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Knusprige Chips und glänzende Armaturen

Metallschichten werden im Vakuum auf Kunststoff aufgebracht

Von der Verbundfolie über den Duschkopf bis zum Reflektor – Kunststoffe mit metallischer Oberfläche sind allgegenwärtig. Bei ihrer Herstellung werden sehr häufig Vakuumpumpen von BUSCH eingesetzt.

Hart, glänzend und hermetisch dicht

Damit Kartoffelchips nicht ranzig und pappig werden, ist die Innenseite der meisten Chipstüten mit einer ultradünnen Aluminiumschicht überzogen. Sie macht die Kunststofffolie undurchlässig für Luft, Wasserdampf und UV-Licht. Außerdem lässt sie keine Aromastoffe durch Diffusion austreten, wie das bei reinen Kunststofffolien möglich wäre.

Vieles, was nach Metall aussieht, ist in Wirklichkeit beschichtetes Plastik. Das gilt zum Beispiel für die meisten chromglänzenden Badezimmerarmaturen. Die Metallschicht sorgt neben dem attraktiveren Aussehen vor allem für eine harte, mechanisch schützende Außenhaut. Bei anderen Produkten geht es um optische Eigenschaften, so etwa bei Folienspiegeln oder den Reflektoren von Autoscheinwerfern. Dort werden Oberflächen benötigt, die das Licht vollständig in eine vorgegebene Richtung reflektieren.

Dampfen oder sputtern?

Auch Gewebe und Vliese können einen metallischen Überzug erhalten, zum Beispiel für isolierende Dämmstoffe oder für Funktionskleidung. Neben Aluminium verwendet man zahlreiche andere Metalle, darunter Titan, Eisen, Gold und Silber. Um sie auf die eher weichen und wärmeempfindlichen Kunststoff-Materialien aufbringen zu können, müssen sie verdampft oder in Ionen umgewandelt werden. Metalldampf und Ionen können sich in feinsten Schichten auf den Substraten ablagern.

Die dafür eingesetzten Verfahren werden unter dem Sammelbegriff physikalische Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition, PVD) zusammengefasst. Zahlreiche Vakuumpumpenmodelle von BUSCH können in PVD-Anlagen eingebaut oder mit ihnen kombiniert werden. Die Metalle werden darin mittels Hitze, Elektronen- oder Laserstrahl verdampft oder durch Beschuss mit Argon-Ionen „gesputtert“, und gleichsam Atom für Atom auf dem Zielobjekt verteilt. Im Hochvakuum können die Temperaturen hierbei niedrig gehalten, Störeinflüsse vermieden und die Schichten immer gleichmäßig aufgebracht werden.
Wie funktioniert die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)?

Mittels der physikalischen Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition, PVD) kann man Werkstücke mit einer gleichmäßigen, meist nur wenige Nano- bis Mikrometer dicken Schicht versehen. Als Beschichtungsmaterial kommen neben Metallen auch keramische Materialien oder Kohlenstoff, etwa in Form von Graphit zum Einsatz. Das Werkstück (Substrat) und das Beschichtungsmaterial werden in eine evakuierte Kammer eingebracht. Dort wird das feste Beschichtungsmaterial in den gasförmigen Zustand überführt, oder umgangssprachlich „verdampft“.

Das kann thermisch (durch Erhitzen) oder mit Hilfe von Elektronen- oder Laserstrahlen geschehen. Auch durch Zerstäuben lässt sich das Beschichtungsmaterial in einen gasartigen Stoff verwandeln. Dazu wird es mit Ionen aus einem inerten Edelgas – meist ist es Argon – bombardiert. Die Gas-Ionen werden durch eine starke elektrische Spannung so sehr beschleunigt, dass sie beim Aufprallen auf das Material einzelne Atome herausschlagen.

Das gasförmige Beschichtungsmaterial wird dann zum Zielobjekt gelenkt. Dort lagern sich die Teilchen ab. Sie bleiben dabei nicht an der Stelle, an der sie auftreffen, sondern bewegen sich an der Oberfläche, um einen Platz mit besonders hoher Bindungsenergie zu finden. So entstehen sehr gleichmäßige Schichten, welche die Kontur der ursprünglichen Oberfläche perfekt nachbilden.