CZ306607B6 - Způsob nanášení otěruvzdorné DLC vrstvy - Google Patents

Způsob nanášení otěruvzdorné DLC vrstvy Download PDF

Info

Publication number
CZ306607B6
CZ306607B6 CZ2016-60A CZ201660A CZ306607B6 CZ 306607 B6 CZ306607 B6 CZ 306607B6 CZ 201660 A CZ201660 A CZ 201660A CZ 306607 B6 CZ306607 B6 CZ 306607B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
cathode
graphite
pulse
magnetic field
arc
Prior art date
Application number
CZ2016-60A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ201660A3 (cs
Inventor
MojmĂ­r JĂ­lek
Original Assignee
Platit A.S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Platit A.S. filed Critical Platit A.S.
Priority to CZ2016-60A priority Critical patent/CZ201660A3/cs
Priority to EP17706405.2A priority patent/EP3411512B1/en
Priority to US16/075,533 priority patent/US10851451B2/en
Priority to PCT/CZ2017/000002 priority patent/WO2017133715A1/en
Publication of CZ306607B6 publication Critical patent/CZ306607B6/cs
Publication of CZ201660A3 publication Critical patent/CZ201660A3/cs

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0605—Carbon
    • C23C14/0611—Diamond
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/021—Cleaning or etching treatments
    • C23C14/022—Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0605—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32055—Arc discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means

Abstract

Způsob nanášení otěruvzdorné DLC vrstvy na substráty ve vakuové komoře z grafitové katody pomocí nízkonapěťového pulzního oblouku, při kterém se proudové pulzy střídají s přidržovacím proudem. Katodová skvrna se pohybuje po povrchu grafitové katody. Pohyb katodové skvrny po povrchu grafitové katody je řízen magnetickým polem, generovaným zdrojem magnetického pole, uspořádaným pod povrchem grafitové katody. Proudové pulzy mají hodnotu 250 až 1000 A, přidržovací proud má hodnotu 40 až 200 A, frekvence pulzů je 100 až 5000 Hz a plnění pulzu je 1 až 90 %, přičemž magnetické pole v místě katodové skvrny má intenzitu 5 až 40 mT.

Description

Způsob nanášení otěruvzdorné DLC vrstvy
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu nanášení otěruvzdomá DLC vrstvy na substráty ve vakuové komoře z grafitové katody pomocí nízkonapěťového pulzního oblouku, při kterém se proudové pulzy střídají s přidržovacím proudem a katodová skvrna se pohybuje po povrchu grafitové katody.
Dosavadní stav techniky
Pro nanášení otěruvzdorných DLC vrstev (diamond like carbon-diamantu podobné uhlíkové vrstvy) se používají různé metody. Vedle CVD metod (chemical vapour deposition) jsou to zejména metody fyzikální depozice z plynné fáze, označované zkratkou PVD (Physical Vapor Deposition), které zahrnují vakuové naparování, magnetronové naprašování (nereaktivní nebo reaktivní) a plazmový nástřik.
Pomocí PVD technologie nízkonapěťového oblouku lze připravovat tvrdé otěruvzdorné vrstvy typu DLC (diamond like carbon) s vysokým obsahem vazeb sp3, známé jako ta-C (tetrahedral amorphous carbon). Tvrdost a otěruvzdomost těchto vrstev se blíží krystalickému diamantu a překonává všechny ostatní typy DLC povlaků připravované jinými technologiemi o faktor 2 až 4. (A. Grill, Diamond and Related Materials; Vol.8 (1999); pp. 428-434).
Nanášení vrstev probíhá ve vakuové komoře. Před samotným nanášením vrstev se v komoře sníží tlak, komora se v závislosti na materiálu nástroje vyhřeje na příslušnou teplotu, nanese se adhezní vrstva a potom se nanáší otěruvzdomá vrstva.
Při přípravě ta-C vrstev pomocí nízkotlakého nízkonapěťového oblouku dochází k odpařování materiálu z povrchu grafitové katody. Oblouk hoří v místě katodové skvrny, která má průměr několik pm a teplotu řádově 10 000 °C. V místě katodové skvrny se vlivem vysoké teploty odpařuje materiál katody, současně v tomto místě vytváří tepelný šok, který roztrhá v blízkosti katodové skvrny materiál. Tím dochází k vytrhávání velkých kusů materiálu targetu, tzv. makročástic, které jsou následně deponovány na povlakovaný substrát.
Množství a velikost těchto makročástic lze částečně eliminovat urychlením katodové skvrny (Study on cathode spot motion and macroparticles reduction in axisymmetric magnetic fieldenhanced vacuum are deposition; ARTICLE in VACUUM, April 2010), kde pohyb katodové skvrny může být řízen magnetickým polem po uzavřené smyčce na povrchu katody (Macroparticles in films deposited by steered cathodic are; P D Swifty; School of Physics, University of Sydney, NSW 2006, Australia).
Rychlost pohybu katodové skvrny je v případě grafitového targetu extrémně nízká (PARTICLES EMISSION CONTROL AT-GRAPHITE CATHODE IN ARC ION 15 PLATING DEPOSITION; MUNTHER ISSA KANDAH; Department ofthe Chemical Engineering; McGill University; Montreal; Under the supervision of Dr. J.-L. Meunier; March 1997), což má nepříznivý vliv na množství a velikost makročástic a v důsledku zvýšenou drsnost povlaku.
Problém vrstev ta-C připravovaných metodou nízkonapěťového oblouku spočívá v extrémně vysoké drsnosti připravovaných povlaků, neboť katodová skvrna se pohybuje velmi pomalu (rychlostí řádově 1 cm/s) a dochází k jejímu pronikání do značné hloubky povrchu katody (asi Imm) a k vytrhávání velkých kusů grafitu v důsledku tepelného šoku v blízkosti katodové skvrny.
- 1 CZ 306607 B6
Je známo mnoho způsobů přípravy vrstev ta-C metodou nízkonapěťového oblouku, které eliminují množství makročástic.
Obecně nejpoužívanější metodou je metoda separace makročástic (např. US 20090065350), kde je mezi grafitovou katodou a povlakovanými substráty umístěn plazmovod, ve kterém dochází k oddělení těžkých makročástic (které se pohybují po přímce) a kladně nabitých iontů C+, jejichž dráhu lze řídit magnetickým polem. Největší nevýhodou této metody je výrazné snížení rychlosti růstu vrstvy.
Další metody jsou založeny na použití pulzního oblouku (viz např. US6261424B1). Proudové pulzy oblouku se obvykle pohybují mezi hodnotami 300 až 500 A. Pulzní oblouk lze provozovat dvěma způsoby.
V prvním způsobu použití pulzního oblouku dochází k úplnému vypnutí oblouku a k jeho zapálení dochází např. pomocí laseru (viz např. US6338778B1), nebo pomocí zdroje pro magnetronové naprašování (viz např. WO2005/089272). Nevýhoda tohoto způsobuje v tom, že je nezbytná drahá technologie na zapálení oblouku (laser, magnetron).
V druhém způsobu použití pulzního oblouku je kombinován základní přidržující proud (Gas Phase Modification of Superhard Carbon Coatings Deposited by Pulsed DC-Arc-Process; Werner Grimm, Volker Weihnacht; Plasma Processes and Polymers) s vysokými proudovými pulzy. Nevýhoda tohoto způsobu je v tom, že není přesně definovaný prostor, ve kterém hoří oblouk. Díky tomu není možné rovnoměrně využít větší, například dlouhé cylindrické targety.
Podstata vynálezu
Nedostatky stavu techniky odstraňuje způsob nanášení otěruvzdomá DLC vrstvy na substráty ve vakuové komoře z grafitové katody pomocí nízkonapěťového pulzního oblouku, při kterém se proudové pulzy střídají s přidržovacím proudem a katodová skvrna se pohybuje po povrchu grafitové katody, přičemž pohyb katodové skvrny po povrchu grafitové katody je řízen magnetickým polem, generovaným zdrojem magnetického pole, uspořádaným pod povrchem grafitové katody, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že proudové pulzy mají hodnotu 250 až 1000 A, přidržovací proud má hodnotu 40 až 200 A, frekvence pulzů je 100 až 5000 Hz a plnění pulzuje 1 až 90 %, přičemž magnetické pole v místě katodové skvrny má intenzitu 5 až 40 mT.
Překvapivý a zcela neočekávaný efekt způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že dochází k několika řádovému urychlení katodové skvrny při zachování řízení pohybu katodové skvrny magnetickým polem.
Podle výhodného provedení je pohyb katodové skvrny po povrchu grafitové katody magnetickým polem řízen po dráze ve tvaru uzavřené smyčky.
Je výhodné, když se jako katoda použije rotační cylindrická katoda.
Způsob podle vynálezu přináší následující výhody.
Protože se katodová skvrna pohybuje rychleji, dochází k menší generaci makročástic. Výsledkem je snížená drsnost povlaku.
Vyšší ionizace částic odpařovaných v místě katodové skvrny vede k vyšší tvrdosti připravovaných vrstev.
-2CZ 306607 B6
Udržení katodové skvrny v předpokládané dráze je jednodušší, protože rychlost katodové skvrny je výrazně vyšší než rychlost rotace katody, takže nedochází k „vynesení“ katodové skvrny z optimální dráhy vlivem rotace katody. Toto vede k vyšší stabilitě hoření oblouku.
Výsledkem způsobu podle vynálezu je také lepší rovnoměrnost připravovaných vrstev.
Objasnění výkresů
Způsob nanášení otěruvzdomé DLC vrstvy na substráty ve vakuové komoře z grafitové katody pomocí nízkonapěťového pulzního oblouku bude blíže popsán na příkladech konkrétních provedení a s odkazy na obrázky, kde na obr. 1 je čárkovaně znázorněna dráha katodové skvrny na rotační cylindrické katodě. Na obr. 2 je znázorněn časový průběh jednoho pulzu při nanášení ta-C vrstvy podle příkladu 1. Na obr. 3 je graf závislosti rychlosti katodové skvrny na plnění a frekvenci pulzů.
Příklady uskutečnění vynálezu
Způsob nanášení otěruvzdomé DLC vrstvy na substráty se provádí ve vakuové komoře z grafitové katody pomocí nízkonapěťového pulzního oblouku. Při nanášení se proudové pulzy střídají s přidržovacím proudem a pohyb katodové skvrny po povrchu grafitové katody je řízen magnetickým polem, generovaným zdrojem magnetického pole, uspořádaným pod povrchem grafitové katody. Katodová skvrna se po povrchu grafitové katody pohybuje po dráze ve tvaru uzavřené smyčky (viz obr. 1).
Proudové pulzy mají hodnotu 250 až 1000 °C, přidržovací proud má hodnotu 40 až 200 A, frekvence pulzů je 100 až 5000 Hz a plnění pulzu je 1 až 90 %, přičemž magnetické pole v místě katodové skvrny má intenzitu 5 až 40 mT.
Plnění pulzuje poměr aktivní části hoření oblouku, tj. doby, po kterou oblouk hoří s vysokým proudem, a doby jednoho pulzu. Plnění 100% odpovídá hoření pouze s vysokým proudem. Plnění 30% znamená, že 30 % doby pulzu oblouk hoří s vysokým proudem a 70 % doby pulzu oblouk hoří s nízkým proudem.
Mechanismus urychlení katodové skvrny a s ním související snížení počtu generovaných nežádoucích makročástic lze vysvětlit následovně:
V okamžiku proudového pulzu (minimálně 200 A) dojde k rozdělení katodové skvrny na více katodových skvrn. Dokud jsou katodové skvrny blízko vedle sebe, vytváří vzájemně silné magnetické pole řádově silnější, než lze dosáhnout vnějším magnetickým polem, které katodové skvrny urychluje. Rychlost katodových skvrn dosahuje rychlosti řádově lOm/s a tomto okamžiku je vznik nežádoucích makročástic minimální. Délka pulzu nesmí být příliš dlouhá, neboť jak se od sebe katodové skvrny vzdalují, vzájemné magnetické pole se prudce snižuje. Maximální vhodná délka pulzu je řádově 1 ms. Po vypnutí proudového pulzu hoří oblouk v režimu udržovacího proudu, kdy na katodě hoří pouze jedna katodová skvrna. Délka toho vypnutí musí být dostatečně dlouhá, aby zůstala hořet jedna katodová skvrna. Pokud je pohyb katodové skvrny řízený vnějším magnetickým polem, musí být délka tohoto vypnutí dostatečně dlouhá, aby se katodová skvrna vrátila do prostoru, kde je její pohyb řízen vnějším magnetickým polem. V době, kdy hoří pouze jedna katodová skvrna v režimu udržovacího pulzu, nedochází k jejímu výraznějšímu urychlení a katodová skvrna hoří prakticky na jednom místě. Z tohoto pohledu je žádoucí, aby katodová skvrna hořela v režimu udržovacího pulzu co nejkratší dobu. Pokud je vnější magnetické pole příliš slabé, mohou se katodové skvrny v režimu proudového pulzu pohybovat proti směru pohybu katodové skvrny, který definuje vnější magnetické pole, což je nežádoucí. Pokud je vnější magnetické pole příliš silné, je proces nestabilní. Optimálního výsledku je dosaženo pouze
-3CZ 306607 B6 vhodnou kombinací všech parametrů tak, aby rychlost katodové skvrny byla co nejvyšší a zároveň aby proces byl stabilní. Toto vede k minimálnímu vzniku nežádoucích makročástic a tedy k minimální drsnosti vytvářené vrstvy.
Příklad 1
Vyleštěný vzorek z nástrojové oceli o rozměrech 15 x 15 x 5mm byl umístěn v držáku rotujícím kolem 3 os na držáku substrátu v povlakovací vakuové komoře. Centrální cylindrická rotační grafitová katoda z izostaticky lisovaného grafitu (s výhodou je možné použít též skelný grafit) byla umístěna ve středu vakuové komory uprostřed rotujících povlakovaných substrátů a byla připojena na pulzní zdroj nízkonapěťového oblouku. Intenzita magnetického pole v místě pohybu katodové skvrny byla 17 mT. Ve dveřích vakuové komory byla umístěna titanová cylindrická rotační katoda připojená ke zdroji nízkonapěťového oblouku. Komora byla evakuována na tlak 5 x 10“3Pa.
Před vlastním nanášením DLC vrstvy bylo provedeno iontové čistění substrátu ionty Ti z katody po dobu 10 min a po ukončení iontového čistění byla nanesena vrstva Ti po dobu 5 min.
Při nanášení DLC vrstvy byl povrch substrátu bombardován ionty uhlíku generovanými pulzním obloukem z grafitové katody při parametrech:
- Přidržovací proud 100 A
- Předpětí na vzorcích 500 V
- Proud v pulzu 400 A
- Frekvence pulzního oblouku 1000 Hz
- Plnění 40%
- Délka kroku 5 min
Po ukončení kroku bombardování ionty uhlíku byla nanesena ta-C vrstva při parametrech povlakování:
- Přidržovací proud 100 A
- Předpětí na vzorcích plovoucí potenciál (5 až 10 V)
- Proud v pulzu 500 A
- Frekvence pulzního oblouku 1000 Hz
— Plnění 40%
- Délka kroku 20 min
Mikrotvrdost ta-c vrstvy nanesené v posledním kroku byla 40 GPa, tloušťka 1 pm, rychlost katodové skvrny 1,5 m/s.
Časový průběh jednoho pulzu při nanášení ta-C vrstvy je zobrazen na obr. 2, přičemž jednotlivé hodnoty představují:
T0N doba, po kterou teče do oblouku vysoký proud Ipuls
T0FF doba, po kterou teče do oblouku nízký přidržovací proud IBase T celková doba pulzu larc proud do oblouku (A) t čas (ms)
-4CZ 306607 B6
Odvozené veličiny:
f frekvence pulzů; f = 1/T
Ton
D plnění cyklu; D =------T
Pro průběh pulzu, znázorněný na obr. 2se jedná o hodnoty:
Tqn = 0,4 ms, Ipuls = 500 A
Tqff = 0,6 ms, Ibase = 100 A
T = 1 ms f= 20 000 Hz = 20 kHz
D = 40 %
Příklad 2
Vyleštěný vzorek z nástrojové oceli o rozměrech 15x15x5 mm byl umístěn v držáku rotujícím kolem 3 os na držáku substrátu v povlakovací vakuové komoře. Centrální cylindrická rotační grafitová katoda z izostaticky lisovaného grafitu (s výhodou je možné použít též skelný grafit) byla umístěna ve středu vakuové komory uprostřed rotujících povlakovaných substrátů a byla při25 pojena na pulzní zdroj nízkonapěťového oblouku. Intenzita magnetického pole v místě pohybu katodové skvrny byla 17 mT. Ve dveřích vakuové komory byla umístěna titanová cylindrická rotační katoda připojená ke zdroji nízkonapěťového oblouku. Komora byla evakuována na tlak 5 x 10“3Pa.
Před vlastním nanášením DLC vrstvy bylo provedeno iontové čistění substrátu ionty Ti z katody po dobu 10 min a po ukončení iontového čistění byla nanesena vrstva Ti po dobu 5 min.
Při nanášení DLC vrstvy byl povrch substrátu bombardován ionty uhlíku generovanými pulzním obloukem z grafitové katody při parametrech:
- Přidržovací proud90 A
- Předpětí na vzorcích400 V
- Proud v pulzu400 A
- Frekvence pulzního oblouku 1000 Hz
- Plnění 2 %
- Délka kroku 10 min
Po ukončení kroku bombardování ionty uhlíku byla nanesena ta-C vrstva při parametrech povlakování:
- Přidržovací proud
- Předpětí na vzorcích
- Proud v pulzu
- Frekvence pulzního oblouku
- Plnění
A plovoucí potenciál (5 až 10 V)
400 A
1000 Hz
2%
-5CZ 306607 B6
- Délka kroku min
Mikrotvrdost ta-c vrstvy nanesené v posledním kroku byla 40 GPa, tloušťka 1 pm, rychlost katodové skvrny 0,5 m/s.
Příklad 3
Vyleštěný vzorek ze slinutého karbidu o rozměrech 15x15x5 mm byl umístěn v držáku rotujícím kolem 3 osná držáku substrátu v povlakovací vakuové komoře. Centrální cylindrická rotační grafitová katoda z izostaticky lisovaného grafitu (s výhodou je možné použít též skelný grafit) byla umístěna ve středu vakuové komory uprostřed rotujících povlakovaných substrátů a byla připojena na pulzní zdroj nízkonapěťového oblouku. Intenzita magnetického pole v místě pohybu katodové skvrny byla 17 mT. Komora byla evakuována na tlak 5 x 10 3 Pa.
Před vlastním nanášením DLC vrstvy bylo provedeno čištění vzorků doutnavým výbojem po dobu 15 min.
Při nanášení DLC vrstvy byl povrch substrátu bombardován ionty uhlíku generovanými pulzním obloukem z grafitové katody při parametrech:
- Přidržovací proud 80 A
- Předpětí na vzorcích 600 V
- Proud v pulzu 500 V
- Frekvence pulzního oblouku 500 Hz
- Plnění 1 %
- Délka kroku 15 min
Po ukončení kroku bombardování ionty uhlíku byla nanesena ta-C vrstva při parametrech povlakování:
- Přidržovací proud 80 A
- Předpětí na vzorcích 50 V
- Proud v pulzu 600 A
- Frekvence pulzního oblouku 1500 Hz
- Plnění 20%
- Délka kroku 35 min
Mikrotvrdost ta-c vrstvy nanesené v posledním kroku byla 50 GPa, tloušťka 1 pm, rychlost katodové skvrny 0,5 m/s v kroku bombardování ionty uhlíku a 1,5 m/s v kroku nanášení ta-C vrstvy.
Příklad 4
Vyleštěný vzorek z nástrojové oceli o rozměrech 15x15x5 mm byl umístěn v držáku rotujícím kolem 3 os na držáku substrátu v povlakovací vakuové komoře. Centrální cylindrická rotační grafitová katoda z izostaticky lisovaného grafitu (s výhodou je možné použít též skelný grafit) byla umístěna ve středu vakuové komory uprostřed rotujících povlakovaných substrátů a byla připojena na pulzní zdroj nízkonapěťového oblouku. Intenzita magnetického pole v místě pohybu katodové skvrny byla 40 mT. Ve dveřích vakuové komory byla umístěna titanová cylindrická rotační katoda připojená ke zdroji nízkonapěťového oblouku. Komora byla evakuována na tlak 5 x 10“3Pa.
-6CZ 306607 B6
Před vlastním nanášením DLC vrstvy bylo provedeno iontové čistění substrátu ionty Ti z katody po dobu 10 min a po ukončení iontového čistění byla nanesena vrstva Ti po dobu 5 min.
Při nanášení DLC vrstvy byl povrch substrátu bombardován ionty uhlíku generovanými pulzním obloukem z grafitové katody při parametrech:
- Přidržovací proud - Předpětí na vzorcích - Proud v pulzu - Frekvence pulzního oblouku - Plnění - Délka kroku 40 A 400 A 250 A 100 Hz 90% 10 min
Po ukončení kroku bombardování ionty uhlíku byla nanesena ta-C vrstva při parametrech povlakování:
- Přidržovací proud - Předpětí na vzorcích - Proud v pulzu - Frekvence pulzního oblouku - Plnění - Délka kroku 90 A plovoucí potenciál (5 až 10 V) 1000 A 5000 Hz 10% 20 min
Mikrotvrdost ta-c vrstvy nanesené v posledním kroku byla 40 GPa, tloušťka 1 pm, rychlost katodové skvrny 2 m/s v kroku bombardování ionty uhlíku a 2,5 m/s v kroku nanášení ta-C vrstvy.
Příklad 5
Vyleštěný vzorek z nástrojové oceli o rozměrech 15x15x5 mm byl umístěn v držáku rotujícím kolem 3 os na držáku substrátu v povlakovací vakuové komoře. Centrální cylindrická rotační grafitová katoda z izostaticky lisovaného grafitu (s výhodou je možné použít též skelný grafit) byla umístěna ve středu vakuové komory uprostřed rotujících povlakovaných substrátů a byla připojena na pulzní zdroj nízkonapěťového oblouku. Intenzita magnetického pole v místě pohybu katodové skvrny byla 5 mT. Ve dveřích vakuové komory byla umístěna titanová cylindrická rotační katoda připojená ke zdroji nízkonapěťového oblouku. Komora byla evakuována na tlak 5 x 10'3Pa.
Před vlastním nanášením DLC vrstvy bylo provedeno iontové čistění substrátu ionty Ti z katody po dobu 10 min a po ukončení iontového čistění byla nanesena vrstva Ti po dobu 5 min.
Při nanášení DLC vrstvy byl povrch substrátu bombardován ionty uhlíku generovanými pulzním obloukem z grafitové katody při parametrech:
- Přidržovací proud200 A
- Předpětí na vzorcích600 V
- Proud v pulzu400 A
- Frekvence pulzního oblouku 500 Hz
- Plnění
- Délka kroku
30% min
Po ukončení kroku bombardování ionty uhlíku byla nanesena ta-C vrstva při parametrech povlakování:
- Přidržovací proud
- Předpětí na vzorcích
- Proud v pulzu
- Frekvence pulzního oblouku
- Plnění
- Délka kroku
A
V
600 A
1500 Hz
20% min
Mikrotvrdost ta-c vrstvy nanesené v posledním kroku byla 40 GPa, tloušťka 1 pm, rychlost katodové skvrny 0,2 m/s v kroku bombardování ionty uhlíku a 0,5 m/s v kroku nanášení ta-C vrstvy.
Vrstva zhotovená způsobem podle vynálezu je vhodná pro použití jako otěruvzdomá vrstva na řezné, střižné a tvářecí nástroje, jako funkční vrstva na součástkách, kde je vyžadovaná vysoká životnost a nízký koeficient frikce, jako ložiska, pístní kroužky spalovacího motoru, ozubených kol apod.

Claims (3)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Způsob nanášení otěruvzdomé DLC vrstvy na substráty ve vakuové komoře z grafitové katody pomocí nízkonapěťového pulzního oblouku, při kterém se proudové pulzy střídají s přidržovacím proudem a katodová skvrna se pohybuje po povrchu grafitové katody, přičemž pohyb katodové skvrny po povrchu grafitové katody je řízen magnetickým polem, generovaným zdrojem magnetického pole, uspořádaným pod povrchem grafitové katody, vyznačující se tím, že proudové pulzy mají hodnotu 250 až 1000 A, přidržovací proud má hodnotu 40 až 200 A, frekvence pulzů je 100 až 5000 Hz a plnění pulzuje 1 až 90 %, přičemž magnetické pole v místě katodové skvrny má intenzitu 5 až 40 mT.
  2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pohyb katodové skvrny po povrchu grafitové katody je magnetickým polem řízen po dráze ve tvaru uzavřené smyčky.
  3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že jako katoda se použije rotační cylindrická katoda.
CZ2016-60A 2016-02-05 2016-02-05 Způsob nanášení otěruvzdorné DLC vrstvy CZ201660A3 (cs)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2016-60A CZ201660A3 (cs) 2016-02-05 2016-02-05 Způsob nanášení otěruvzdorné DLC vrstvy
EP17706405.2A EP3411512B1 (en) 2016-02-05 2017-01-26 Method of deposition of a wear resistant dlc layer
US16/075,533 US10851451B2 (en) 2016-02-05 2017-01-26 Method of deposition of a wear resistant DLC layer
PCT/CZ2017/000002 WO2017133715A1 (en) 2016-02-05 2017-01-26 Method of deposition of a wear resistant dlc layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2016-60A CZ201660A3 (cs) 2016-02-05 2016-02-05 Způsob nanášení otěruvzdorné DLC vrstvy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ306607B6 true CZ306607B6 (cs) 2017-03-22
CZ201660A3 CZ201660A3 (cs) 2017-03-22

Family

ID=58098382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2016-60A CZ201660A3 (cs) 2016-02-05 2016-02-05 Způsob nanášení otěruvzdorné DLC vrstvy

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10851451B2 (cs)
EP (1) EP3411512B1 (cs)
CZ (1) CZ201660A3 (cs)
WO (1) WO2017133715A1 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112030127A (zh) * 2020-07-28 2020-12-04 温州职业技术学院 一种采用增强辉光放电复合调制强流脉冲电弧制备的ta-C涂层及制备方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111893455B (zh) * 2020-09-08 2023-10-03 河北美普兰地环保科技有限公司 金属基材碳纳米膜材料制造设备及其制备方法
WO2022073631A1 (en) 2020-10-06 2022-04-14 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Hard carbon coatings with improved adhesion strength by means of hipims and method thereof
WO2023066510A1 (en) 2021-10-22 2023-04-27 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Method for forming hard and ultra-smooth a-c by sputtering
CN114657521A (zh) * 2022-03-24 2022-06-24 安徽坤擎机械科技有限公司 一种耐磨损弹簧气孔套处理工艺
EP4317524A1 (en) * 2022-08-01 2024-02-07 Platit AG Cathodic arc evaporation apparatus and method for coating at least one substrate

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5401543A (en) * 1993-11-09 1995-03-28 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method for forming macroparticle-free DLC films by cathodic arc discharge
CZ287483B6 (en) * 1993-08-30 2000-12-13 Bloesch W Ag Cathode with magnetic field
CZ296094B6 (cs) * 2000-12-18 2006-01-11 Shm, S. R. O. Zarízení pro odparování materiálu k povlakování predmetu
US20070034501A1 (en) * 2005-08-09 2007-02-15 Efim Bender Cathode-arc source of metal/carbon plasma with filtration
EP2602354A1 (en) * 2011-12-05 2013-06-12 Pivot a.s. Filtered cathodic vacuum arc deposition apparatus and method
KR20140108617A (ko) * 2014-07-25 2014-09-12 아이시스 주식회사 디엘씨 박막 증착용 이온 플레이팅 장치

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4673477A (en) * 1984-03-02 1987-06-16 Regents Of The University Of Minnesota Controlled vacuum arc material deposition, method and apparatus
DE19628102A1 (de) 1996-07-12 1998-01-15 Bayerische Motoren Werke Ag Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Beschichtungskammer und zumindest einer Quellenkammer
RU2114210C1 (ru) 1997-05-30 1998-06-27 Валерий Павлович Гончаренко Способ формирования углеродного алмазоподобного покрытия в вакууме
US6548817B1 (en) * 1999-03-31 2003-04-15 The Regents Of The University Of California Miniaturized cathodic arc plasma source
WO2005089272A2 (en) 2004-03-15 2005-09-29 Terje Asbjorn Skotheim Pulsed cathodic arc plasma source
US20090065350A1 (en) 2007-09-07 2009-03-12 Nanochip, Inc. Filtered cathodic arc deposition with ion-species-selective bias
US9761424B1 (en) * 2011-09-07 2017-09-12 Nano-Product Engineering, LLC Filtered cathodic arc method, apparatus and applications thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ287483B6 (en) * 1993-08-30 2000-12-13 Bloesch W Ag Cathode with magnetic field
US5401543A (en) * 1993-11-09 1995-03-28 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method for forming macroparticle-free DLC films by cathodic arc discharge
CZ296094B6 (cs) * 2000-12-18 2006-01-11 Shm, S. R. O. Zarízení pro odparování materiálu k povlakování predmetu
US20070034501A1 (en) * 2005-08-09 2007-02-15 Efim Bender Cathode-arc source of metal/carbon plasma with filtration
EP2602354A1 (en) * 2011-12-05 2013-06-12 Pivot a.s. Filtered cathodic vacuum arc deposition apparatus and method
KR20140108617A (ko) * 2014-07-25 2014-09-12 아이시스 주식회사 디엘씨 박막 증착용 이온 플레이팅 장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
(Retrograde motion velocity of graphite cathode spot in vacuum arc deposition apparatus; R. Miyano, H. Takikawa, T. Sakakibara, Y. Suzuki; Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Part A, Vol. 114-A, No. 2, ISSN: 0385-4205) 29.05.2015 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112030127A (zh) * 2020-07-28 2020-12-04 温州职业技术学院 一种采用增强辉光放电复合调制强流脉冲电弧制备的ta-C涂层及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017133715A1 (en) 2017-08-10
US20190040518A1 (en) 2019-02-07
US10851451B2 (en) 2020-12-01
CZ201660A3 (cs) 2017-03-22
EP3411512B1 (en) 2019-05-22
EP3411512A1 (en) 2018-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ306607B6 (cs) Způsob nanášení otěruvzdorné DLC vrstvy
CA2103770C (en) Plasma-enhanced magnetron-sputtered deposition of materials
Vetter 60 years of DLC coatings: historical highlights and technical review of cathodic arc processes to synthesize various DLC types, and their evolution for industrial applications
US6045667A (en) Process and system for the treatment of substrates using ions from a low-voltage arc discharge
JPS6319590B2 (cs)
Shugurov et al. QUINTA equipment for ion-plasma modification of materials and products surface and vacuum arc plasma-assisted deposition of coatings
JP6438657B2 (ja) 円筒形の蒸着源
WO2005089272A2 (en) Pulsed cathodic arc plasma source
Martin Ionization-assisted evaporative processes: techniques and film properties
KR20140108617A (ko) 디엘씨 박막 증착용 이온 플레이팅 장치
KR102335906B1 (ko) HiPIMS에 의해 성장 결함이 감소된 TiCN
RU2649355C1 (ru) СПОСОБ СИНТЕЗА КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ TiN-Cu И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
CN107034438B (zh) 高速钢丝锥表面涂层制备方法
RU2653399C2 (ru) Способ нанесения покрытия из аморфного оксида алюминия реактивным испарением алюминия в разряде низкого давления
KR20150061617A (ko) 고 경도 저마찰 Ｃｒ―Ｔｉ―Ｂ―Ｎ 코팅 및 그 제조방법
Khalhodjaevich et al. P‑Т‑С diagrams for Ti—C base coatings obtained by Physical Vapour Deposition methods
EP4317524A1 (en) Cathodic arc evaporation apparatus and method for coating at least one substrate
CZ309606B6 (cs) Způsob vytváření pulzního magnetronového výboje společně s obloukovým odpařováním
Shugurov et al. Formation of a silicon-niobium-based surface alloy using electron-ion-plasma surface engineering
Schultrich et al. Activated sputter deposition of ta-C films
Moll Physical Vapor Deposition Techniques II: Ion Plating, Arc Deposition and Ion Beam Deposition
JP4868534B2 (ja) 高融点の金属の炭化物層を析出するための方法
Matthews et al. Coatings and Surface Engineering: Physical Vapor Deposition
Tleukenov et al. The physical and mechanical properties of (Ti, Hf, Zr, Nb, V, Ta) N coatings deposited in the vacuum-arc process
Pashentsev Methods of nanostructured coatings deposition by magnetron sputtering and cathodic arc evaporation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20200205