DE1771793B1

DE1771793B1 - Verfahren zur Herstellung von gegen Temperaturschwankungen bestaendigen,abriebfesten,transparenten oxidischen Schutzschichten auf thermoplastischen Kunststoffen durch Vakuumaufdampfen

Info

Publication number: DE1771793B1
Application number: DE19681771793
Authority: DE
Inventors: Dr Gerhard Kienel
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1968-07-11
Filing date: 1968-07-11
Publication date: 1971-01-21
Also published as: FR2016794B1; GB1206908A; US3645779A; FR2016794A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegen Temperaturschwankungen beständigen, abriebfesten, transparenten oxidischen Schutzschichten auf thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere für optische Gegenstände, durch Vakuumaufdampfung von mindestens zwei Komponenten.

In der optischen Industrie werden Kunststoffe für Brillengläser, Linsen u. dgl. in großem Umfang verwendet. Derartige Teile lassen sich blasenfrei und billig in einem Gieß- oder Spritzgußverfahren herstellen. Dabei sind auch komplizierte Oberflächengestaltungen ohne kostspielige Schleifvorgänge unmittelbar erzielbar.

Die verwendeten Kunststoffe besitzen allerdings gegenüber Glas im allgemeinen eine wesentlich geringere Härte. Besonders die im Spritzgußverfahren hergestellten Formteile aus thermoplastischen Kunststoffen weisen eine derart geringe Härte auf, daß zur Erhöhung der Abriebfestigkeit anschließend eine harte, transparente und die Reflexion nicht erhöhende Schutzschicht aufgebracht werden muß.

Da die Kunststoffe gegenüber den Aufdampfschutzschichten einen erheblich unterschiedlichen dehnungskoeffizienten aufweisen, besteht die Aufgabe, eine anorganische Schutzschicht von erheblicher Dicke (etwa zwischen 2 bis 10 μ) auf einen Kunststoffträger aufzubringen, ohne daß diese Schutzschicht bei den bestimmungsgemäß vorzusehenden Temperaturänderungen vorzugsweise unterhalb 100° C reißt oder in sonstiger Weise, beispielsweise durch feine Risse, die teilweise visuell sichtbar sind, in ihren Schichteigenschaften verschlechtert wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist es nach der deutschen Patentschrift 1204 048 bereits bekannt, eine solche Schutzschicht dadurch herzustellen, daß zuerst eine Haftschicht aus Al₂O₃ in einer Schichtdicke von 0,01 bis 0,1 Mikron und sodann eine Schutzschicht aus SiO₂ in einer Schichtdicke von 0,5 bis 5 Mikron mittels Elektronenbeschuß aufgedampft wird, wobei die Elektronen in einem von dem Bedampfungsraum nur durch eine kleine Öffnung in Verbindung stehenden Raum erzeugt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Herstellung einer derartigen Schutzschicht in der Praxis auf Schwierigkeiten stößt, und die Erfindung erstrebt daher eine einfächere Lösung des gleichen Problems mit besserem Ergebnis.

Das Kennzeichnende der Erfindung wird darin gesehen, daß der Kunststoffträger mit einem Glas bedampft wird, welches mindestens die Bestandteile B₂O₃ und SiO₂ enthält und bei seiner Herstellung aus Korngrößen der Ausgangsbestandteile kleiner als 50 μ im Vakuum erschmolzen ist, und daß die Anpassung des Ausdehnungskoeffizienten der Schutzschicht an den Ausdehnungskoeffizienten des Kunststoffträgers durch Änderung des Anteils der B₂O₃-Komponente erfolgt, wobei höherer Temperaturbeständigkeit ein höherer B₂O₃-Anteil entspricht, und daß eine etwa vorhandene Na₂0-Komponente unterhalb 5 Gewichtsprozent gehalten wird. Es erscheint dabei zweckmäßig, die Aufdampfung unter einem Hochvakuum kleiner als 5 · 10~⁴ Torr durchzuführen. Außerdem kann es zusätzlich vorteilhaft sein, wenn die Auftreffrichtung des Dampfstrahles auf die Oberfläche des Kunststoffträgers wenigstens annähernd 90° oder falls möglich genau 90° beträgt. Bei gewölbten Gegenständen ist dabei eine entsprechend angepaßte mittlere Aufdampfrichtung festzulegen, oder es sind mehrere Verdampferquellen anzuordnen.

Bedampft man eine Kunststofflinse aus Polykarbonat mit reinem SiO.,, so ergeben sich wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von 6 bis 7 · 10-5C-¹ für Polykarbonat und 5 · lO^C"¹ für SiO₂ bereits bei Temperaturschwankungen von nur 10° C feinste Haarrisse in der Schutzschicht, welche bei optischen Gegenständen störend wirken können. Wird dagegen Polykarbonat gemäß der Erfindung mit einem Zweikomponentenglas bedampft, welches 30 Gewichtsprozent B₂O₃ und 70 Gewichtsprozent SiO₂ bei verschwindender Na₂0-Komponente enthält, so ist die nach der Vorschrift der Erfindung erzeugte Schutzschicht bis 80° C einwandfrei temperaturbeständig. Diese Wirkung wird bei einem Temperaturkoeffizienten von 5· 10"⁰C"¹ erreicht, welcher dem Temperaturkoeffizienten des Kunststoffträgers besser entspricht als das angegebene SiO₂.

Eine höhere Temperaturbeständigkeit erfordert einen höheren B₂O₃-Anteil. Allerdings läßt sich dieser Anteil nicht beliebig steigern, weil dadurch schließlich andere störende Eigenschaften in den Vordergrund treten. Es gelingt jedoch mit einem B₂O₃-Anteil unter 50%, einwandfreie Schutzschichten für die gebräuchlichen Kunststoffträger mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten herzustellen, die bis zu Temperaturen von annähernd 100° C, d. h. erheblich außerhalb des normalen Gebrauchsbereichs optischer Geräte, völlig beständig sind. Dabei ist es überraschend, daß neben der Zusammensetzung des Mehrkomponentenglases auch die Korngröße des zur Verdampfung eingesetzten, gemahlenen Glases, der Na₂O-Anteil und auch die Auftreffrichtung des Dampfes für die Güte der erzeugten Schutzschicht von erheblicher Bedeutung sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gegen Temperaturschwankungen beständigen, abriebfesten, transparenten oxidischen Schutzschichten auf thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere für optische Gegenstände, durch Vakuumaufdampfung von mindestens zwei Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffträger mit einem Glas bedampft wird, welches mindestens die Bestandteile B₂O₃ und SiO₂ enthält und bei seiner Herstellung aus Korngrößen der Ausgangsbestandteile kleiner als 50 μ im Vakuum erschmolzen ist, und daß die Anpassung des Ausdehnungskoeffizienten der Schutzschicht an den Ausdehnungskoeffizienten des Kunststoffträgers durch Änderung des Anteils der B₂O₃-Komponente erfolgt, wobei höherer Temperaturbeständigkeit ein höherer B₂O₃-Anteil entspricht, und daß eine etwa vorhandene Na₂0-Komponente unterhalb 5 Gewichtsprozent gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufdampfung unter einem Hochvakuum kleiner als 5 · 10 ~* Torr vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auftreffrichtung des Dampfstrahles auf die Oberfläche des Kunststoffträgers von wenigstens annähernd 90° gewählt wird.