DE102005063536B4 - Hartstoff - Schichtsystem - Google Patents

Hartstoff - Schichtsystem Download PDF

Info

Publication number
DE102005063536B4
DE102005063536B4 DE102005063536.9A DE102005063536A DE102005063536B4 DE 102005063536 B4 DE102005063536 B4 DE 102005063536B4 DE 102005063536 A DE102005063536 A DE 102005063536A DE 102005063536 B4 DE102005063536 B4 DE 102005063536B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
film
sputtering
hard
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
DE102005063536.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Yamamoto
Susumu Kujime
Kazuki Takahara
Hirofumi Fuji
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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
Priority claimed from JP2004025710A external-priority patent/JP4500061B2/ja
Priority claimed from JP2004025711A external-priority patent/JP4448342B2/ja
Priority claimed from JP2004035474A external-priority patent/JP4452089B2/ja
Priority claimed from JP2004069117A external-priority patent/JP4408230B2/ja
Priority claimed from JP2004069118A external-priority patent/JP4408231B2/ja
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to DE102005004402A priority Critical patent/DE102005004402B4/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102005063536B4 publication Critical patent/DE102005063536B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036—Reactive sputtering
    • C23C14/0063—Reactive sputtering characterised by means for introducing or removing gases
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • 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
    • 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
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036—Reactive sputtering
    • 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
    • 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
    • C23C14/0641—Nitrides
    • 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
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C23C14/0647—Boron nitride
    • 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
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C23C14/0652—Silicon nitride
    • 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
    • C23C14/0664—Carbonitrides
    • 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
    • C23C14/0676—Oxynitrides
    • 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
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • 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
    • 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
    • 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
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • 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
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/568—Transferring the substrates through a series of coating stations
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/341—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one carbide layer
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/347—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with layers adapted for cutting tools or wear applications
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • C23C28/42—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • C23C28/44—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by a measurable physical property of the alternating layer or system, e.g. thickness, density, hardness
    • 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
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y10T428/2495—Thickness [relative or absolute]
    • Y10T428/24967—Absolute thicknesses specified
    • Y10T428/24975—No layer or component greater than 5 mils thick
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension

Abstract

Hartstoff-Schichtsystem, umfassend abwechselnd abgeschiedene Schichten A und B, wobei • die Schicht A die Zusammensetzung (Cr1-αXα)(BaCbN1-a-b-cOc)e aufweist, worin X ein, zwei oder mehr Element(e) ist, ausgewählt aus einer Gruppe, die Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al und Si umfasst, 0 ≤ α ≤ 0,9, 0 ≤ a ≤ 0,15, 0 ≤ b ≤ 0,3, 0 ≤ c ≤ 0,1, 0,2 ≤ e ≤ 1,1, • die Schicht B die Zusammensetzung B1-s-tCsNt, worin 0 ≤ s ≤ 0,25, (1-s-t)/t ≤ 1,5, oder Si1-x-yCxNy, worin 0 ≤ x ≤ 0,25, 0,5 ≤ (1-x-y)/y ≤ 1,4, oder C1-uNu, worin 0 ≤ u ≤ 0,6, aufweist, • sich die Kristallstruktur der Schicht A von der Kristallstruktur der Schicht B unterscheidet, • die Dicke der Schicht A pro Schicht das Zweifache oder mehr der Dicke der Schicht B pro Schicht beträgt, • die Dicke der Schicht B pro Schicht 0,5 nm oder mehr beträgt und • die Dicke der Schicht A pro Schicht 200 nm oder weniger beträgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hartstoff-Schichtsystem.
  • Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Hartstoff-Schichtsystem (bzw. einen laminierten Hartfilm), bei dem die Kristallteilchengröße derart genau gesteuert ist, dass es eine hervorragende mechanische Beständigkeit aufweist, ein verschleißfestes Hartstoff-Schichtsystem, das auf der Oberfläche von Bearbeitungswerkzeugen oder gleitenden Teilen für Kraftfahrzeuge ausgebildet ist, und ein Hartstoff-Schichtsystem mit einer hervorragenden Verschleißfestigkeit und hervorragenden Antioxidationseigenschaften.
  • Das erfindungsgemäße Hartstoff-Schichtsystem kann mit einer kombinierten Beschichtungsvorrichtung (Filmbildungskombinationsvorrichtung), die eine Lichtbogenverdampfungsquelle und eine Sputterzerstäubungsquelle (Sputterverdampfungsquelle) umfasst, mit den vorstehend genannten hervorragenden Eigenschaften gebildet werden.
  • In den letzten Jahren bestand ein steigender Bedarf zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit von superharten Legierungen, von Schneidwerkzeugen aus Thermitstahl oder Schnellarbeitswerkzeugstahl als Basismaterialien und von gleitenden Teilen für Kraftfahrzeuge, und es wird die Möglichkeit einer Verbesserung des verschleißfesten Films bzw. Schicht(systems) (im Folgenden kann „Film” sowohl einen Einzelfilm als auch ein Filmsystem aus mehreren Filmen bezeichnen und „Schicht” sowohl eine Einzelschicht als auch ein Schichtsystem aus mehreren Schichten bezeichnen) in Betracht gezogen, der auf der Oberfläche dieser Teile verwendet wird.
  • DE 102 33 222 A1 betrifft einen Hartfilm mit der Zusammensetzung (Alb, [Cr1-αVα]c)(C1-dNd), wobei 0,5 ≤ b ≤ 0,8, 0,2 ≤ c ≤ 0,5, b + c = 1, 0,05 ≤ α ≤ 0,95, 0,5 ≤ d ≤ 1 (worin b und c jeweils Atomverhältnisse von Al und Cr + V darstellen, d das Atomverhältnis von N bezeichnet und α das Atomverhältnis von V darstellt), oder mit der Zusammensetzung (Ma, Alb, [Cr1-αVα]c)(C1-dNd), worin M wenigstens ein Element ist, das aus Ti, Nb, W, Ta und Mo ausgewählt ist und wobei 0,02 ≤ a ≤ 0,3, 0,5 ≤ b ≤ 0,8, 0,05 ≤ c, a + b + c = 1, 0,5 ≤ d ≤ 1, 0 ≤ α ≤ 1, (worina das Atomverhältnis von M darstellt), wobei der Fall, bei dem M = Ti ist und der Wert α = 0 ist, ausgeschlossen ist.
  • US 6,586,122 B2 betrifft ein mit mehreren Schichten beschichtetes Schneidwerkzeug mit einer Mehrschicht-Beschichtungsschicht, die eine erste Hartbeschichtungsschicht auf dem Substrat und eine zweite Hartbeschichtungsschicht auf der ersten Hartbeschichtungsschicht umfasst, wobei die erste Hartbeschichtungsschicht ein oder mehrere Metallelement(e), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Al und Cr, und ein oder mehrere Nichtmetallelement(e), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus N, B, C und O, umfasst, und die zweite Hartbeschichtungsschicht Si und ein oder mehrere Metallelement(e), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Metallelementen der Gruppen 4a, 5a und 6a des PSE und Al, und ein oder mehrere Nichtmetallelement(e), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus N, B, C und 0, umfasst.
  • US 4,556,607 A betrifft Oberflächenbeschichtungen aus 20 bis 70 Gew.-% von Co und/oder Ni, 8 bis 35 Gew.-% Cr, 3 bis 20 Gew.-% von Mo und/oder W und 0,5 bis 10 Gew.-% von mindestens einem von C, N und B.
  • US 5,234,561 A und EP 0 403 552 B1 betreffen jeweils Verfahren und Vorrichtungen zur dualen Beschichtung mittels physikalischer Gasphasenabscheidung.
  • Der im Stand der Technik verwendete verschleißfeste Film bzw. Schicht umfasst eine Hartstoff-Schicht bzw. einen Hartfilm wie z. B. TiAlN, bei dem es sich um einen Mischnitridfilm bzw. -schicht aus TiN oder TiCN, Ti und Al handelt, der auf diesem Basismaterial (Teil) aufgebracht ist.
  • Um die Verschleißfestigkeit dieses verschleißfesten Films bzw. Schicht zu verbessern, wurde im Allgemeinen ein drittes Element zugesetzt, um die Feinheit der Kristallteilchen des Films bzw. Schicht zu erhöhen und dessen Eigenschaften zu verbessern. Beispielsweise wurde im Fall von Schneidwerkzeugen berichtet, dass die Zugabe von Si oder B zu einem TiAlN-Film bzw. -Schicht die Verschleißfestigkeit verbessert und die Härte erhöht, und zwar durch Erhöhen der Feinheit von Kristallteilchen ( US 55 80 653 A und US 53 18 840 A ). Es wurde auch vorgeschlagen, B dem CrN-Film bzw. -Schicht zuzusetzen, der in gleitenden Teilen verwendet wird, wie z. B. einem Kolbenring eines Kraftfahrzeugs, um die Verschleißfestigkeit durch Erhöhen der Härte zu verbessern ( US 62 32 003 B1 ).
  • Bezüglich des Hinzufügens von Elementen zu Hartfilmen bzw. -schichten im Stand der Technik gibt es auch ein Beispiel eines Versuchs, die Eigenschaften wie z. B. die Härte durch Hinzufügen von Si durch Sputtern, während ein TiN-Film bzw. -Schicht durch eine Lichtbogenverdampfungsquelle in einer Vorrichtung gebildet wird, die sowohl mit einer Lichtbogenverdampfungsquelle als auch mit einer Sputterzerstäubungsquelle ausgestattet ist, so dass ein TiSiN-Film bzw. -Schicht gebildet wird, zu verbessern (K. H. Kim et al., Surf. Coat. Technol. 298 (2002), Seiten 243–244, 247).
  • Bei diesen Verfahren zur Erhöhung der Feinheit von Kristallteilchen eines verschleißfesten Films bzw. Schicht durch Hinzufügen anderer Elemente wird die Feinheit der Kristallteilchen durch die Zugabemenge des Elements bestimmt und die Film- bzw. Schichtteilchengröße kann lediglich durch Variieren der Zugabemenge des Elements gesteuert werden. Daher muss zur Herstellung von Filmen bzw. Schichten mit verschiedenen Teilchengrößen eine Mehrzahl von Targets mit verschiedenen Elementzugabemengen erzeugt werden. Es ist jedoch extrem schwierig, eine Probe mit genau der richtigen Teilchengröße für einen bestimmten Zweck herzustellen, d. h. einen Film bzw. Schicht herzustellen, der Eigenschaften aufweist, die für einen bestimmten Zweck gestaltet sind, und dabei treten in der Praxis Probleme auf.
  • Hartfilme bzw. -schichten mit hervorragender Härte und Verschleißfestigkeit mit im Wesentlichen einer Steinsalzkristallstruktur wurden ebenfalls zur Verwendung in Schneidwerkzeugen vorgeschlagen ( US 67 67 658 B2 , US 2002 168 552 A1 ). Diese Hartfilm- bzw. -schichtzusammensetzungen sind z. B. (Tia, Alb, Vc)(C1-dNd), worin
    0,02 ≤ a ≤ 0,3, 0,5 < b ≤ 0,8, 0,05 < c, 0,7 ≤ b + c, a + b + c = 1, 0,5 ≤ d ≤ 1.
  • Im Allgemeinen können Hartfilme bzw. -schichten mit einer Steinsalzstruktur mittels Röntgenbeugung mit dem θ-2θ-Verfahren gemessen werden. Beispielsweise weisen Hartfilme bzw. -schichten wie (TiAlV)(CN) eine Steinsalzkristallstruktur auf und bilden ein Mischnitrid mit einer Steinsalzstruktur, bei der Al und V die Ti- und TiN-Plätze in der Steinsalzstruktur ersetzen. In diesem Fall ist das AlN in der Steinsalzstruktur (Gitterkonstante 4,12 Å) eine Hochtemperatur-Hochdruckphase und eine sehr harte Substanz, und wenn das Verhältnis von Al in (CN)(TiAlV) erhöht wird, während die Steinsalzstruktur beibehalten wird, kann die Härte des (TiAlV)(CN)-Films bzw. -Schicht weiter erhöht werden.
  • Zur Bildung eines Hartstoff-Mehrschichtsystems bzw. Mehrschichthartfilms dieses Typs gibt es Vorrichtungen und Verfahren, bei denen abhängig von den verwendeten Hartmaterialien mehrere Lichtbogenverdampfungsquellen und Sputterzerstäubungsquellen oder Elektronenstrahlverdampfungsquellen zur Bildung verschiedener Hartstoff-Schichten bzw. Hartfilmschichten auf einem Substrat kombiniert werden können.
  • Von diesen Vorrichtungen weist eine Vorrichtung, bei der mehrere Lichtbogenverdampfungsquellen und Sputterzerstäubungsquellen zur aufeinander folgenden Ausbildung von Hartstoff-Schichten bzw. Hartfilmschichten auf dem Substrat kombiniert werden, im Hinblick darauf, dass der Film bzw. Schicht durch die Nutzung der verschiedenen Eigenschaften einer Lichtbogenverdampfungsquelle und einer Sputterzerstäubungsquelle gebildet werden kann, angeblich eine hohe Beschichtungs- bzw. Filmbildungseffizienz auf.
  • Beispielsweise bildet die Lichtbogenverdampfungsquelle im Hinblick auf die relativen Eigenschaften einer Lichtbogenverdampfungsquelle und einer Sputterzerstäubungsquelle einen Film bzw. Schicht schneller aus als eine Sputterzerstäubungsquelle, jedoch ist es schwierig, die Beschichtungs- bzw. Filmbildungsgeschwindigkeit einzustellen und die Dicke der gebildeten Dünnfilmschicht genau zu steuern. Andererseits bildet die Sputterzerstäubungsquelle einen Film bzw. Schicht langsamer als eine Lichtbogenverdampfungsquelle, jedoch kann die Beschichtungs- bzw. Filmbildungsgeschwindigkeit einfach eingestellt werden, und da sie selbst mit einer extrem geringen Eingangsleistung betrieben werden kann, kann die Dicke des Dünnfilms bzw. -schicht, der gebildet wird, genau gesteuert werden.
  • Folglich kann durch die Verwendung einer Lichtbogenverdampfungsquelle für relativ dicke Beschichtungen bzw. Filmschichten und einer Sputterzerstäubungsquelle für relativ dünne Beschichtungen bzw. Filmschichten die Dicke jeder (Film)schicht einfach gesteuert werden und die Gesamt-Beschichtungs- bzw. -Filmbildungsgeschwindigkeit kann erhöht werden.
  • Im Stand der Technik ist eine kombinierte Beschichtungsvorrichtung bekannt, bei der eine Mehrzahl von Lichtbogenverdampfungsquellen und Sputterzerstäubungsquellen in der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer kombiniert ist.
  • Beispielsweise wurde ein Verfahren zur Bildung eines Hartfilms bzw. -schicht vorgeschlagen, bei dem die Lichtbogenverdampfungsquelle und die Sputterzerstäubungsquelle abwechselnd betrieben werden. Als erstes wird durch die Lichtbogenverdampfungsquelle ein Metallionenätzen durchgeführt, dann wird die Lichtbogenverdampfungsquelle gestoppt, ein Prozessgas wird eingeführt und die Sputterzerstäubungsquelle wird betrieben ( US 52 34 561 A ).
  • Es wurde auch eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der eine Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds (Magnetfeldanwendungsmechanismus bzw. Magnetfeldanlegungsfunktion) mit einer Lichtbogenverdampfungsquelle und einer Sputterzerstäubungsquelle kombiniert wird ( EP 0 403 552 B1 , US 62 32 003 B1 ). In der 7 der US 62 32 003 B1 , wobei es sich um eine der Techniken des Standes der Technik handelt, bei der keine Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds verwendet wird, stören sich die Magnetfelder der Lichtbogenverdampfungsquelle und der Sputterzerstäubungsquelle gegenseitig.
  • Im Stand der Technik ist auch bekannt, dass die Lichtbogenverdampfungsquelle und die Sputterzerstäubungsquelle zur Bildung eines Hartfilms bzw. -schicht gleichzeitig betrieben werden können, und wenn dem Film bzw. Schicht ein drittes Element hinzugefügt wird, nimmt die Feinheit der Kristallteilchen des Films bzw. Schicht zu, was die Verschleißfestigkeit und andere Eigenschaften verbessert. Beispielsweise wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Si oder B einem TiN-Film bzw. -Schicht oder einem TiAlN-Film bzw. -Schicht für Schneidwerkzeuge zugesetzt wird, was die Verschleißfestigkeit verbessert und die Härte aufgrund der feineren Kristallteilchen erhöht ( US 55 80 653 A , US 53 18 840 A , K. H. Kim et al., Surf. Coat. Technol. 298 (2002), Seiten 243–244, 247). Es wurde auch ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem B einem CrN-Film bzw. -Schicht zugesetzt wird, der in gleitenden Teilen wie z. B. dem Kolbenring von Kraftfahrzeugen zugesetzt wird, um die Verschleißfestigkeit durch Erhöhen der Härte zu verbessern ( US 62 32 003 B1 ).
  • Selbst in einem Hartfilm bzw. -schicht, der hauptsächlich eine Halogenidkristallstruktur aufweist, gibt es abhängig von den Beschichtungs- bzw. Filmbildungsbedingungen, wenn die Kristallteilchengröße (nachstehend auch als Kristallgröße) des Halogenidhartfilms bzw. -schicht grob ist, eine Grenze für die Verbesserung der Verschleißfestigkeit, die durch die Erhöhung der Härte erhalten werden kann.
  • In dem vorstehend genannten Stand der Technik wurde in jedem Fall während der Beschichtung bzw. Filmbildung ein spezifisches Element einheitlich zugesetzt und dadurch wurde ein Einschichtfilm mit einer einzigen chemischen Zusammensetzung gebildet. Der auf diese Weise gebildete Film bzw. Schicht weist aufgrund der feineren Kristallteilchen, die den Film bzw. Schicht bilden, eine erhöhte Härte und eine verbesserte Verschleißfestigkeit auf, jedoch gab es dann, wenn der Reibungskoeffizient der Film- bzw. Schichtoberfläche nicht ausreichend vermindert worden ist, nur eine geringe Verbesserung der Verschleißfestigkeit und des Gleitvermögens, und aufgrund der erhöhten Härte neigte der Film bzw. Schicht stärker dazu, andere Elemente zu beschädigen, und somit war eine weitere Verbesserung erwünscht.
  • Darüber hinaus wiesen die mit diesen Verfahren und Techniken des Standes der Technik gebildeten Hartfilme bzw. -schichten keine ausreichende Leistung auf, um die immer strenger werdenden Anforderungen bezüglich Schneidwerkzeugen und gleitenden Teilen zu erfüllen, so dass eine erhöhte Verschleißfestigkeit und eine bessere Dauerbeständigkeit erwünscht waren.
  • Wenn beispielsweise ein Element wie B oder Si dem vorstehend beschriebenen verschleißfesten Film bzw. Schicht zugesetzt wird, um die Feinheit der Kristallteilchen zu erhöhen, wird die Feinheit durch die Zugabemenge bestimmt und die Schicht- bzw. Filmteilchengröße kann lediglich durch Variieren der Zugabemenge gesteuert werden. Daher muss zur Herstellung von Filmen bzw. Schichten mit unterschiedlichen Teilchengrößen eine Mehrzahl von Targets mit variierenden Elementzugabemengen hergestellt werden. Es ist folglich sehr unzweckmäßig, eine Probe mit einer spezifischen Teilchengröße für einen speziellen Zweck herzustellen, z. B. einen Film bzw. Schicht mit Eigenschaften, die für einen speziellen Zweck gestaltet sind, und es gibt daher eine praktische Grenze für die Verbesserung der Verschleißfestigkeit des Hartfilms bzw. -schicht, die erhalten werden kann.
  • Im Fall der vorstehend genannten Vorrichtung konnten dann, wenn eine Lichtbogenverdampfungsquelle und eine Sputterzerstäubungsquelle in der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer betrieben wurden, selbst dann, wenn die Lichtbogenverdampfungsquelle und die Sputterzerstäubungsquelle abwechselnd betrieben wurden, verschiedene Probleme nicht vermieden werden, z. B. war es manchmal schwierig, einen feinen Hartfilm bzw. -schicht oder einen Hartfilm bzw. -schicht mit der gewünschten Zusammensetzung abhängig von dem Hartfilm- bzw. -schichtmaterial und den Beschichtungs- bzw. Filmbildungsbedingungen zu bilden, und während des Beschichtungs- bzw. Filmbildungsverfahrens traten manchmal anomale elektrische Entladungen auf. Folglich gab es auch eine Grenze bezüglich der Verbesserung der Verschleißfestigkeit, die durch Erhöhen der Härte des Films bzw. Schicht erhalten werden konnte.
  • Wenn beispielsweise Hartnitridfilme bzw. -schichten wie TiN, TiCN oder TiAlN gebildet werden, wird die Beschichtung bzw. Filmbildung in einer Mischgasatmosphäre aus Ar und Stickstoff zur Bildung des Nitrids durchgeführt. In der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer neigen jedoch Elektronen, die von der Lichtbogenverdampfungsquelle oder der Sputterzerstäubungsquelle abgegeben werden, dazu, leicht an die Kammerwände angezogen zu werden, die in der gleichen Weise wie das Substrat als Anode wirken. Als Folge davon wird die Konzentration abgegebener Elektronen geringer, die Kollisionen mit dem Sputtergas oder dem Reaktivgas nehmen ab und es ist schwierig, eine hocheffiziente Gasionisierung durchzuführen.
  • Ferner wird in einer Sputterzerstäubungsquelle ein inertes Sputtergas wie z. B. Ar (Argon), Ne (Neon) oder Xe (Xenon) verwendet, wohingegen in einer Lichtbogenverdampfungsquelle ein Reaktivgas (Reaktionsgas) wie z. B. Stickstoff, Methan oder Acetylen verwendet wird. Wenn folglich eine Lichtbogenbeschichtung bzw. -filmbildung und eine Sputterbeschichtung bzw. -filmbildung in der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer gleichzeitig durchgeführt werden, und insbesondere dann, wenn der Partialdruck des Reaktivgases wie z. B. Stickstoff erhöht wird, um die Beschichtungs- bzw. Filmbildungsleistung zu erhöhen, kann das Sputtertargetmaterial abhängig von dem verwendeten Sputterzerstäubungsquellenmaterial mit dem Reaktionsgas reagieren, so dass ein Isolator (isolierende Substanz) auf der Oberfläche des Targetmaterials gebildet wird. Aufgrund dieses Isolators besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit einer anomalen Entladung (Lichtbogenbildung), die in der Sputterzerstäubungsquelle auftritt. Dies stört auch eine hocheffiziente Gasionisierung.
  • Wenn eine Störung einer hocheffizienten Gasionisierung vorliegt, kann die ionische Bestrahlung des Substrats nicht intensiviert werden, so dass die Feinheit der Hartfilmschicht nicht erhöht werden kann, die Oberflächen gröber und die Oberflächeneigenschaften schlechter werden. Als Folge davon gab es in der Beschichtungsvorrichtung (Filmbildungsvorrichtung) des Standes der Technik und insbesondere dann, wenn eine Lichtbogenverdampfungsquelle und eine Sputterzerstäubungsquelle gleichzeitig in der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer betrieben wurden, eine schwerwiegende Beschränkung bezüglich der Verbesserung von Eigenschaften und der Leistung, die durch Erhöhen der Schicht- bzw. Filmhärte erreicht werden kann.
  • Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme ist es daher Aufgabe dieser Erfindung, ein Hartstoff-Schichtsystem bzw. einen laminierten Hartfilm mit überlegener Verschleißfestigkeit, überlegenem Gleitvermögen und überlegenen Antioxidationseigenschaften bereitzustellen, und zwar durch Erhöhen der Feinheit der Kristallteilchen eines Hartfilms bzw. -schicht mit Steinsalzstruktur.
  • Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe umfasst das Hartstoff-Schichtsystem bzw. der laminierte Hartfilm der vorliegenden Erfindung abwechselnd abgeschiedene Schichten A und B, wobei
    • • die Schicht A die Zusammensetzung (Cr1-αXα)(BaCbN1-a-b-cOc)e aufweist, worin X ein, zwei oder mehr Element(e) ist, ausgewählt aus einer Gruppe, die Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al und Si umfasst, 0 ≤ α ≤ 0,9, 0 ≤ a ≤ 0,15, 0 ≤ b ≤ 0,3, 0 ≤ c ≤ 0,1, 0,2 ≤ e ≤ 1,1,
    • • die Schicht B die Zusammensetzung B1-s-tCsNt, worin 0 ≤ s ≤ 0,25, (1-s-t)/t ≤ 1,5, oder Si1-x-yCxNy, worin 0 ≤ x ≤ 0,25, 0,5 ≤ (1-x-y)/y ≤ 1,4, oder C1-uNu, worin 0 ≤ u ≤ 0,6, aufweist,
    • • sich die Kristallstruktur der Schicht A von der Kristallstruktur der Schicht B unterscheidet,
    • • die Dicke der Schicht A pro Schicht das Zweifache oder mehr der Dicke der Schicht B pro Schicht beträgt,
    • • die Dicke der Schicht B pro Schicht 0,5 nm oder mehr beträgt und
    • • die Dicke der Schicht A pro Schicht 200 nm oder weniger beträgt.
  • Erfindungsgemäß weist die Schicht A eine kubische Steinsalzstruktur auf und mindestens eine der Halbwertsbreiten der Beugungslinien der (111)-Ebene und der (200)-Ebene, die in einem mit dem θ-2θ-Verfahren unter Verwendung der CuKα-Linie erhaltenen Röntgenbeugungsmuster auftreten, kann 0,3° oder mehr betragen.
  • Erfindungsgemäß können durch abwechselndes Abscheiden der Hartstoff- bzw. -filmschicht A und der Schicht B, die ein Gleitvermögen auf der Substratoberfläche aufweist, und Steuern des Wachstums der Kristallteilchen, welche die Schicht A bilden, um deren Feinheit zu erhöhen, ein Hartstoff-Schichtsystem bzw. Hartfilm mit einer bzw. einem bezüglich Hartstoff-Schichtsystemen bzw. Hartfilmen des Standes der Technik überlegenen Verschleißfestigkeit und Gleitvermögen bereitgestellt werden.
  • Ein geeignetes Verfahren zur Bildung des Hartstoff-Schichtsystems bzw. des laminierten Hartfilms der vorliegenden Erfindung besteht darin, diesen feinkristallinen Film bzw. Schicht unter Verwendung einer Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung auszubilden, die eine oder mehrere von jeweils einer Lichtbogenverdampfungsquelle, die eine Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds umfasst, und eine Sputterzerstäubungsquelle umfasst, wobei die Bestandteilskomponenten der Hart(film)schicht A durch die Lichtbogenverdampfungsquelle und die Bestandteilskomponenten der Hart(film)schicht B durch die Sputterzerstäubungsquelle verdampft bzw. zerstäubt werden, so dass die Hart(film)schichten A und B aufeinander folgend abwechselnd auf dem Substrat abgeschieden werden.
  • Demgemäß ist eine kombinierte Beschichtungsvorrichtung eine Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung, die eine oder mehrere von jeweils einer Lichtbogenverdampfungsquelle, die eine Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds aufweist, und einer Sputterzerstäubungsquelle innerhalb der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer, und eine Einrichtung zum aufeinander folgenden Verschieben des Substrats, auf dem ein Film bzw. Schicht gebildet werden soll, zwischen der Lichtbogenverdampfungsquelle und der Sputterzerstäubungsquelle umfasst, wobei die Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds so konfiguriert ist, dass die Magnetkraftlinien der angrenzenden Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen miteinander verbunden sind.
  • Die kombinierte Beschichtungsvorrichtung umfasst eine oder mehrere von jeweils einer Lichtbogenverdampfungsquelle, die eine Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds umfasst, und eine Sputterzerstäubungsquelle innerhalb der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer, und eine Einrichtung zum aufeinander folgenden Verschieben des Substrats, auf dem ein Film bzw. Schicht gebildet werden soll, zwischen der Lichtbogenverdampfungsquelle und der Sputterzerstäubungsquelle, wobei während des Beschichtungs- bzw. Filmbildungsverfahrens ein Sputtergas in der Nähe der Sputterzerstäubungsquelle eingeführt wird und ein Reaktionsgas in der Nähe der Lichtbogenverdampfungsquelle eingeführt wird.
  • Ferner kann die Sputterzerstäubungsquelle eine Sputterzerstäubungsquelle sein, die in der vorstehend beschriebenen kombinierten Beschichtungsvorrichtung verwendet wird, bei der ein Material, bei dem es sich um einen elektrischen Isolator handelt, außerhalb eines Erosionsbereichs verwendet wird.
  • Entsprechend weist die Sputterzerstäubungsquelle, die in der kombinierten Beschichtungsvorrichtung verwendet wird, in einer weiteren Variation der Sputterzerstäubungsquelle eine Abschirmung auf, die sich an einem Schwebepotenzial („floating potential”) oder einem Erdungspotenzial bezogen auf das Potenzial des Sputtertargets außerhalb des Erosionsbereichs befindet.
  • In der kombinierten Beschichtungsvorrichtung ist die Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds so bereitgestellt, dass die Magnetkraftlinien der angrenzenden Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen während des Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorgangs verbunden sind, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
  • Folglich sind die Magnetkraftlinien innerhalb der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer geschlossen (geschlossener Magnetfeldaufbau) und, wie es später beschrieben wird, werden Elektronen, die von den Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen abgegeben werden, durch dieses geschlossene Magnetfeld eingefangen, so dass sie nicht leicht von der Kammer angezogen werden, bei der es sich wie bei dem Substrat um eine Anode handelt.
  • Folglich nimmt selbst dann, wenn die Lichtbogenbeschichtung bzw. -filmbildung und die Sputterbeschichtung bzw. -filmbildung gleichzeitig in der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer durchgeführt werden, die Konzentration der abgegebenen Elektronen zu, die Kollisionen zwischen dem Sputtergas und dem Reaktivgas nehmen zu und eine hocheffiziente Gasionisierung kann stattfinden.
  • In der kombinierten Beschichtungsvorrichtung besteht ein zusätzliches Merkmal darin, dass während des Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorgangs das Sputtergas in der Nähe der Sputterzerstäubungsquelle eingeführt wird und das Reaktionsgas in der Nähe der Lichtbogenverdampfungsquelle eingeführt wird. Wenn folglich eine Lichtbogenbeschichtung bzw. -filmbildung und eine Sputterbeschichtung bzw. -filmbildung gleichzeitig in der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer durchgeführt werden, und insbesondere selbst wenn der Partialdruck des Reaktivgases wie z. B. Stickstoff während der Beschichtung bzw. Filmbildung erhöht wird, um die Beschichtungs- bzw. Filmbildungsleistung zu erhöhen, werden Probleme wie z. B. die Schwierigkeit des Mischens des Reaktionsgases wie z. B. Stickstoff mit dem Sputtergas, die Bildung eines Isolierfilms bzw. -schicht auf der Targetoberfläche aufgrund des ionisierten Gasgemischs und eine anomale elektrische Entladung unterdrückt. Daher kann eine hocheffiziente Gasionisierung durchgeführt werden.
  • In den verschiedenen Ausführungsformen oder kombinierten Ausführungsformen wird eine Ionenbestrahlung des Substrats durch Fördern einer hocheffizienten Gasionisierung intensiviert und die Eigenschaften werden aufgrund der erhöhten Härte, die aus der Feinheit der Hartfilmschicht resultiert, verbessert. Ferner können anomale Ereignisse während der Beschichtung bzw. Filmbildung wie z. B. eine anomale elektrische Entladung unterdrückt werden.
  • Ferner wird bei den vorstehend genannten zwei Variationen der Sputterzerstäubungsquelle verhindert, dass eine Spannung auf den nicht-Erosionsbereich der Sputterzerstäubungsquelle einwirkt, so dass Teilchen, die von dem Erosionsbereich gesputtert worden sind, mit dem Reaktionsgas wie z. B. Stickstoff in dem nicht-Erosionsbereich reagieren und sich mit diesem Vereinigen und nicht abgeschieden werden. Als Folge davon wird eine anomale elektrische Entladung aufgrund dieses Faktors verhindert und es findet eine hocheffiziente Gasionisierung statt.
  • Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich in einer vollständigeren Weise aus der folgenden Beschreibung.
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht der laminierten Struktur bzw. Schichtstruktur eines Hartfilms bzw. -schicht bzw. Hartstoff-Schichtsystems.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Hartfilms bzw. -schicht des Standes der Technik.
  • 3 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Aspekt einer Vorrichtung zur Bildung des erfindungsgemäßen Hartfilms bzw. -schicht bzw. Hartstoff-Schichtsystems zeigt.
  • 4 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen weiteren Aspekt einer Vorrichtung zur Bildung des erfindungsgemäßen Hartfilms bzw. -schicht bzw. Hartstoff-Schichtsystems zeigt.
  • 5 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen weiteren Aspekt einer Vorrichtung zur Bildung des erfindungsgemäßen Hartfilms bzw. -schicht bzw. Hartstoff-Schichtsystems zeigt.
  • 6 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen weiteren Aspekt einer Vorrichtung zur Bildung des erfindungsgemäßen Hartfilms bzw. -schicht bzw. Hartstoff-Schichtsystems zeigt.
  • 7A ist ein Diagramm, das die Mikrostruktur eines Querschnitts des erfindungsgemäßen Hartfilms bzw. -schicht bzw. Hartstoff-Schichtsystems in der Dickenrichtung zeigt, wobei es sich um eine schematische Ansicht handelt.
  • 7B ist ein Diagramm, das die Mikrostruktur eines Querschnitts des erfindungsgemäßen Hartfilms bzw. -schicht bzw. Hartstoff-Schichtsystems in der Dickenrichtung zeigt, wobei es sich um einen vertikalen Schnitt handelt.
  • 8 ist eine Vorderansicht, die einen weiteren Aspekt der kombinierten Beschichtungsvorrichtung zeigt.
  • 9 ist eine Draufsicht, die einen weiteren Aspekt der kombinierten Beschichtungsvorrichtung zeigt.
  • 10 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Stickstoffpartialdruck und dem Stickstoffgehalt eines Hartfilms bzw. -schicht bzw. Hartstoff-Schichtsystems zeigt.
  • 11 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Stickstoffpartialdruck und der Oberflächenrauhigkeit Ra eines Hartfilms bzw. -schicht bzw. Hartstoff-Schichtsystems zeigt.
  • 12 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Stickstoffpartialdruck und der Vickershärte eines Hartfilms bzw. -schicht bzw. Hartstoff-Schichtsystems zeigt.
  • 13A zeigt einen Aspekt einer Sputterzerstäubungsquelle, wobei es sich um eine Draufsicht auf ein Sputtertargetmaterial handelt.
  • 13B zeigt einen Aspekt einer Sputterzerstäubungsquelle, wobei es sich um eine Vorderansicht der Sputterzerstäubungsquelle handelt.
  • 14A zeigt einen weiteren Aspekt der Sputterzerstäubungsquelle, wobei es sich um eine Draufsicht auf ein Sputtertargetmaterial handelt.
  • 14B zeigt einen weiteren Aspekt der Sputterzerstäubungsquelle, wobei es sich um eine Vorderansicht der Sputterzerstäubungsquelle handelt.
  • 15A zeigt einen weiteren Aspekt der Sputterzerstäubungsquelle, wobei es sich um eine Draufsicht auf ein Sputtertargetmaterial handelt.
  • 15B zeigt einen weiteren Aspekt der Sputterzerstäubungsquelle, wobei es sich um eine Vorderansicht der Sputterzerstäubungsquelle handelt.
  • Einige Ausführungsformen dieser Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Hartfilm- bzw. -schichtanforderungen beschrieben.
  • Als erstes wird eine Technik zur Steuerung der Teilchengröße beschrieben.
  • Steuerung der Kristallteilchengröße einer Hartfilmschicht A
  • Eine gewöhnliche Hartfilmschicht A, wie z. B. TiN, CrN oder TiAlN, die verbreitet für Schneidwerkzeuge oder verschleißfeste gleitende Teile verwendet und durch Sputtern oder Ionenplattieren gebildet wird, wie es schematisch durch das Schicht- bzw. -Filmkristallwachstumsmuster in der 2 gezeigt ist, geht von einem Kern auf dem Substrat aus und wächst zu einer Säule, wobei die Breite dieses säulenförmigen Teilchens während des Wachsens zunimmt.
  • Andererseits wird beispielsweise in dem Fall eines Vergleichsbeispiels, das schematisch durch das Film- bzw. Schichtkristallwachstumsmuster in der 1 gezeigt ist, ein Film bzw. Schicht mit Kristallen ohne kubische Steinsalzstruktur als Hartfilmschicht B ausgewählt und diese wird abwechselnd mit der Hartfilmschicht A abgeschieden (gebildet). In diesem Fall wird das Wachstum der Hartfilmschichten A durch Insertieren der Hartfilmschicht B vorübergehend unterbrochen und die Hartfilmschichten A erzeugen wiederholt Keime und wachsen ausgehend von den Hartfilmschichten B. Daher ist im Vergleich zur 2 die Kristallteilchengröße in der Schicht- bzw. Filmdickenrichtung und der Parallelrichtung (laterale Richtung) zu der Substratoberfläche geringer. Die 1 und 2 sind vereinfachte graphische Darstellungen der Ergebnisse, die durch eine TEM-Untersuchung (TEM = Transmissionselektronenmikroskop) des Querschnitts eines Hartfilms bzw. -schicht oder laminierten Hartfilms bzw. Hartstoff-Schichtsystems bei 45000-facher Vergrößerung erhalten werden.
  • Beispielsweise zeigt, wenn ein TiAlN-Film bzw. -Schicht als Hartfilmschicht A ausgewählt wird, ein SiN-Film bzw. -Schicht als Hartfilmschicht B ausgewählt wird, die Dicke der Schicht A etwa 5 nm und die Dicke der Schicht B etwa 5 nm beträgt, eine TEM-Untersuchung des laminierten TiAlN/SiN-Films bzw. -Schichtsystems mit der vorstehend genannten Schichtstruktur bzw. laminierten Struktur, dass im Vergleich zur 2 das Kristallteilchenwachstum in der Schicht- bzw. Filmdickenrichtung an jeder Schicht unterbrochen wird, so dass die Kristallteilchen feiner sind. Aufgrund dieser erhöhten Feinheit kritischer Teilchen können nunmehr überlegene bzw. hervorragende Eigenschaften erhalten werden, die mit den gehärteten Schichten bzw. Filmen des Standes der Technik nicht erreicht werden konnten.
  • Gemäß der vorliegende Erfindung ist die Schicht A kristallin (Cr2N oder CrN) und die Schicht B nicht-kristallin. Durch abwechselndes Abscheiden dieser beiden Schichten mit unterschiedlicher Kristallinität zur Bildung eines Schichtsystems bzw. Films wird das Wachstum der Kristallteilchen der Schicht A in der Schicht- bzw. Filmdickenrichtung durch Insertieren der Schicht B unterbrochen, so dass die Kristallteilchengröße die Dicke der Schicht A nicht übersteigt. Als Ergebnis sind verglichen mit dem Fall, bei dem das Kristallteilchenwachstum nicht wie in dem vorstehend beschiebenen Stand der Technik unterbrochen ist, die Kristallteilchen feiner und die Schicht- bzw. Filmhärte wird weiter erhöht.
  • Als nächstes werden die strukturellen Anforderungen eines Schichtsystems bzw. Laminats bzw. einer Mehrschichtstruktur aus zwei Typen von Hartfilmschichten beschrieben.
  • Dicke des Hartstoff-Schichtsystems bzw. laminierten Hartfilms Die Gesamtdicke des erfindungsgemäßen Hartstoff-Schichtsystems bzw. laminierten Hartfilms hängt von der Anwendung wie z. B. als Schneidwerkzeuge oder gleitende Teile ab. Im Allgemeinen liegt die Gesamtdicke im Fall von Schneidwerkzeugen in der Größenordnung von 1 bis 5 μm, und im Fall von gleitenden Teilen in der Größenordnung von 3 bis 100 μm. Daher kann die Schicht- bzw. (Film)dicke durch Festlegen der Dicken der Schichten A und B gemäß den folgenden Standards und dann Variieren der Anzahl der laminierten Schichten derart, dass diese Dicken der Hartstoff-Schichtsysteme bzw. laminierten Hartfilme erhalten werden, gesteuert werden.
  • Beziehung zwischen der (Film)dicke der Schicht A und der (Film)dicke der Schicht B In dem erfindungsgemäßen Hartstoff-Schichtsystem bzw. laminierten Hartfilm beträgt die Dicke der Schicht A das Zweifache oder mehr der Dicke der Schicht B pro Schicht. Die Schicht A, bei der es sich um die Hauptphase des erfindungsgemäßen Hartstoff-Schichtsystems bzw. laminierten Hartfilms handelt, bestimmt im Wesentlichen die Vorgaben wie z. B. die Härte, die Verschleißfestigkeit und die Antioxidationseigenschaften, die für das erfindungsgemäße Hartstoff-Schichtsystem bzw. laminierten Hartfilm erforderlich sind. Wenn die Schicht A weniger als die zweifache Dicke der Schicht B aufweist, werden die Eigenschaften der Schicht B bei den Eigenschaften des Hartstoff-Schichtsystems bzw. laminierten Hartfilms vorherrschend, so dass der Film bzw. Schicht die erforderlichen Eigenschaften nicht länger aufweist. Daher beträgt die Dicke der Schicht A das Zweifache oder mehr der Dicke der Schicht B.
  • Dicke der Schicht A
  • Die Dicke (Filmdicke) der Schicht A pro Schicht beträgt 200 nm oder weniger, vorzugsweise 100 nm oder weniger, jedoch mehr bevorzugt 50 nm oder weniger. Die Dicke der Schicht A pro Schicht sollte weniger als 200 nm betragen, und wenn die Dicke diese Obergrenze übersteigt, so dass die Schicht A dicker ist, verschwindet der Verbundeffekt des Hartstoff-Schichtsystems bzw. laminierten Films und es besteht kein großer Unterschied zu dem Fall, bei dem die Schicht B nicht bereitgestellt ist und nur die Schicht A zur Bildung des Films bzw.
  • Schichtsystems abgeschieden wird. In diesem Fall zeigen sich nur die Eigenschaften der Schicht A und die Schicht B kann die Eigenschaften der Schicht A nicht ergänzen.
  • Andererseits sollte die Dicke der Schicht A pro Schicht vorzugsweise 2 nm oder mehr betragen. Wenn die Dicke der Schicht A weniger als 2 nm beträgt, kann es unmöglich sein, die Eigenschaften der Schicht A in dem Hartstoff-Schichtsystem bzw. laminierten Hartfilm sicherzustellen, und zwar selbst dann, wenn die Anzahl der laminierten Schichten A erhöht wird.
  • Dicke der Schicht B
  • Die Dicke der Schicht B pro Schicht beträgt 0,5 nm, jedoch vorzugsweise 1 nm oder mehr. Die Dicke der Schicht B variiert gemäß der Dicke der Schicht A, jedoch besteht dann, wenn deren Dicke weniger als 0,5 nm beträgt, d. h. bei Dicken unter dieser Untergrenze, kein großer Unterschied bezüglich des Falls, bei dem die Schicht B nicht bereitgestellt ist und nur die Schicht A zur Bildung des Schichtsystems bzw. Films abgeschieden wird. In diesem Fall treten nur die Eigenschaften der Schicht A auf und die Schicht B kann die Eigenschaften der Schicht A nicht ergänzen.
  • Andererseits beträgt die Obergrenze der Dicke der Schicht B pro Schicht vorzugsweise die Hälfte oder weniger der Dicke der Schicht A.
  • Wenn die Dicke der Schicht B die Hälfte der Dicke der Schicht A übersteigt und die Schicht A dünn ist, werden die Eigenschaften des Hartstoff-Schichtsystems bzw. laminierten Hartfilms insgesamt stark durch die Schicht B beeinflusst, und die Eigenschaften der Schicht A können sich gegebenenfalls nicht manifestieren.
  • Die Dicken der Schicht A und der Schicht B können als Durchschnitte der Werte berechnet werden, die in 2 Feldern bei einer 500000- bis 1500000-fachen Vergrößerung durch eine TEM-Querschnittsuntersuchung gemessen werden.
  • Zustand der Hart(film)schicht A und der Hart(film)schicht B nach Bildung derselben (Laminierung)
  • Die Schichten des erfindungsgemäßen Hartstoff-Schichtsystems bzw. laminierten Hartfilms werden im Wesentlichen so angeordnet, dass die Zusammensetzungen der Schicht A und der Schicht B abwechseln und im Fall von Schicht A/Schicht B/Schicht A/Schicht B-Einheiten, bei denen die Schicht A mit der Schicht B abwechselt, ist es bevorzugt, eine Mehrschichtstruktur (Laminat) zu bilden, bei der diese Einheit mehrmals wiederholt wird. Zur Bildung der Mehrschichtstruktur (Laminat) können jedoch auch Schicht A/Schicht A/Schicht B/Schicht B-, Schicht A/Schicht B/Schicht B/Schicht A-, Schicht B/Schicht B/Schicht A/Schicht A- bzw. Schicht B/Schicht A/Schicht A/Schicht B-Einheiten kombiniert werden. Es sollte beachtet werden, dass diese laminierten Schichten A und Schichten B nicht notwendigerweise die gleiche Zusammensetzung aufweisen. Mit anderen Worten: Innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung können die Zusammensetzungen jeder der Schichten A und der Schichten B je nach dem Zweck unterschiedlich eingestellt werden, wie z. B. in Schicht A1/Schicht B1/Schicht A2/Schicht B2. Beispielsweise weist in der vorliegenden Erfindung die dritte Hartfilmschicht C eine Kristallstruktur (z. B. eine kubische Steinsalzstruktur) auf, die mit derjenigen der Schicht A identisch ist, jedoch kann auch eine Hartfilmschicht (eine weitere Substanz), die unterschiedliche Komponenten aufweist, ausgewählt werden, und diese Hartfilmschicht kann dazwischen angeordnet werden, wodurch Schicht A/Schicht B/Schicht C-Einheiten oder Schicht B/Schicht A/Schicht B/Schicht C-Einheiten gebildet werden, die dann jeweils zur Bildung der Mehrschichtstruktur (Laminat) kombiniert werden. Die Anzahl dieser laminierten Einheiten kann abhängig von der Dicke des gewünschten Hartstoff-Schichtsystems bzw. laminierten Hartfilms gegebenenfalls innerhalb eines Bereichs von 20 bis 1000 eingestellt werden.
  • Als nächstes werden die Zusammensetzungen der Hartstoff- bzw. Hartfilmschichten A, B beschrieben.
  • Die Erfinder haben gefunden, dass durch Bilden der Schicht A mit einer chemischen Zusammensetzung, die der folgenden Formel 1 entspricht, und der Schicht B, die eine chemische Zusammensetzung aufweist, die der folgenden Formel (2) entspricht, derart, dass die vorstehend genannten Abscheidungsanforderungen erfüllt sind, ein Hartstoff-Schichtsystem bzw. Hartfilm mit überlegener Verschleißbeständigkeit und überlegenem Gleitvermögen erhalten wird, und haben dadurch die vorliegende Erfindung gemacht.
    Schicht A: Cr(BaCbN1-a-bOc)e 0 ≤ a ≤ 0,15, 0 ≤ b ≤ 0,3, 0 ≤ c ≤ 0,1, 0,2 ≤ e ≤ 1,1 (1) Schicht B: B1-s-tCsNt 0 ≤ s ≤ 0,25, (1-s-t)/t ≤ 1,5 (2)
  • Der Grund für die vorstehende Vorgabe der Zusammensetzung der Schicht A und der Schicht B wird nachstehend detailliert beschrieben.
  • Zusammensetzung der Schicht A
  • Der Grund für die Festlegung, warum die Schicht A ein Cr(B, C, N, O)-Film ist, der B, C, N, O in den in der vorstehenden Formel (1) gezeigten Anteilen enthält, ist wie folgt.
  • Die Schicht A weist als Hauptkomponente Chromnitrid (CrN, Cr2N) mit hoher Härte auf, so dass der Film dessen Verschleißfestigkeit beibehält. Durch die Zugabe von C, B und O zu dem Chromnitrid kann die Härte weiter erhöht und die Verschleißfestigkeit weiter verbessert werden. Da jedoch eine übermäßige Zugabe dieser Elemente eine Abnahme der Härte zur Folge hat, beträgt die Obergrenze von a (d. h. B) 0,15, vorzugsweise 0,1, die Obergrenze von b (d. h. C) 0,3, vorzugsweise 0,2, und die Obergrenze von c (d. h. 0) 0,1, vorzugsweise 0,07 oder weniger.
  • Bezüglich des Verhältnisses e der Gesamtsumme von B, C, N, O zu Cr liegt dieser Wert vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 1,1, wobei dieser Bereich dem Zusammensetzungsbereich entspricht, in dem die Kristallstruktur der Schicht A eine Cr2N-Struktur oder CrN-Struktur ist. Die Kristallstruktur der Schicht A kann durch eine Querschnitts-TEM und eine Elektronenbeugung verifiziert werden, wie es später beschrieben wird.
  • Zusammensetzung der Schicht B
  • Die Schicht B ist eine BN-Verbindung, die als festes Gleitmaterial wirkt, das der Schicht bzw. Film ein Gleitvermögen verleiht. Dabei muss das Verhältnis (1-s-t)/t von B und N 1,5 oder weniger, jedoch vorzugsweise 1,2 oder weniger betragen, um die BN-Verbindung zu bilden. Wenn dieser BN-Verbindung C zugesetzt wird, kann eine höhere Härte erreicht werden, während der Schicht B ein Gleitvermögen verliehen wird, jedoch verursacht eine übermäßige Zugabe eine Verminderung der Härte und ein Verlorengehen des Gleitvermögens, so dass die Obergrenze von s auf 0,25 eingestellt wird. Das Verhältnis s/(1-s-t) von C zu B beträgt vorzugsweise 0,25 oder weniger, mehr bevorzugt 0,1 oder weniger.
  • Modifizierung der Zusammensetzung der Schicht A
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist die Schicht A eine große Härte auf und dient zur Bereitstellung einer Verschleißfestigkeit, während die Insertion der Schicht B zur weiteren Verbesserung von Eigenschaften durch eine Erhöhung der Kristallteilchenfeinheit dient. Wenn jedoch ein Teil des Cr der Schicht A durch ein anderes Element ersetzt wird, kann die Härte der Schicht A weiter verbessert und die Verschleißfestigkeit weiter verstärkt werden.
  • Elemente, die als das vorstehend genannte Zugabeelement empfohlen werden können, sind ein, zwei oder mehr Elemente, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al und Si umfasst. Von diesen Elementen sind bevorzugte Einzelelemente Al, Si, W und Ti und bevorzugte Kombinationen von zwei Elementen sind Al und Si, Al und Ti, W und Si und Ti und Si.
  • Wenn die Substitutionsrate α des vorstehend genannten Zugabeelements zu hoch ist, wird der Anteil des ursprünglichen Cr zu stark abnehmen, und der Härtevergrößerungseffekt wird verloren gehen, weshalb die Substitutionsrate auf 0,9 oder weniger eingestellt wird. Die Untergrenze der Substitutionsrate α ist nicht speziell beschränkt. Um jedoch einen konstanten Effekt aufgrund der Substitution des vorstehend genannten Elements zu erhalten, beträgt die Substitutionsrate α vorzugsweise 0,05 oder mehr. Der bevorzugte Bereich der Substitutionsrate α variiert auch mit dem Typ und der Kombination des substituierenden Elements, jedoch ist 0,4 bis 0,8 ein allgemeiner Anhaltspunkt.
  • Wenn die beiden Elemente Ti und Al kombiniert werden, um Cr zu ersetzen, nimmt die Oxidationsbeständigkeit der Schicht bzw. Films zu, wenn Al erhöht wird, so dass der Anteil von Al vorzugsweise größer ist als derjenige von Ti. Wenn jedoch der Anteil von Al zu hoch ist, neigt die Schicht bzw. Film dazu, amorph zu werden, so dass der Anteil von Al an der Gesamtmenge von Cr, Ti und Al vorzugsweise 0,8 oder weniger beträgt.
  • Wenn Si als substituierendes Element enthalten ist, neigt die Schicht A dann, wenn der Anteil von Si zu hoch ist, dazu, amorph zu werden, so dass der Anteil von Si an der Gesamtmenge von Cr und den substituierenden Elementen vorzugsweise 0,5 oder weniger beträgt.
  • Modifizierung der Zusammensetzung der Schicht B
  • Selbst wenn eine SiCN- oder CN-Schicht bzw. -Film anstelle einer BCN-Schicht bzw. -Films als Schicht B verwendet wird, wird eine Schicht bzw. Film mit einer überlegenen Verschleißbeständigkeit erhalten.
  • Wenn eine SiCN-Schicht bzw. -Film für die Schicht B verwendet wird, wird im Allgemeinen ein niedriger Reibungskoeffizient wie in einer Schicht bzw. Film des BCN-Systems nicht erhalten und die Aggressivität gegenüber damit eingesetzten Materialien kann nicht vermindert werden. Da die SiCN-Schicht bzw. -Film jedoch härter ist als eine BCN-Schicht bzw. -Film, verbessert sich die Verschleißfestigkeit der Schicht bzw. Films selbst und sie wird für Schneidwerkzeuge geeignet, bei denen die Aggressivität gegenüber damit eingesetzten Materialien keine Bedeutung hat. Die SiCN-Schicht bzw. -Film weist auch eine überlegene Oxidationsbeständigkeit auf. Wenn C in einer übermäßigen Menge zugesetzt wird, wird die Härte sinken, so dass die Obergrenze des Zugabeverhältnisses von C auf 0,6 eingestellt wird.
  • CN-Schichten bzw. -Filme sind bei einer hohen Temperatur instabil und können im Allgemeinen nicht in einer heißen, gleitenden Umgebung verwendet werden, jedoch weisen sie in einer gleitenden Umgebung von 400°C oder weniger im Allgemeinen Gleiteigenschaften auf, die mit denjenigen von BCN-Schichten bzw. -Filmen vergleichbar sind, und können verwendet werden. Die Zugaberate von N beträgt im Allgemeinen 0,6 oder weniger, jedoch vorzugsweise 0,4 oder weniger.
  • Kristallteilchenfeinheit der Schicht A
  • Wie es vorstehend erwähnt worden ist, kann die Schicht A eine kubische Cr2N-Struktur oder eine kubische CrN-Steinsalzstruktur einnehmen, und zwar abhängig von dem Verhältnis von Cr und der Gesamtmenge von B, C, N, O, jedoch ist bezüglich der Verschleißfestigkeit eine CrN-Struktur besser und daher ist die bevorzugte Kristallstruktur der Schicht A eine kubische Steinsalzstruktur.
  • Das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die Abscheidung der Schicht A und der Schicht B mit den vorstehend genannten Schicht- bzw. Filmdicken und Schicht- bzw. Filmdickenverhältnissen das Wachstum der Kristallteilchen der Schicht A durch die Schicht B unterbrochen wird, und als Folge davon die Kristallteilchen feiner werden.
  • Dabei kann die Feinheit der Kristallteilchen unter Verwendung der Halbwertsbreite (FWHM: halbes Maximum der vollen Breite) der Beugungslinien von der (111)- und der (200)-Ebene der kubischen Steinsalzstruktur einer Schicht A, die in dem Röntgenbeugungsmuster auftreten, als Indikator bewertet werden. Im Allgemeinen weist die Halbwertsbreite einer Beugungslinie eine feststehende Beziehung zu der Kristallteilchengröße des gemessenen Materials auf und die Halbwertsbreite nimmt mit abnehmender Kristallteilchengröße zu. Es ist jedoch bekannt, dass die Halbwertsbreite einer Beugungslinie auch aufgrund anderer Faktoren variiert, wie z. B. aufgrund ungleichmäßiger Spannungen in der Schicht bzw. Film, und die Halbwertsbreite und die Kristallteilchengröße stehen deshalb nicht notwendigerweise in einem direkten Verhältnis zueinander.
  • Im Hinblick auf die vorstehenden Erläuterungen haben die Erfinder als Ergebnis einer Untersuchung der Beziehung zwischen der Halbwertsbreite der vorstehend genannten Beugungslinie zur Schicht- bzw. Filmhärte oder -verschleißfestigkeit gefunden, dass die Schicht- bzw. Filmeigenschaften weiter verbessert werden, wenn mindestens eine Halbwertsbreite der Beugungslinien der (111)- und (200)-Ebene 0,3° oder mehr beträgt. Mehr bevorzugt beträgt die Untergrenze der Halbwertsbreite 0,4°. Die Obergrenze der Halbwertsbreite ist nicht speziell beschränkt, beträgt effektiv jedoch etwa 1°.
  • In dieser Erfindung wird die Halbwertsbreite einer Beugungslinie mittels Röntgenbeugung mit dem θ-2θ-Verfahren unter Verwendung der CuKα-Linie (40 kV–40 mA) abgeschätzt. Die anderen Bedingungen des Röntgenoptiksystems waren ein Emissions- und Streuspalt von 1°, ein euphotischer Spalt von 0,15 mm und die Verwendung eines Graphitmonochromators, wobei der euphotische Spalt vor dem Zähler 0,8°, die Abtastrate 2° (kontinuierliche Abtastung) und die Schrittbreite 0,02° betrugen.
  • Als nächstes werden einige Beispiele einer kombinierten Beschichtungsvorrichtung, die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hartstoff-Schichtsystems bzw. laminierten Hartfilms geeignet ist, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Die 5 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung zeigt. Die 6 ist eine Draufsicht, die eine Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung eines Vergleichsbeispiels zeigt. Die 8 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung zeigt. Die 9 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung zeigt.
  • In den in den 5 und 6 gezeigten Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtungen wird eine Mehrzahl von Substraten 1 (vier symmetrische Substrate in der 5) innerhalb einer Kammer 8 auf einer Drehplattform angeordnet. Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 und Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 sind in einer kreisförmigen Anordnung (in einem Kreis) um diese Drehplattform derart angeordnet, dass die Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 und die Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 zueinander symmetrisch sind. Die Sputterzerstäubungsquellen und die Lichtbogenverdampfungsquellen sind abwechselnd angrenzend aneinander angeordnet.
  • Die Substrate 1 werden durch die Drehung der Drehplattform 9 so gedreht, dass die Substrate 1 abwechselnd an der Vorderseite der Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 und der Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 vorbeigeleitet werden. In diesem Fall können auch die Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 und die Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 um die Substrate 1 gedreht werden, ohne die Drehplattform 9 oder die Substrate 1 zu drehen, oder, mit anderen Worten, die Substrate, auf denen der Film bzw. Schichtsystem) gebildet werden soll, müssen lediglich eine Einrichtung zum relativen Verschieben der Substrate eines nach dem anderen zwischen den Lichtbogenverdampfungsquellen und den Sputterzerstäubungsquellen aufweisen.
  • Alternativ können die Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 und die Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 abwechselnd in Reihe wie z. B. einer geraden Linie angeordnet werden, ohne sie in einer kreisförmigen Anordnung anzuordnen, und die Substrate, auf denen der Film bzw. Schichtsystem) gebildet werden soll, werden eines nach dem anderen zwischen den Lichtbogenverdampfungsquellen und den Sputterzerstäubungsquellen relativ verschoben.
  • Wenn ein Hartfilm bzw. -schicht wie z. B. TiAlN unter Verwendung der Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 gebildet werden soll, wird das Reaktionsgas wie z. B. Stickstoff, Methan oder Acetylen in die Kammer 8 eingeführt, und die Beschichtung bzw. Filmbildung wird unter Verwendung eines TiAl-Targets in einer Atmosphäre, die das Reaktivgas mit einem Druck von etwa mehreren Pa enthält, durchgeführt.
  • Entsprechend wird dann, wenn ein Hartfilm bzw. -schicht wie z. B. TiAlN unter Verwendung der Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 gebildet wird, ein TiAl-Target verwendet, das mit demjenigen identisch ist, das verwendet wird, wenn die Beschichtung bzw. Filmbildung unter Verwendung eines Lichtbogens durchgeführt wird. Inertgase wie z. B. Ar, Ne, Xe, bei denen es sich um Sputtergase handelt, werden jedoch mit dem Reaktivgas wie z. B. Stickstoff gemischt, und der Gesamtdruck der Atmosphäre ist nur ein Bruchteil von 1 Pa, wobei es sich um einen niedrigeren Druck handelt, wie wenn die Beschichtung bzw. Filmbildung unter Verwendung eines Lichtbogens durchgeführt wird.
  • Folglich werden Schichten bzw. Filme aufeinander folgend durch Sputtern oder mittels Lichtbogen durch Drehen der Drehplattform 9 und der Substrate 1 derart gebildet, dass die Substrate 1 abwechselnd vor den Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 und den Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 vorbeigeleitet werden und Hartstoff-Schichten bzw. Hartfilme mit identischen oder verschiedenen Zusammensetzungen und Dicken werden aufeinander folgend in mehreren Schichten auf den Substraten 1 unter Verwendung identischer oder verschiedener Hartmaterialien gebildet.
  • Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds
  • Die in den 5 und 6 gezeigten Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtungen nutzen ein Magnetfeld 10, das durch eine Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds 4, wie z. B. einen Permanentmagneten, erzeugt und gesteuert wird, mit dem die Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 und die Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 ausgestattet sind.
  • Wenn dieses Magnetfeld 10 jedoch in der erfindungsgemäßen Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung von 5 eingesetzt wird, sind die Magnetfelder 10 der beiden angrenzenden Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen, z. B. die Magnetfelder 10 zwischen z. B. der Lichtbogenverdampfungsquelle 5 und den Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 miteinander verbunden. Mit anderen Worten: Während der Beschichtung bzw. Filmbildung ist die vorstehend genannte Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds 4 so angeordnet, dass die Magnetkraftlinien (Magnetfeld 10) angrenzender Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen miteinander verbunden sind.
  • Daher ist das Magnetfeld 10 (Magnetkraftlinien) in der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer 8 geschlossen (geschlossenes Magnetfeld) und Elektronen, die von den Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen abgegeben werden, werden in diesem geschlossenen Magnetfeld eingefangen, so dass sie nicht leicht von der Kammer 8 angezogen werden, die in der gleichen Weise wie das Substrat 1 eine Anode bildet. Als Folge davon nimmt die Konzentration abgegebener Elektronen zu, die Kollisionen zwischen dem Sputtergas und dem Reaktionsgas nehmen zu und es kann eine hocheffiziente Gasionisierung stattfinden.
  • Selbst wenn die Lichtbogenbeschichtung bzw. -filmbildung und die Sputterbeschichtung bzw. -filmbildung in der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung, die in der 1 gezeigt ist, in der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer gleichzeitig durchgeführt werden, nimmt die Ionenbündelung von den beiden angrenzenden Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen zu, die Ionenbestrahlung der beiden Substrate 1 nimmt zu und es kann ein Schichtsystem bzw. Film bzw. Schicht mit überlegenen Eigenschaften erzeugt werden.
  • Andererseits sind in der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung des in der 6 gezeigten Vergleichsbeispiels die Magnetfelder 10 der beiden angrenzenden Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen, z. B. die Magnetfelder 10 zwischen der Lichtbogenverdampfungsquelle 5 und den Sputterzerstäubungsquellen 2, 3, nicht miteinander verbunden und unabhängig.
  • Somit ist das Magnetfeld 10 (Magnetkraftlinien) in der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer 8 offen (offenes Magnetfeld) und Elektronen, die von den Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen abgegeben werden, werden von der Kammer 8 in der Richtung der Magnetfelder 10 (Magnetkraftlinien) schnell (leicht) angezogen. Als Folge davon ist die Konzentration abgegebener Elektronen gering, Kollisionen zwischen dem Sputtergas und dem Reaktionsgas finden weniger statt und die Gasionisierungseffizienz ist gering, wenn die Lichtbogenbeschichtung bzw. -Filmbildung und die Sputterbeschichtung bzw. -filmbildung in der Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Daher ist in der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels von 6 die Ionenbündelung von den beiden Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen schwach, die Ionenbestrahlung des Substrats nimmt ab und es liegt eine höhere Wahrscheinlichkeit einer Störung der Beschichtungs- bzw. Filmbildungseigenschaften oder der Beschichtungs- bzw. Filmbildungseffizienz vor.
  • Verifikation der Zunahme der Ionenbestrahlung
  • Der Ionenstrom, der durch die Substrate 1 fließt, wurde unter Verwendung der in den 5 und 6 gezeigten Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtungen gemessen. In der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung, die in der 5 gezeigt ist, wurde gefunden, dass durch die Substrate 1 ein Ionenstrom von etwa 14 mA/cm2 fließt, was zeigt, dass der Ionenstrom, der durch die Substrate 1 fließt, deutlich zugenommen hat. Andererseits betrug der Ionenstrom, der durch die Substrate 1 fließt, im Fall der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels von 6 nur etwa die Hälfte dieses Werts, d. h. 7 mA/cm2, was zeigt, dass der Ionenstrom, der durch die Substrate 1 fließt, nicht zugenommen hat. Dieses Ergebnis bestätigt auch, dass in der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung die Ionenbestrahlung des Substrats erhöht ist, so dass ein Schichtsystem bzw. Film bzw. Schicht mit überlegenen Eigenschaften gebildet wird.
  • Weitere Variation der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung Als nächstes wird ein weiteres Beispiel der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die 8 beschrieben. In der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung, die in der 8 gezeigt ist, sind die Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 und die Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 nicht in einer kreisförmigen Anordnung, wie sie in der 5 gezeigt ist, angeordnet, sondern abwechselnd in einer geraden Linie in der Kammer 8. Die Anordnung der Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen kann anstelle einer geraden Linie eine Kurve darstellen und die Anzahl der Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen kann frei gewählt werden.
  • Im Fall der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung von 8 werden die Substrate 1, die behandelt werden sollen, oder die Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 und die Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 mit einer geeigneten Einrichtung relativ verschoben, so dass die Substrate 1 abwechselnd vor den Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 und den Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 vorbeigeleitet werden. Die Hart(film)schichtkomponente wird dann unter Verwendung der Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 bzw. unter Verwendung der Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 in einer Atmosphäre, die das Reaktionsgas in der Kammer 8 enthält, verdampft bzw. zerstäubt, so dass eine Hartfilmschicht abwechselnd und aufeinander folgend mit einer Hartfilmschicht auf den Substraten 1 abgeschieden wird, um den gewünschten Hartfilm bzw. -(stoff)schicht bzw. -(stoff)schichtsystem zu bilden.
  • Auch in der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung von 8 sind die Magnetfelder 10 der beiden angrenzenden Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen, z. B. die Magnetfelder 10 der Lichtbogenverdampfungsquelle 5 und der Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 miteinander verbunden. Insbesondere ist die vorstehend beschriebene Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds 4 so konfiguriert, dass während der Beschichtung bzw. Filmbildung die Magnetkraftlinien der angrenzenden Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen miteinander verbunden sind. Daher ist das Magnetfeld 10 in der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer 8 geschlossen (geschlossenes Magnetfeld), und die Elektronen, die von den Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen abgegeben werden, werden durch dieses geschlossene Magnetfeld eingefangen, so dass sie nicht leicht von der Kammer 8 angezogen werden, die wie die Substrate 1 eine Anode ist. Als Folge davon nimmt in der gleichen Weise wie in der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung von 5 die Konzentration der abgegebenen Elektronen zu, die Kollisionen zwischen dem Sputtergas und dem Reaktionsgas nehmen zu und eine hocheffiziente Gasionisierung kann stattfinden.
  • Stickstoffpartialdruck
  • In der vorstehend beschriebenen Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung, die in den 5 und 8 gezeigt ist, ist es bevorzugt, dass Stickstoff mit dem Sputtergas gemischt wird, so dass der Partialdruck des Mischstickstoffs 0,5 Pa oder mehr beträgt, wenn die Lichtbogenverdampfungsquellen und die Sputterzerstäubungsquellen gleichzeitig betrieben werden und ein Stickstoff-enthaltender Hartfilm bzw. -schicht bzw. -schichtsystem wird gebildet.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, unterscheiden sich die Umgebungsgasbedingungen und die Druckbedingungen bei der Lichtbogenbeschichtung bzw. -filmbildung und der Sputterbeschichtung bzw. -filmbildung stark. Folglich beträgt z. B. gemäß K. H. Kim et al., Surf. Coat. Technol., dann, wenn ein Hartfilm bzw. -schicht wie z. B. TiSiN durch gleichzeitiges Betreiben der Lichtbogenverdampfungsquellen und der Sputterzerstäubungsquellen gebildet wird, das Verhältnis von Ar, bei dem es sich um das Sputtergas handelt, zu dem Reaktionsgas wie z. B. Stickstoff 3:1, der Gesamtdruck liegt in der Größenordnung von 0,08 Pa, der Stickstoffpartialdruck liegt in der Größenordnung von 0,02 Pa, Ti wird durch die Lichtbogenverdampfungsquellen und Si wird durch die Sputterzerstäubungsquellen verdampft bzw. zerstäubt.
  • Wenn jedoch die Beschichtung bzw. Filmbildung unter diesen Bedingungen durchgeführt wird, ist der Partialdruck von Stickstoff in dem gasförmigen Gemisch zu niedrig, so dass dem Hartfilm bzw. -schicht nicht genügend Stickstoff hinzugefügt wird und die Makroteilchen in dem Hartfilm bzw. -schicht zunehmen. Als Folge davon ist es schwierig, einen feinen Film bzw. Schicht zu bilden.
  • Um dem Hartfilm bzw. -schicht ausreichend Stickstoff hinzuzufügen, die Erzeugung von Makroteilchen in dem Hartfilm bzw. -schicht zu steuern und einen feinen Film bzw. -schicht mit überlegenen Oberflächeneigenschaften zu bilden, wie es vorstehend beschrieben worden ist, beträgt der Partialdruck von Stickstoff, der mit dem Sputtergas gemischt ist, vorzugsweise 0,5 Pa oder mehr.
  • Der Effekt dieses Stickstoffpartialdrucks wurde in dem Fall der Bildung eines TiAlCrN-Hartfilms bzw. -schicht durch gleichzeitiges Betreiben der Lichtbogenverdampfungsquellen und der Sputterzerstäubungsquellen unter Verwendung der in der 3 gezeigten Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung untersucht. Während eine TiAl-Legierung (Ti50:Al50) durch die Lichtbogenverdampfungsquellen verdampft wurde, wurde Cr gleichzeitig durch die Sputterzerstäubungsquellen zerstäubt, und das Verhältnis von Ar, bei dem es sich um das Sputtergas handelte, zu Stickstoff, bei dem es sich um das Reaktionsgas handelte (Stickstoffpartialdruck) wurde mehrmals variiert. Bei jeder Gelegenheit wurden der Stickstoffgehalt in dem Hartfilm bzw. -schicht (Atom-%), die Oberflächenrauhigkeit Ra des Hartfilms bzw. -schicht und die Vickers-Härte (Hv) gemessen.
  • Die 10 bis 12 zeigen die Ergebnisse, die aufgrund dieses Stickstoffpartialdrucks erhalten wurden. Die 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Stickstoffpartialdruck und dem Stickstoffgehalt des Hartfilms bzw. -schicht, die 11 zeigt die Beziehung zwischen dem Stickstoffpartialdruck und der Oberflächenrauhigkeit Ra des Hartfilms bzw. -schicht und die 12 zeigt die Beziehung zwischen dem Stickstoffpartialdruck und der Vickershärte des Hartfilms bzw. -schicht.
  • Wie es aus der 10 ersichtlich ist, zeigt der Stickstoffgehalt des Hartfilms bzw. -schicht an der Grenzlinie, bei welcher der Stickstoffpartialdruck 0,5 Pa beträgt, eine deutliche Differenz. Insbesondere in dem Bereich, in dem der Stickstoffpartialdruck weniger als 0,5 Pa beträgt, nimmt der Stickstoffgehalt des Hartfilms bzw. -schicht im Vergleich zu dem Bereich, bei dem der Stickstoffpartialdruck 0,5 Pa oder mehr beträgt, mehr oder weniger stetig beträchtlich ab. Andererseits ist in dem Bereich, bei dem der Stickstoffpartialdruck 0,5 Pa oder mehr beträgt, der Stickstoffgehalt des Hartfilms bzw. -schicht auf einem hohen Niveau von etwa 50 Atom-% stabil.
  • Wie es aus der 11 ersichtlich ist, zeigt die Oberflächenrauhigkeit Ra des Hartfilms bzw. -schicht an der Grenzlinie, bei welcher der Stickstoffpartialdruck 0,5 Pa beträgt, ebenfalls eine deutliche Differenz. Insbesondere in dem Bereich, in dem der Stickstoffpartialdruck weniger als 0,5 Pa beträgt, nimmt die Oberflächenrauhigkeit Ra des Hartfilms bzw. -schicht schnell auf etwa 0,38 μm zu. Andererseits ist in dem Bereich, bei dem der Stickstoffpartialdruck 0,5 Pa oder mehr beträgt, die Oberflächenrauhigkeit Ra des Hartfilms bzw. -schicht auf einem niedrigen Niveau von 0,1 μm oder weniger effektiv stabil.
  • Wie es aus der 12 ersichtlich ist, zeigt darüber hinaus auch die Vickers-Härte des Hartfilms bzw. -schicht an der Grenzlinie, bei welcher der Stickstoffpartialdruck 0,5 Pa beträgt, eine deutliche Differenz. Insbesondere in dem Bereich, in dem der Stickstoffpartialdruck weniger als 0,5 Pa beträgt, sinkt die Vickers-Härte schnell auf ein Niveau von 1100 Hv. Andererseits ist in dem Bereich, bei dem der Stickstoffpartialdruck 0,5 Pa oder mehr beträgt, die Vickers-Härte des Hartfilms bzw. -schicht auf einem hohen Niveau von etwa 2500 Hv stabil.
  • Aus diesen Ergebnissen zeigt sich die Wichtigkeit der Aufrechterhaltung des Partialdrucks von Stickstoff, der mit dem Sputtergas gemischt ist, bei 0,5 Pa oder mehr, bei der Sicherstellung eines ausreichenden Hinzufügens von Stickstoff zu dem Hartfilm bzw. -schicht(system), der Unterdrückung der Bildung von Makroteilchen in dem Hartfilm bzw. -schicht(system) und der Bildung eines feinen Films bzw. Schicht(systems) mit überlegenen Oberflächeneigenschaften. Es sollte beachtet werden, dass diese Ergebnisse und Trends neben TiAlCrN, das untersucht wurde, auch für andere Hartfilme bzw. -schichten gelten, d. h. für TiN, TiCN oder TiAlN.
  • Anomale elektrische Entladung aufgrund einer Isolatorbildung
  • Wenn die Beschichtung bzw. Filmbildung durchgeführt wird, wenn der Stickstoffpartialdruck 0,5 Pa oder mehr beträgt und die Lichtbogenbeschichtung bzw. -filmbildung und die Sputterbeschichtung bzw. -filmbildung gleichzeitig in der gleichen Beschichtungs- bzw. Filmbildungskammer durchgeführt werden, können abhängig von dem Material, das als Sputterzerstäubungsquelle verwendet wird, jedoch auch andere Probleme auftreten. Insbesondere kann das Sputtertargetmaterial mit dem Reaktionsgas unter Bildung eines Isolators (isolierende Substanz) auf der Targetmaterialoberfläche reagieren und aufgrund dieses Isolators kann in der Sputterzerstäubungsquelle eine anomale elektrische Entladung (Lichtbogenbildung) stattfinden. Wenn beispielsweise Si als Targetmaterial verwendet wird und dieses Targetmaterial in Stickstoff gesputtert wird, besteht eine Tendenz dahingehend, dass Si mit Stickstoff unter Bildung eines SiN-Isolators auf der Targetmaterialoberfläche reagiert, was leicht zu dieser anomalen elektrischen Entladung führt.
  • Selbst wenn dieser Isolator nicht gebildet wird, kann dann, wenn aufgrund einer Reaktion zwischen dem Sputtertargetmaterial und dem Reaktionsgas eine Verbindung auf der Targetmaterialoberfläche gebildet wird, die Zerstäubungssgeschwindigkeit in der Sputterzerstäubungsquelle aufgrund der Gegenwart dieser Oberflächenverbundschicht abnehmen. Diese Probleme stören auch eine hocheffiziente Gasionisierung.
  • Um diese Probleme zu beseitigen, wurde im Stand der Technik der Partialdruck des Reaktionsgases wie z. B. Stickstoff relativ zu dem Sputtergas niedrig gehalten, um eine Reaktion zwischen dem Reaktionsgas wie z. B. Stickstoff mit dem Sputtertargetmaterial zu unterdrücken, so dass das Sputtern des Targetmaterials durch das Sputtergas gefördert wurde.
  • Dies ist auch der Grund dafür, warum in K. H. Kim et al., Surf. Coat. Technol., dann, wenn ein Hartfilm bzw. -schicht wie z. B. TiSiN durch gleichzeitiges Betreiben der Lichtbogenverdampfungsquellen und der Sputterzerstäubungsquelle gebildet wurde, der Partialdruck des Reaktionsgases wie z. B. Stickstoff relativ zu Ar, dem Sputtergas, niedrig gemacht wurde, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, besteht jedoch dann, wenn ein Schichtsystem bzw. Film bzw. Schicht unter Verwendung der in der 5 oder 6 gezeigten Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtungen gebildet wird, eine große Differenz zwischen Atmosphärenzusammensetzungen und Druckbereichen während der Lichtbogenbeschichtung bzw. -filmbildung und der Sputterbeschichtung bzw. -filmbildung. Wenn daher eine Lichtbogenverdampfungsquelle, die einen relativ hohen Druck erfordert, und eine Sputterzerstäubungsquelle zur Bildung eines Schichtsystems bzw. Films bzw. Schicht gleichzeitig betrieben werden, muss der Partialdruck des Reaktionsgases, wie z. B. Stickstoff, relativ zu dem Sputtergas erhöht werden, was die Möglichkeit verstärkt, dass die vorstehenden Probleme auftreten.
  • Verfahren zum Einführen von Umgebungsgas
  • Um dieses Problem zu lösen wird während der Beschichtung bzw. Filmbildung das Sputtergas in die Kammer in der Nähe der Sputterzerstäubungsquellen eingeführt und das Reaktionsgas wird in die Kammer in der Nähe der Lichtbogenverdampfungsquellen eingeführt. Diese Anordnung ist in der 9 gezeigt. Der Grundaufbau der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung in der 9 ist mit demjenigen von 5 identisch, jedoch wird während der Beschichtung bzw. Filmbildung das Sputtergas in der Nähe der Sputterzerstäubungsquellen und das Reaktionsgas in der Nähe der Lichtbogenverdampfungsquellen eingeführt.
  • Insbesondere wird in der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung von 9 das Sputtergas während der Beschichtung bzw. Filmbildung in der Nähe der Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 durch ein Führungsrohr 12 und die Verzweigungsrohre 12a, 12b eingeführt. Das Reaktionsgas wird in der Nähe der Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 durch ein Führungsrohr 11 und Verzweigungsrohre 11a, 11b eingeführt.
  • Aufgrund dieser Anordnung wird der Partialdruck des Reaktionsgases wie z. B. Stickstoff relativ zu dem Einlasssputtergas in der Nähe der Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 niedrig gehalten, so dass eine Reaktion zwischen dem Reaktionsgas wie z. B. Stickstoff mit dem Sputtertargetmaterial unterdrückt und das Sputtern des Targetmaterials durch das Sputtergas gefördert wird.
  • Andererseits kann das Verhältnis von Stickstoff, bei dem es sich um das Reaktionsgas handelt, relativ zu dem Sputtergas in der Atmosphäre in der Kammer (Stickstoffpartialdruck) erhöht werden, um die Beschichtungs- bzw. Filmbildungsleistung zu verbessern. Ferner kann auch der Druck des Reaktionsgases gemäß den Beschichtungs- bzw. Filmbildungsbedingungen, die durch den Lichtbogen erzeugt werden, in der Nähe der Lichtbogenverdampfungsquellen 5, 6 erhöht werden.
  • Unabhängig davon, ob diese Umgebungsgase im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds, wie z. B. derjenigen, die in den 5 und 9 gezeigt ist, eingeführt oder allein verwendet werden, findet ein Mischen des Reaktionsgases wie z. B. Stickstoff mit dem inerten Sputtergas nicht leicht statt, so dass die Bildung eines Isolierfilms bzw. -schicht auf der Targetoberfläche aufgrund des ionisierten Gasgemischs, der zu einer anomalen elektrischen Entladung führt, unterdrückt wird. Somit kann eine hocheffiziente Gasionisierung stattfinden.
  • Anomale elektrische Entladung aufgrund eines Magnetfelds
  • Eine anomale elektrische Entladung in dem Sputtertarget kann nicht nur aufgrund der Bildung eines elektrischen Isolators auf der Targetmaterialoberfläche aufgrund einer Reaktion mit dem Reaktionsgas wie z. B. Stickstoff erzeugt werden, sondern auch aufgrund anderer Ursachen.
  • Dies kann als Problem beschrieben werden, das für eine Sputtersteuerung durch ein Magnetfeld, wie z. B. durch die vorstehend beschriebene Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds 4, spezifisch ist. Dieses Problem wird nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf die 13A und 13B beschrieben. Die 14A und 14B zeigen den detaillierten Aufbau der Sputterzerstäubungsquellen 2, 3. Die 13A ist eine Draufsicht auf ein Targetmaterial 20 in den Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 und die 13B ist eine Vorderansicht der Sputterzerstäubungsquellen 2, 3. In der 13B ist 4 eine Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds, 13 ist eine Abschirmung des Targetmaterials 20, 15 eine Erdung der Abschirmung 13, 14 eine Packungsplatte des Targetmaterials 20, 16 eine Sputter-Energieversorgung und 17 eine Aufspannvorrichtung zum Fixieren des Targetmaterials 20.
  • Gemäß der 13B bilden die Magnetronsputterzerstäubungsquellen 2, 3 unter Verwendung eines Magnetfelds das Magnetfeld 10 parallel zur Oberfläche des Targetmaterials 20 und, wie es vorstehend beschrieben worden ist, Elektronen werden absichtlich eingefangen, um die Elektronendichte zu erhöhen, die Ionisierung des Sputtergases zu fördern und die Sputtereffizienz zu erhöhen.
  • In diesem Fall werden auf der Oberfläche des Targetmaterials, das in der 13A gezeigt ist, zwangsläufig ein Erosionsbereich 21 und ein nicht-Erosionsbereich 22 erzeugt. In dem Erosionsbereich 21, bei dem es sich um den schattierten Teil handelt, werden aus dem Sputtergas viele Ionen erzeugt, die Elektronendichte ist hoch und das Sputtern wird gefördert. Andererseits findet in den nicht-Erosionsbereichen 22 des Mittelteils des Targetmaterials 20 und des Teils, der den Erosionsbereich 21 umgibt, kaum ein Sputtern statt. In den nicht-Erosionsbereichen 22 reagieren gesputterte Teilchen von dem Erosionsbereich 21 mit dem Reaktionsgas wie z. B. Stickstoff und vereinigen sich damit und neigen zu einer Abscheidung. Als Folge davon bildet dieses abgeschiedene Material einen Isolator (isolierender Film bzw. Schicht) auf der Oberfläche des Targetmaterials und kann Probleme bezüglich einer elektrischen Entladung verursachen.
  • Sputterzerstäubungsquelle
  • Um dieses Problem zu beseitigen, ist es während der Beschichtung bzw. Filmbildung bevorzugt, dass die Spannung nicht auf die nicht-Erosionsbereiche 22 der Sputterzerstäubungsquelle einwirkt.
  • Ein Mittel, um dies zu erreichen, ist die Verwendung eines Materials, bei dem es sich um einen elektrischen Isolator handelt, in den nicht-Erosionsbereichen außerhalb des Erosionsbereichs 21. Die 14A und 14B zeigen ein Beispiel dafür, wobei der Grundaufbau der Vorrichtung mit demjenigen der 13A und 13B identisch ist. In den 14A und 14B wird in nicht-Erosionsbereichen 23 in dem Mittelteil des Targetmaterials 20 und dem Teil, der den Erosionsbereich 21 umgibt, ein Material verwendet, bei dem es sich um einen elektrischen Isolator handelt, und bildet einen Isolator 23. Dieses Material ist vorzugsweise ein wärmebeständiges Material wie z. B. BN (Bornitrid) oder Aluminiumoxid, das der Wärme widerstehen kann, die in der Sputterzerstäubungsquelle erzeugt worden ist.
  • Die 15 zeigt ein anderes Mittel, um zu verhindern, dass eine Spannung auf den nicht-Erosionsbereich einwirkt, bei dem eine Abschirmung bereitgestellt ist, das an einem Schwebepotenzial oder an einem Erdungspotenzial bezogen auf das Potenzial des Sputtertargets in einem Teil außerhalb des Erosionsbereichs liegt.
  • In den 15A und 15B ist der Grundaufbau der Vorrichtung ebenfalls mit den 13A und 13B identisch. In den 15A und 15B ist eine Abschirmung, die sich an einem Schwebepotenzial befindet, in einem nicht-Erosionsbereich 25 in der Mitte des Targetmaterials 20 bereitgestellt. Eine Abschirmung, die sich an einem Erdungspotenzial befindet (mit einer Erdung 15 verbunden) ist ferner in einem nicht-Erosionsbereich 24 bereitgestellt, der den Erosionsbereich 21 umgibt.
  • Bei dem Aufbau, der in der 9 und der 10 gezeigt ist, und bei dem verhindert wird, dass eine Spannung auf die nicht-Erosionsbereiche 22 einwirkt, reagieren Teilchen, die von dem Erosionsbereich 21 gesputtert werden, mit dem Reaktionsgas wie z. B. Stickstoff auf den nicht-Erosionsbereichen 23 und vereinigen sich mit dem Reaktionsgas, und werden nicht abgeschieden. Daher wird verhindert, dass Probleme bezüglich einer elektrischen Entladung auftreten.
  • Als nächstes wird das Verfahren zur Bildung der Hartstoff-Schichtsysteme bzw. laminierten Hartfilme der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Als erstes werden Probleme, die diesen Beschichtungs- bzw. Filmbildungsverfahren inhärent sind, und Verfahren zu deren Lösung beschrieben.
  • Ein Verfahren zur Bildung der erfindungsgemäßen Hartstoff-Schichtsysteme bzw. laminierten Hartfilme ist z. B. die Kombination einer Mehrzahl von Sputterzerstäubungsquellen 2, 3 gemäß der 3 zur Bildung der Hartfilmschichten A, B auf dem Substrat 1. In diesem Fall wird z. B. die Hartfilmschicht A-Komponente von der Sputterzerstäubungsquelle 2 als aufgestäubte bzw. aufgedampfte Substanz 2a auf das Substrat 1 aufgestäubt bzw. aufgedampft, und die Hartfilmschicht B-Komponente wird von der Sputterzerstäubungsquelle 3 als aufgestäubte bzw. aufgedampfte Substanz 3b auf das Substrat 1 aufgestäubt bzw. aufgedampft.
  • Gemäß der 4 gibt es auch ein Verfahren zur Bildung der Hartfilmschichten A, B auf dem Substrat 1 unter Verwendung einer Mehrzahl von Elektronenstrahlverdampfungsquellen 5, 6. In diesem Fall wird z. B. die Hartfilmschicht A-Komponente von der Elektronenstrahlverdampfungsquelle 5 als aufgedampfte Substanz 5a auf das Substrat 1 aufgedampft, und die Hartfilmschicht B-Komponente wird von der Elektronenstrahlverdampfungsquelle 6 als aufgedampfte Substanz 6b auf das Substrat 1 aufgedampft.
  • Es ist jedoch am meisten bevorzugt, die Hartfilmschicht A unter Verwendung der Lichtbogenverdampfungsquelle aufzudampfen und die Hartfilmschicht B unter Verwendung der Sputterzerstäubungsquelle aufzustäuben bzw. aufzudampfen, um das erfindungsgemäße Schichtsystem bzw. Film in einer Atmosphäre zu bilden, die das Reaktionsgas enthält, wie es in der 5 gezeigt ist.
  • Dieses Beschichtungs- bzw. Filmbildungsverfahren aus einer Kombination der Lichtbogenverdampfungsquelle mit der Sputterzerstäubungsquelle und des aufeinander folgenden Verschiebens oder Vorbeileitens des Substrats vor der Lichtbogenverdampfungsquelle und der Sputterzerstäubungsquelle, so dass die Hartfilmschicht A-Komponente von der Lichtbogenverdampfungsquelle und die Hartfilmschicht B-Komponente von der Sputterzerstäubungsquelle abwechselnd und aufeinander folgend auf dem Substrat abgeschieden werden, weist verglichen mit den Beschichtungs- bzw. Filmbildungsverfahren gemäß den 3, 4 die folgenden Vorteile auf.
  • Der signifikanteste Vorteil besteht darin, dass in dem Fall einer Lichtbogenverdampfung die Beschichtungs- bzw. Filmbildungsgeschwindigkeit höher ist als bei einer Sputterzerstäubung. Folglich kann die Schicht A, deren Dicke etwa fünfmal größer sein muss als die Dicke der Schicht B, durch Bilden der Hartfilmschicht A-Komponente durch eine Lichtbogenverdampfungsquelle mit einer hohen Geschwindigkeit abgeschieden werden. Da ferner eine Sputterzerstäubungsquelle eine leichtere Einstellung der Beschichtungs- bzw. Filmbildungsgeschwindigkeit ermöglicht als eine Lichtbogenverdampfungsquelle und betrieben werden kann, wenn die Eingangsleistung sehr klein ist (z. B. 0,1 kW), kann die Dicke einer Dünnfilmschicht wie z. B. der Schicht B genau gesteuert werden.
  • Ferner kann durch die Kombination der Merkmale einer Lichtbogenverdampfung mit den Merkmalen einer Sputterzerstäubung das Verhältnis der Dicken der Schicht A und der Schicht B innerhalb eines bevorzugten Bereichs von Eingangsleistungen für die Lichtbogenverdampfungsquelle und die Sputterzerstäubungsquelle eingestellt werden, und durch anschließendes Variieren der Umdrehungen (Drehzahl, Verschiebungsgeschwindigkeit) des Substrats, kann die Wiederholungsperiode von Schicht A + Schicht B in der gewünschten Weise festgelegt werden. Die Dicke der Schicht A (die Kristallteilchengröße) kann ebenfalls in der gewünschten Weise eingestellt werden.
  • Als nächstes wird das Verfahren (Beschichtungs- bzw. Filmbildungsverfahren) zur Bildung des Hartstoff-Schichtsystems bzw. laminierten Hartfilms der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • In dem Verfahren zur Bildung des Hartstoff-Schichtsystems bzw. laminierten Hartfilms der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung einer Beschichtungs- bzw. Filmbildungsvorrichtung (5, nachstehend als ”kombinierte Beschichtungsvorrichtung” bezeichnet), die eine oder mehrere einer Lichtbogenverdampfungsquelle, die eine Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfelds aufweist, und eine Sputterzerstäubungsquelle umfasst, das Substrat in einem Gasgemisch gedreht, das ein Sputtergas wie z. B. Ar, Ne, Xe und ein Reaktionsgas wie z. B. Stickstoff, Methan, Acetylen oder Sauerstoff umfasst. Die Schicht A-Komponente wird durch die Lichtbogenverdampfungsquelle verdampft, während die Schicht B-Komponente durch die Sputterzerstäubungsquelle abwechselnd zerstäubt wird (reaktive Schicht- bzw. Filmbildung), so dass die Schicht A und die Schicht B abwechselnd abgeschieden werden. Der Grund für den Wechsel der Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquelle für die Schicht A und die Schicht B wurde vorstehend beschrieben.
  • Wenn die Schicht B eine Schicht ist, die (B, N), (Si, C, N) oder (C, N) ist, muss die Beschichtungs- bzw. Filmbildung unter Verwendung eines Targets wie z. B. B, BN, B4C, Si oder C durchgeführt werden, jedoch sind B und BN isolierende Substanzen, so dass in einer Lichtbogenverdampfungsquelle keine elektrische Entladung stattfindet und eine Beschichtungs- bzw. Filmbildung nicht durchgeführt werden kann. Entsprechend ist die elektrische Entladung von B4C, Si und C instabil, obwohl es sich dabei um leitende Substanzen handelt, und in einer Lichtbogenverdampfungsquelle ist die Beschichtungs- bzw. Filmbildung schwierig.
  • Wenn andererseits zur Bildung sowohl der Schicht A als auch der Schicht B eine Sputterzerstäubungsquelle verwendet wird, ist anders als bei der Lichtbogenverdampfungsquelle, obwohl die Sputterzerstäubungsquelle mit einer sehr niedrigen Eingangsleistung betrieben werden kann, die Beschichtungs- bzw. Filmbildungsgeschwindigkeit niedriger als bei der Lichtbogenverdampfungsquelle, und die Härte der gebildeten Schicht bzw. Films ist verglichen mit der Lichtbogenverdampfungsquelle ebenfalls schlechter.
  • Daher wird erfindungsgemäß zur Bildung der Schicht A vorzugsweise Cr oder CrX (wobei X 1, 2 oder mehr Elemente ist, das bzw. die aus einer Gruppe ausgewählt ist bzw. sind, die Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al und Si umfasst) als Target in einer Lichtbogenverdampfungsquelle verwendet, zur Bildung der Schicht B wird ein B-, BN-, B4C-, Si- oder C-Target in einer Sputterzerstäubungsquelle verwendet, und das Substrat wird in einem Gasgemisch aus Sputtergas und Reaktionsgas derart gedreht, dass die Schicht A und die Schicht B zur Bildung der Beschichtung bzw. Films abwechselnd abgeschieden werden.
  • Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn ein B- oder BN-Target verwendet wird, das Target keine elektrische Leitfähigkeit aufweist, so dass ein Hochfrequenzsputtern als Sputterzerstäubungsquelle verwendet wird, wobei jedoch dann, wenn ein B4C-, Si- oder C-Target verwendet wird, das Target eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, so dass als Sputterzerstäubungsquelle sowohl ein Gleichstrom- als auch ein Hochfrequenzsputtern verwendet werden kann.
  • Zur Bildung der Schicht A, können nicht nur Cr oder CrX (wobei X 1, 2 oder mehr Element(e) ist, das bzw. die aus einer Gruppe ausgewählt ist bzw. sind, die Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al und Si umfasst), sondern auch Cr (B, C, O, N) oder (Cr, X)(B, C, O, N) unter Verwendung eines Targets gebildet werden, dem ein oder mehrere Element(e) zugesetzt worden sind, das bzw. die aus B, C, O, N ausgewählt ist bzw. sind.
  • Der Partialdruck des gasförmigen Gemischs, welches das Sputtergas und das Reaktionsgas umfasst, während der Beschichtungs- bzw. Filmbildung beträgt vorzugsweise 0,6 Pa oder mehr, jedoch mehr bevorzugt 1 Pa oder mehr. Der Gesamtdruck des gasförmigen Gemischs ist nicht speziell beschränkt, jedoch ist im Hinblick darauf, dass eine Menge an Sputtergas eingeführt wird, die der Menge des Reaktionsgases äquivalent ist, 1 Pa oder mehr ein Richtwert. Unter hohem Druck kann bei Sputterzerstäubungsquellen und Lichtbogenverdampfungsquellen jedoch eine anomale elektrische Entladung auftreten, so dass der Gesamtdruck 5 Pa nicht übersteigen sollte.
  • Als nächstes wird die vorliegende Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele beschrieben, jedoch sollte beachtet werden, dass die Erfindung nicht durch die Beispiele beschränkt wird und dass innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche, die Teil der vorliegenden Anmeldung sind, verschiedene Modifizierungen möglich sind.
  • Beispiel 1-1
  • Filme mit der in der Tabelle 1 gezeigten Hartstoff-Schichtstruktur bzw. laminierten Struktur wurden unter Verwendung einer in der 3 gezeigten Sputterbeschichtungs- bzw. -filmbildungsvorrichtung, die zwei Sputterzerstäubungsquellen umfasst, oder der in der 5 gezeigten kombinierten Beschichtungsvorrichtung gebildet, die jeweils zwei der Sputterzerstäubungsquellen und Lichtbogenverdampfungsquellen umfasst.
  • Das Substrat war eine superharte Legierung (hochglanzpoliert), die für Härtemessungen verwendet wurde. Unabhängig davon, ob die Sputterbeschichtungs- bzw. -filmbildungsvorrichtung oder die kombinierte Beschichtungsvorrichtung verwendet wurde, wurde das Substrat in die Vorrichtung eingebracht, die Substrattemperatur wurde auf etwa 400 bis 500°C erhöht, die Vorrichtung wurde unter ein Vakuum von 3 × 10–3 Pa oder weniger gesetzt, mit Ar-Ionen wurde ein Reinigen durchgeführt (Druck 0,6 Pa, Substratspannung 500 V, Behandlungszeit 5 min) und Schichten bzw. Filme wurden dann aufeinander folgend gebildet.
  • Zur Schicht- bzw. Filmbildung durch die Sputterbeschichtungs- bzw. -filmbildungsvorrichtung wurden Metallschichten bzw. -filme in einer reinen Ar-Atmosphäre gebildet, Nitride wurden in einem Gemisch aus Ar und Stickstoff (Mischungsverhältnis 65:35) gebildet, und Carbonitride wurden in einem Gemisch aus Ar, Stickstoff und Methan (Mischungsverhältnis 65:30:5) gebildet, wobei der Gesamtdruck konstant bei 0,6 Pa lag. Die Dicken der Schicht A und der Schicht B wurden durch Variieren der Betriebszeit der Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen eingestellt. Die Targets waren metallisches Cr und B.
  • Im Fall der kombinierten Beschichtungsvorrichtung wurde die Schicht- bzw. Filmbildung zur Bildung eines Nitrids in einem gasförmigen Gemisch aus Ar und Stickstoff (Mischungsverhältnis 50:50) durchgeführt, und zur Bildung eines Carbonitrids wurde die Schicht- bzw. Filmbildung in einem gasförmigen Gemisch aus Ar, Stickstoff und Methan (Mischungsverhältnis 50:45:5) durchgeführt, wobei der Gesamtdruck 2,66 Pa betrug. Das Schicht- bzw. Filmdickenverhältnis von Schicht A und Schicht B wurde durch das Eingangsleistungsverhältnis für die Verdampfungs- bzw. Zerstäubungsquellen eingestellt und die Dicken der Schicht A und der Schicht B wurden durch die Drehzahl des Substrats eingestellt.
  • Die Schicht- bzw. Filmdicke lag konstant bei etwa 3 μm. Die Schicht A wurde durch die Lichtbogenverdampfungsquelle gebildet und die Schicht B wurde durch die Sputterzerstäubungsquelle gebildet. Das Target war metallisches Cr für die Lichtbogenverdampfungsquelle und elektrisch leitfähiges B4C für die Sputterzerstäubungsquelle.
  • Als erstes wurden unter Verwendung der Sputterbeschichtungs- bzw. -filmbildungsvorrichtung und der kombinierten Beschichtungsvorrichtung Schichten bzw. Filme gebildet, bei denen die Schicht A CrN war, die Schicht B B0,45C0,1N0,45 war, die Dicke der Schicht A 30 nm betrug und die Dicke der Schicht B innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 50 nm variiert wurde (Nr. 2 bis 7, 9 bis 14). Zum Vergleich wurde die Schicht- bzw. Filmbildung unter Verwendung von nur der Schicht A als Beispiel des Standes der Technik durchgeführt (Test Nr. 1, 8).
  • Als nächstes wurde unter Verwendung von nur der kombinierten Beschichtungsvorrichtung die Zusammensetzung der Schicht A in Cr2N geändert und eine Schicht- bzw. Filmbildung wurde unter Bedingungen durchgeführt, die mit den vorstehend beschriebenen Bedingungen identisch waren (Test Nr. 15 bis 21).
  • Als Ergebnis der Durchführung von TEM-Querschnittsuntersuchungen mit den nach der Beschichtungs- bzw. Filmbildung erhaltenen Testproben wurde eine erhöhte Feinheit von Kristallteilchen gefunden, wie es aus der 7 ersichtlich ist. Die Kristallteilchengröße wurde mit einem X bezeichnet, wenn sie in der gleichen Größenordnung lag, wie bei einer Beschichtung bzw. Film des Standes der Technik, der keine Schichtstruktur bzw. laminierte Struktur aufwies, und mit O, wenn sie kleiner war als bei einer Beschichtung bzw. Film des Standes der Technik.
  • Die Dicken der Schichten A und B nach der Beschichtungs- bzw. Filmbildung wurden durch Untersuchen in zwei Ansichten bei einer 500000- bis 1500000-fachen Vergrößerung gemessen.
  • Der Anteil von Metallelementen und Elementen wie z. B. N, C, O in der Beschichtung bzw. Film wurde aus dem Zusammensetzungsprofil in der Probenahmetiefenrichtung mittels Auger-Elektronenspektroskopie berechnet, während Ar-Ionen von der Oberfläche gesputtert wurden.
  • Die Härte der erhaltenen Beschichtung bzw. Films wurde mit einem Mikro-Vickers-Härtemessgerät (Last 0,245 N (25 gf), Retentionszeit 15 s) gemessen.
  • Die Verschleißfestigkeit und die Aggressivität der Beschichtung bzw. Films bezüglich eines damit eingesetzten Materials wurden unter Verwendung eines vor und zurück gleitenden Verschleiß- und Reibungsfestigkeitstestgeräts des Kugel-auf-Platte-Typs bewertet. Gleittests wurden unter Verwendung von Lagerstahl (SUJ2, HRC60) mit einem Durchmesser von 9,53 mm als damit eingesetztes Material (Kugel) in einer trockenen Atmosphäre bei einer Gleitgeschwindigkeit von 0,1 m/s, einer Last von 2 N und einer Gleitdistanz von 250 m durchgeführt. Der Reibungskoeffizient während des Gleitens und die jeweiligen Verschleißraten der Kugel und der Beschichtung bzw. Films wurden gemessen und die Beschichtungs- bzw. Filmeigenschaften wurden bewertet.
  • Eine Röntgenbeugungsmessung von θ–2θ wurde unter Verwendung der CuKα-Linie durchgeführt und die Halbwertsbreite der (111)- und der (200)-Ebene wurde gemessen.
  • Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse dieser Tests. Die Anzahl der Schichten, die in der Tabelle 1 gezeigt sind, wurde durch Zählen einer Abscheidung von Schicht A und Schicht B als eine Schicht ermittelt (das Gleiche gilt für die Tabellen 2 bis 4).
  • Aus diesen Testergebnissen wird folgendes deutlich. Insbesondere wird dann, wenn die Dicke der Schicht B weniger als 0,5 nm beträgt, eine Zunahme der Kristallteilchenfeinheit nicht erhalten und die Beschichtungs- bzw. Filmhärte nimmt nicht stark zu (Test Nr. 1, 2, 8, 9, 15, 16). Wenn andererseits die Dicke der Schicht B zu groß ist, nimmt die Kristallteilchenfeinheit zu, jedoch ist der Anteil der Dicke der Schicht B mit geringer Härte relativ zu der Schicht A mit großer Härte zu groß, so dass die Beschichtungs- bzw. Filmhärte zu einer Verminderung neigt (Test Nr. 7, 14, 21). Daher sollte die Schicht- bzw. Filmdicke der Schicht B das 0,5-fache oder weniger der Schicht- bzw. Filmdicke der Schicht A betragen (Test Nr. 3 bis 6, 10 bis 13, 17 bis 20).
  • Der Reibungskoeffizient der Beschichtung bzw. Films zeigt ein mehr oder weniger entsprechendes Verhalten. Wenn die Dicke der Schicht B geringer ist als die Dicke der Schicht A, zeigt die Beschichtungs- bzw. Filmverschleißrate kaum eine Änderung (Test Nr. 1 bis 6, 8 bis 13, 15 bis 20), und wenn die Dicke der Schicht B größer wird als die Dicke der Schicht A, neigt die Beschichtungs- bzw. Filmverschleißrate dazu, schnell zuzunehmen, was nahe legt, dass die Verschleißfestigkeit abnimmt (Test Nr. 7, 14, 21).
  • Es ist auch ersichtlich, dass dann, wenn zusätzlich zur Erfüllung der Formeln (1) bis (3) die Schicht A aus CrN ausgebildet ist, das eine kubische Steinsalzkristallstruktur aufweist, und mindestens eine der Halbwertsbreiten der Beugungslinien der (111)-Ebene und der (200)-Ebene 0,3° oder mehr beträgt, eine Beschichtung bzw. Film mit einer großen Härte und einer überlegenen Verschleißfestigkeit erhalten wird (Test Nr. 3 bis 6, 10 bis 13).
  • Figure DE102005063536B4_0002
  • Beispiel 1-2
  • In diesem Beispiel wurden Beschichtungen bzw. Filme unter Verwendung der gleichen kombinierten Beschichtungsvorrichtung wie im Beispiel 1-1 gebildet, die Zusammensetzung der Schicht A war CrN und die Zusammensetzung der Schicht B war B0,45C0,1N0,45, wie dies im Beispiel 1-1 der Fall war, jedoch lag die Dicke der Schicht B konstant bei 2 nm und die Dicke der Schicht A wurde im Bereich von 1 bis 300 nm variiert. Die anderen Testbedingungen waren mit denjenigen des Beispiels 1-1 identisch.
  • Die Tabelle 2 zeigt die Testergebnisse. Aus diesen Testergebnissen ergibt sich folgendes.
  • Wenn die Dicke der Schicht A geringer ist als die Dicke der Schicht B, werden die Eigenschaften der Schicht B, die eine geringere Härte aufweist, vorherrschend, so dass die beschichtungs- bzw. Filmhärte nicht so stark zunimmt (Test Nr. 31). Wenn andererseits die Dicke der Schicht A 300 nm übersteigt, ist der Effekt der Schicht B der Störung der Kristallteilchen, die zu einer erhöhten Feinheit führt, geringer, so dass die Beschichtungs- bzw. Filmhärte zu einer Abnahme neigt (Test Nr. 36). Daher sollte die Schicht- bzw. Filmdicke der Schicht A vorzugsweise 200 nm oder weniger betragen und die Schicht- bzw. Filmdicke der Schicht B sollte das 0,5-fache oder weniger der Schicht- bzw. Filmdicke der Schicht A betragen.
  • Figure DE102005063536B4_0003
  • Beispiel 1-3
  • In diesem Beispiel wurden Beschichtungen bzw. Filme unter Verwendung der gleichen kombinierten Beschichtungsvorrichtung wie im Beispiel 1-1 gebildet, die Dicke der Schicht A lag konstant bei 30 nm und die Dicke der Schicht B lag konstant bei 2 nm und die Zusammensetzungen der Schicht A und der Schicht B wurden variiert. Wenn die Schicht A so hergestellt wurde, dass sie C oder O enthielt, wurde dem Reaktionsgas Methan oder Sauerstoffgas zugesetzt, und wenn die Schicht A so hergestellt wurde, dass sie B enthielt, wurde ein B-enthaltendes Cr-B-Legierungstarget verwendet. Die übrigen Testbedingungen waren mit denjenigen von Beispiel 1-1 identisch.
  • Die Tabelle 3 und die Tabelle 4 zeigen die Testergebnisse. Aus diesen Testergebnissen ist ersichtlich, dass dann, wenn die Schicht A und die Schicht B Zusammensetzungen aufweisen, die jeweils die vorstehend genannten Formeln (1) und (2) erfüllen, eine Beschichtung bzw. Film mit großer Härte und einer überlegenen Verschleißfestigkeit erhalten wird.
  • Es wurde auch gefunden, dass dann, wenn die Schicht B eine SiCN-Zusammensetzung aufwies, verglichen mit einer BCN-Zusammensetzung der Reibungskoeffizient der Beschichtung bzw. Films ziemlich hoch war und die Kugelverschleißrate ebenfalls ziemlich hoch war. Da jedoch die Beschichtungs- bzw. Filmhärte entweder die gleiche Größenordnung oder einen ziemlich hohen Wert aufwies, war die Beschichtung bzw. Film dennoch für Schneidwerkzeuge ohne Bedenken im Hinblick auf die Aggressivität gegenüber damit eingesetzten Materialien geeignet.
  • Dies bedeutet, dass mit der Maßgabe, dass die erfindungsgemäß festgelegte Zusammensetzung für die Schicht B keine SiCN-Zusammensetzung ist, die Aggressivität gegenüber damit eingesetzten Materialien stärker vermindert werden kann, als dies in den Beschichtungen bzw. Filmen des Standes der Technik der Fall ist.
  • Figure DE102005063536B4_0004
  • Figure DE102005063536B4_0005
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann durch Steuern des erfindungsgemäßen Hartstoff-Schichtsystems bzw. Hartfilms und der Hartstoffschichtsystem- bzw. Hartfilmkristallteilchengröße die Kristallteilchengröße des Hartstoffschichtsystems bzw. Hartfilms mit Steinsalzstruktur feiner gemacht werden, was die Eigenschaften wie z. B. die Hartstoffschichtsystem- bzw. Hartfilm-Verschleißfestigkeit verbessert. Dieses Schichtsystem bzw. Film kann daher als verschleißfestes Schichtsystem bzw. Film in Schneidwerkzeugen aus Thermitstahl oder Schnellarbeitswerkzeugstahl als Substrat oder für gleitende Teile für Fahrzeuge verwendet werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Hartstoff-Schichtsystem bzw. laminierten Hartfilm mit überlegener Verschleißfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit bereit. Dieses Schichtsystem bzw. Film kann daher als verschleißfestes Schichtsystem bzw. Film in superharten Legierungen, Schneidwerkzeugen aus Thermitstahl oder Schnellarbeitswerkzeugstahl als Substrat oder für gleitende Teile für Fahrzeuge verwendet werden.

Claims (5)

  1. Hartstoff-Schichtsystem, umfassend abwechselnd abgeschiedene Schichten A und B, wobei • die Schicht A die Zusammensetzung (Cr1-αXα)(BaCbN1-a-b-cOc)e aufweist, worin X ein, zwei oder mehr Element(e) ist, ausgewählt aus einer Gruppe, die Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al und Si umfasst, 0 ≤ α ≤ 0,9, 0 ≤ a ≤ 0,15, 0 ≤ b ≤ 0,3, 0 ≤ c ≤ 0,1, 0,2 ≤ e ≤ 1,1, • die Schicht B die Zusammensetzung B1-s-tCsNt, worin 0 ≤ s ≤ 0,25, (1-s-t)/t ≤ 1,5, oder Si1-x-yCxNy, worin 0 ≤ x ≤ 0,25, 0,5 ≤ (1-x-y)/y ≤ 1,4, oder C1-uNu, worin 0 ≤ u ≤ 0,6, aufweist, • sich die Kristallstruktur der Schicht A von der Kristallstruktur der Schicht B unterscheidet, • die Dicke der Schicht A pro Schicht das Zweifache oder mehr der Dicke der Schicht B pro Schicht beträgt, • die Dicke der Schicht B pro Schicht 0,5 nm oder mehr beträgt und • die Dicke der Schicht A pro Schicht 200 nm oder weniger beträgt.
  2. Hartstoff-Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem α den Wert 0 hat.
  3. Hartstoff-Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem α den Wert 0,05 oder mehr hat.
  4. Hartstoff-Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem die Schicht A eine kubische Steinsalzstruktur aufweist und mindestens eine der Halbwertsbreiten der Beugungslinien der (111)-Ebene und der (200)-Ebene, die in einem mit dem θ–2θ-Verfahren unter Verwendung der CuKα-Linie erhaltenen Röntgenbeugungsmuster auftreten, 0,3° oder mehr beträgt.
  5. Hartstoff-Schichtsystem nach Anspruch 1, bei dem die Schicht A eine kubische Steinsalzstruktur aufweist und die Schicht B eine Kristallstruktur aufweist, die von einer kubischen Steinsalzstruktur verschieden ist.
DE102005063536.9A 2004-02-02 2005-01-31 Hartstoff - Schichtsystem Active DE102005063536B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005004402A DE102005004402B4 (de) 2004-02-02 2005-01-31 Hartstoff-Schichtsystem und Verfahren zu dessen Bildung

Applications Claiming Priority (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004-025711 2004-02-02
JP2004025710A JP4500061B2 (ja) 2004-02-02 2004-02-02 硬質皮膜の成膜方法
JP2004025711A JP4448342B2 (ja) 2004-02-02 2004-02-02 微細結晶硬質皮膜
JP2004-025710 2004-02-02
JP2004035474A JP4452089B2 (ja) 2004-02-12 2004-02-12 耐摩耗性に優れた硬質皮膜およびその製造方法
JP2004-035474 2004-02-12
JP2004-069117 2004-03-11
JP2004069117A JP4408230B2 (ja) 2004-03-11 2004-03-11 硬質積層皮膜および硬質積層皮膜の形成方法
JP2004069118A JP4408231B2 (ja) 2004-03-11 2004-03-11 硬質積層皮膜および硬質積層皮膜の形成方法
JP2004-069118 2004-03-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005063536B4 true DE102005063536B4 (de) 2014-08-14

Family

ID=34812330

Family Applications (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005063421A Active DE102005063421B4 (de) 2004-02-02 2005-01-31 Hartstoff-Schichtsystem
DE102005004402A Active DE102005004402B4 (de) 2004-02-02 2005-01-31 Hartstoff-Schichtsystem und Verfahren zu dessen Bildung
DE102005063537.7A Active DE102005063537B4 (de) 2004-02-02 2005-01-31 Hartstoff - Schichtsystem
DE102005063536.9A Active DE102005063536B4 (de) 2004-02-02 2005-01-31 Hartstoff - Schichtsystem

Family Applications Before (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005063421A Active DE102005063421B4 (de) 2004-02-02 2005-01-31 Hartstoff-Schichtsystem
DE102005004402A Active DE102005004402B4 (de) 2004-02-02 2005-01-31 Hartstoff-Schichtsystem und Verfahren zu dessen Bildung
DE102005063537.7A Active DE102005063537B4 (de) 2004-02-02 2005-01-31 Hartstoff - Schichtsystem

Country Status (5)

Country Link
US (2) US7258912B2 (de)
KR (1) KR100669590B1 (de)
CN (1) CN100419117C (de)
DE (4) DE102005063421B4 (de)
HK (1) HK1109175A1 (de)

Families Citing this family (96)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100529157C (zh) * 2005-02-08 2009-08-19 株式会社神户制钢所 硬涂层,形成硬涂层用的靶和形成硬涂层的方法
DE102006004394B4 (de) * 2005-02-16 2011-01-13 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.), Kobe-shi Hartfilm, Mehrschichthartfilm und Herstellungsverfahren dafür
SE529161C2 (sv) * 2005-06-22 2007-05-22 Seco Tools Ab Skärverktyg med kompositbeläggning för finbearbetning av härdade stål
US8034459B2 (en) * 2005-10-18 2011-10-11 Southwest Research Institute Erosion resistant coatings
US20090214787A1 (en) * 2005-10-18 2009-08-27 Southwest Research Institute Erosion Resistant Coatings
JP4985919B2 (ja) * 2005-12-22 2012-07-25 三菱マテリアル株式会社 高硬度鋼の高速切削加工で優れた仕上げ面精度を長期にわたって発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具
JP4753249B2 (ja) * 2006-01-13 2011-08-24 株式会社神戸製鋼所 ガラス成形用金型
JP2009532581A (ja) * 2006-04-07 2009-09-10 エコール・ダンジェニウール・ドゥ・ジュネーブ（ウー・イー・ジェ） コンポーネント摩耗防護層、コンポーネント摩耗防護コーティング法、およびコンポーネント摩耗防護コーティング法を実施する装置
JP5005262B2 (ja) * 2006-05-26 2012-08-22 三菱マテリアル株式会社 高硬度鋼の高速切削加工できわめて優れた仕上げ面精度を長期にわたって発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具
JP5036232B2 (ja) * 2006-07-06 2012-09-26 Ｔｐｒ株式会社 内燃機関用ピストンリング
JP4968715B2 (ja) * 2006-07-31 2012-07-04 日産自動車株式会社 高強度歯車、伝動機構及び高強度歯車の製造方法
JP4699978B2 (ja) * 2006-08-09 2011-06-15 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜被覆材
US7811683B2 (en) * 2006-09-27 2010-10-12 Kyocera Corporation Cutting tool
EP2100681B1 (de) * 2006-12-25 2012-07-18 Kyocera Corporation Oberflächenbeschichtetes werkzeug und verfahren zur schneidbearbeitung eines objekts
JP5102516B2 (ja) 2007-03-06 2012-12-19 株式会社神戸製鋼所 成形金型
IL182741A (en) 2007-04-23 2012-03-29 Iscar Ltd Improved coatings
US20080299289A1 (en) * 2007-05-29 2008-12-04 Fisk Andrew E Optimum Surface Texture Geometry
DE102007030735A1 (de) * 2007-07-02 2009-01-08 Walter Ag Werkzeug mit mehrlagiger Metalloxidbeschichtung
DE102007035502A1 (de) 2007-07-28 2009-02-05 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
JP4413958B2 (ja) * 2007-08-31 2010-02-10 ユニオンツール株式会社 切削工具用硬質皮膜
CN101368260A (zh) * 2007-09-14 2009-02-18 山特维克知识产权股份有限公司 用于在基底上沉积涂层的方法和设备
WO2009079358A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-25 The Regents Of The University Of California Very low pressure high power impulse triggered magnetron sputtering
US7947363B2 (en) * 2007-12-14 2011-05-24 Kennametal Inc. Coated article with nanolayered coating scheme
JP4388582B2 (ja) * 2008-06-09 2009-12-24 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜層及びその形成方法
WO2009151403A1 (en) * 2008-06-09 2009-12-17 Nanofilm Technologies International Pte Ltd A method for rapid deposition of a coating on a substrate
JP5027760B2 (ja) * 2008-08-20 2012-09-19 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜形成部材
CN102224273B (zh) * 2008-11-04 2014-09-24 欧瑞康贸易股份公司(特吕巴赫) 耐磨层及其制备方法
RU2560480C2 (ru) * 2010-02-04 2015-08-20 Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ С МНОГОСЛОЙНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ Al-Cr-B-N/Ti-Al-N
US8790791B2 (en) 2010-04-15 2014-07-29 Southwest Research Institute Oxidation resistant nanocrystalline MCrAl(Y) coatings and methods of forming such coatings
RU2012150041A (ru) * 2010-04-23 2014-05-27 Секо Тулз Аб Покрытие конденсацией из паровой фазы для механической обработки металла
KR101814228B1 (ko) * 2010-05-04 2018-01-04 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 페피콘 세라믹 타겟을 사용한 스파크 증착 방법
CN102373431A (zh) * 2010-08-26 2012-03-14 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 铝合金表面防腐处理方法及其制品
CN102383092A (zh) * 2010-08-30 2012-03-21 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法
CN102443775A (zh) * 2010-10-15 2012-05-09 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 硬质涂层、具有该涂层的被覆件及其制备方法
CN102452193A (zh) * 2010-10-20 2012-05-16 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 具有硬质涂层的被覆件及其制备方法
CN102453877A (zh) * 2010-10-21 2012-05-16 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 被覆件及其制造方法
EP2644300B1 (de) * 2010-11-26 2018-03-07 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Oberflächenbeschichteter sinterkörper
CN102485941A (zh) * 2010-12-04 2012-06-06 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 被覆件及其制造方法
CN102560346A (zh) * 2010-12-24 2012-07-11 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 硬质薄膜、具备硬质薄膜的产品及该产品的制作方法
CN102534525A (zh) * 2010-12-25 2012-07-04 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 镀膜件及其制备方法
CN102586732A (zh) * 2011-01-17 2012-07-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 具有硬质涂层的被覆件及其制备方法
TWI477637B (zh) * 2011-01-24 2015-03-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 具有硬質塗層的被覆件及其製備方法
JP5651713B2 (ja) 2011-02-01 2015-01-14 オーエスジー株式会社 硬質積層被膜
DE112011104818B4 (de) 2011-02-01 2016-10-27 Osg Corporation Hartlaminarbeschichtung
JP5673325B2 (ja) * 2011-04-20 2015-02-18 富士通株式会社 カーボンナノチューブの形成方法及び熱拡散装置
KR101224191B1 (ko) * 2011-04-21 2013-01-21 주식회사 욱영전해씨스템 불용성 전극의 제조 방법 및 불용성 전극 제조용 중간층 코팅 장치
US9511572B2 (en) 2011-05-25 2016-12-06 Southwest Research Institute Nanocrystalline interlayer coating for increasing service life of thermal barrier coating on high temperature components
JP5764002B2 (ja) 2011-07-22 2015-08-12 株式会社神戸製鋼所 真空成膜装置
JP5713872B2 (ja) * 2011-10-28 2015-05-07 株式会社神戸製鋼所 成膜装置及び成膜方法
TW201321542A (zh) * 2011-11-29 2013-06-01 Chenming Mold Ind Corp 製造ic屏蔽鍍膜之設備及ic之金屬屏蔽膜層
KR20130060544A (ko) * 2011-11-30 2013-06-10 현대자동차주식회사 나노멀티레이어 코팅층 형성방법 및 형성장치
CN104126025B (zh) * 2011-12-15 2016-08-24 株式会社神户制钢所 多层硬质皮膜及其制备方法
CN102534492B (zh) * 2012-01-13 2014-03-05 清华大学 SiCN/TiCN多层膜刀具涂层及其制备方法
US9476114B2 (en) 2012-08-03 2016-10-25 Walter Ag TiAlN-coated tool
DE102012107129A1 (de) * 2012-08-03 2014-02-06 Walter Ag TiAIN-beschichtetes Werkzeug
GB201216138D0 (en) * 2012-09-11 2012-10-24 Gencoa Ltd Plasma source
JP5968740B2 (ja) * 2012-09-20 2016-08-10 株式会社アルバック ターゲット装置、スパッタ装置、及び、ターゲット装置の製造方法
WO2014065892A1 (en) * 2012-10-22 2014-05-01 Ihi Ionbond Inc. Fatigue- resistant coating for metal forming members
JP6043192B2 (ja) * 2013-01-25 2016-12-14 株式会社神戸製鋼所 耐摩耗性に優れた積層皮膜
JP6055324B2 (ja) * 2013-01-29 2016-12-27 株式会社神戸製鋼所 軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜
US9670575B2 (en) 2013-03-25 2017-06-06 Kobe Steel, Ltd. Laminated coating film having superior wear resistance
JP6016270B2 (ja) * 2013-03-29 2016-10-26 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆窒化硼素焼結体工具
CN103537719B (zh) * 2013-09-30 2016-02-17 株洲钻石切削刀具股份有限公司 多层涂层切削刀具
WO2015079505A1 (ja) * 2013-11-26 2015-06-04 オーエスジー株式会社 硬質潤滑被膜および硬質潤滑被膜被覆工具
DE102013019691A1 (de) * 2013-11-26 2015-05-28 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Hartstoffschicht zur Reduzierung eines Wärmeeintrags in das beschichtete Substrat
CN103789723B (zh) * 2014-01-24 2015-12-02 四川大学 一种Cr/CrN/(Ti,Al,Si,Cr)N复合硬质涂层及其制备方法
JP6242751B2 (ja) * 2014-06-04 2017-12-06 株式会社神戸製鋼所 機械加工用工具の製造方法、および機械加工用工具
JP6491031B2 (ja) * 2014-06-24 2019-03-27 株式会社神戸製鋼所 積層型硬質皮膜および切削工具
WO2016012600A1 (en) * 2014-07-24 2016-01-28 Oerlikon Surface Solutions Ag, Trübbach Arc evaporated me11-ame2azi/mo1-b-csicbbzii multilayer coatings
JP6842233B2 (ja) * 2014-07-29 2021-03-17 サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ コーティングされた切削工具、及びコーティングされた切削工具の製造方法
RU2585572C2 (ru) * 2014-10-28 2016-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
US20180044799A1 (en) * 2015-03-17 2018-02-15 Magna International Inc. Non-metallic coating for steel substrates and method for forming the same
BR102015008817B1 (pt) * 2015-04-17 2022-08-30 Mahle International Gmbh Anel de pistão para motores de combustão interna
US9523146B1 (en) 2015-06-17 2016-12-20 Southwest Research Institute Ti—Si—C—N piston ring coatings
RU2629131C2 (ru) * 2015-12-15 2017-08-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
JP6452006B2 (ja) * 2016-02-29 2019-01-16 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
US10030773B2 (en) * 2016-03-04 2018-07-24 Mahle International Gmbh Piston ring
DE102017102059A1 (de) * 2017-02-02 2018-08-02 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Schichtsystem und Bauteil
CN108103454B (zh) * 2017-11-30 2019-10-11 厦门金鹭特种合金有限公司 一种高光滑涂层刀具及其制作方法
GB201802468D0 (en) * 2018-02-15 2018-04-04 Rolls Royce Plc Coated substrate
CN112996945B (zh) * 2018-07-10 2024-04-05 耐科思特生物识别集团股份公司 用于电子设备的热传导及保护涂覆件
DE112018007876T5 (de) * 2018-08-01 2021-04-22 Osg Corporation Hartbeschichtung und mit Hartbeschichtung bedecktes Element
WO2020026389A1 (ja) * 2018-08-01 2020-02-06 オーエスジー株式会社 硬質被膜および硬質被膜被覆部材
JP6798534B2 (ja) * 2018-09-11 2020-12-09 株式会社タンガロイ 被覆切削工具
CN109439942B (zh) * 2018-12-27 2020-05-22 吉林大学 一种基于内生纳米TiCxNy颗粒的陶铝复合材料的制备方法
CN111826621A (zh) * 2019-04-17 2020-10-27 中国兵器工业第五九研究所 玻璃模压模具涂层及其制备方法和应用
CN110129741B (zh) * 2019-05-13 2021-05-11 东南大学 一种多元纳米叠层涂层刀具及其制备方法
CN110306190A (zh) * 2019-06-13 2019-10-08 东南大学 一种多元纳米梯度涂层刀具及其制备方法
CN110202867B (zh) * 2019-07-15 2021-03-23 哈尔滨工业大学 一种Ti-Al-Nb层状复合材料及其制备方法
CN111270202B (zh) * 2020-03-17 2022-03-25 株洲华锐精密工具股份有限公司 一种切削刀具用成分结构双梯度功能涂层及其制备方法
CN111621752B (zh) * 2020-06-10 2022-04-12 天津职业技术师范大学(中国职业培训指导教师进修中心) AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层纳米复合涂层的制备工艺
CN111826614B (zh) * 2020-06-11 2022-11-08 宣城市华菱精工科技股份有限公司 一种智能车库防腐蚀膜层及其制备方法
CN111962029A (zh) * 2020-08-14 2020-11-20 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种高温自润滑(Cr,V)2AlC MAX相涂层及其制备方法与应用
KR102600870B1 (ko) * 2021-11-19 2023-11-13 한국야금 주식회사 내마모성과 인성이 우수한 경질피막을 포함하는 절삭공구
CN115110033B (zh) * 2022-07-27 2024-01-23 南京真合材料科技有限公司 一种超硬膜层制造方法
CN116136015B (zh) * 2023-03-01 2023-08-15 纳狮新材料有限公司杭州分公司 一种具有润滑效应的AlTiN基纳米复合涂层

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4556607A (en) * 1984-03-28 1985-12-03 Sastri Suri A Surface coatings and subcoats
US5234561A (en) * 1988-08-25 1993-08-10 Hauzer Industries Bv Physical vapor deposition dual coating process
EP0403552B1 (de) * 1988-08-25 1994-12-14 Hauzer Industries Bv Physikalische dampfniederschlag-doppelbeschichtungsvorrichtung und verfahren
DE10233222A1 (de) * 2001-07-23 2003-02-20 Kobe Steel Ltd Harter verschleißwiderstandsfähiger Film, Verfahren zum Bilden des Hartfilms, und Target, das zum Bilden des Hartfilms verwendet wird
US6586122B2 (en) * 2000-07-13 2003-07-01 Hitachi Tool Engineering, Ltd. Multilayer-coated cutting tool

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4726890A (en) * 1985-08-12 1988-02-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method of producing high Tc superconducting NbN films
JPS63239103A (ja) * 1987-03-27 1988-10-05 Ulvac Corp 立方晶窒化硼素被覆体およびその製造法
JPH0375364A (ja) 1989-08-17 1991-03-29 Ulvac Japan Ltd 反応性スパッタリング装置
JP2793696B2 (ja) 1990-05-17 1998-09-03 神鋼コベルコツール株式会社 耐摩耗性皮膜
US5922176A (en) * 1992-06-12 1999-07-13 Donnelly Corporation Spark eliminating sputtering target and method for using and making same
JP3507104B2 (ja) 1992-10-05 2004-03-15 キヤノン株式会社 光記録媒体の製造方法、スパッタリング方法及びスパッタリングターゲット
DE69319531T2 (de) 1992-10-12 1999-04-15 Sumitomo Electric Industries Ultradünnes Filmlaminat
JP2793773B2 (ja) 1994-05-13 1998-09-03 神鋼コベルコツール株式会社 耐摩耗性に優れた硬質皮膜、硬質皮膜被覆工具及び硬質皮膜被覆部材
CA2155164C (en) * 1994-08-01 2001-07-10 Satoru Kukino Super hard composite material for tools
DE69527236T2 (de) * 1994-09-16 2003-03-20 Sumitomo Electric Industries Mehrschichtfilm aus ultrafeinen Partikeln und harter Verbundwerkstoff für Werkzeuge, die diesen Film enthalten
JP3039381B2 (ja) * 1996-07-12 2000-05-08 山口県 耐高温酸化特性に優れた複合硬質皮膜の形成法
DE19629728A1 (de) * 1996-07-23 1998-01-29 Muenz Wolf Dieter Dr Verfahren zur Beschichtung von Messing
JP3846954B2 (ja) 1997-01-16 2006-11-15 住友電工ハードメタル株式会社 複合硬質膜およびその膜の成膜方法ならびにその膜を被覆した耐摩耗性部材
US5879523A (en) * 1997-09-29 1999-03-09 Applied Materials, Inc. Ceramic coated metallic insulator particularly useful in a plasma sputter reactor
EP0972091A1 (de) * 1998-02-04 2000-01-19 OSG Corporation Mehrlagig beschichtetes werkzeug
JP2000144391A (ja) 1998-08-24 2000-05-26 Nippon Piston Ring Co Ltd 摺動部材
JP4388152B2 (ja) 1998-12-17 2009-12-24 住友電工ハードメタル株式会社 薄膜積層体の被覆部材
JP2000239829A (ja) * 1999-02-17 2000-09-05 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 固体潤滑膜付き部材
DE10001381A1 (de) * 2000-01-14 2001-07-19 Hauzer Techno Coating Europ B PVD-Verfahren zur Herstellung einer gefärbten, gegenüber Fingerabdrücken unempfindlichen Beschichtung auf Gegenständen sowie Gegenstände mit einer solchen Beschichtung
DE10005612A1 (de) * 2000-02-09 2001-08-16 Hauzer Techno Coating Europ B Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes und Gegenstand
DE60124061T2 (de) 2000-12-28 2007-04-12 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho, Kobe Hartstoffschicht für Schneidwerkzeuge
JP4062583B2 (ja) * 2001-07-23 2008-03-19 株式会社神戸製鋼所 切削工具用硬質皮膜およびその製造方法並びに硬質皮膜形成用ターゲット
JP2003141719A (ja) * 2001-10-30 2003-05-16 Anelva Corp スパッタリング装置及び薄膜形成方法
JP4015883B2 (ja) 2002-06-11 2007-11-28 株式会社神戸製鋼所 複合成膜装置
US20050103620A1 (en) * 2003-11-19 2005-05-19 Zond, Inc. Plasma source with segmented magnetron cathode
JP4950499B2 (ja) * 2006-02-03 2012-06-13 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜およびその成膜方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4556607A (en) * 1984-03-28 1985-12-03 Sastri Suri A Surface coatings and subcoats
US5234561A (en) * 1988-08-25 1993-08-10 Hauzer Industries Bv Physical vapor deposition dual coating process
EP0403552B1 (de) * 1988-08-25 1994-12-14 Hauzer Industries Bv Physikalische dampfniederschlag-doppelbeschichtungsvorrichtung und verfahren
US6586122B2 (en) * 2000-07-13 2003-07-01 Hitachi Tool Engineering, Ltd. Multilayer-coated cutting tool
DE10233222A1 (de) * 2001-07-23 2003-02-20 Kobe Steel Ltd Harter verschleißwiderstandsfähiger Film, Verfahren zum Bilden des Hartfilms, und Target, das zum Bilden des Hartfilms verwendet wird

Also Published As

Publication number Publication date
HK1109175A1 (en) 2008-05-30
DE102005063421B4 (de) 2010-09-09
CN1651596A (zh) 2005-08-10
US20070278090A1 (en) 2007-12-06
DE102005004402B4 (de) 2010-09-30
US20050170162A1 (en) 2005-08-04
US7258912B2 (en) 2007-08-21
US8197647B2 (en) 2012-06-12
DE102005004402A1 (de) 2005-08-18
KR20060042924A (ko) 2006-05-15
DE102005063537B4 (de) 2014-08-14
CN100419117C (zh) 2008-09-17
KR100669590B1 (ko) 2007-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005063536B4 (de) Hartstoff - Schichtsystem
DE60124061T2 (de) Hartstoffschicht für Schneidwerkzeuge
DE10262174B4 (de) Harte verschleissfeste Schicht, Verfahren zum Bilden derselben und Verwendung
DE102007003272B4 (de) Hartstoffbeschichtungsschicht
DE60309992T2 (de) Ausscheidungsgehärtete Verschleissschutzschicht
DE60116446T2 (de) Mehrlagig beschichtetes Schneidwerkzeug
EP2566997B1 (de) Pvd-hybridverfahren zum abscheiden von mischkristallschichten
DE102006062798B4 (de) Laminatartige harte Beschichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE4423184C2 (de) Mit einer harten Kohlenstoffschicht beschichtetes Substrat sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung
EP2633095B1 (de) Molybdänmonoxidschichten und deren herstellung mittels pvd
EP2163661B1 (de) Wälzfräswerkzeug mit einer Beschichtung und Verfahren zur Neubeschichtung eines Wälzfräswerkzeuges
EP2653583B1 (de) Beschichtungsverfahren zur Abscheidung eines Schichtsystems auf einem Substrat
DE102004005934B4 (de) Hartfilm, Herstellungsverfahren dafür und Target zur Hartfilmherstellung
DE4408250A1 (de) Verfahren zum Beschichten der Oberfläche eines Substrats und Beschichtungsmaterial
WO2007121954A1 (de) Beschichteter körper
DE102008056189A1 (de) Harte Beschichtung mit ausgezeichneter Gleiteigenschaft und Verfahren zur Herstellung derselben
DE602004003547T2 (de) Verfahren zur Beschichtung eines Schneidwerkzeuges.
DE112009001396T5 (de) Hartbeschichtungsschicht und Verfahren zu deren Bildung
EP3423609A1 (de) Wasserstofffreie kohlenstoffbeschichtung mit zirkonium haftschicht
EP1784524A2 (de) Schichtverbund mit kubischen bornitrid
EP3929325A1 (de) Verfahren zur herstellung einer beschichtungsquelle zur physikalischen gasphasenabscheidung von crtan, sowie dadurch hergestellte crta beschichtungsquelle
DE112016001719T5 (de) Hartbeschichtung
EP3017079B2 (de) Verfahren zur herstellung von tixsi1-xn schichten
DE112008001939B4 (de) Oxidfilm, Oxidfilm-beschichtetes Material und Verfahren zum Bilden eines Oxidfilms
WO2015003806A1 (de) Target zur reaktiven sputter-abscheidung elektrisch-isolierender schichten

Legal Events

Date Code Title Description
Q172 Divided out of (supplement):

Ref document number: 102005004402

Country of ref document: DE

Kind code of ref document: P

8110 Request for examination paragraph 44
8181 Inventor (new situation)

Inventor name: FUJI, HIROFUMI, TAKASAGO, HYOGO, JP

Inventor name: YAMAMOTO, KENJI, KOBE, HYOGO, JP

Inventor name: TAKAHARA, KAZUKI, TAKASAGO, HYOGO, JP

Inventor name: KUJIME, SUSUMU, TAKASAGO, HYOGO, JP

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final