DE19952032A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung planparalleler Plättchen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen von planparallelen Plättchen mit einem um eine Achse drehbaren Träger (5), einer Einrichtung (9a, 9b, 9c) zur Beschichtung eines Flächenabschnitts des Trägers (5) mit zumindst einer Produktschicht, einer Einrichtung (13) zum Ablösen der Produktschicht, einer Einrichtung (13) zum Ablösen der Produktschicht von dem Flächenabschnitt des Trägers in einer solchen Weise, daß planparallele Plättchen entstehen, wobei der Transport des Flächenabschnitts zwischen der Beschichtungseinrichtung (9a, 9b, 9c) und der Ablöseeinrichtung (13) durch Rotation des Trägers (5) erfolgt. Ein Trennmittel-Verdampfer (8) erzeugt eine Trennmittelschicht vor dem Aufbringen der Produktschicht. In der Ablöseeinrichtung wird die Trennmittelschicht aufgelöst und werden die planparallelen Plättchen freigesetzt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfah­ ren zum Erzeugen von planparallen Plättchen und eine Vor­ richtung zur Ausführung dieses Verfahren.

Planparallele Plättchen werden als Pigmente in Lacken und Druckfarben verwendet und zeichnen sich gegenüber Mahl­ pigmenten dadurch aus, daß sie in sehr geringer Dicke er­ zeugt werden können. Da sie sich nach einem Lackauftrag so orientieren, daß ihre Planflächen parallel zur Fläche des Untergrundes verlaufen, erzeugen sie im Gegensatz zu Mahl­ pigmenten, die mehr oder weniger diffus reflektieren, eine gerichtete Reflexion von einfallendem Licht. Die Herstel­ lung solcher planparalleler Plättchen, deren Verwendung weit über den dekorativen Bereich hinausgeht, wird nach dem Stand der Technik im wesentlichen nach drei Verfahren durchgeführt:

• a) Die Beschichtung von natürlichen Glimmerplättchen mit hochbrechenden Schichten, meistens aus TiO2, wird da­ durch bewirkt, daß das Plättchen in einer titanhaltigen Lö­ sung gerührt wird und dieses im Anschluß daran an Luft auf ca. 500-800°C erhitzt. Produkte unter den Markenzeichen IRIODIN® und AFFLAIR® sind Beispiele hierfür. Aus dem Stand der Technik sind ebenfalls Beschichtungsverfahren be­ kannt, die meist in einem 400-600°C heißen Fließbett stattfinden und bei denen die Reaktion TiC14 + 2 H2O → TiO2 + 4 HCl verwendet wird. Ferner gelangen auch organi­ sche Titanverbindungen, wie Eisen- oder Kobalt-Halogenide oder Karbonyle zum Einsatz.
• b) Um vom Naturstoff Glimmer unabhängig zu sein, wurden Verfahren entwickelt, wie es beispielsweise in der WO 93/08237 beschrieben ist. Hierbei wird eine dünne Schicht einer flüssigen, silikathaltigen Substanz auf ein umlaufendes Band an der Luft aufgetragen. Die Substanz wird danach auf dem Band getrocknet, reagiert in einem nachfol­ genden Säurebad zu SiO2, wird anschließend in einem weite­ ren Wasserbad gewaschen und dann von Band abgeschabt. Die nach einem Glühvorgang entstandenen dünnen Quarzplättchen werden in einem weiteren Prozeß im Fließbett- oder Rührver­ fahren mit weiteren Oxiden chemisch beschichtet. Eine Zu­ sammenstellung solcher chemischen Beschichtungen beschrei­ ben Schmid und Mronga unter "Luster Pigments with Optically Variable Properties" (Vortrag der European Coatings Conference, 7-9. April 1997, Nürnberg)
• c) Um planparallele Plättchen kontrollierter Dicke zu erzeugen, wird seit Jahren das Aufdampfverfahren (PVD = physical vapour deposition) benutzt. Beispiele hierfür sind in den den Patenten U. S. 3,438,796 aus 1967 von Dupont und U. S. 5,135,812 von Flex Products aufgeführt, bei denen ein Fabry-Perot-Reflexfilter als Pigment erzeugt wird. Das Produkt zeigt eine starke Farbveränderung bei einer Winkel­ veränderung des Lichteinfalls und wird als Fälschungschutz auf Banknoten aufgedruckt. Bei diesen Herstellverfahren wird eine Polyesterfolie, die vorher mit einem als Trenn­ mittel dienenden Lack, nach bekannter Methode beschichtet wurde, als Träger benutzt. Hierauf wird durch mehrfache Be­ dampfung des Trägers mit den verschiedenen Schichten im Va­ kuum das Schichtsystem aufgebracht. Die Folienrolle wird aus dem Vakuumraum entnommen und läuft auf einer weiteren Maschine durch ein Bad, in welchem die Lackschicht in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst wird. Das Produkt fällt dann vom Träger als grobe Flocken ab, die durch Abtrennen des Lösungsmittels, Trocknen, Mahlen weiterverarbeitet wer­ den. Der Folienträger ist nur einmal verwendbar und verur­ sacht deshalb beträchtliche Kosten. Im Patent U. S. 3,123,489 von Bolomey ist die Verwendung eines Trägers, auf welchem eine große abwechselnde Schichtfolge eines Salzes als Trennmittel und Zinksulfid als Produkt aufgedampft wird, beschrieben. Der Träger ist hierbei ein umlaufendes Band oder ein Drehteller bekannter Art, wie er bei der op­ tischen Bedampfung zum Einsatz kommt. Nach einer großen An­ zahl von abwechselnden Beschichtungen mit Trennmittel und Produkt wird der Träger aus der Anlage entnommen und gewäs­ sert, wobei sich die Salzschichten zwischen den Produkt­ schichten auflösen und das Produkt als kleine Plättchen in einer Suspension vorliegt. Dieses Material, meistens Zinksulfid, wird in der Kosmetik- und für dekorative Zwec­ ke als künstlicher Perlglanz verwendet. Nachteilig ist trotz des einfachen Aufbaues der Vakuumanlage, daß es sich nicht um einen kontinuierlichen Prozeß handelt und daß die Aufdampfschichten, die in großer Zahl übereinander liegen, mit zunehmender Dicke säulenförmige Strukturen bilden, wel­ che nur noch diffus reflektieren. Dieser Effekt ist aller­ dings bei Perlglanz erwünscht, jedoch nicht bei Pigmenten, die als Lack auf Automobil-Karosserien oder als Metall­ glanz-Druckpigmente verwendet werden.

Eine zum Zeitpunkt dieser Anmeldung noch nicht offenge­ legte deutsche Patentanmeldung bezieht sich auf die Verwen­ dung eines umlaufenden Metallbandes, auf das nacheinander das Trennmittel und die Schichtenfolge der zu erzeugenden planparallelen Plättchen im Hochvakuum aufgedampft werden. Danach durchläuft das Metallband einen weiteren Vakuumraum höheren Druckes, in welchem in einer Flüssigkeit, die nor­ malerweise Wasser mit einer Temperatur von 35° ist, das Trennmittel aufgelöst wird. Die Verwendung von vielen Schleusen, die das Metallband aus dem Hochvakuum auf Atmo­ sphärendruck ausfahren würde, wird dadurch vermieden. Was­ ser von 35°C hat nur einen Dampfdruck von 54 mbar. Weitere Schleusen, die zwischen 54 und 1000 mbar eingesetzt werden, entfallen. Der Prozeß findet vollständig unter Vakuum zwi­ schen etwa 10-4 und 54 mbar statt. Nur das Produkt wird als Suspension auf Atmosphärendruck ausgebracht. Trotz dieser fortschrittlichen Technik wird immer noch ein Bandmaterial benötigt, welches an Umlenkrollen durch Biegungen mecha­ nisch belastet wird. Die Dauerstandsfestigkeit des Bandes ist nach einer gewissen Anzahl von Zyklen überschritten, so daß es gewechselt werden muß.

Die gleichzeitige Einwirkung einer Salzlösung vermin­ dert die Dauerstandsfestigkeit weiter, typischerweise um den Faktor 2-3 (Thyssen Edelstahl Techn. Ber. 7/1981, Band 1, S. 68-69), so daß in gewissen Zeitabständen ein Wechseln des Metallbandes erforderlich ist. Die Verwendung von Hoch­ glanz-Trägeroberflächen mit sehr geringer Rauhtiefe, wie Glas, Quarz, glasierte Keramik oder emaillierter Stahl ist bei einem über notwendige Umlenkrollen laufenden Band nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfah­ ren zu schaffen, bei dem unabhängig von der Art des verwen­ deten Trägermaterials die Erzeugung planparalleler Plättchen in effektiver Weise ausgeführt wird. Während des gesamten Herstellungsprozesses sollen dabei die aufgedampf­ ten Schichten keine weiteren Oberflächen berühren bis die Ablösung des Produktes vom Träger stattfindet. Genauer ge­ sagt sollen Schichten, insbesondere solche für Infrarot-An­ wendungen und für Mikrowellen-Absorber, die aus bis zu 35 Einzelschichten bestehen können, nicht vorzeitig durch Bie­ gung an Umlenkrollen vom Träger abplatzen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst.

Durch das Vorsehen von sowohl einer Beschichtungsein­ richtung als auch einer Ablöseeinrichtung an einem um eine Achse drehbaren Träger, dessen Flächenabschnitt zwischen diesen beiden Einrichtungen durch Rotation des Trägers transportierbar ist, kann eine Produktschicht kontinuier­ lich aufgebracht und entfernt werden und somit effektiv und mit geringem Abfall die Erzeugung von planparallelen Plättchen ausgeführt werden.

Vorzugsweise wird vor der Produktschicht eine Trennmit­ telschicht aufgebracht, wodurch ein einfaches Ablösen der Produktschicht durch Auflösung des Trennmittels ermöglicht wird.

Die Produktschicht kann auch mehrschichtig ausgeführt sein, wodurch sich Mehrschichtplättchen mit komplexeren Ei­ genschaften erzeugen lassen. Dabei kann die Produktschicht während eines Umlaufs oder mehrerer Umläufe des Trägers aufgebracht werden. Dieses gestattet eine variable Anpas­ sung der Bedingungen an die unterschiedlichen Eigenschaften von Produktschichten.

Durch zumindest zwei Umdrehungen des Trägers vor dem Ablösen der Mehrfachschichten als Paket wird die Flüssig­ keit in der Ablöseeinrichtung abgelassen, damit keine Ablö­ sung erfolgt, bevor das Schichtenpaket komplett ist.

Der Dampfdruck des Trennmittels kann größer sein als der der Flüssigkeit in der Ablöseeinrichtung, da bei Mole­ kularströmung, die Voraussetzung ist, an kalten Flächen so­ fort Kondensation eintritt ohne daß in die Ablösezone ge­ langt wird. Der Dampfdruck des Trennmittels kann aber auch geringer oder gleich dem Druck in der Ablöseeinrichtung sein.

Es kann ein beliebiges Trennmittel verwendet werden, wobei anorganische Trennmittel eine bessere Eignung aufwei­ sen.

Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn sich verschiedene Flächenabschnitte zum gleichen Zeitpunkt unter den ver­ schiedenen Einrichtungen befinden, so daß bei der Beschich­ tung des einen Flächenabschnitts die Produktschicht von ei­ nem anderen Flächenabschnitt gleichzeitig entfernt wird.

Ein effektiver Betrieb einer solchen Vorrichtung wird auf diese Weise ermöglicht.

Durch den Einsatz von Beschichtungsverfahren unter Va­ kuum lassen sich ein effektiver Prozeßverlauf und eine hohe Qualität der Plättchen erzielen. Dabei ist die Abschottung zwischen Bereichen mit unterschiedlichem Druck von Bedeu­ tung. Als Beschichtungsverfahren unter Vakuum können bei­ spielsweise das Aufdampfverfahren, das Sputtern, die Plas­ mapolymerisation oder eine Kombination dieser Verfahren in derselben Vakuumkammer zum Einsatz gelangen.

Als Träger lassen sich eine Vielzahl von rotationssym­ metrischen Körpern einsetzen, wodurch eine Anpassung an die vom Besteller gewünschten Eigenschaften der Plättchen mit geringem Aufwand möglich ist.

Eine beidseitige Beschichtung des Trägers oder/und eine parallele Beschichtung mehrerer Träger trägt ebenfalls zur Erhöhung der Plättchenausbeute bei.

Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen

Fig. 1 und Fig. 2 eine Vorder- bzw. Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen,

Fig. 3 eine erste Abwandlung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung zeigt,

Fig. 4 eine zweite Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt,

Fig. 5 eine dritte Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, und

Fig. 6 die Funktionsweise des Ablöseschritts veran­ schaulicht.

Zur Erzeugung von erfindungsgemäßen planparallelen Plättchen aus Metallen, Oxiden, Fluoriden, Nitriden und Karbiden und anderen im Vakuum auftragbaren Stoffen in be­ liebigen Kombinationen besteht das Gerät im wesentlichen aus den folgenden, in den Fig. 1 und 2 gezeigten Elementen:
Einer Vakuumkammer 100, die eine Zwischenabschottung 1 mit zwei Verbindungsöffnungen 2a und 2b aufweist, welche die Vakuumkammer 100 in einen Verdampfungsteil 3 und einen Produktsammelteil 4 trennt.

Einem rotierenden, starren Träger 5 aus Metall, Glas oder emaillierten Stahl oder einem anderen Stoff, der eine möglichst glatte Oberfläche aufweist und der sich bei den vorherrschenden Vakuumbedingungen im Vakuum durch Bedamp­ fen, Sputtern oder mittels eines PECVD-Prozesses beschich­ ten läßt. Der Träger 5 ist zentrisch auf einer rotierenden Welle 6 angeordnet, die von einem außerhalb des Vakuumrau­ mes befindlichen Antrieb 7 in Drehbewegung gesetzt wird. Jeder Sektor des rotierenden, starren Trägers 5 wird bei der Rotation am Verdampfer 8 des Trennmittels, an dem oder den Verdampfern 9a, 9b, 9c, die die Schichtenfolge des Pro­ duktes bestimmen, vorbeigeführt.

Die Verdampfer 9a, 9b, 9c werden nach bekannter Bauart so ausgelegt, daß Verdampfungsmaterial, welches in Drahtform, in Blechform oder als Granulat vorliegt, kontinuierlich zu­ geführt wird. Die Verdampfer 9a, 9b, 9c können zur Wartung aus der Arbeitszone in einen weiteren Vakuumraum 11, der durch eine Schleuse 10 bekannter Bauart abgesperrt werden kann, zurückgezogen werden und kühlen unter Vakuum ab.

Als im Vakuum verdampfbare Trennmittel eignen sich nach bekannter Art Chloride, Borate, Fluoride, Hydroxide und an­ dere weitere anorganische Substanzen. Einige werden in den Patenten U. S. 5,156,720 von Rosenfeld und Smits und in U. S. 3,123,489 von Bolomey beschrieben.

Zur Erzielung gleicher Schichtdicken erfolgt die Mes­ sung jeder einzelnen Schicht durch optische Messung des re­ flektierten Lichtes, sofern die Schichten transparent sind. Auf einer metallischen Unterlage zeigen transparente Schichten in Abhängigkeit von ihrer Schichtdicke n × d (n: Brechungsindex des Schichtmaterials, d: geometrische Dicke) verschiedene Interferenzfarben. Diese Farben können für die Regelung der gewünschten Schichtdicke durch spektrale Mes­ sung des reflektierten Lichtes verwendet werden. Daneben existiert nach DE 43 38 907 ein Verfahren, welches mittels einer Laser Dickenmessung an einem den Dampfstrahl durch­ wandernden Draht dessen Dickenzunahme durch Metallkondensat mißt und auf die Schichtdicke, die auf dem Träger aufge­ bracht wurde, kontinuierlich umrechnet.

Nach Passieren der Verdampfer- oder Sputterzonen durch­ läuft der rotierende, starre Träger 5 einen engen Kanal 12a und 12b in der Zwischenabschottung 1. Die Kanäle 12a und 12b sind so beschaffen, daß seine Wände zum rotieren­ den, starren Träger einen konstanten Abstand, typisch von 0.5-1 mm aufrechterhalten. Derartige Abstandsregelungen sind Stand der Technik und sorgen für einen geringen Gasstrom zum Verdampfungsteil 3. Nach dem Durchlaufen des Kanals 12a taucht der beschichtete Teil des Trägers 5 in ein unterhalb der Zwischenabschottung 1 angeordnetes Bad 13 ein, in wel­ chem sich eine Flüssigkeit befindet, die a) einen niedrigen Dampfdruck aufweist und b) ein gutes Lösemittel für das aufgedampfte Trennmittel darstellt.

Solche Flüssigkeiten sind: Sekundäre und tertiäre Alko­ hole wie Ethylenglykol, Propylenglykol, Glyzerin und deren Derivate, aber auch höhere primäre Alkohole und deren Deri­ vate. Diese Flüssigkeiten haben im technisch interessanten Temperaturbereich von 20-50°C einen Sättigungsdampfdruck von 0.01 bis 0.05 mbar, während im Verdampfungsteil 3 ein Vakuum von typisch 3 × 10-4 mbar erzeugt wird. Der Gasdurch­ satz durch die Verbindungsöffnungen 2a und 2b allein in der Zwischenabschottung 1 wäre zu hoch, um bei vertretbarem Pumpaufwand eine Druckdifferenz an der Zwischenabschottung 1 von 0.05 mbar aufrechtzuerhalten. Der Gasdurchsatz durch dünne Spaltrohre 14a, 14b vermindert sich nach Wutz, Theo­ rie und Praxis der Vakuumtechnik, ISBN 3-528-04884-0, Seite 101, Gl. 4.95 um den Faktor 25,3, wenn an Stelle einer Verbindungsöffnung von 0,2 cm Weg ein Spaltrohr von 20 cm Länge zwischen dem Produktsammelteil 4 und dem Verdamp­ fungsteil 3 verwendet wird. Durch Ersetzen der Spaltöffnun­ gen in der Zwischenabschottung durch dort angebaute Spalt­ rohre, die Kanäle 12a, 12b von je 2 × 0.05 cm freilassen und durch eigenes, kontinuierliches Abpumpen dieser Kanäle auf 10^-2 mbar vermindert sich der gesamte Gasfluß für zwei Kanäle von 250 cm Breite und je 2 × 0.05 cm Dicke bei einer Kanallänge von 20 cm Kanäle auf 0.11 mbar lit/sec. Dieser Gasstrom belastet die Hochvakuumpumpen 16 nur gering. Das Produktsammelteil 4 und die Kanäle 12a, 12b werden durch mechanische Pumpen 17, bestehend aus je einer Kombination aus mechanischen Vakuumpumpen und Drehkolbengebläsen ge­ pumpt. Die Dimensionierung aller Vakuumpumpen ist abhängig von der gewählten Größe der Vakuumkammer 100 und den Ar­ beitsbedingungen. Die technische Literatur kennt hierzu zahlreiche Auslegungsverfahren.

Entsprechend Fig. 6 wird im Gefäß 18 im weiteren Ver­ lauf der mit Trennmittel und den Produktschichten bedampfte rotierende, starre Träger 5 durch mechanische Unterstüt­ zung nach bekannten Methoden unterhalb des Flüssigkeitspe­ gels die Trennmittelschicht 71 aufgelöst. Die Produkt­ schichten 73, die nicht löslich sind, fallen dabei als kleine flockenartige Partikel vom Träger 72 ab. In nachfol­ genden Prozessen erfolgt später die Zerkleinerung auf die gewünschten Abmessungen der planparallelen Plättchen. Hier­ zu stehen bekannte Zerkleinerungs- und Sortierprozesse, wie Mahlen und Windsichten bei Atmosphärendruck zur Verfügung. Als letzter Schritt erfolgt die Weiterverarbeitung zu Lac­ ken oder Druckfarben.

Nach erfolgter Ablösung des Schichtensystems wird die Suspension nach Fig. 1 durch eine Flüssigkeitspumpe 15 aus dem Gefäß 18 an die Atmosphäre gefördert. Die Suspension durchströmt dabei eine Filteranordnung 19 oder eine Zentri­ fugenanordnung bekannter Bauart, die sich außerhalb der Va­ kuumkammer 100 befinden. Von dort kehrt die von Partikeln befreite Flüssigkeit, nachdem sie vorher in einem Erhitzer 20 wieder auf die Arbeitstemperatur des Gefäßes 18 gebracht worden ist, wieder in das Gefäß 18 zurück.

Im weiteren Verlauf taucht der Träger 5 aus der Flüs­ sigkeit im Gefäß 18 aus. Restliche Flüssigkeitsspuren wer­ den durch einen Schaber 21 grob entfernt und laufen in das Gefäß 18 zurück. Ein dann noch verbleibender Film verdampft gegen eine Tieftemperatur-Oberfläche 22 und kondensiert dort. Nach dem Durchlaufen eines Spaltrohres 14b befindet sich der entsprechende Sektor des rotierenden, starren Trä­ gers 5 wieder im Verdampfungsteil 3. Der Kreis ist ge­ schlossen.

Eine Anlage zur Erzeugung von plättchen-förmigen Pig­ menten im PVD-Prozeß erfordert bei der hier beschriebenen Anordnung Verdampfer 9a, 9b, 9c, welche in der Lage sind, in horizontaler Richtung im Langzeitbetrieb abzudampfen. Sol­ che Verdampfer sind in der Schrift DE 43 42 574 (Weinert) be­ schrieben. Weitere Verdampferversionen, die in horizontaler Richtung verdampfen, sind im Patent U. S. 2,665,226 (Godley) beschrieben.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich nicht nur auf die beschriebene Anordnung aus den Fig. 1 und 2, sondern erlaubt die folgenden Ausführungsbeispiele der Fig. 3 bis 6, sowie weitere, die sich für den Fachmann ohne weiteres aus der vorliegenden Offenbarung erschließen.

An Stelle der Erzeugung von glatten, ebenen Plättchen können planparallele Plättchen auch eine Struktur der Ober­ fläche aufweisen, da Vakuumbeschichtungsverfahren im Mikro- Bereich keine Dickenunterschiede erzeugen. Es ist daher möglich, durch vorheriges Ätzen nach dem Photo-Resistver­ fahren gewünschte Oberflächenmuster auf dem Träger zu er­ zeugen. Dadurch können statt ebenerer Plättchen Miniatur- Reflektoren, die einfallendes Licht durch ihre sphärische Form nur wenige Millimeter vor ihrer Oberfläche fokussie­ ren, erzeugt werden. Es lassen sich aber auch Plättchen mit optischen Gitterlinien oder mit scharfkantigen, erhabenen Stegen, die als Sollbruchstellen zur Erzeugung von Plättchen definierter Form und Größe dienen, erzeugen. Bei der Kondensation aus der Dampfphase entsteht auf dem Träger ein Abdruck seiner Struktur. Derartige Muster sollen im Be­ reich der später verwendeten Teilchengröße von etwa 520 Mi­ krometer liegen. Voraussetzung ist jedoch, daß solche Schichten vom Träger 5 bei jeder Umdrehung abgelöst werden, damit diese ihre Feinstruktur nicht verlieren. Dieses Vor­ gehen ist bei bekannten Verfahren, die entweder ein umlau­ fendes Metallband oder die Aufdampfung einer großen Zahl von abwechselnden Trennmittel- und Produktschichten benut­ zen, nicht umsetzbar.

Um Elektronenstrahl-Verdampfer 31 einsetzen zu können, die aus einer Badoberfläche 32 heraus nur in senkrechter Richtung nach oben verdampfen, ist es nach Fig. 3 notwen­ dig, den Träger 33 um eine vertikale Achse 34 zu rotieren. Ebenso ist das Gefäß 35 entsprechend anzupassen. Der Träger taucht hier nicht in das Gefäß 35 ein. Stattdessen werden die Schichten durch bürstenförmige, rotierende Elemente 36 entfernt.

Es ist nach Fig. 4 möglich, am rotierenden Träger 42 beidseitig Verdampfer 43a, 43b, 43c anzubringen.

Ebenso ist es nach Fig. 5 möglich, mehrere Träger 51a, 51b, die in diesem Fall Scheiben sind, gleichzeitig auf derselben Achse 52 zu betreiben, wobei sich die Zahl der einzusetzenden Verdampfer auf je einen Verdampfer für jede zu beschichtende Trägeroberfläche vervielfacht.

An Stelle einer oder mehrerer scheibenförmigen Träger oder eines oder mehrerer rotierender Ringe, die konzen­ trisch angeordnet sind, können Zylinder mit horizontaler Achse verwendet werden. Beliebige weitere rotationssymme­ trische Körper sind als Träger einsetzbar.

Um planparallele Plättchen einer großen Zahl von sich wiederholenden Schichten des Typs (A,B)N oder (A,B,C)N her­ zustellen, wobei N die Zahl der Wiederholungen der Schicht­ kombination und A,B,C die verdampften Substanzen sind, bie­ tet sich ohne Änderung der Apparatur folgende Möglichkeit:

• a) Das Trennmittel wird im ersten Schritt allein auf den Träger aufgedampft, indem alle anderen Verdampfer durch eine verschließbare Blende abgesperrt worden sind und die Flüssigkeit im Gefäß 18 nach Fig. 1 mit dem Träger nicht in Berührung gelangt. Dies geschieht durch Absenken des Pegels im Gefäß 18.
• b) Die Schichten A und B oder A,B,C werden aus zwei oder drei Verdampfern, die auf dem Rotationsweg des Trägers 5 angeordnet sind, mit kontrollierter Schichtdicke aufge­ bracht. Nach N Rotationen liegt N-mal der Schichtverbund A,B oder A,B,C vor. Der Trennmittelverdampfer ist hierbei durch eine Blende abgesperrt.
• c) Die Verdampfer, die die Schichten A,B oder A,B,C erzeugt haben, werden durch Blenden abgesperrt. Der Flüs­ sigkeitspegel im Gefäß 18 wird bei fortgesetzter Rotation des Trägers 5 soweit gehoben, daß die aufgedampften Schichten berührt werden. Durch die in den Schichten vor­ liegenden Mikrorisse, die durch Eigenspannungen in den Schichten von selbst entstehen, erreicht auch bei einer sehr großen Anzahl von Schichten die Flüssigkeit das Trenn­ mittel, löst dieses auf, wobei sich die Produktschichten flockenartig ablösen und dann als Suspension vorliegen. Die hierzu notwendige Zeit ist zwar länger als bei Produkten mit einer geringen Zahl von Einzelschichten, sie liegt je­ doch bei weniger als 30 Sekunden.
• d) Der Prozeß wird analog zu a) wiederholt.

Solche Schichtsysteme sind aus der Erzeugung sogenann­ ter Kaltlichtspiegel und infrarot-reflektierenden Oberflä­ chen bekannt, die abwechselnd bis zu 31 Schichten aus je einem transparenten Material mit hohem Brechungsindex und niedrigem Brechungsindex benötigen. In diesem Fall ist das Schichtsystem selbst das Produkt, welches als kleine Plättchen mit den gewünschten optischen Eigenschaften vor­ liegt, ohne daß ein Träger, etwa eine Glasplatte oder ein gläserner Reflektor, verwendet werden muß. Von weiterem Vorteil ist, daß derartige Plättchen auch mit strukturier­ ten Oberflächen, wie konkave oder konvexe Mikroreflektoren, herstellbar sind und im Gegensatz zu Schichten, die auf ei­ ner Glasunterlage abgeschieden werden, in einem breiten In­ frarotbereich transparent bleiben. Die Anordnung der Schichtdicken erfolgt nach bekannten Prinzipien der Optik dünner Schichten. Bei Verwendung von Titanoxid und Magne­ siumfluorid, aber auch bei Kombinationen anderer Materia­ lien, wie Tantaloxid, Zirkonoxid, Ceroxid, Zinksulfid und anderen bekannten Stoffen für die hochbrechenden Schichten und Quarz oder andere Fluoride als niedrigbrechende Schicht, ergibt sich ein Plättchenmaterial, welches im Be­ reich von 400 bis 10.000 Nanometer weitgehend absorptions­ frei ist.

Nachfolgend werden Beispiele für den Prozeßablauf zur Erzeugung von planparallelen Plättchen aus Aluminium ange­ führt.

Beispiel I

Eine Vakuumkammer nach Fig. 1 und Fig. 2 enthält 2 Ver­ dampfer, welche auf einem Kreisbogen in Drehrichtung des Trägers angeordnet sind. Der erste Verdampfer ist mit Na­ trium-tetraborat, welches zuvor an der Atmosphäre durch Glühen auf 600°C von Kristallwasser befreit worden ist, ge­ füllt und wird bei einem Kammervakuum von 2 × 10-4 mbar auf eine Temperatur von ungefähr 1300°C aufgeheizt, während sich der Träger bereits in Rotation um seine horizontale Achse befindet. Zeitversetzt wird der zweite Verdampfer für Aluminium auf etwa 1500°C aufgeheizt und Aluminium in Drahtform nach bekannter Art zugeführt. Um die gewünschte horizontale Abdampfrichtung zum Träger hin zu erreichen, befindet sich um den Aluminium-Verdampfer herum ein U-för­ migen beheiztes Schild, welche den Metalldampf vorzugsweise in Richtung auf den Träger lenkt. Beide Verdampfer werden kontinuierlich betrieben bis ihr Vorrat an Verdampfermate­ rial erschöpft ist. Währenddessen transportiert der rotie­ rende Träger die auf ihm aufliegenden Schichten durch einen Spaltrohr-förmigen Kanal in einen Raum höheren Druckes von typisch 0.04 mbar, wo der beschichtete Teil des Trägers in die Flüssigkeit in ein Gefäß eintaucht, in welchem, durch Unterstützung von Ultraschall, der den Träger in der Flüs­ sigkeit bestrahlt, die Aluminiumschicht aufgerissen wird. Das einwirkende Glyzerin, welches bei seiner Betriebstempe­ ratur von 50°C einen Dampfdruck von weniger als 0.04 mbar aufweist, löst die Trennmittelschicht aus Natriumtetraborat schnell auf.

Das Aluminium liegt nun als Plättchen in der Flüssig­ keit vor. Während der rotierende Träger ständig neue Schichten aus Natriumtetraborat und Aluminium nachliefert, wird die Suspension von einer Flüssigkeitspumpe aus dem Ge­ fäß laufend abgesaugt, auf einen Druck von etwa 1.5-6 bar gebracht und an der Atmosphäre in eine Mantelzentrifuge ge­ führt. Durch den Dichteunterschied legen sich die Alumi­ niumplättchen an dessen Wand, die klare Flüssigkeit wird aus dem Mantel ausgetragen und fließt über ein Ventil wie­ der in das unter Vakuum befindliche Gefäß ohne Luft anzu­ saugen zurück. Ein Wärmetauscher in diesem Glyzerinkreis sorgt dafür, daß die Temperatur konstant gehalten werden kann. Der rotierende, nun von Schichten befreite Träger taucht aus der Flüssigkeit auf, durchläuft zuerst mehrere mechanische Abstreifer und verläuft dann zwischen zwei in sehr geringer Entfernung von seiner Oberfläche befindli­ chen, auf -30°C gekühlten Platten. Durch das Partialdruck­ gefälle verdampft das noch als Film von weniger als 1 Mi­ krometer am Träger anhaftende Glyzerin und kondensiert auf der kalten Fläche, von der es abläuft. Auf seinem weiteren Weg durchquert der Träger einen zweiten Spaltrohr-förmigen Kanal und gelangt wieder in den Bereich des Trennmittelver­ dampfers mit Natriumtetraborat. Der rotierende Träger be­ steht hier aus einer hochglanzpolierten Blechscheibe aus 3 mm rostfreien Stahl, deren Durchmesser etwas kleiner als der Durchmesser der Vakuumkammer ist. Im Beispiel wird eine Vakuumkammer von 2 Meter Durchmesser und eine Scheibengröße von 1.9 Meter verwendet. Verdampfer für Trennmittel und Aluminium sind zu beiden Seiten der Scheibe angebaut. Der bedampfte Kreisring auf der Scheibe besitzt eine Breite von 0.60 Metern und rotiert mit einer Geschwindigkeit von 10 Umdrehungen pro Minute. Pro Minute werden 49 m² an Alumi­ niumplättchen gewonnen. Die gewählte Aufdampfdicke beträgt je nach der Verwendung des Produktes 50 bis 500 Nanometer.

Beispiel II

In der im Beispiel I verwendeten Vakuumkammer wird die Drehachse des scheibenförmigen Trägers von 1,90 Meter Durchmesser vertikal eingebaut. Nach Fig. 3 befinden sich ein Trennmittelverdampfer mit wasserfreiem Natriumchlorid und drei Elektronenstrahlverdampfer unterhalb der Scheibe am Umfang. Alle Verdampfer sind auf demselben Radius des Trägers angeordnet. In zum Beispiel I abgewandelter Form wird auf dem horizontalen Träger nacheinander eine Schicht aus Natriumchlorid-Aluminiumoxid-Titan-Aluminiumoxid bei einem Vakuum von 7 × 10-5 mbar aufgedampft, wobei den Ver­ dampfern alle Materialien kontinuierlich oder diskontinu­ ierlich zugeführt werden. Entsprechende Einrichtungen sind aus der Literatur bekannt. Die auf dem Rotationsweg folgen­ de Ablösestation unterscheidet sich dadurch, daß das Gefäß, in welchem die Ablösung der Schichten erfolgt, mit seinem Rand sehr eng, aber ohne diesen zu berühren, an der Unter­ seite der rotierenden Scheibe anliegt. Das Vakuum im Raum über dem Flüssigkeitspegel und dem scheibenförmigen Träger beträgt 0.04 mbar. Rotierende Bürsten aus vakuumtechnisch geeignetem Material befördern die Flüssigkeit, in diesem Fall Ethylenglykol von 30°C, an den Träger und lösen das Trennmittel auf. Die aus 3 Schichten bestehenden Produkt­ schichten suspendieren sich als Flocken in der Flüssigkeit. Ein Tauchverfahren ist wegen der horizontalen Anordnung der Scheibe hier nicht möglich. Der Träger rotiert mit einer Geschwindigkeit von 5 Umdrehungen pro Minute. Das erhaltene Produkt weist eine Dicke von 150 Nanometer auf. Die Plättchen werden auf gleiche Weise wie im Beispiel I erläu­ tert, gewonnen.

Beispiel III

In derselben Anordnung des Trägers, der Verdampfer und der Ablösestation des Beispiels I sollen planparallele Plättchen einer gewissen Zahl von sich wiederholenden Schichten des Typs A,B oder A,B,C erzeugt werden. Das in diesem Beispiel aufgedampfte Schichtsystem besteht aus ei­ ner Trennmittelschicht, hier Calciumchlorid, und einer Schichtenfolge aus Titanoxid und Magnesiumfluorid, welche 15-mal wiederholt wird und mit einer weiteren Titanoxid en­ det. Der wesentliche Unterschied zu den Beispielen I und II ist, daß die Aufdampfung der Schichten nach folgender Rei­ henfolge durchgeführt wird:

• - Die das Produkt vom Träger ablösenden Bürsten werden soweit abgesenkt, daß sie nicht mehr im Kontakt mit dem Träger stehen.
• - Der Trennmittelverdampfer trägt während ein bis zwei vollen Umdrehungen des Trägers Calciumchlorid auf. Danach wird eine Blende zwischen ihn und dem Träger nach bekannter Weise eingefahren. Weiteres Trennmittel erreicht den Träger nicht mehr.
• - Je ein Verdampfer, mit Titanoxid und Magnesiumfluorid gefüllt, trägt in kontrollierter Schichtdicke pro Umdre­ hung, bei gleichzeitiger Messung der aufgetragenen Schicht­ dicke nach bekannten Verfahren eine hochbrechende und eine niedrigbrechende Schicht auf. Nach Erreichen der gewünsch­ ten Schichtzahl werden beide Verdampfer mit einer Blende verschlossen.
• - Die rotierenden Bürsten, die die Aufgabe haben, das Schichtsystem mittels einer Flüssigkeit, hier mittels Ethylenglykol, durch Auflösen des aufgedampften Trennmit­ tels von Träger zu entfernen, werden mechanisch so ver­ stellt, daß sie in Berührung mit dem Träger gelangen. Die Ablösung und Weiterverarbeitung der Plättchen geschieht in der im Beispiel I beschriebenen Weise. Die Rotationsge­ schwindigkeit des Trägers wird so weit reduziert, daß die Ablösung in einem einzigen Durchgang erfolgen kann.
• - Die rotierenden Bürsten werden wieder so verstellt, daß sie nicht in Kontakt mit dem rotierenden Träger gelan­ gen.
• - Es beginnt die Wiederholung des Prozesses.

Vorteilhaft ist es, daß mit dieser Variante nach Bei­ spiel III mit wenigen Verdampfern planparallele Plättchen mit einer großen Zahl von sich wiederholenden Schichtpaaren oder Dreifachschichten ohne Unterbrechung des Vakuums er­ zeugt werden können.

In den Beispielen I bis III gelangen noch sehr geringe Spuren der Ablöseflüssigkeit als ein an dem Träger anhaf­ tender Film von wenigen Moleküllagen in den Verdampfungs­ teil. Dieser Effekt, der bei allen anderen Verfahren der Vakuumbeschichtung sehr schädlich wäre, erweist sich hier in den meisten Anwendungsfällen sogar als nützlich, da er die Haftfestigkeit des aufgedampften Trennmittels auf dem Träger vermindert und für eine schnellere und vollkommende Ablösung in der Flüssigkeit sorgt. Da die Aufdampfschichten selbst das Produkt bilden, ist eine gute Haftung an einer Oberfläche nicht gefordert.

Alle Varianten erfüllen den Erfindungsgedanken, der darauf basiert, daß auf ein oder mehrere in einer Vakuum­ kammer mit 2 oder 3 Vakuumzonen rotierenden starren Träger nacheinander ein Trennmittel und die Produktschichten bei einer Umdrehung von 360° des Trägers, der ein rotationssym­ metrisches Gebilde ist, im Vakuum aufgebracht werden. Diese Produktschichten werden gleichzeitig an einer anderen Stel­ le vom Träger abgelöst und die dadurch erhaltene Suspension wird aus dem Vakuumraum entfernt. Danach erfolgt durch Fil­ tern, Zentrifugieren, weiteres Verkleinern und Einbringen in einen flüssigen Träger, der ein Lack oder eine Tinte sein kann, die weitere Verarbeitung der Suspension bei At­ mosphärendruck zu den Endprodukten, wie metallisch reflek­ tierenden Lacken oder Druckfarben.

Ein kontinuierliches, mittels eines Vakuum-Beschich­ tungsverfahrens auf einem oder mehreren beweglichen rota­ tionssymmetrischen, starren Trägern erzeugtes Schichtsystem weist somit eine oder mehrere anorganische Trennmittel­ schichten und darauf abgeschiedene Produktschichten aus Me­ tallen, Oxiden, Fluoriden, Nitriden oder Karbiden, welche in einem einzigen Umlauf kontinuierlich vom Träger durch Einwirken einer Flüssigkeit entfernt werden, welche die an­ organische Trennmittelschicht löst und gleichzeitig die nicht in der Flüssigkeit löslichen Produktschichten vom Träger ablöst und in Flocken zerfallen läßt, auf. Ein um eine Achse rotierender, starrer Träger befindet sich dabei in einer Vakuumkammer, die in mindestens zwei Druckstufen durch Zwischenabschottungen geteilt ist, wobei der Bereich, in welchem der rotierende, starre Träger die Zwischenab­ schottungen durchquert, als Kanal ausgebildet ist. Der ro­ tierende, starre Träger wird in einer ersten Zone mit einem in einer Flüssigkeit löslichen, im Vakuum ohne Zersetzung verdampfbaren Trennmittel beschichtet und durchläuft wäh­ rend derselben Rotation eine zweite Zone mit einem oder mehreren Verdampfern, welche die Produktschichten erzeugen. Der starre Träger durchläuft auf seinem Rotationsweg eine dritte Zone in einen getrennt gepumpten weiteren Vakuumraum von 10-3 bis 1 mbar, in welchem die Trennmittelschicht oder die Trennmittelschichten mittels einer Flüssigkeit, deren Dampfdruck geringer oder gleich dem Druck im zweiten Vaku­ umraum ist, aufgelöst wird, wobei sich die nicht lösliche Produktschicht oder die Produktschichten als nicht zusam­ menhängende Teilchen vom Träger ablösen und dann als Sus­ pension in der Flüssigkeit vorliegen. Der rotierende, star­ re Träger wird auf seinem weiteren Rotationsweg der Einwir­ kung der Flüssigkeit entzogen, von Resten der Flüssigkeit befreit, dem Prozeß der Beschichtung mit Trennmittel und den Produktschichten wieder zugeführt.

Die Schritte der Bedampfung mit Trennmittel und mit den Produktschichten und die Auflösung des Trennmittels in ei­ ner Flüssigkeit erfolgen bei gleicher Winkelgeschwindigkeit des starren, rotierenden Trägers kontinuierlich und gleich­ zeitig an verschiedenen Orten des Trägers.

Durch sich wiederholende Anordnung eines Verdampfers für das Trennmittel und der Verdampfer für die Produkt­ schichten können mehrere Lagen von Produktschichten während derselben Rotation des starren Trägers gleichzeitig erzeugt werden.

Der rotierende, starre Träger kann aus einer oder meh­ reren parallelen Scheiben, einem oder mehreren geschlosse­ nen oder offenen Zylindern oder aus einem oder mehreren ge­ schlossenen oder offenen, anderen rotations-symmetrischen Körpern bestehen, die entweder auf einer gemeinsamen Achse oder auf mehreren Achsen rotieren.

Bei Verwendung eines rotierenden, starren Trägers, der aus mehreren parallelen Scheiben besteht, können alle oder einige gleichzeitig beidseitig beschichtet werden.

Neben dem Aufdampfverfahren können auch weitere Be­ schichtungsverfahren unter Vakuum, wie das Sputtern oder die Plasmapolymerisation, oder eine Kombination dieser Ver­ fahren in derselben Vakuumkammer verwendet werden.

Der rotierende, starre Träger weist eine Oberfläche auf, die aus Metall, Glas, Email, einer Keramik oder einem organischen Material besteht, wobei das Material der Ober­ fläche und des Trägers unterschiedlich sein kann.

Der rotierende starre Träger weist eine Oberfläche auf, die entweder naturbelassen, poliert oder strukturiert sein kann.

Die Schritte der Beschichtung mit Trennmittel, die sich mindestens einmal wiederholende Beschichtung mit mindestens zwei verschiedenen Substanzen, welche in ihrer Gesamtheit eine Schichtsystem ergeben, und die Ablösung dieses Schichtsystems erfolgen nacheinander und ohne Unterbrechung des Vakuums.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf eine Vorrichtung zum Erzeugen von planparallen Plättchen mit ei­ nem um eine Achse drehbaren Träger, einer Einrichtung zur Beschichtung eines Flächenabschnitts des Trägers mit zumin­ dest einer Produktschicht, einer Einrichtung zum Ablösen der Produktschicht von dem Flächenabschnitt des Trägers in einer solchen Weise, daß planparallele Plättchen entstehen, wobei der Transport des Flächenabschnitts zwischen der Be­ schichtungseinrichtung und der Ablöseeinrichtung durch Ro­ tation des Trägers erfolgt. Dabei kann eine Einrichtung zum Beschichten des Trägers mit einer Trennmittelschicht vor dem Aufbringen der Produktschicht vorgesehen sein. In der Ablöseeinrichtung wird die Trennmittelschicht aufgelöst und werden die planparallelen Plättchen freigesetzt.

Claims (13)

1. Verfahren zum Erzeugen von planparallelen Plättchen, das die Schritte aufweist:

• a) Beschichten eines Flächenabschnitts eines um eine Achse drehbaren Trägers (5) mit zumindest einer Produkt­ schicht,
• b) Transport des Flächenabschnitts durch Rotation des Trägers (5) im Anschluß an Schritt a),
• c) Ablösen der Produktschicht von dem Flächenabschnitt des Trägers im Anschluß an Schritt b) in einer solchen Weise, daß planparallele Plättchen entstehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Flächenab­ schnitt des Trägers (5) in Schritt a) vor dem Aufbringen der Produktschicht mit einem anorganischen Trennmittel be­ schichtet wird und in Schritt c) die Trennmittelschicht aufgelöst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Schritt a) zumindest zwei Produktschichten auf den Flächenabschnitt des Trägers (5) aufgebracht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schritte a) bis c) während einer Umdrehung des Trägers (5) ausgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schritte a) und b) während zumindest zwei Umdrehungen des Trägers (5) ausgeführt werden und sich Schritt c) an­ schließt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte a), b) und c) bei gleicher Winkelge­ schwindigkeit des Trägers kontinuierlich und gleichzeitig an verschiedenen Flächenabschnitten des Trägers ausgeführt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt a) ein Beschichtungsverfahren unter Vakuum verwendet wird.

8. Vorrichtung zum Erzeugen von planparallelen Plättchen, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit
einem um eine Achse drehbaren Träger (5),
einer Einrichtung (9a, 9b, 9c) zur Beschichtung eines Flächenabschnitts des Trägers (5) mit zumindest einer Pro­ duktschicht,
einer Einrichtung (13) zum Ablösen der Produktschicht von dem Flächenabschnitt des Trägers in einer solchen Weise, daß planparallele Plättchen entstehen,
wobei der Transport des Flächenabschnitts zwischen der Beschichtungseinrichtung (9a, 9b, 9c) und der Ablöseein­ richtung (13) durch Rotation des Trägers (5) erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei sich der Träger (5) in einer Vakuumkammer befindet und zwischen der Be­ schichtungseinrichtung und der Ablöseeinrichtung (13) eine Zwischenabschottung (12a, 12b) zur Erzeugung von zwei Druckstufen vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 mit einer Ein­ richtung zum Beschichten des Trägers mit einer Trennmittel­ schicht vor dem Aufbringen der Produktschicht, wobei
das Trennmittel ein anorganisches Trennmittel ist, wel­ ches sich im Vakuum ohne Dissoziation verdampfen läßt,
die Produktschichten Metalle, Oxide, Fluoride oder Kar­ bide aufweisen, und
der Träger (5) Metall, Glas, Email, Keramik oder ein organisches Material aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wo­ bei der Träger (5) einen offenen oder geschlossenen rota­ tionssymmetrischen starren Körper aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wo­ bei der Träger (5) mehrere offene oder geschlossene rota­ tionssymmetrische starre Körper aufweist, die um eine ge­ meinsame Achse oder um mehrere Achsen rotieren.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Träger (5) mehrere parallele Scheiben aufweist, von denen zumindest eine von der Beschichtungseinrichtung beidseitig beschicht­ bar ist.