einem Phasengemisch aus SiNx und SiC oder aus den Phasengemischen SiCxNy und SiNx oder SiCxNy und SiC, aus siner Folge von alternierenden Einzelschichten mit einer Einzelschichtdicke zwischen 0,2 und 1,0μηι besteht, die Gesamtschichtdicke zwischen 2 und ΒΟμπι liegt und benachbarte Einzelschichten eine unterschiedliche Zusammensetzung besitzen. Es ist vorteilhaft, wenn sich die benachbarten Einzelschichten im Sil'clum/Kohlenstoff-Verhältnis um 5% unterscheiden. Dieser Überzug wird hergestellt durch Gasphasenabscheidung aus Gasgemischen eines oder mehrerer Silane, Halogensilane, Alkylhalogensilane, einem oder mehrerer Kohlenwasserstoffe, H2, N2 und/oder NH3 sowie einem oder mehreren Inortgason im Temperaturbereich von 5000C bis 12000C.a phase mixture of SiN x and SiC or of the phase mixtures SiC x Ny and SiN x or SiC x N y and SiC, consisting of a sequence of alternating single layers with a single layer thickness between 0.2 and 1.0μηι, the total layer thickness between 2 and ΒΟμπι and adjacent individual layers have a different composition. It is advantageous if the adjacent individual layers differ by 5% in the Sil'clum / carbon ratio. This coating is prepared by vapor deposition from gas mixtures of one or more silanes, halosilanes, alkylhalosilanes, one or more hydrocarbons, H 2 , N 2 and / or NH 3 and one or more inorton gas in the temperature range of 500 0 C to 1200 0 C.
Erfindungsgemäß wird die Ausgangsgasmischung mit einem Verhältnis der Stoffmengenanteile von C zu Si im Bereich von 0,5 bis 2 und von N zu Si im Bereich von 1 bis 15 während des gesamten Abscheideprozesses der Schichtkombination mit Unveränderterzusammensetzung sowie unveränderten Abscheideparametern kontinuierlich zugeführt. Es wurde überraschend gefunden, daß in dem angegebenen Konzentrationsbereich trotz Konstanthalten der Ausgangsgasmischung und der Abscheidungstemperatur (im Falle des plasmagestützten CVD sind noch der Druck und die elektrischen Parameter konstant zu halten) ein Überzug besteht, der aus einer Folge alternierender Einzelschicht mit unterschiedlicher Zusammensetzung entsteht, was auf einen oszillierenden Abscheidungsmechanismus schließen läßt. Bei diesen Konze itrationen entsteht ein selbstregulierendes System der Schichtabscheidung. Das Konstanthalten der Verfahrensptrameter hat den Vorteil, daß eine hohe Reproduzierbarkeit der Abscheidung garantiert ist, da Störungen das Wachstumsprozesses, die i. a. bei Änderungen der Verfahrensparameter an den Wachstumsfronten auftreten, entfallen. Vorteilhaft ist auch, daß das Abscheidungsverfahren in jeder Normaldruck-CVD- oder PECVD-Anlage ohne zusätzlichen technologischen Aufwand zur Dosierung der Reaktanden realisiert werden kann.According to the invention, the starting gas mixture is fed continuously with a ratio of the molar proportions of C to Si in the range from 0.5 to 2 and from N to Si in the range from 1 to 15 during the entire deposition process of the layer combination with unchanged composition and unchanged Abscheideparametern. It has surprisingly been found that in the given concentration range, in spite of keeping the starting gas mixture constant and the deposition temperature (in the case of the plasma-assisted CVD, the pressure and the electrical parameters still have to be kept constant) there is a coating which results from a series of alternating single layers of different composition. which suggests an oscillating deposition mechanism. These compositions result in a self-regulating system of layer deposition. The keeping constant of the process parameters has the advantage that a high reproducibility of the deposition is guaranteed, since disturbances of the growth process, the i. a. when changes occur in the process parameters on the growth fronts are omitted. It is also advantageous that the deposition process in any normal pressure CVD or PECVD system can be realized without additional technological effort for dosing the reactants.
Scratch-Tests dieser Hartstoffschichten zeigten eine ausgezeichnete Haftung der Einzelschichten untereinander und auf dem Substrat, trotz der Unterschiede in der Struktur von Si3N4 und SiC. Wie Eigenspannungsmessungen zeigten, waren bei dieser Schichtstruktur gegenüber den homogenen Schichten deutlich geringere Eigenspannungswerte zu verzeichnen, die sich ebenfalls günstig auf die mechanische Belastbarkeit auswirken.Scratch tests of these hard coatings showed excellent adhesion of the individual layers to each other and to the substrate, despite differences in the structure of Si 3 N 4 and SiC. As shown by residual stress measurements, significantly lower residual stress values were observed for this layer structure than for the homogeneous layers, which also had a favorable effect on the mechanical strength.
AusfQhrungsbelspioleAusfQhrungsbelspiole
1. Beispiel1st example
Hartmetall-Wendeschneidplatten werden in einen PACVD-Quarzreaktor mit induktiver Einspeisung der HF-Energie eingebracht und in einerWasserstoff/Argon-Gasmischung bei einem Druck von 130Pa auf 85O0C erwärmt. Durch die erzeugte Glimmentladung wird das Substrat gleichzeitig mittels Ionenbombardement gereinigt. Dann wird in den Reaktor eine Gasmischung der Zusammensetzung 1,3 Stoffmengenanteile SiCI4,0,2 Stoffmengenanteile C8Hg, 2,3 Stoffmengenanteile N2, 81,2 Stoffmengenanteile H2 und Rest Argon eingeleitet. Nach einer Beschichtungszeit von 45min hat sich eine 20pm dicke, festhaftende Hartstoffschicht aus SiC„Ny gebildet. Nach einer Ätzung in HF/HNO3 zeigten sich innerhalb der Schicht etwa SO Einzelschichten mit einer mittleren Schichtdicke von 0,4Mm. Augerspektroskopische Untersuchungen ergaben Konzentrationsänderungen für Silicium zwischen 45 und 53 Stoffmengenanteile.Carbide indexable inserts are placed in a PACVD quartz reactor with inductive RF energy input and heated to 85O 0 C in a hydrogen / argon gas mixture at 130 Pa pressure. The generated glow discharge simultaneously cleans the substrate by means of ion bombardment. Then, a gas mixture of the composition 1.3 molar ratios SiCI 4 , 0.2 molar ratios C 8 Hg, 2.3 molar ratios N 2 , 81.2 mole fractions H 2 and the remainder argon is introduced into the reactor. After a coating time of 45 minutes, a 20 pm thick, firmly adhering hard material layer of SiC "N y has formed. After etching in HF / HNO 3 , about SO single layers with an average layer thickness of 0.4 μm appeared within the layer. Auger spectroscopic investigations revealed concentration changes for silicon between 45 and 53 mole fractions.
2,Belspiel2, Belspiel
Auf eine Wendeschneidplatte, bestehend aus WC/Co mit 6 Masseanteile Co wird eine 10Mm dicke TiCx-Schicht in bekannter Art und Weise aufgebracht. Anschließend wird mit dem im 1.Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahren eine 4μηη dicke S!CxNy-Deckschicht aufgebracht, die aus 10 Einzelschichten besteht. Schneidversuche mit dieser erfindungsgemäßen Deckschicht mit GGL 25 als Gegenwerkstoff zeigen bei ν = 200 m/min, s = 0,3mm/Uunda = 2 mm eine Verschleißmarkenbreite VB = 0,10mm nach 30min Schnittzeit. Ein vergleichbares Schichtsystem, wobei die Deckschicht eine homogene Si3N4-Schicht war, zeigt diese Verschleißmarkenbreite bereits nach 20min Schnittzeit.On an indexable insert, consisting of WC / Co with 6 parts by weight of Co, a 10mm thick TiC x layer is applied in a known manner. Subsequently, a 4μηη thick S! C x N y cover layer is applied with the method described in the 1st embodiment, which consists of 10 individual layers. Cutting tests with this cover layer according to the invention with GGL 25 as the mating material show at ν = 200 m / min, s = 0.3 mm / Uunda = 2 mm a wear mark width VB = 0.10 mm after a 30-minute cutting time. A comparable layer system, wherein the cover layer was a homogeneous Si 3 N 4 layer, shows this wear mark width after only 20 minutes of cutting time.