DE3039411C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten des Oberflächenbereichs eines elastischen Körpers mit einer zu­ sammenhängenden Schicht aus Metall oder Metalloxid mittels eines Vakuumbe­ schichtungsverfahrens. Anwendung findet die Erfindung unter anderem auf die Beschichtung gummielastischer Formkörper, z. B. aus Silikon-Kaut­ schuk, die als Prothesen in organisches Gewebe eingepflanzt werden sollen. Dabei wird auf den Formkörper zuvor eine Schicht z. B. aus Titan aufgebracht, welche die Gewebeverträglichkeit des Implantats erhöht. Eine andere Anwendung betrifft Kontaktlinsen, bei denen durch einen geeigneten absorptionsfreien Überzug, z. B. aus Titanoxyd, eine hydrophile Oberfläche geschaffen werden soll, um die Reizwirkung zu verringern, die von unbeschichteten Kontaktlinsen sonst häufig aus­ geübt wird.

Ein Problem, das bei der Beschichtung elastisch verformbarer Körper stets auftritt, betrifft die Haftfestigkeit der aufgebrachten Schich­ ten. Diese neigen nämlich dazu, bei der späteren Verformung des Kör­ pers zu reißen bzw. infolge der Relativbewegung zwischen Implantat und umgebendem Gewebe abgerieben zu werden. Insbesondere besteht die Gefahr des Abreibens bei weichen implantierten Prothesen, die einer häufigen Verformung unterworfen werden.

Um die Haftfestigkeit und Abriebfestigkeit von im Vakuum aufgebrachten Schichten zu verbessern, wurden schon verschiedene Maßnahmen ergriffen; z. B. ist es bekannt, daß auf manchen Kunststoffunterlagen durch Katho­ denzerstäubung aufgebrachte Schichten besser haften als durch gewöhnli­ ches Aufdampfen aufgebrachte. Auch die neueren Verfahren des ionenunter­ stützten Aufdampfens können angewendet werden, um eine erhöhte Haftfestig­ keit zu erzielen. Ferner kann eine Haftschicht nützlich sein, die zwischen der Unterlage und der die Gewebeverträglichkeit gewährleistenden Schicht angebracht wird, z. B. eine Kupferschicht als Haftschicht zwischen einer Unterlage aus Silikon-Kautschuk und einer metallischen Titanschicht als gewebeverträglicher Schicht.

Jedoch genügen alle diese bekannten Maßnahmen nicht, wenn die elasti­ schen Körper beim Gebrauch stärkerer und häufiger Beanspruchung durch Verformung unterliegen, wie dies z. B. eben bei Implantaten infolge Körperbewegungen oft der Fall ist.

Aus der US-PS 36 63 288 ist ein Beschichtungsverfahren be­ kannt, bei dem ein elastomerer Körper mit einer Schicht einer organischen Verbindung, nämlich Polyacrylsäure oder Polymethacrylsäure, durch Abscheiden aus einer flüssigen Lösung der Verbindung beschichtet wird. Dabei wird durch Dehnen des in eine Beschichtungslösung einzutauchenden elastomeren Gegenstandes erreicht, daß die aus der Lö­ sung abgeschiedene, den Überzug bildende Polyacrylsäure oder Polymethacrylsäure nicht nur an der Oberfläche des Körpers abgeschieden wird, sondern auch in die Tiefe des elastomeren Körpers eindringt und gegebenenfalls sogar dessen gesamte Masse durchsetzt. Der bei dem bekannten Verfahren erzielte Effekt beruht somit auf einer Veranke­ rung der chemisch aufgebrachten Überzugsschicht in tiefe­ ren Bereichen des elastomeren Körpers, wobei die chemi­ sche Affinität des organischen Überzugsmaterials zu dem ebenfalls organischen Material des elastomeren Körpers die Haftung des Überzugsmaterials beeinflußt, was beim Aufbringen von anorganischen Überzugsmaterialien auf orga­ nische Träger nicht erfolgt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschichten eines Oberflächenbereichs eines elastischen Körpers mit einer zusammenhängenden Schicht aus Metall oder Metalloxid mittels eines Vakuumbeschichtungs­ verfahrens anzugeben, bei dem die Schicht auch bei starken Verformungen während des späteren Gebrauchs weitgehend frei von Rissen bleibt.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß derart aufgebrachte Schich­ ten frei von Rissen bleiben, auch wenn Schichten aus demselben Material, die auf gleiche Weise lediglich ohne Dehnung des elastischen Körpers während des Aufbringens hergestellt wurden, auf gummielastischen Unterla­ gen bei Dehnungsbeanspruchung rissig werden und sich dann leicht ablö­ sen. Man kann vermuten, daß infolge der durch die Risse entstandenen Kerben die Haftung der Schicht für reibende Beanspruchung stark herabge­ setzt wird. Betrachtet man die Oberfläche eines nach der Erfindung be­ schichteten elastischen Körpers unter dem Mikroskop, erscheint diese als eine Art Schrumpfhaut, d. h. sie besitzt zahllose Falten, ähnlich einem zusammengeschobenen Tuch. Diese Schrumpfhaut ist aber kerbenfrei und gut zusammenhängend, obwohl der elastische Körper an seiner Oberfläche durch die Schrumpfhautbildung starken lokalen Spannungen unterworfen ist. (Diese Spannungen werden jedoch bei dehnender Beanspruchung infolge Ver­ formung eher abgebaut als erhöht.)

Was den Grad der während der Aufbringung der Schicht anzuwendenden Deh­ nung angeht, ist zu berücksichtigen, in welchem Maße der elastische Körper durch die Verformung beim späteren Gebrauch einer Dehnung unter­ liegt. Die Dehnung während der Beschichtung sollte mindestens gleich groß, zweckmäßigerweise aber etwas größer gewählt werden, um Rißbildung durch Überdehnung der Schicht beim späteren Gebrauch mit Sicherheit zu vermeiden. Bei gummielastischen Körpern, deren Beschichtung die Erfindung vor allem im Auge hat, ist im allgemeinen eine Dehnung während der Auf­ bringung der Schicht von 10% oder mehr zu empfehlen, dies wenigstens in einer Richtung. Bei bandförmigen oder fadenförmigen Körpern beispiels­ weise dürfte eine Dehnung allein in Längsrichtung aufgrund der Art der späteren Beanspruchung durch Verformung meistens genügen. Vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung besonders in jenen Fällen, in denen die aufzubringenden Schichten selbst nicht genügend duktil sind und des­ halb schon bei geringer Überdehnung reißen. Andererseits ist auch darauf zu achten, daß eine zu starke Dehnung der zu beschichtenden Flä­ che während der Beschichtung vermieden wird, z. B. bei optischen Elementen, deren Funktion durch die entstehende unter Umständen zu starke Schrumpf­ haut beeinträchtigt werden könnte (z. B. infolge Streulicht). Grenzt die betreffende Fläche jedoch an ein Medium an, dessen Brechwert von demje­ nigen der Schicht nicht allzusehr abweicht - bei Kontaktlinsen kann dies zutreffen - macht sich die Schrumpfhaut nicht störend bemerkbar.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher beschrieben. Die

Fig. 1 zeigt eine Anordnung, mit welcher die Beschichtung eines blasenförmigen elasti­ schen Hohlkörpers in einer Kathodenzerstäubungsanlage unter Vakuum vor­ genommen werden kann.

Die Blase 1 befindet sich in einem Vakuumrezipienten 2, der mittels eines Pumpstutzens 3 mit einer Vakuumpumpe verbindbar ist. Als Quelle für das Schichtmaterial ist ein schematisch angedeutetes planares Magnetron 4 vorgesehen, dessen Kathode durch Ionenbeschuß zerstäubt wird. Die zu be­ schichtende Blase 1 hängt in aufgeblähtem Zustand an einem Röhrchen 5, welches vakuumdicht und drehbar durch die Rezipientenwand hindurchgeführt ist und während der Beschichtung gedreht werden kann, um einen allseitig gleichmäßigen Niederschlag auf dem Substrat zu erzielen.

Die Blase 1 kann mit einem passenden Medium - bevorzugt mit dem Arbeitsgas des Magnetrons - gefüllt und gedehnt werden. Es ist zweckmä­ ßig, sie während des Auspumpens über den Dreiweghahn 6 mit dem Rezipien­ ten zu verbinden, so daß sie sicher nie übermäßigen Druckdifferenzen aus­ gesetzt wird. Nach Erreichen des für den Beschichtungsvorgang erforderli­ chen Vakuums wird der Dreiweghahn so gedreht, daß die Blase 1 über das Dosierventil 7 mit einer Gasflasche 8 verbunden wird; in dieser Stellung läßt man soviel Gas einströmen, daß der gewünschte Dehnungszustand er­ reicht wird. Anschließend wird der Hahn 6 für alle Wege geschlossen und die Beschichtung des drehenden Substrates durchgeführt. Nach Erreichen der gewünschten Schichtdicke z. B. 0,1 µm wird das Magnetron abgestellt und die Blase 1 mittels des Hahns 6 wieder mit den Rezipienten verbunden, während dieser belüftet wird, um den fertig beschichteten Körper zu entnehmen.

Bei der Füllung elastischer Hohlkörper mit einer Flüssigkeit ist eine sehr wirksame Kühlung während der Beschichtung möglich. Die Flüssigkeit sollte aber einen gegenüber dem gewünschten Druck während der Beschich­ tung vernachlässigbaren Dampfdruck haben. Bei Füllung mit einer Flüssig­ keit sollten Gasblasen (wenn es auf gleichmäßige Kühlung der zu beschich­ tenden Flächen ankommt) vermieden werden. Auch für das Füllen mit Flüs­ sigkeiten ist es - wie oben für das Füllen mit einem Gas beschrieben - am einfachsten, den Hohlkörper vorher zu evakuieren und nachfolgend die Flüssigkeit einströmen zu lassen.

Ein gut geeignetes Verfahren für die Aufbringung der Schicht ist in der CH-PS 6 31 743 beschrieben. Auch die schon seit lan­ gem bekannten gewöhnlichen Beschichtungsverfahren, wie das Vakuumaufdamp­ fen aus einem widerstandsbeheizten Verdampfungstiegel, die klassische Kathodenzerstäubung, Niederschlagung von Schichten aus der Gasphase und andere mehr sind brauchbar. Bei der Aufbringung können die bekannten unter­ stützenden Maßnahmen zur Erzielung einer guten Haftfestigkeit zusätzlich angewendet werden, z. B. eine gute vorherige Reinigung der Substratflächen, vorausgehende Entgasung durch Erhitzung oder Elektronenbeschuß, Wegstäu­ bung der obersten Schicht des Substrats durch kathodische Ätzung, Anwen­ dung einer elektrischen Vorspannung (vorausgesetzt, daß die Substrate eine genügende elektrische Leitfähigkeit aufweisen.).

Wenn ein elastischer Körper nicht hohl ist, kann das Verfahren nach der Erfindung trotzdem angewendet werden, sofern eine Dehnung der zu beschich­ tenden Fläche während der Aufbringung der Schicht auf irgendeine Weise mög­ lich ist. Zum Beispiel können elastische Folien vor der Beschichtung zu Hohlkörpern (Beuteln) verschweißt und als solche beschichtet werden und nachher - wenn gewünscht - wieder zerschnitten werden. Formteile aus elastischen Werkstoffen können zusammen mit Hilfskörpern vorübergehend für die Beschichtung Hohlkör­ per bilden. Oft kann ohne Bildung eines Hohlkörpers durch eine passende Halte­ vorrichtung eine Dehnung der Oberfläche erreicht werden. Ebene Platten z. B. können durch eine Einspannvorrichtung einer Biegung unterworfen werden, wo­ bei die konvexe Seite gedehnt wird. Fadenförmige oder bandförmige elastische Substrate können unter Streckung in Längsrichtung an der Bedampfungsquelle vorbeigeführt werden.

Wie eine Dehnung der zu beschichtenden Fläche bei Kontaktlinsen mit Hilfe einer besonderen Haltevorrichtung erreicht werden kann, zeigt die Fig. 2. Der Linsenkörper 11, der auf seiner konkaven Seite mit einem hydrophilen Überzug versehen werden soll, wird in einen Haltering 12 mit Schulter 13 eingelegt und gegen diese von der konvexen Seite her durch die Platte 14 angepreßt; die konkave Fläche erleidet dabei eine Dehnung. Der Grad der Anpressung und damit der Dehnung kann z. B. mittels eines Gewinderings 15 der Platte 14, welcher mit der ebenfalls mit Gewinde versehenen Außensei­ te des Halterings 12 zusammenarbeitet, eingestellt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Beschichten eines Oberflächenbereichs eines elastischen Körpers mit einer zusammenhängenden Schicht aus Metall oder Metalloxid mittels eines Vakuumbeschichtungs­ verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper gedehnt und dadurch der zu beschichtende Teil seiner Oberfläche vorübergehend vergrößert wird, und daß die Schicht auf die derart gegenüber dem normalen Gebrauchs­ zustand des Körpers vergrößerte Oberfläche niedergeschlagen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die zu beschichtende Fläche mindestens soviel gedehnt wird wie durch die Verformung beim späteren Gebrauch des elastischen Körpers.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die zu beschichtende Oberfläche wenigstens in einer Richtung um mindestens 10% gedehnt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, zum Überziehen eines elastischen Hohl­ körpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper während der Beschichtung durch eine Gasfüllung entsprechen­ den Drucks in gedehntem Zustand gehalten wird.

5. Gemäß Verfahren nach Anspruch 1 mit einer Schicht überzogener Körper, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Körpers in normalem Gebrauchszustand eine Schrumpfhaut aufweist.