DD141039A1 - METHOD FOR PRODUCING HARD COATINGS WITH HIGH RESISTANCE TO HAZARDS - Google Patents
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Abstract
Aufbringen auf metallischen und nichtmetallischen Substraten mittels Ionenplattieren und/oder Ionenablagerung. Harte, verschleißfeste Schichten hoher Lebensdauer, Korroslons- und Klimaschutzwirkung; Verbesserung: Passivierung aktiver und passiver Oberflächen, Verwendung als selbständige Elemente, Isoliereigenschaften, Widerstandverhalten, Anpaßbarkeit an Verwendungszweck; optimaler Einsatz von Material, Kosten, anzuwendender Technik. Herstellung unterschiedlicher Schichten und Schichtkombinationen im gleichen Verfahren, die aus Metall-C-, Metall-N-, Metall-B-, B-Cund/oder B-N-Verbindungen bestehen, auf Substraten und/oder von Schichten unter Beimischung von Elementen oder Verbindungen mit gleichmäßiger Verteilung und Konzentrationsgradienten bei wahlweiser Erzielung eines Gradienten von Schichtzusammensetzung, Schichtaufbau, Schichteigenschaften. Ätzen des Substrats ira Vakuum mittels Ionenstrahl, danach werden Gas und/oder Dampf der Materialien mittels Elektronenstoß ionisiert, beschleunigt und Edelgasionen beigemischt und in Feldern behandelt unter Beimischung eines Ionenstrahls aus Metall oder Metalloid. Anwendung: Maschinen- und Gerätebau, Feinwerk.technik, Elektronik. •G*S··«» •«J« ·» nES «IM ·»£« C«tl· •ÄS 9Application on metallic and non-metallic substrates by means of ion plating and / or ion deposition. Hardness, Wear-resistant layers of high durability, Korroslons- and Climate effects; Improvement: Passivation active and passive Surfaces, use as self-contained elements, insulating properties, Resistance behavior, adaptability to intended use; optimal use of material, costs, technology to be used. Production of different layers and layer combinations in the same processes consisting of metal C, metal N, metal B, B-C and / or B-N compounds exist on substrates and / or of Layers with admixture of elements or compounds with uniform distribution and concentration gradients for optional Achieving a gradient of layer composition, layer structure, Layer properties. Etch the substrate using vacuum Ion beam, then gas and / or vapor of the materials ionized by electron impact, accelerated and noble gas ions mixed and treated in fields with admixture of a Ion beam of metal or metalloid. Application: Machine and Equipment construction, Feinwerk.technik, electronics. • G * S ·· «» • «J« · » nES «IM ·« C «tl · • p. 9
Description
200 43 1200 43 1
O Tite3· . O Tite3 · .
Verfahren zur Herstellung harter Schichten hoher Haftfestigkeit . . ·Process for producing hard layers of high adhesion. , ·
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung harter Schichten hoher Haftfestigkeit auf metallischen und nichtmetallischen Substraten mittels Ionenplattieron und/oder lonenablagerung. Derartige Schichten erhöhen die Lebensdauer, den Verschleißwiderstand und die Funktionseigenschaften von damit versehenen Substraten. Außerdem dienen sie in den meisten Fällen zusätzlich als Korrosions- und Klimaschutz, weiterhin zur Passivierung von aktiven und passiven Substratoberflächen und/oder zur gezielten Herstellung oder Veränderung von Isoliereigenschaften oder des elektrischen Widerstandes des Substrates·The invention relates to a method for producing hard layers of high adhesion on metallic and non-metallic substrates by means of ion plating clay and / or ion deposition. Such layers increase the life, wear resistance and performance of substrates provided therewith. In addition, in most cases they additionally serve as corrosion and climate protection, furthermore for the passivation of active and passive substrate surfaces and / or for the targeted production or modification of insulating properties or the electrical resistance of the substrate.
Die Verwendung solcher Schichten als selbständige Elemente ist möglich.The use of such layers as independent elements is possible.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solutions
In verschiedenen Varianten sind Verfahren, bei denen die Schichtbildung durch Ionen unterstützt wird, die aus einem Plasma oder einer speziellen lonisierungsvorrichtung stammen und zum Substrat hin beschleunigt werden, bekannt.In various variants, methods in which the layer formation is assisted by ions originating from a plasma or a special ionization device and accelerating toward the substrate are known.
Fur die gute Haftung der nach dem Vakuum-Verfahren hergestellten Schichten ist vermutlich das lonenätzen unmittelbar vor der Beschichtung verantwortlich (Varga, 3. E.; Bailey, W. A.; Solid State Technology, Dez. 1973, 79 - 86), wobei die Haftfestigkeit der unterschiedlichen Sputterverfahren im allgemeinen unter der Haftung der lon-Plating-Verfahren liegt und die Abscheiderate bei Verwendung der Sputterverfahren sehr gering ist. Harte Schichten werden mit Ausnahme von Kohlenstoffschichten vorwiegend durch Reaktivverfahren hergestellt, wobei als Reaktanten Metalle sowie Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff einschließlich ihrer Verbindungen zur Anwendung gelangen.The good adhesion of the vacuum-deposited layers is believed to be due to ion etching immediately prior to coating (Varga, 3rd ed .; Bailey, WA, Solid State Technology, Dec. 1973, 79-86), with the adhesive strength of the different sputtering process is generally under the liability of the ion plating process and the deposition rate is very low when using the sputtering process. Hard layers, with the exception of carbon layers, are predominantly produced by reactive processes, using as reactants metals as well as nitrogen, oxygen and carbon including their compounds.
Die bekanntesten Vakuum-Verfahren zur Ablagerung von harten, haftfesten Schichten sind einmal das reaktive Ion-Plating, zum anderen die aktivierte reaktive Verdampfung sowie die Reaktiv-Zerstäubung,The best known vacuum methods for depositing hard, adherent layers are once the reactive ion plating, on the other hand, the activated reactive evaporation and the reactive atomization,
Beim Ion-Plating nach Mattox (D. M. Mattox, "Fundamentals of Ion-Plating", D. Vac. Sei. Technol., Vol. 10, No. 1, Oan/Febr. 1973) werden Substanzen in einer Edelgasoder Reaktivgas-Glimmentladung verdampft, wobei das Substrat gleichzeitig Katode der Entladung ist. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Energiebreite der auf das Substrat auftreffenden Ionen zu groß ist und damit viele physikalische. Eigenschaften der zu erhaltenden Schicht, die stark von der jeweiligen lonen-Energie abhängen, nicht gezielt erreichbar sind.In the Mattox ion plating (DM Mattox, "Fundamentals of Ion-Plating", D. Vac.So., Technol., Vol. 10, No. 1, Oan / Feb., 1973), substances are vaporized in a noble gas or reactive gas glow discharge , wherein the substrate is at the same time cathode of the discharge. This method has the disadvantage that the energy width of the ions impinging on the substrate is too large and thus many physical. Properties of the layer to be obtained, which are highly dependent on the particular ion energy, are not specifically reachable.
Bei der aktivierten reaktiven Verdampfung (R. F. Bunshah and A. C. Raghuram; "Activated Reactive Evaporation Process for High Rate Deposition of Compounds" ; D. Vac. Sei. Technol.; Vol. 9, No. 6, Nov./Dec. 1972) reagieren Metalldämpfe in der Dampfphase mit dem Reaktionsgas im Abstand vom Substrat, wobei sich auf dem Substrat die entsprechenden Verbindungen abscheiden. Die Dampfphasenreaktion wird durch Ionisation des Reaktionsgases aktiviert. Es ist jedoch oft für das Erzielen gewisser physikalischer Eigenschaften von Vorteil« wenn die Reaktion auf der Substratoberfläche selbst erfolgt. Die relativ geringen Mikrohärtewerte von ca. 2000 ... 2750 kHN für TiC sind ein Hinweis dafür.React with the activated reactive evaporation (D. Vac Be Technol .; Vol 9, No. 6, Nov./Dec 1972 RF Bunshah and AC Raghuram;; "Activated Reactive Evaporation Process for High Rate Deposition of compounds."...) Metal vapors in the vapor phase with the reaction gas at a distance from the substrate, wherein deposited on the substrate, the corresponding compounds. The vapor phase reaction is activated by ionization of the reaction gas. However, it is often beneficial for achieving certain physical properties when the reaction occurs on the substrate surface itself. The relatively low microhardness values of approx. 2000 ... 2750 kHN for TiC are an indication of this.
Mah, Nordin und Fuller verwenden für die Herstellung von TiC und TiN eine Trioden-Sputteranordnung. Die reaktiven Zerstäubungsverfahren weisen für technische Anwendungen eine sehr geringe Aufwachsrate auf (G. Mah, C. VV. Nordin and 0. F. Fuller, "Structure and Properties of Sputtered Titanium Carbide and Titanium Nitride Coatings", 0. Vac. Sei. Technol.; Vol. 11; No. 1, Dan/ Febr. 1974).Mah, Nordin, and Fuller use a triode sputtering arrangement to make TiC and TiN. Reactive sputtering processes have a very low growth rate for engineering applications (G.Mah.VV.Nordin and 0.F. Fuller, "Structure and Properties of Sputtered Titanium Carbide and Titanium Nitride Coatings", 0.Vac.So., Technol ; Vol 11, No. 1, Dan / Febr. 1974).
Ziel der Erfindung Aim of the invention
Durch das Verfahren sollen Schichten erzeugt werden, die hart und verschleißfest sind, deren Lebensdauer, Funktionseigenschaften, Korrosions- und Klimaschutzwirkung gegenüber den bekannten Schichten weitaus höher liegen, mit denen eine bessere Passivierung aktiver und passiver Substratoberflächen erreicht wird, die eine bessere Verwendung als selbständige Elemente gewährleisten, die eine gezieltere Hersteilung oder Veränderung von Isoliereigenschaften oder des elektrischen Widerstandes ermöglichen,By the method, layers are to be produced which are hard and wear-resistant, whose lifetime, functional properties, corrosion and climate protection effect are much higher than the known layers, with which a better passivation of active and passive substrate surfaces is achieved, the better use as independent elements ensure a more targeted production or modification of insulating properties or electrical resistance,
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deren Herstellung dem Vervyendungs zweck anpaßbar ist, die eine optimale Aufwendung hinsichtlich Material, Zeit und Technik einräumen und somit eine Erhöhung der Arbeitsproduktivität, eine Senkung der Kosten und das Freiwerden von Devisen für Importe bewirken»whose production is adaptable to the purpose of transporting goods, which give the best possible use in terms of material, time and technology, thus increasing labor productivity, lowering costs and freeing up foreign exchange for imports »
Darlegung des Wesens der Erfindung Explanation of the essence of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, spezifisch unterschiedliche Schichten oder Schichtkombinationen mit gleicher Verfahrenscharakteristik herzustellen, die vornehmlich aus Metall-Kohlenstoff-, Metall-Stickstoff-, Metall-Bor-, Bor-Kohlenstoff- und/oder Bor-Stickstoff-Verbindungen auf metallischen und nichtmetallischen Substraten bestehen, dabei die Herstellung von Schichten mit vorgegebener Beimischung anderer Elemente oder Verbindungen mit gezielter gleichmäßiger Verteilung oder mit bestimmtem Konzentrationscjradienten gestattet, wobei die Möglichkeit der Erzielung eines Gradienten der Schichtzueammensetzung, des Schichtaufbaues und der Schichteigenschaften eingeschlossen werden soll.The object of the invention is to produce specifically different layers or layer combinations with the same process characteristics, mainly of metal-carbon, metal-nitrogen, metal-boron, boron-carbon and / or boron-nitrogen compounds on metallic and non-metallic Substrates, thereby allowing the production of layers with predetermined admixture of other elements or compounds with targeted uniform distribution or with a certain Konzentrationscjradienten, with the possibility of achieving a gradient of the Schichtzueammensetzung, the layer structure and the layer properties is to be included.
Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß das zu beschichtende Substrat in einem Vakuum von 1O" ... 10** Torr mit einem Edelgas-Ionenstrahl, der in einer Ionenquelle erzeugt wird, geätzt wird und im Anschluß daran in einer Ionenquelle wahlweise zeitlich und/oder örtlich kontinuierlich variabel kohlenstoff-, Stickstoff- und/oder borhaltige Ionen aus Gasen und/oder aus verdampften Flüssigkeiten bei einem Druck von 1O" ·.. 10 Torr erzeugt, auf Energien bis zu 30 KeV beschleunigt und den Edelgas-Ionen, deren Anteil wahlweise veränderbar ist, zugegeben werden und eventuell nach wahlweisem zusätzlichen Durchlaufen elektrischer und/ oder magnetischer Felder mit einer elektrischen FeIdstärke von 0 ·.. 100 kVm und/oder einer magnetischenThe features of the invention are that the substrate to be coated in a vacuum of 1O "... 10 ** Torr is etched with a noble gas ion beam, which is generated in an ion source, and then in an ion source, optionally in time and / or locally continuously variable carbon, nitrogen and / or boron-containing ions from gases and / or from vaporized liquids at a pressure of 10 -10 Torr, accelerated to energies up to 30 KeV and the noble gas ions whose Fraction is optionally modifiable, added and possibly after optional additional passing through electrical and / or magnetic fields with an electrical FeIdstärke of 0 · .. 100 kVm and / or a magnetic
- 5 - 200 43t- 5 - 200 43t
Feldstärke von O ... 100 kAm auf die Substratoberfläche aufgebracht werden und damit eine harte Schicht auf dem Substrat abgeschieden wird·, wobei wahlweise ein zeitlich und/oder örtlich kontinuierlich variabler Metall- oder Metalloiddampfstrahl oder ein Metall- oder Metalloid-Ionenstrahl dem vorhandenen Ionenstrahl beigemischt wird.Field strength of O ... 100 kAm be applied to the substrate surface and thus a hard layer is deposited on the substrate ·, optionally with a temporally and / or locally continuously variable metal or metal oxide or a metal or metalloid ion beam the existing ion beam is added.
Beim Abscheiden sehr dicker Schichten werden die Ionen in einem Gegenfeld, das unmittelbar am Substrat anliegt, zusätzlich abgebremst.When depositing very thick layers, the ions in an opposing field, which is applied directly to the substrate, are additionally braked.
J Am' Ort des Substrates wird der Vektor der elektrischen Feldstärke auf UuIl gehalten oder von der Oberfläche weggerichtet. J Am 'site of the substrate, the vector of the electric field strength is maintained at UuIl or away from the surface.
Die Substrattemperatur wird während der Beschichtung kleiner als 500 K gehalten.The substrate temperature is kept below 500 K during the coating.
Die Ionen werden durch zusätzlich angeordnete elektrische und/oder magnetische Felder um die Ecken und Kanten des Substrates herumgelenkt, wodurch eine mehrseitige Beschichtung des Substrates gewährleistet wird.The ions are deflected by additionally arranged electrical and / or magnetic fields around the corners and edges of the substrate, whereby a multi-sided coating of the substrate is ensured.
Als Kohlenstoffträger wird vorzugsweise Benzol-, Tetralin-, d" Methyl-Eaphthalin-Dampf oder Methan verwendet.Benzene, tetralin, d " methyl-eaphthalene steam or methane is preferably used as the carbon support.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert: .The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment:.
Die Substratoberfläche wird über eine Zeit von 3 ... 30 min mit Xe-Ionen einer Energie von 5 KeY bei einer Substrat-The substrate surface is exposed to Xe ions with an energy of 5 KeY over a period of 3 to 30 min at a substrate
—2-2
stromdichte von 0,5 mAom geätzt. ITac-h dieser Ionenätzung v/erden der Xe-Ionenstrom und die Ionenbeschleunigungsspannung kontinuierlich auf einen bestimmten Y/ert verringert. Dem Xe-Ionenstrahl wird gleichzeitig ein Cr-Dampf-current density of 0.5 mAom etched. As a result of this ion etching, the Xe ion current and the ion acceleration voltage are continuously reduced to a certain value. The Xe ion beam is simultaneously exposed to a Cr vapor
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strahl beigemischt. Während dieser Cr-Beschichtung werden dem Xe-Ionenstrahl wahlweise später kohlenstoffhaltige Ionen zugegeben, so daß eine Cr-Schicht mit eingelagerten Cr-Karbiden entsteht. Anschließend wird .die Cr--'Rate kontinuierlich verringert, bis eine reine Ionenablagerung einer Diatnantschicht erfolgt.blended. During this Cr coating, carbon-containing ions are optionally added later to the Xe ion beam to form a Cr layer with Cr carbides embedded therein. Subsequently, the Cr - 'rate is continuously reduced until a pure ion deposition of a diatnant layer takes place.
Auf diese Weise wird ein Gradient der chemischen und physikalischen Eigenschaften, insbesondere der Härte, erreicht.In this way a gradient of the chemical and physical properties, in particular the hardness, is achieved.
Die Substrattemperatur wird während der Beschichtung bei ca. 400 K gehalten. Soll das Substrat mehrseitig beschichtet werden, ist es vorteilhaft, wenn der Ionenstrahl zusätzliche elektrische und/oder magnetische Umlenkfelder durchläuft.The substrate temperature is kept at about 400 K during the coating. If the substrate is to be coated on several sides, it is advantageous if the ion beam passes through additional electrical and / or magnetic deflection fields.
Sollen dicke Schichten abgeschieden werden, wirkt es sich positiv aus, daß der Ionenstrahl zusätzliche Bremsfelder durchläuft.If thick layers are to be deposited, it has a positive effect that the ion beam passes through additional braking fields.
Als Kohlenstoffträger fungieren vorzugsweise Benzol, Tetralin, o(. -,Methyl-Naphthalin oder Methan.The carbon carriers are preferably benzene, tetralin, o (. -, methyl naphthalene or methane.
Während des Verfahrensablaufes liegt der Druck bei etwaDuring the process, the pressure is about
-3 10 Torr.-3 10 Torr.
Claims (6)
dadurch gekennzeichnet,1 Process for the Preparation of Hard Coatings of High Hsii Strength on Metallic and Non-Metallic Substrates by Ion Plating and / or Ion Deposition
characterized,
dadurch gekennzeichnet,2. Method according to item 1,
characterized,
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD20043177A DD141039A1 (en) | 1977-08-04 | 1977-08-04 | METHOD FOR PRODUCING HARD COATINGS WITH HIGH RESISTANCE TO HAZARDS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD20043177A DD141039A1 (en) | 1977-08-04 | 1977-08-04 | METHOD FOR PRODUCING HARD COATINGS WITH HIGH RESISTANCE TO HAZARDS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DD141039A1 true DD141039A1 (en) | 1980-04-09 |
Family
ID=5509360
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DD20043177A DD141039A1 (en) | 1977-08-04 | 1977-08-04 | METHOD FOR PRODUCING HARD COATINGS WITH HIGH RESISTANCE TO HAZARDS |
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DD (1) | DD141039A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2596775A1 (en) * | 1986-04-07 | 1987-10-09 | Univ Limoges | Hard multilayer coating produced by ion deposition of titanium nitride, titanium carbonitride and i-carbon |
DE19513102A1 (en) * | 1995-04-07 | 1996-10-17 | Fraunhofer Ges Forschung | Diamond composite layer system, process for its production and its use |
-
1977
- 1977-08-04 DD DD20043177A patent/DD141039A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2596775A1 (en) * | 1986-04-07 | 1987-10-09 | Univ Limoges | Hard multilayer coating produced by ion deposition of titanium nitride, titanium carbonitride and i-carbon |
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DE19513102C2 (en) * | 1995-04-07 | 1998-02-05 | Fraunhofer Ges Forschung | Diamond composite layer system, process for its production and its use |
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