CZ39593A3 - Process of heat steaming in two planes, and apparatus for making the same - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká vakuového pokovování plastových a podobných dielektrických materiálů, kde se nanáší korozivzdorný kov vakuově na předmět tepelným napařováním.

Dosavadní stav techniky

Vakuové pokovováni plastických a podobných dielektrických látek se už po určitou dobu provádí. V automobilním průmyslu se používá ozdobných pokovovaných součásti, jež mohou nahražovat běžné pochromované kovové díly. Vytváření kovového povlaku vakuovým pokovováním probíhá v několika stádiích: nukleace kovu a růst zárodků, shlukováni v tavenině na elektricky oddělené ostrůvky, vytvářeni kanálků s počáteční vodivosti povlaku a konečně vytvářeni plně souvislého povlaku.

Jeden způsob vakuového pokovováni dielektrických látek indiem a jeho slitinami popisuje americký patentový spis číslo 4,431,711 ze 14. února 1984 (Eisfelder). Patentový spis se týká součásti vyrobené z organické dielektrické látky s hladkým povrchem, jako je výlisek z plastu. Na hladký povrch je nanesen makroskopicky souvisle vyhlížející velmi tenký povlak india a jeho slitin. Kov je přítomen v podobě malých zrcadlovitých, elektricky oddělených okrouhlých ostrůvků. Na kovový povlak je nanesena vrchní vrstva dielektrické pryskyřice, jež kovové částice obklopuje a chrání a pevně je poutá k podkladu. Výrobek je obzvlášť užitečný v automobilních aplikacích, jako jsou vnější ozdobné díly automobilů a nahražuje těžši a nákladnější obvyklé pochromované kovové díly.

V průběhu vakuového pokovováni je ve vakuové komoře uzavřena dielektrické látka, jež má být pokovena, spolu s napařovacími lodičkami, na nichž ie uložen kovový materiál,jenž se vypařuje a na látku so napaří. Vzhledem k jedinečným provozním vlastnostem vakuového pokovování bylo zjištěno, že upravené napařovací lodičky,

t.j. majíci stojnou rychlost vypařování nebo rychlost ohřevu, zajišťuji lepší jakost součástí a lepší schopnost první operace, ento způsopb popisuje americký patentový spis Čislo (přihláška vynálezu čislo 737,686, podaná 30.července 1991 stejného autora).

Obecně je několik napařovacích lodiček upevněno na vodorovné připojnici a v průběhu tepelného napařováni kovového materiálu paralelně nebo sériově spojeno se zdrojem proudu. Napařovací lodičky jsou spojeny ve vodorovné poloze pod rotujícím karuselem nesoucím pokovované předměty. Karusel má několik nosných tyči nesoucích pokovovaný předmět, jež se mohou otáčet nezávisle na rotaci karuselu. Karusel se v průběhu napařováni otáčí k získání rovnoměrného přilnutí kovu na každý předmět na něm upevněný. U tohoto systému je problém, že indium se obecně napařuje pouze ve svislém směru hlavně na vodorovné povrchy předmětu. Každá zakřivené, nebo svisle orientovaná plocha předmětu obecně nezíská povlak india, nebo alespoň rovnoměrný povlak v porovnáni se zbývajíc! části předmětu.

Podstata vynálezu

Způsob tepelného napařováni ve dvou rovinách předmětu s vodorovným a svislým povrchem spočívá podle vynálezu v tom, že se předmět otáčí ve vakuové komoře kolem vodorovné osy, přičemž zůstává zachována orientace vodorovných a svislých povrchů předmětu vůči vodorovné ose, vakuově se pokovuje vodorovný povrch předmětu usměrněním tepelně vypařovaného kovu do svislého směru a vakuově se pokovovuje svislý povrch předmětu usměrněním tepelně vypařovaného kovu do vodorovného směru.

Zařízeni k prováděni způsobu podle vynálezu sestává z vakuové komory, ve které je umístěn rotor, jehož vodorovná osa otočně nese pokovovaný předmět, pod rotorem je vodorovně upevněn první napařovací prostředek k tepelnému napařováni kovu svisle k vodorovnému povrchu předmětu a svisle k rotoru uvnitř vakuové komory je připevněn druhý napařovací prostředek k tepelnému napařováni kovu vodorovně ke svislému povrchu předmětu.

Podstatou vynálezu je pokovovací zařízení a způsob vakuového pokovování předmětu majícího vodorovné i svislé povrchy. Zařízení sestává z otočných součástí s vodorovnou, jimi procházející osou, jež jsou upraveny k neseni pokovovaného předmětu při rotaci kolem vodorovné osy. Sestava zahrnuje také první napařovací zařízeni spojené vodorovně pod otočnými součástmi k uchovávání a vypařováni kovových částic svisle směrem k vodorovnému povrchu předmětu. Sestava se vyznačuje druhým napařovacím zařízením, nebo přípojnici umístěnou ve svislé poloze k uchovávání a vypařování kovových částic rovnoběžně s vodorovnou osou směrem ke svislému povrchu předmětu.

Přednosti vynálezu blíže objasňují popis a připojené výkresy: na obr. 1 je perspektivní pohled na zařízeni podle vynálezu, na obr. 2 je řez 2-2 z obr. č.l, na obr. 3 je řez 3-3 z obr. č. 2.

Na obr. 1 a 2 je znázorněno pokovovací zařízení 10 k vakuovému pokovováni předmětu 12. Pokovovaný předmět, nebo látka 12 je takového typu, že má vodorovný povrch 14 a svislý povrch 16. Vylisovaným předmětem může být vnější ozdobná část automobilu, jako je nárazník vozidla, který má obvykle L-profil. Je ovšem zřejmé, Že vakuově pokovovány mohou být i jiné typy vylisovaných předmětů a materiálů a že spadají do rozsahu vynálezu. Předmět 12 tvoři organický dielektrický podklad nebo látka s hladkým povrchem jako je výlisek z plastické hmoty. Metalizovaný předmět 12 nebo výrobek je obzvlášť užitečný v automobilních aplikacích, jako jsou vnější ozdobné dily automobilů a nahražuje těžší a nákladnější obvyklé pochromované kovové dily. Látkou může být typ látky jako podle shora uvedeného amerického patentového spisu číslo 4,431,711

K vakuovému pokoveni může být použito jakéhokoli vhodného dielektrického, např. izolačního materiálu, jako je suché dřevo, sklo nebo plastická hmota. Na ozdobné součásti automobilů se používá litých nebo lisovaných plastických hmot, s výhodou elastomérů, které jsou tuhé a odolné vůči otěru při určité ohebnosti, jako je např. termolastický polyuretan pro vstřikování. Jiné vhodné materiály jsou uvedeny ve shora jmenovaném americkém patentovém spise číslo 4,431,711.

Zařízení 10 se používá k nanášení nebo k vytvářeni tenké vakuově pokovené vrstvy india do elektricky oddělených ostrůvků, přičemž kovový povlak je odolný vůči korozi, je-li přiměřeně povlečen, ačkoli indium je kov, který je speciálně náchylný ke korozi. Po nanesení je povlak india vodivý, jelikož kovové zárodky uložené zpočátku z páry se nechají narůst do roztavené fáze pouze v oddělených ostrůvcích, jejichž částice jsou navzájem elektricky izolovány. Povlak se udržuje dosti tenký a naneseno je nedostatečné množství kovu, jež by mohlo vést ke koalescenci kovových částic a vytvořeni elektricky vodivého filmu. Obecně má vrstva india jmenovitou tlouštku méně než 100 nm, s výhodou 60 nm. Pojmem jmenovitá tloušťka je zde míněna tloušťka, zjištěná z hmotnosti naneseného kovu na jednotku plochy v podobě souvislého filmu.

Kovový povlak musí být dostatečně tlustý k tomu, aby odrážel světlo, aby předmět .12 vypadal jako kovová součást, jak je tomu a

ve shora uvedeném patentovém spise. Jak uvedeno, nanáší se na kovové indium pryskyřičný povlak ke zlepšeni odolnosti proti mechanickému opotřebeni. Vhodné jsou čiré, vlhkosti odolávající povlaky, například akrylové nebo uretanové, nanesené v podobě latexu nebo výhodněji v podobě roztoku.

Naneseni povlaku india lze provést různými způsoby. Vynález se týká vakuového nanášeni tepelným napařovánim india, prováděným ve vakuu 666,5 KPa nebo méně. Zařízení k takovému vakuovému napařování, jak je znázorněno a uvedeno ve shora uvedeném patentovém spisu, může být typu používaného střediskem Davidson Technology Center jako jednotka Davidson Textron Inc., což je obvyklý 48-palcový (1219 mm) metalizátor vyráběný firmou K.H. Frederick Co.

Zařízeni 10 podle vynálezu používá metalizátoru podle dosavadního stavu techniky, ale upraveného jak bude dále uvedeno. Vnález umožňuje pokovování všech svislých povrchů 16 a vodorovných oivrchů 14. Zařízeni 10 sestává ze skříně 18 tvořící vakuovou komoru 20 s dvířky 22, zavěšenými v pantech 23, umožňujícími přistup do vakuové komory 20 a utěsňujícími v zavřeném stavu spoj 25 mezi dvířky 22 válcovitého pláště 13a. Uvnitř vakuové komory 20 je rotor 24 s vodorovnou jim procházející osou A, upravený k nesení pokovovaného předmětu 12.

Rotor 24 sestává obecně z otočného karuselu 26, jehož středem prochází osa A. Rotor 24 má pár kruhových koncových nosičů. 27 s řadou nosných tyči 28 nebo cívek umístěných mezi koncovými nosiči 27 po jejich obvodu a rovnoběžně s osou A. Nosné tyče 28 nebo cívky jsou otočně uloženy na koncových nosičích 27 například v ložiskách 29. K nosným tyčím 28 je napevno připojena řada závěsů 30 nesoucích předmět 12. Závěsy 30, používané k upevnění předmětů k nosným tyčím 28 mohou mít svorky nebo spony, běžně známé ze stavu techniky. Předmět 12 je upevněn na nosné tyči 28 tak, aby vodorovné a svislé povrchy předmětu 12 zůstaly odpovídajícím způsobem ve vodorovné a svislé poloze vůči ose. Pohon 31 je připojen k otočnému karuselu 26 a případně k nosným tyčím 28 k otáčeni karuselem 26 v průběhu napařováni. Karusel 26 se otáčí a způsobuje příslušné otáčení nosných tyčí 28. U některých aplikací je také žádoucí, aby se nosné tyče 28 otáčely nezávisle spolu s o táčením karuselu 26.

Sestava zahrnuje první napařovací prostředky 32 upevněné ve vodorovné poloze pod karuselem 26 k přechovávání a vypařováni kovových částic svisle směrem k předmětu 12 v podstatě k jeho vodorovným povrchům 14. První napařovací prostředky 32 sestávají z připojnice 34 probíhající pod karuselem 26 rovnoběžně s vodorovnou osou k aplikaci a přenosu napětí. Obecně sestává připojnice 34 ze dvou rovnoběžných členů, mezi nimiž jsou příčníky 36. Na připojnici 34 je upevněna řada podlouhlých miskovitých kovových lodiček 38 kolmo k příčníkům 36. Lodičky 38 obsahují napařovací kov, například indium. Lodičky 38 jsou obecně z wolframového materiálu a mohou být takového typu jako ve shora uvedeného patentového spisu čislo (přihláška vynálezu číslo 737,686).

Napětí je do připojnice 34 přiváděno například z transformátoru 37 po předem stanovenou dobu, což způsobuje vypařování kovových částic a jejich okamžité usazování na předmětu 12 ve vakuové komoře 20 v periodách, kdy je komora evakuována systémem vývěv 20a Tento základní, shora popsaný systém, je všeobecně znám ze stavu techniky a je shora uvedeného typu.

Následující popis se týká modifikace a nové úpravy. Zařízení se vyznačuje zařazením druhých napařovacích prostředků 40 umístěných ve svislé poloze k uchovávání a vypařováni kovových částic rovnoběžně s vodorovnou osou směrem k předmětu 12 a k jeho svislému povrchu 16. Druhé napařovací prostředky 40 sestávají také z přípojnice se dvěma rovnoběžnými rameny 44, vyčnívajícími svisle směrem ke středové ose A karuselu 26. Vodivý středový příčník 46 propojuje rovnoběžná ramena 44. Středový příčník 44 je spojen s válcovitou napařovací lodičkou 48, jež obsahuje napařovaný kov, jako indium. Válcovitá lodička 48 má obecně tvar tubusu s jedním otevřeným koncem 49, jenž směřuje ke konci karuselu 26 a směrem ke svislému povrchu 16 předmětu 1_2- Lodička 18 je vodivě spojena s přípojnicí 44. Válcovitá lodička 48 je u otevřeného konce 49 mírně nakloněná směrem vzhůru např. o 5°, aby bylo zajištěno, Se pokovovací indium nebude vytékat před operaci vakuového pokovováni. V závislosti na předem zvoleném napětí přivedeném na připojnioi 44 se kov v lodičce 48 vypařuje a vodorovně se dostává na svislé povrchy 16 předmětu 12, když je vakuová komora 20 evakuována. ,, . Jak v prvním napařovacím prostředku 32, tak v druhém napařovacím prostředku 40 lze použit jakýkoli počet lodiček 38,48.

V prvním napařovacím prostředku 32 je několik lodiček 38 uspořádáno vodorovně pod karuselem 26 sériově nebo sério-paralelně tak, že nepřesahují délku nosných tyčí 28. Pokud jde o druhý napařovací prostředek 40, závisí počet válcovitých lodiček 48 obecně na délce svislého povrchu 16 předmětu 12 a může kolísat od jedné do šesti lodiček.

Vynález se také týká způsobu vakuového pokovováni předmětu 12, majícího vodorovný povrch 14 a svislý povrch 16. Jednotlivými kroky způsobu pokovování jsou: otáčení předmětem 12 kolem vodorovné osy, vakuové pokovování ve vodorovném směru ke svislému povrchu 16 a vakuové pokovováni ve svislém směru k vodorovnému povrchu 14 k nanesení kovu na tyto povrchy. Pak se nanáší na pokovený předmět 12 kryci povlak k dodatečné ochraně proti korozi.

Vynález blíže objasňuje, nijak však neomezuje následující příklad praktického provedení.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Nárazník zhotovený vstřikováním z termoplastického uretanu má tvar L-profilu. Na nárazník je nanesena základní vrstva uretanového smaltu. Po vychladnutí je nárazník vakuově pokoven v uvedeném metalizátoru. Čerpadlový systém zařízení 10 sestává z čerpadla k mechanickému zdrsněni, z difuzního Čerpadla silikonového oleje a studeného lapače tekutého dusíku k minimalizaci vodní páry a odplynění vakuové komory 20. Z osmi wolframových lodiček 38, tlustých 0,127 mm a připojených sériově ke 20 V střídavého proudu z regulačního transformátoru, se vypařuje 1,0 g vysoce čistého in dia. Paralelně jsou k 5 V střídavého proudu z regulačního transformátoru připojeny čtyři válcovité wolframové lodičky 48 jež obsahuji 0,3 g. Vodorovně a rovnoběžně s karuselem 28 nebo s vodorovnou osou A je umístěno osm lodiček 38. Z vhodného nízkonapěťového zdroje se přivádí proud 225 A o napětí 2,1 V do vodorovné připojnice po dobu dvou minut. Použije se 4 válcovitých lodiček 48, umístěných po dvou na koncích nosných tyči 28. Aplikuje se proud 63 A o napětí 2,8 V po dobu dvou minut. Nárazníkem 12 se otáči 20 otáčkami za minutu, přičemž vzdálenost od zdroje k povrchu se mění od 216 do 368 mm. To vytváří na povrchu vrstvu kovu, tlustou 35,0 nm. Nakonec se nanese vrchní krycí vrstva, jak popsáno ve shora uváděném patentovém spisu.

Vynález byl popsán ilustrativním způsobem a má se zato, že použité názvosloví je v povaze vyjádřeni popisu a nijak ho neomezuje .

Jsou zřejmě možné různé modifikace a varianty předloženého vynálezu, spadající do jeho rozsahu. Je proto možno postupovat i jinak, než je popsáno na příkladu zvlášť výhodného provedeni.

Průmyslová využitelnost

Při tepelném napařování ve dvou rovinách předmětu s vodorovným a svislým povrchem se předmět otáčí ve vakuové komoře kolem vodorovné osy a zůstává zachována orientace vodorovných a svislých povrchů předmětu vůči vodorovné ose, vakuově se pokovuje vodorovný povrch usměrněním tepelně vypařovaného kovu do svislého směru a vakuově se pokovovuje svislý povrch usměrněním tepelně vypařovaného kovu do vodorovného směru na zařízeni, sestávjioím z vakuové komory (20), ve které je umístěn rotor, jehož vodorovná osa otočně nese pokovovaný předmět, pod rotorem je vodorovně upev něn první napařovací prostředek k tepelnému napařování kovu svisle k vodorovnému povrchu předmětu a svisle k rotoru uvnitř vakuové komory je připevněn druhý napařovací prostředek k tepelnému napařování kovu vodorovně ke svislému povrchu předmětu.

Claims (5)

1. NÁROKY

   PATENTOVÉ

   1. Způsob tepelného napařování ve dvou rovinách předmětu s vodorovným a svislým povrchem vyznačující se tím, že se předmět otáčí ve vakuové komoře kolem vodorovné osy, přičemž zůstává zachována orientace vodorovných a svislých povrchů předmětu vůči vodorovné ose, vakuově se pokovuje vodorovný povrch předmětu usměrněním tepelně vypařovaného kovu do svislého směru a vakuově se pokovovuje svislý povrch předmětu usměrněním tepelně vypařovaného kovu do vodorovného směru.
2. 2. Zařízeni k prováděni způsobu podle nároku 1, vyznačující se tim, že sestává z vakuové komory (20), ve které je umístěn rotor (24), jehož vodorovná osa otočně nese pokovovaný předmět (12), pod rotorem (24) je vodorovně upevněn první napařovací prostředek (32) k tepelnému napařování kovu svisle k vodorovnému povrchu (14) předmětu (12) a svisle k rotoru (24) uvnitř vakuové komory (20) je připevněn druhý napařovací prostředek (40) k tepelnému napařování kovu vodorovně ke svislému povrchu (16) předmětu (12).
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tim, že rotor (24) tvoři otočný karusel (26) mající po obvodě řadu nosných tyčí (28), rovnoběžných s vodorovnou osou a řadu závěsů (30), otočně připojených k nosným tyčím (28) nesoucích otočně předmět (12), přičemž je uchováván vodorovný povrch (14) a svislý povrch (16) předmětu (12) ve vodorovné a svislé poloze vůči ose.
4. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se' tím, že druhý napařovací prostředek (40) sestává z přípojnice (44) k přívodu napětí, vyčnívající svisle z jednoho konce otočného karuselu (26) napříč vůči vodorovné ose a z válcovité lodičky (48) obsahující kov a připevněné k přípojnici (44) k napařování kovu ve vodorovném směru ke svislému povrchu (16) předmětu (12) v závislosti na napětí přivedeném na přípojnici (44).
5. 5. Zařízení podie nároku 4, vyznačující se tím, že první napařovací prostředek (32) sestává z přípojnice (34) k přívodu napětí, probíhající podélně pod vodorovnou osou a rovnoběžně s ní a z řady lodiček (38) obsahujících kov a připevněných napříč přípojnice (34) k napařování kovu v závislosti na dodávaném kovu.