtungen auf verschiedensten Oberflächen erzeugbar. Gerade die geringe Schichtdicke trägt aufgrund praktisch fehlender Kanten an den Konturen der Beschichtung maßgeblich dazu bei, dass mechanische Angriffe an der Beschichtung, etwa bei Reinigungsarbeiten an den beschichteten Gegenständen, kaum möglich sind. Die Abmessungen eines Gegenstandes werden durch dessen

Beschichtung mit dem Laser-Transferverfahren nicht

signifikant verändert.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, jeweils in schematisierter Darstellung: Fig. 1 und 2 ein Beispiel einer lasergestützten Aufbringung eines Beschichtungsmaterials auf ein Substrat unter Verwendung einer dreilagig beschichteten Trägerfolie, Fig. 3 und 4 in Darstellungen analog Fig. 1 und 2 weitere

Beispiele von Beschichtungsverfahren, welche mit einer einlagig, nämlich mit Titan

beziehungsweise mit einer Gold-Zinn-Legierung, beschichteten Trägerfolie arbeiten,

Fig. 5 und 6 ein Beschichtungsverfahren mit einer aus zwei

Komponenten, nämlich Gold und Zinn, gebildeten Trägerfolienbeschichtung.

In jedem der Ausführungsbeispiele dient ein Laserstrahler 1 (Nd-YAG-Laser) der Übertragung eines Beschichtungsmaterials von einer Trägerfolie 3 aus PET (Polyethylenterephthalat ) , das heißt einer Polyesterfolie, auf ein Substrat 4. Bei dem Substrat 4 handelt es sich in allen Ausführungsbeispielen jeweils um ein Werkstück aus einem nicht metallischen

Werkstoff, nämlich Glas oder Keramik. Die Trägerfolie 3 ist transparent und weist eine Dicke von 75 m auf.

Das Beschichtungsmaterial 2 bildet zusammen mit weiteren Komponenten (Fig. 1, Fig. 3) oder allein (Fig. 2) eine mit 5 bezeichnete Trägerfolienbeschichtung . In jedem Fall ist das Beschichtungsmaterial 2 als PVD-Schicht auf der Trägerfolie 3 abgeschieden. Insbesondere kann das Beschichtungsmaterial 2 durch Sputtern oder Aufdampfen auf das Substrat 4 aufgebracht werden. Die Trägerfolienbeschichtung 5 ist damit sehr gleichmäßig und mit hoher Materialqualität herstellbar. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ist die Träger- folienbeschichtung 5 dreilagig aufgebaut: Das Beschichtungsmaterial 2 ist von der Trägerfolie 3 durch eine Zwischenschicht 6 getrennt, welche maßgeblich zur leichten Ablös- barkeit der Trägerfolie 3 vom Beschichtungsmaterial 2 nach Beendigung der Laserbestrahlung beiträgt. Das auf der

Trägerfolie 3 befindliche Beschichtungsmaterial 2 ist durch eine Deckschicht 7 abgedeckt, welche eine Oberfläche der insgesamt mit 8 bezeichneten Beschichtungsfolie bildet und als Haftvermittler fungiert. Die Zwischenschicht 6 sowie die Deckschicht 7 sind jeweils nur wenige nm dick. Insgesamt beträgt die Dicke der Trägerfolienbeschichtung 5 zwischen 80 nm und 300 nm. Es handelt sich hierbei um eine undurchsichtige, das heißt deckende Beschichtung. Auch dünnere, semitransparente Schichten können in gleicher Weise auf das Substrat 4 übertragen werden.

Nachdem die Beschichtungsfolie 8 plan auf das Substrat 4 aufgelegt wurde, wie in Fig. 1 dargestellt, wird die

Anordnung aus Beschichtungsfolie 8 und Substrat 4 mittels eines in Fig. 1 gestrichelt symbolisierten Laserstrahls bearbeitet. Der Laserstrahl durchdringt hierbei nahezu vollständig die transparente Trägerfolie 3 und erhitzt das Beschichtungsmaterial 2, welches hierdurch auf das Substrat 4 übertragen wird und sich fest mit diesem verbindet. Nach Beendigung des Laserbeschriftungsvorgangs hat die Deckschicht 7, soweit sie in den beschichteten, das heißt

beschrifteten oder anderweitig strukturierten, Bereichen auf dem Substrat 4 verbleibt, nicht notwendigerweise die in der symbolisierten Darstellung nach Fig. 2 ersichtliche Gestalt und Dicke. Das Beschichtungsmaterial 2, welches von der

Beschichtungsfolie 8 auf das Substrat übertragen wird, kann hierbei einer zumindest teilweisen chemischen Umwandlunng unterworfen sein und insbesondere mit Bestandteilen der

Zwischenschicht 6 und/oder der Deckschicht 7 reagieren.

Ebenso können beim Beschichtungsvorgang gezielt Reaktionen zwischen dem Beschichtungsmaterial 2 und/oder der Deckschicht 7 und dem Substrat 4 ausgelöst werden.

Die Fig. 3 und 4 illustrieren zwei verschiedene Ausführungsbeispiele, die sich hinsichtlich der verwendeten Materialien, nicht jedoch hinsichtlich der in den Figuren erkennbaren Querschnittsgestaltungen voneinander unterscheiden.

Im ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 ist die

Trägerfolienbeschichtung 5 ausschließlich aus Titan als

Beschichtungsmaterial 2 gebildet. Durch die Laserbestrahlung wird ein Teil des Titans in Titanoxid verwandelt, womit in gezielter Weise unterschiedliche Farbeffekte auf dem

Substrat 4 erzielbar sind. Die Trägerfolienbeschichtung 5 ist 250 nm dick und wird im PVD-Verfahren mit folgender

Parametereinstellung auf der Trägerfolie 3 abgeschieden:

Startdruck: 3 mPa

Druck während der Beschichtung : ca. 600

Titan-Targetleistung: 2 x 2000

Argon-Partialdruck: 300 min

Beschichtungszeit : 1200 s

Die Trägerfolienbeschichtung 5 ist beispielsweise mit einer Sputteranlage des Typs CC800/9 der Fa. CemeCon AG, D-52146 Würselen, herstellbar. Die Übertragung des Beschichtungsmaterials 2 von der

Beschichtungsfolie 8 auf das Substrat 4 erfolgt mit Hilfe eines Nd-YAG-Lasers des Typs PowerLine E R-10 der Fa. Rofin- Sinar, Plymouth, MI 48170, USA, mit folgenden Einstellungen:

Stromstärke : 23,5 A

Frequenz : 10 kHz

Geschwindigkeit : 300 mm/

Linienbreite : 0 , 1 mm

Pulsbreite : 1 μπι

Überlapp : 0% , 35%

Durch die Variation des Überlapps werden unterschiedliche Farben des Beschichtungsmaterials 2 auf dem Substrat 4, nämlich Glas, generiert. Für die diversen Farbeffekte spielen Interferenzeffekte eine Rolle. Zur Erzeugung

unterschiedlicher Farben ist außer einer Veränderung des Überlapps auch eine Variation der Schrittweite oder der

Stromstärke möglich.

Eine Zwischenschicht 6 oder eine Deckschicht 7 sind im

Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 nicht erforderlich, da das Beschichtungsmaterial 2, nämlich Titan, die Funktion dieser Schichten mit übernimmt. In gleicher Weise wie auf

Glas kann Titan als Beschichtungsmaterial 2 mit einstellbarer Farbe, je nach Dicke deckend oder in beliebig feinen Abstufungen mehr oder weniger durchscheinend, auch auf Stahl, Keramik, Kunststoff, Porzellan sowie Textilien, sowohl aus Kunstfasern als auch aus Naturfasern, aufgebracht werden. In nicht dargestellter Weise kann die Oberfläche des Substrats 4 Strukturen, beispielsweise in Form von Vertiefungen, aufweisen, welche Einfluss auf die Beschichtungsfarbe haben. Im weiteren, ebenfalls in den Fig. 3 und 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Trägerfolienbeschichtung 5 durch eine Gold-Zinn-Legierung als Beschichtungsmaterial 2 gebildet. Hierbei ist der Anteil an Gold größer als der Anteil an Zinn im Beschichtungsmaterial 2. Die sich auf dem Substrat bildende Gold-Zinn-Schicht weist eine goldene Färbung auf und ist sehr haftfest. Ebenso wie in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 4 ist auch im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 die Trägerfolienbeschichtung 5 rein metallisch. Im Fall von Fig. 5 und 6 ist sie jedoch nicht einlagig, sondern zweilagig, nämlich aus einer Hauptbeschichtungskomponente 9 und einer Hilfskomponente 10, aufgebaut. Hierbei trennt die Hilfskomponente 10 die Hauptbeschichtungskomponente 9 von der Trägerfolie 3. Die Hilfskomponente 10 liegt in Form einer Zinnschicht mit einer Dicke von 2 bis 80 nm vor. Bei der Hauptbeschichtungskomponente 9 handelt es sich um eine

Goldschicht mit einer Dicke von 30 bis 300 nm. Beide

Komponenten 9,10 der Trägerfolienbeschichtung 5 sind auf die Trägerfolie 3 aufgesputtert . Bei der Bestrahlung mit dem Laserstrahler 1 wird die Hauptbeschichtungskomponente 9 von der Trägerfolie 3 abgelöst, wobei nahezu gleichzeitig ein Teil des die Hilfskomponente 10 bildenden Zinns zur Grenzfläche zwischen der Hauptbeschichtungskomponente 9 und dem Substrat 4, nämlich einem Gegenstand aus Glas, gelangt.

Hierdurch wird eine extrem starke Haftung und hohe Abriebfestigkeit des Beschichtungsmaterials 2 auf dem Substrat 4 erreicht.

Das als Targetmaterial beim Sputtern, das heißt bei der

Herstellung der Beschichtungsfolie 8 durch Beschichten der Trägerfolie 3, verwendete Zinn liegt in einer Reinheit von mehr als 98%, das ebenfalls zum Sputtern verwendete Gold in einer Reinheit von mindestens 99,99% vor.

Folgende Parameter sind beim Sputtern eingestellt: Beschichtung mit Zinn:

Ar-Partialdruck: 380 min

Sn-Targetleistung : 1 kW Beschichtungszeit : 300 s

Beschichtung mit Gold: Ar-Partialdruck: 380 min

Au-Targetleistung: 600 W

Beschichtungszeit: 1800 s

Der Kammerdruck beträgt beim Beschichten etwa 700 mPa. Die auf der Trägerfolie durch das PVD-Verfahren abgeschiedene Hilfskomponente 10 (Zinn) hat eine Dicke von 50 nm, die Hauptbeschichtungskomponente 9 (Gold) eine Dicke von 200 nm.

Beim späteren Übertrag des Beschichtungsmaterials 2 auf das Substrat 4 sind folgende Lasereinstellungen vorgenommen:

Stromstärke: 23,5 A

Frequenz: 30 kHz

Geschwindigkeit: 750 mm/s

Linienbreite: 0,04 mm

Pulsbreite: 1 μτ

Überlapp: 25%

Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 4 weist in diesem Fall das Beschichtungsmaterial 2 auf dem Substrat 4 eine einheitliche Färbung auf.

Bezugszeichenliste

1 Laserstrahler

2 Beschichtungsmaterial

3 Trägerfolie

4 Substrat

5 Trägerfolienbeschichtung

6 Zwischenschicht

7 Deckschicht

8 Beschichtungsfolie

9 Hauptbeschichtungs omponente

10 HilfsKomponente

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Beschichten eines Substrats (4), mit

folgenden Merkmalen:

Auf eine Trägerfolie (3) aus Polyethylenterephthalat wird durch physikalische Gasphasenabscheidung ein Beschichtungsmaterial (2) abgeschieden,

die mit dem Beschichtungsmaterial (2) versehene

Trägerfolie (3) wird in Kontakt mit einem zu beschichtenden Substrat (4) gebracht,

durch Laserbestrahlung wird Beschichtungsmaterial (2) partiell von der Trägerfolie (3) auf das Substrat (4) übertragen,

die Trägerfolie (3) samt nicht übertragenem Beschichtungsmaterial (2) wird vom Substrat (4) entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Trägerfolie (3) vor der Abscheidung des Be- schichtungsmaterials (2) eine Zwischenschicht (6) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dass auf die Trägerfolie (3) nach der Abscheidung des Beschichtungsmaterials (2) eine

Deckschicht (7) aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial (2) gleichzeitig zwei verschiedene Metalle auf die

Trägerfolie (3) aufgebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Metalle Zinn und Gold verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial (2) zunächst ein Material höherer Porosität und anschließend ein Material geringerer Porosität auf die Trägerfolie (3) aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Trägerfolie (3) ausschließlich Beschichtungsmaterial (2) einheitlicher Zusammensetzung abgeschieden wird und bei der Übertragung von Beschichtungsmaterial (2) auf das Substrat (4) durch Variation von Parametern der Laserbearbeitung in einem einzigen Arbeitsgang verschiedene Farbeffekte auf dem Substrat (4) erzeugt werden .

Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch

gekennzeichnet, dass verschiedene Farbeffekte dadurch erzielt werden, dass unterschiedliche Flächenbereiche der Trägerfolie (3) während deren Laserbestrahlung verschieden weit vom Substrat (4) entfernt sind.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbestrahlung, bezogen auf einen festen Punkt auf der Oberfläche des Substrats (4), mehrfach hintereinander, in zeitlich voneinander

getrennten Verfahrensschritten, durchgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie (3) zwischen den Laserbestrahlungen auf der Oberfläche des Substrats (4) verschoben wird.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie (3) zwischen den Laserbestrahlungen auf der Oberfläche des Substrats (4) in unveränderter

Position gehalten wird.

Beschichtungsfolie (8), mit einer Trägerfolie (3) aus Polyethylenterephthalat sowie einer auf der Trägerfolie (3) befindlichen Trägerfolienbeschichtung (5) , welche eine PVD-Schicht aus einem zur Übertragung auf ein Substrat (4) per Laserbestrahlung geeigneten

Beschichtungsmaterial (2) umfasst.

Beschichtungsfolie (8) nach Anspruch 12, dadurch

gekennzeichnet, dass die Trägerfolienbeschichtung (5) eine Dicke von nicht mehr als 400 nm hat.

Beschichtungsfolie (8) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolienbeschichtung (5) dreischichtig aufgebaut ist, wobei sich zwischen der Trägerfolie (3) und dem Beschichtungsmaterial (2) eine Zwischenschicht (6) und auf dem Beschichtungsmaterial (2) eine Deckschicht (7) befindet, und wobei die Summe aus der Dicke der Zwischenschicht (6) und der Dicke der Deckschicht (7) nicht größer als die Dicke des

Beschichtungsmaterials (2) ist.

15. Beschichtungsfolie (8) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolienbeschichtung (5) durch ein zweischichtig aufgebautes Beschichtungs- material (2) aus einer Hauptbeschichtungskomponente (9) und einer Hilfskomponente (10) gebildet ist, wobei die Hilfskomponente (10) dünner als die Hauptbeschichtungskomponente (9) ist und die Trägerfolie (3) kontaktiert. 16. Beschichtungsfolie (8) nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, dass die Hauptbeschichtungskomponente (9) durch Gold mit einer Dicke von mindestens 30 nm und höchstens 300 nm und die Hilfskomponente (10) durch Zinn mit einer Dicke von mindestens 2 nm und höchstens 80 nm gebildet ist.

17. Beschichtungsfolie (8) nach einem der Ansprüche 12 bis

15, dadurch gekennzeichnet, dass das

Beschichtungsmaterial (2) eine Legierung, insbesondere Gold-Zinn-Legierung, umfasst.

18. Beschichtungsfolie (8) nach einem der Ansprüche 12 bis

16, dadurch gekennzeichnet, dass das

Beschichtungsmaterial (2) eine SiO_xN_y-PVD-Schicht umfasst .

19. Beschichtungsfolie (8) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolienbeschichtung (5) zweischichtig aufgebaut ist, wobei eine Goldschicht die Trägerfolie (3) kontaktiert und sich auf der Goldschicht eine im Vergleich zu dieser dünnere Zinnschicht

befindet .

20. Beschichtungsfolie (8) nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das

Beschichtungsmaterial (2) porös, insbesondere nanoporös, ist .

21. Beschichtungsfolie (8) nach Anspruch 20, dadurch

gekennzeichnet, dass die Porosität des Beschichtungsmaterials (2) von der Trägerfolie (3) nach außen

abnimmt, wobei eine Schicht höherer Porosität eine größere Schichtdicke als eine Schicht geringerer

Porosität aufweist.

22. Beschichtungsfolie (8) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolienbeschichtung (5) durch ein einschichtiges Beschichtungsmaterial (2) aus Titan gebildet ist und eine Dicke von mindestens 30 nm und höchstens 300 nm aufweist.

23. Schichtaufbau, umfassend ein Substrat (4) sowie ein

durch das Verfahren nach Anspruch 1 auf das Substrat (4) aufgebrachtes, strukturiertes Beschichtungsmaterial (2).

24. Schichtaufbau nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) Glas ist.

25. Schichtaufbau nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) ein metallischer Werkstoff ist.

26. Schichtaufbau nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) ein textiles Material ist.

27. Schichtaufbau nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) ein keramisches Material ist.

28. Schichtaufbau nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) ein Kunststoff ist.