DE102009046947B4

DE102009046947B4 - Substrat mit stickstoffhaltiger plasmapolymerer Beschichtung, dessen Verwendung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102009046947B4
Application number: DE102009046947.8A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Vissing; Gabriele Neese; Matthias Ott; Wolfgang Hielscher
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2029-11-21
Also published as: DE102009046947A1; WO2011061339A1

Abstract

Anordnung aus einem elastomeren Substrat und einer darauf angeordneten plasmapolymeren Beschichtung bestehend aus Kohlenstoff, Silizium, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff, wobei für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren Beschichtung gemessen mittels ESCA auf der vom Substrat abgewandten Seite gilt: O:Si = 0,45–2,50 N:O = 0,02–0,50 und N:C = 0,01–0,20, bevorzugt O:Si = 0,75–2,50 N:O = 0,03–0,42 und N:C = 0,01–0,20, weiter bevorzugt O:Si = 1,00–2,50 N:O = 0,03–0,40 und N:C = 0,01–0,15 und/oder im Bereich des Stickstoffmaximums innerhalb der plasmapolymeren Beschichtung gemessen mittels ESCA nach einem Materialabtrag durch Sputtern gilt: O:Si = 0,50–3,50 N:O = 0,01–0,40 und N:C = 0,01–0,70, bevorzugt O:Si = 0,75–3,00 N:O = 0,01–0,20 und N:C = 0,015–0,60, weiter bevorzugt O:Si = 1,00–2,80 N:O = 0,01–0,14 und N:C = 0,02–0,50.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem elastomeren Substrat und einer darauf angeordneten plasmapolymeren Beschichtung, bestehend aus Kohlenstoff, Silizium, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff in bestimmten Stoffmengenverhältnissen. Sie betrifft ferner einen Dichtungsartikel umfassend eine solche oder bestehend aus einer solchen Anordnung. Ferner betrifft die Erfindung Gegenstände umfassend eine entsprechende Anordnung, die im Bereich der plasmapolymeren Beschichtung dazu bestimmt sind, in Kontakt mit menschlicher Haut zu gelangen. Ferner betrifft sie die Verwendung einer stickstoffhaltigen plasmapolymeren Schicht zur Verringerung der Reibung und/oder der Oberflächenenergie und/oder zur Verbesserung der Haptik eines elastomeren Substrates. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung einer stickstoffhaltigen plasmapolymeren Schicht als Stützschicht und/oder Haftvermittlerschicht. Des Weiteren betrifft sie ein Verfahren zum Erzeugen nach vorbeschriebenen Anordnung sowie zum Erzeugen eines entsprechenden Dichtungsartikels.
Insbesondere bei Elastomeren, aber auch bei weichen Polymeren, welche mit plasmapolymeren Beschichtungen, insbesondere aus siliziumorganischen Precursoren, versehen werden, um die Oberflächeneigenschaften zu verändern, ist oft festzustellen, dass durch den Beschichtungsprozess das Substrat an seiner Oberfläche stark belastet wird. Dies äußert sich nicht nur in einem Abbau, sondern auch in einer Vernetzung und Verdichtung der Oberflächenmoleküle des Substrates, was zu inneren Spannungen in der Oberfläche führt. Sehr leicht kann man dies bei Elastomeren, insbesondere aus Silikonen beobachten. Durch die Verdichtung und Oxydation der Oberflächenmoleküle findet eine Volumenschrumpfung statt. Es kommt zu Rissen in der Substratoberfläche. Ferner erfolgt in aller Regel ein sehr großer Sprung sowohl in der Härte, als auch im E-Modul zwischen dem Volumen des Materials und dessen Randschicht. Dies führt zu einer hohen Belastung der Grenzfläche und damit ggf. auch zu Rissen in der aufwachsenden Beschichtung. Dies wird manchmal erst sichtbar, wenn das weiche Substrat elastisch oder plastisch beansprucht wird. Diese Risse können sich leicht in das Substrat fortsetzen. Dadurch kann die plasmapolymere Beschichtung oft nicht mehr ihre vollständige funktionelle Wirkung entfalten, auch sind die Fehlstellen mit bloßem Auge sichtbar, so dass keine Sichtteile bearbeitet werden können. Schließlich kann die Lebensdauer des Bauteils durch derartige Fehler, z. B. bei einer Dichtung, stark herab gesetzt werden. Bei strahlungs- oder spannungsrissempfindlichen Werkstoffen ist die Haftung der plasmapolymeren Beschichtung oft sehr stark herab gesetzt, da der Abbau der Polymerstruktur im Substrat weit fortschreitet.
Insbesondere für dynamisch belastete Dichtungsartikel, deren Aufgabe es ist, bei der Abdichtung bewegter Maschinenteile zwei Räume, die eine gemeinsame bewegte Grenzfläche aufweisen, den Austausch von Flüssigkeiten und/oder Gasen zu verhindern bzw. zu minimieren, ist es vorteilhaft die Beschichtung an die Eigenschaften der Dichtfläche anzupassen, da sonst eine dauerhafte Optimierung in Bezug auf Abriebfestigkeit, Reibungsreduktion, Wärmeleitfähigkeit, Temperaturstabilität und chemischer Stabilität nicht möglich wird.
In der Vergangenheit sind bereits Ansätze bekannt geworden, mittels derer die Verschleiß- und/oder Dichteigenschaften von elastomeren Artikeln durch eine zusätzliche Beschichtung verbessert werden. Dabei treten häufig die oben beschriebenen Nachteile der Rissbildung auf.
Chemisch abweisende, niederenergetische plasmapolymere Beschichtungen, insbesondere solche aus siliziumorganischen Precursoren, sind schon seit vielen Jahren bekannt. Sie zeigen Easy-to-clean-Eigenschaften ( WO 03/002269 A1 ), sie können als Trennschicht agieren ( DE 100 34 737 A1 ) und sie können sogar trotz ihres dreidimensionalen Vernetzungscharakters elastomere Eigenschaften aufweisen ( WO 2007/118905 A1 ).
Einfache, meist sehr dünne plasmapolymere Beschichtungen, wie sie beispielsweise unter dem Markennamen Lipocer^® angeboten werden finden Anwendung als Anti-Tack-Beschichtung von Gummiwerkstoffen, um deren „Klebrigkeit” zu reduzieren, beispielsweise um das leichte, reproduzierbare Ablösen eines Ventils aus dem Ventilsitz oder die leichte Montage von O-Ringen zu ermöglichen. Durch die Vermeidung der Oberflächenklebrigkeit, des Slip-Sticks ist auch die Festkörper-Festkörper-Wechselwirkung reduziert. Dies führt insbesondere bei sehr geringen Anpressdrücken zu einer positiven Veränderung der Gleitreibungseigenschaften. Erhöhten mechanischen Verschleißansprüchen können derartige Schichten nicht gerecht werden. Bei erhöhten Anpressdrücken an den Reibungspartner, wie sie z. B. für Gleitring- und Wellendichtringdichtungen auftreten, versagen entsprechende Schichtsysteme schnell, insbesondere der Adhäsionsverschleiß tritt ein.
In der Vergangenheit sind in einer Vielzahl von Artikeln Beschichtungen mit HMDSN (Hexamethyldisilazan) untersucht worden. So z. B. in ”Thin film deposition in glow discharges fed with hexamethyl-disilazane-oxygen mixtures”; F. Fracassi, R. dÁgostino; Plasma Sources Sci. Technol. 2 (1993), S. 106–111 und Gas evolution studies for structural characterization of hexamethyldisilazane-based a-Si:C:N:H films; K. W. Gerstenberg, W. Beyer; J. Appl. Phys. 62 (5), S. 1782–1787. In aller Regel wird die Zumischung von Sauerstoff in ein Plasma mit einem derartigen Precursor vermieden, da hierdurch der Einbau von Stickstoff stark reduziert wird. Typischerweise wird als Zumischungsgas N₂ verwendet. Derartig erzeugte Schichten zeichnen sich durch einen hohen Stickstoffgehalt aus. Sie standen im Fokus zur Abscheidung dielektrischer Barriereschichten.
Im Bereich von atmosphärisch gestützten Plasmen sind aus der Veröffentlichung „Deposition of thin organosilicon polymer films in atmospheric pressure glow discharge”; D. Trunec, Z. Navrátil; J. Phys. D: Appl. Phys. 37(2004), S. 2112–2120 Untersuchungen bekannt, welche HMDSO mit dem Trägergas N₂ verarbeiten. Diese Schichten zeichnen sich durch einen hohen Stickstoffanteil aus.
In der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2008 002 515 A1 sind ferner plasmapolymere Beschichtungen für einen Dichtungsartikel beschrieben, welche über eine interessante Eigenschaftskombination verfügen, nämlich geringen Reibwert, geringen Verschleißkoeffizienten, hohe Temperarturbeständigkeit und hohe Härte. In der genannten Anmeldung wird jedoch mit Sauerstoff als Zusatzgas beim Beschichten gearbeitet, so dass die Rissbildung in der Oberfläche des Substrates nicht ausgeschlossen werden kann.
Vor dem Hintergrund des bekannten Standes der Technik war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kombination aus elastomerem Substrat und einer plasmapolymeren Beschichtung anzugeben, bei der das Substrat während des Herstellungsprozesses nur geringen Belastungen ausgesetzt werden muss. Bevorzugt sollte die Beschichtung die Oberflächenenergie des Substrates kontrollieren und/oder die Härte der Gesamtanordnung im Sinne des geplanten Einsatzes positiv beeinflussen. Zusätzlich oder alternativ sollte die Beschichtung die Haptik des Substrates verbessern. Ferner erwünscht war es auch, dass die erfindungsgemäß vorzusehende Beschichtung in der Lage ist, als Stützschicht und/oder Haftvermittlerschicht zu weiteren Beschichtungen zu wirken. Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anordnung aus einem elastomeren Substrat und einer darauf angeordneten plasmapolymeren Beschichtung bestehend aus Kohlenstoff, Silizium, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff, wobei für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren Beschichtung gemessen mittels ESCA auf der vom Substrat abgewandten Seite gilt:
O:Si = 0,45–2,50
N:O = 0,02–0,50 und
N:C = 0,01–0,20,

bevorzugt
O:Si = 0,75–2,50
N:O = 0,03–0,42 und
N:C = 0,01–0,20,

weiter bevorzugt
O:Si = 1,00–2,50
N:O = 0,03–0,40 und
N:C = 0,01–0,15
und/oder im Bereich des Stickstoffmaximums innerhalb der plasmapolymeren Beschichtung gemessen mittels ESCA (nach einem Materialabtrag durch Sputtern) gilt:
O:Si = 0,50–3,50
N:O = 0,01–0,40 und
N:C = 0,01–0,70,

bevorzugt
O:Si = 0,75–3,00
N:O = 0,01–0,20 und
N:C = 0,015–0,60,

weiter bevorzugt
O:Si = 1,00–2,80
N:O = 0,01–0,14 und
N:C = 0,02–0,50.
Weiter bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Anordnung, wobei die plasmapolymere Beschichtung gemessen mittels ESCA auf der vom Substrat abgewandten Seite bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente Kohlenstoff, Silizium, Sauerstoff und Stickstoff

Silizium 10 bis 35 Atom-%

Sauerstoff 12 bis 45 Atom-%

Stickstoff 1,0 bis 8,9 Atom-%

Kohlenstoff 30 bis 75 Atom-%,

bevorzugt

Silizium 12 bis 30 Atom-%

Sauerstoff 14 bis 40 Atom-%

Stickstoff 1 bis 7 Atom-%

Kohlenstoff 35 bis 72 Atom-%,

weiter bevorzugt

Silizium 15 bis 25 Atom-%

Sauerstoff 16 bis 35 Atom-%

Stickstoff 1 bis 6 Atom-%

Kohlenstoff 40 bis 72 Atom-%

und/oder im Bereich des Stickstoffmaximums innerhalb der plasmapolymeren Beschichtung gemessen mittels ESCA (nach einem Materialabtrag durch Sputtern) bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente C, Si, O und N gilt:

Silizium 15 bis 45 Atom-%

Sauerstoff 20 bis 75 Atom-%

Stickstoff 0,7 bis 7,9 Atom-%

Kohlenstoff 10 bis 50 Atom-%,

bevorzugt

Silizium 18 bis 40 Atom-%

Sauerstoff 30 bis 75 Atom-%

Stickstoff 0,7 bis 6 Atom-%

Kohlenstoff 10 bis 40 Atom-%,

weiter bevorzugt

Silizium 18 bis 35 Atom-%

Sauerstoff 35 bis 70 Atom-%

Stickstoff 0,7 bis 5 Atom-%

Kohlenstoff 10 bis 35 Atom-%.
Die Messung der Stoffmengenverhältnisse und der Stoffanteile mittels ESCA auf der vom Substrat abgewandten Seite erfolgt dabei im Zweifelsfalle wie im Messbeispiel 1 beschrieben. Selbstverständlich sind aufgrund der Vorgabe der Stoffmengenverhältnisse nicht alle denkbaren Kombinationen von absoluten Atom-%-Anteilen (bezogen auf die Summe der Elemente C, Si, O und N) möglich.
Die Bestimmung des Bereiches des Stickstoffmaximums innerhalb der plasmapolymeren Schicht sowie die ESCA-Messungen in diesem Bereich erfolgen wie im Messbeispiel 2 beschrieben.
Dabei kann dem Fachmann freigestellt sein, welches der beiden Messverfahren er zur Bestimmung der erfindungsgemäß einzusetzenden Beschichtung anwendet.
Insbesondere für den Fall, dass auf der erfindungsgemäß anzuwendenden stickstoffhaltigen plasmapolymeren Beschichtung eine weitere Beschichtung vorgesehen ist, wird der Fachmann eine Messung im Bereich des Stickstoffmaximums der plasmapolymeren Beschichtung wie in Messbeispiel 2 beschrieben vornehmen, da die ESCA-Messung auf der vom Substrat abgewandten Seite gemäß Messbeispiel 1 nur dann möglich ist, wenn die weitere Beschichtung sauber von der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Beschichtung abgetrennt ist, was nicht in jedem Falle möglich sein dürfte.
Die leicht unterschiedlichen Werte für die verschiedenen Messmethoden sind zum einen messtechnisch bedingt, zum anderen versteht der Fachmann aber auch, dass Oberflächeneffekte bei der Herstellung bzw. nach dem Abscheiden der Beschichtung zu leichten Veränderungen in der Schichtzusammensetzung führen können. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass bei der Abtragung von Oberflächenmaterial mittels Beschusses mit Ionen (Sputtern), insbesondere in dem im Messbeispiel 2 beschriebenen Verfahren, offensichtlich die Elemente Stickstoff und Kohlenstoff stärker aus dem Schichtverbund entfernt werden, als dies bei den Elementen Sauerstoff und Silizium der Fall ist. Dies führt zu leicht verschobenen Stoffmengenverhältnissen bzw. gemessenen Stoffmengenanteilen bei einer ESCA-Messung, die einem Materialabtrag durch Sputtern folgt.
Bevorzugt gilt für die Stoffmengenverhältnisse der erfindungsgemäß auf dem Substrat angeordneten plasmapolymeren Beschichtung gemessen mittels ESCA auf der vom Substrat abgewandten Seite:
C:Si = 1,20 bis 6,00 und/oder
N:Si: = 0,03 bis 0,60,

bevorzugt
C:Si = 1,40 bis 5,00 und/oder
N:Si = 0,03 bis 0,42

und besonders bevorzugt
C:Si = 1,60 bis 4,00 und/oder
N:Si = 0,04 bis 0,40.
Analog bevorzugt für die Stoffmengenverhältnisse bei Messung im Bereich des Stickstoffmaximums innerhalb der plasmapolymeren Beschichtung mittels ESCA nach einem Materialabtrag durch Sputtern gilt alternativ oder gleichzeitig:
C:Si = 0,14 bis 3,00 und/oder
N:Si = 0,02 bis 0,55,

bevorzugt
C:Si = 0,20 bis 2,50 und/oder
N:Si = 0,01 bis 0,45

und besonders bevorzugt
C:Si = 0,20 bis 2,00 und/oder
N:Si = 0,02 bis 0,40.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass es weiter bevorzugt ist, dass die bevorzugten und besonders bevorzugten Stoffmengenverhältnisse C:Si und/oder N:Si jeweils mit den bevorzugten bzw. besonders bevorzugten Stoffmengenverhältnissen O:Si, N:O und N:C vorliegen.
Weiterhin sei angemerkt, dass es bevorzugt ist, dass der Sauerstoffgehalt der erfindungsgemäß vorgesehenen stickstoffhaltigen Beschichtung höher ist als der Silliziumgehalt.
Zur Abscheidung der erfindungsgemäß vorgesehenen Schichten sei auf den nachfolgenden Text und insbesondere auch auf die Beispiele verwiesen. Insbesondere wenn die erfindungsgemäß vorgesehenen Schichten nicht nur auf einer Ebene (einer ungekrümmten Fläche) des Substrates abgeschieden werden sollen, ganz besonders, wenn die gesamte Oberfläche eines dreidimensionalen Substrates mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Beschichtung bedeckt werden soll, kann es bevorzugt sein, dass die Schichtabscheidung in einem Niederdruckplasmaverfahren erfolgt. Ein Niederdruckplasmaverfahren bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Schichtabscheidung bei einem Druck von ≤ 10 mbar, bevorzugt ≤ 1 mbar erfolgt.
Des Weiteren sei angemerkt, dass es auch möglich ist, dass auf der erfindungsgemäß einzusetzenden stickstoffhaltigen plasmapolymeren Schicht eine weitere stickstoffhaltige plasmapolymere Beschichtung vorgesehen ist, die einem geänderten Anteil von Stickstoff und damit ein höheres oder niedrigeres Stickstoffmaximum besitzt. In diesem Falle werden im Sinne der Erfindung zwei unterschiedliche Stickstoffmaxima ermittelt. Analoges gilt für den Aufbau von Gradientenschichten.
Eine ”plasmapolymere Schicht” bzw. Beschichtung ist im Rahmen dieses Textes eine Schicht, welche mittels Plasmapolymerisation herstellbar ist. Plasmapolymerisation ist ein Verfahren, bei dem sich gasförmige Precursoren (oft auch Monomere genannt), angeregt durch ein Plasma, auf einem frei wählbaren Substrat als hochvernetzte Schicht niederschlagen. Voraussetzung für eine Plasmapolymerisation ist das Vorhandensein von kettenbildenden Atomen wie Kohlenstoff oder Silizium im Arbeitsgas. Durch die Anregung werden die Moleküle der gasförmigen Substanz (Precursoren), durch den Beschuss mit Elektronen und/oder energiereichen Ionen fragmentiert. Dabei entstehen hochangeregte radikalische oder ionische Molekülfragmente, die miteinander im Gasraum reagieren und auf der zu beschichtenden Oberfläche abgeschieden werden. Auf diese abgeschiedene Schicht wirkt die elektrische Entladung des Plasmas und dessen intensiver Ionen- und Elektronenbeschuss fortwährend ein, so dass in der abgeschiedenen Schicht weitere Reaktionen ausgelöst und eine hochgradige Verknüpfung der abgeschiedenen Moleküle erzielt werden kann.
Im Rahmen des vorliegenden Textes umfasst der Begriff ”plasmapolymere Schicht” auch Schichten, die mittels plasmaunterstützter CVD (PE-CVD) hergestellt werden können. Hierbei wird zur Reaktionsführung das Substrat zusätzlich erwärmt. So lassen sich beispielsweise aus Silan und Sauerstoff SiO₂-Beschichtungen herstellen. Ferner sei ausdrücklich erwähnt, dass auch Atmosphärendruckplasmaverfahren zur Herstellung erfindungsgemäß einzusetzender plasmapolymerer Schichten verwendet werden können, wenngleich Niederdruck-Plasmapolymerisationsverfahren derzeit bevorzugt sind.
Im Rahmen des vorliegenden Textes werden Substanzen, die zur Schichtbildung über eine Plasmapolymerisation als Gas bzw. Dampf einem Plasma zugeführt werden, als ”Monomere” (gasförmige Precursoren) bezeichnet.
Als Precursoren eignen sich insbesondere sauerstoffhaltige siliziumorganische Verbindungen, insbesondere HMDSO (Hexamethyldisiloxan) in Verbindung mit Stickstoff (N₂) (ggf. auch hintereinander eingesetzt). Diese Kombination kann aus mehreren Gründen bevorzugt gewählt werden:

a.) Verwendung einer stickstoffreichen Aktivierung, vorzugsweise einer reinen Stickstoffaktivierung, um harte UV-Strahlung z. B. durch Sauerstoff und/oder Wasserstoff zu verringern und unerwünschte Vernetzungsreaktionen mit Sauerstoff in der Substratoberfläche zu unterbinden.
b.) Verwendung von N₂ statt O₂ als Zusatzgas zum Precursor HMDSO, um harte UV-Strahlung durch Sauerstoff zu verringern und unerwünschte Vernetzungsreaktionen mit Sauerstoff in der Substratoberfläche zu unterbinden.
c.) Verwendung von HMDSO als Precursor, um im Anschluss an die erfindungsgemäß einzusetzende HMDSO/N₂-Beschichtung, nachdem das Substrat also durch diese Schicht geschützt ist, ohne weiteren Precursorwechsel bekannte HMDSO/O₂-Beschichtungen einsetzen zu können und sowohl so einen einfachen Verfahrensablauf als auch einen Schichtaufbau ohne große Sprünge in der chemischen Zusammensetzung zu ermöglichen.
d.) Verwendung von HMDSO als Precursor, um im Anschluss an die erfindungsgemäß einzusetzende HMDSO/N₂-Beschichtung, nachdem das Substrat also durch diese Schicht geschützt ist, ohne weiteren Precursorwechsel bekannte HMDSO/O₂-Beschichtungen einsetzen zu können und so eine optimale Anpassung der Härte und des E-Moduls der Beschichtungen insbesondere auf elastomeren Substraten zu ermöglichen.

Bevorzugt sind Mischungsverhältnisse von HMDSO und N₂ von 1:1 bis 1:10. Ferner bevorzugt ist, wenn die Reaktionskenngröße V, wie sie in „Aufskalierung plasmapolymerer Beschichtungsverfahren” von Klaus-D. Vissing, Cuvillier, 2008, S. 90 beschrieben ist, im Bereich von 0,5 × 10^–7 bis 15 × 10⁷ Js/(cm² g) liegt. V kann als spezifische Energiedichte pro zugeführter Precursormasse verstanden werden. Weiter bevorzugt sind Gesamtgasmengen, die eine Aufenthaltsdauer der Gase in der Plasmazone (bevorzugt identisch mit dem Volumen des Reaktors) von 4–40 s ermöglichen.
Die Reaktionskenngröße V steigt mit zunehmender Leistung, abnehmendem Gesamtgasfluss (hiermit verbunden ist eine zunehmende Aufenthaltsdauer der Gase im Plasmareaktor) bzw. zunehmender Anlagenlänge. Hierdurch findet eine stärkere Fragmentierung im Plasma statt, die Schicht wird härter, die Oberflächenenergie nimmt zu, der Reibwert nimmt ab.
Das Dokument EP 1 426 119 A1 offenbart den Einsatz von stickstoffhaltigen Gasgemischen bei der Aktivierung von Silikonsubstraten. In dem Dokument sind aber keine Hinweise auf stickstoffhaltige Schichten und insbesondere deren spezifische Zusammensetzung enthalten. Dementsprechend findet sich in dem genannten Dokument kein Hinweis auf die vorliegende Erfindung.
Überraschenderweise hat sich nämlich herausgestellt, dass es durch die erfindungsgemäß vorgesehene Beschichtung in der erfindungsgemäßen Anordnung möglich ist, verhältnismäßig empfindliche Substrate zu beschichten, ohne dass es zu einer Rissbildung, einer unerwünschten Versprödung oder auch einer unerwünschten Auflösung der Oberfläche des Substrates kommt. Faktisch ist damit die erfindungsgemäß einzusetzende Beschichtung dazu geeignet, für Substrate, die gegenüber aggressiven Beschichtungsverfahren empfindlich sind, als eine schonende Schutz- und/oder Versiegelungsschicht zu wirken. Gleichzeitig zeichnen sich die erfindungsgemäß vorzusehenden Schichten durch eine Reihe von positiven Eigenschaften aus, die so nicht vorherzusehen waren: Die Schichten sind in der Lage, bei Berührung als weniger angenehm empfundenen Substratoberflächen (wie z. B. Elastomeren, insbesondere Silikonelastomeren oder thermoplastischen Polyurethane) die Haptik zu verbessern. Unter Haptik wird dabei das Empfinden verstanden, dass ein Mensch bei Berührung der entsprechenden Oberfläche empfindet. Die zu beschichtenden Kunststoffe zeichnen sich durch eine besonders weiche und stumpfe (hoher Reibwert gegen menschliche Haut) Oberfläche aus. Durch die Beschichtung wird die Verformbarkeit nicht spürbar reduziert aber die Gleitwirkung deutlich verbessert. Die Oberfläche fühlt sich dadurch glatt und samtig weich an.
Eine Verbesserung der Haptik kann gemessen werden wie im Messbeispiel 4 angegeben.
Darüber hinaus können die erfindungsgemäß einzusetzenden Beschichtungen eine Reihe von weiteren vorteilhaften Eigenschaften besitzen. Dementsprechend ist bevorzugt eine erfindungsgemäße Anordnung, wobei die Beschichtung auf der von Substrat abgewandten Seite eine Oberflächenenergie von 25–45 mN/m, bevorzugt 26–40 mN/m und/oder gemessen mittels Nanoindentation eine Härte von 0,05–5 GPa, bevorzugt 0,05–3 GPa, weiter bevorzugt 0,05–1 GPa besitzt.
Eine Oberflächenenergie wie die vorbeschriebene ist geringer als die typische Oberflächenenergie einer Vielzahl von erfindungsgemäß einzusetzenden Substraten. Dies führt in Zusammenhang mit der geänderten Oberflächenchemie zu einer vielfach gewünschten Verringerung der Reibung (verbessertes Gleitverhalten).
Auch die Härte von der erfindungsgemäßen Anordnung im Bereich der Beschichtung lässt sich mittels der erfindungsgemäß vorzusehenden Beschichtung positiv beeinflussen. Dadurch ist es möglich Verschleissraten herabzusetzen. Dabei wird die Härte mittels Nanoindentation wie im Messbeispiel 3 beschrieben gemessen.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Anordnung, wobei das Substrat ausgebildet ist aus der Gruppe bestehend aus NR (Naturgummi), CR (Chloropren-Elastomer), IIR (Isobuten-Isopren-Elastomer), NBR (Acrylnitril-Butadien-Elastomer), HNBR [Hydriertes] (Acrylnitril-Butadien-Elastomer), SBR (Styrol-Butadien-Elastomer), AU (Polyester-Urethan), EU (Polyether-Urethan), EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Elastomer), APTK (Ethylen-Propylen-Terpolymer-Elastomer), EAM (Ethylen-Acrylat-Elastomer), PUR (Polyurethan-Elastomer), ACM (Acrylat-Elastomer), ECO (Ethylenoxid-Epichlorhydrin-Elastomer) MQ (Methylen-Silikon-Elastomer), VMQ (Vinyl-Methyl-Silikon-Elastomer), MVQ (Methyl-Vinyl-Silikon-Elastomer), FVMQ (Fluorsilikon-Elastomer), PMQ (Phenyl-Methyl-Silikon-Elastomer), FMQ (Fluor-Methyl-Silikon-Elastomer), MFQ (Methyl-Fluor-Silicon-Elastomer), FKM bzw. FPM (Fluor-Elastomer), FEPM (Tetrafluorethylen-Propylen-Elastomer), FFKM bzw. FFPM (Perfluor-Elastomer), CSM (Chlorsulfonyl-Polyethylen-Elastomer), strahlungs- und/oder spannungsrissempfindliche Kunststoffe, wie PMMA (Polymethylmetacrylat) und Fluorkunststoffe, wie PTFE (Polytetrafluourethylen), PVDF (Polyvinylidenfluorid).
Durch die erfindungsgemäß einzusetzende Beschichtung ist es möglich, eine Vielzahl von strahlungs- und/oder spannungsrissempfindlichen Substraten (Kunststoffe und/oder Elastomere) zu beschichten. Dementsprechend versteht der Fachmann, dass auf weitere entsprechende Substrate als die voraufgezählten im Sinne der Erfindung vorteilhaft beschichtet werden können.
Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang eine erfindungsgemäße Anordnung, wobei die Beschichtung eine Dicke von 1 bis 10.000 nm hat.
Bestandteil der Erfindung ist auch ein Dichtungsartikel, umfassend eine oder bestehend aus einer erfindungsgemäßen Anordnung. Ein Dichtungsartikel im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Artikel, der dazu bestimmt ist zu verhindern, dass durch einen Spalt zwischen zwei Grenzflächen Flüssigkeiten und/oder Gase hindurch treten. „Verhindern” umfasst damit im weitesten Sinne auch teilweises Verhindern, also Verringern des Durchtrittes. Bevorzugt umfasst der Begriff „Verhindern” jedoch eine weitgehende oder vollständige Unterbindung des entsprechenden Durchtrittes. Dichtungsartikel können für statische wie auch für bewegte (dynamische) Anwendungen vorgesehen sein. Dichtungsartikel für dynamische Anwendungen (dynamisch belastete Dichtungsartikel) sind bevorzugt solche, deren Aufgabe es ist, bei der Abdichtung bewegter Maschinenteile für zwei Räume, die eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen, den Austausch von Flüssigkeiten und/oder Gasen zu verhindern bzw. zu minimieren. Dichtungsartikel für dynamische Anwendungen im weiteren Sinne der Erfindung sind allerdings auch solche, bei denen die beiden voneinander abzudichtenden Räume nicht nur durch den Spalt, in dem sich der Dichtungsartikel befindet, miteinander in Verbindung stehen. In solchen Fällen hat der Dichtungsartikel lediglich eine lokale Dichtungsfunktion, wie es z. B. beim Wischblatt eines Scheibenwischers der Fall ist. Auch dort geht es darum, den Durchtritt durch einen Dichtspalt, nämlich zwischen Wischblatt und Scheibe zu verringern. Gleichzeitig ist ein Scheibenwischerblatt selbstverständlich im Betrieb auch einer dynamischen Belastung ausgesetzt.
Dementsprechend ist ein erfindungsgemäßer Dichtungsartikel bevorzugt, der für dynamische Belastungen geeignet ist.
Sofern die erfindungsgemäße Anordnung Bestandteil eines Dichtungsartikels ist, ist die erfindungsgemäß vorgesehene stickstoffhaltige plasmapolymere Beschichtung besonders geeignet, die Oberfläche des Substrates zu schützen. Dies gilt ganz besonders für den Fall, dass der Dichtungsartikel im Bereich der Beschichtung dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Insbesondere in den oben als bevorzugt genannten Parameterfeldern für Oberflächenenergie und/oder Härte ist die erfindungsgemäß vorgesehene Beschichtung vorteilhaft für dynamisch belastete Dichtsysteme, da durch Einstellung der chemischen Zusammensetzung der Oberfläche, charakterisiert durch die Oberflächenenergie die Festkörper-Festkörperreibung positiv beeinflusst werden kann und/oder durch Einstellung der Härte der Beschichtung die Abrasionsneigung gegenüber dem unbeschichteten Substrat verbessert werden kann.
Dementsprechend ist erfindungsgemäß bevorzugt ein erfindungsgemäßer Dichtungsartikel, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wellendichtring, insbesondere radial Wellendichtring, Kolbendichtung, Stangendichtung, Gleitringdichtung, Stopfbuchsenpackungen, Dichtlippen oder Wischblatt für Scheibenwischer, Abzieher oder Wasserschieber.
Die erfindungsgemäß einzusetzende stickstoffhaltige plasmapolymere Schicht kann auch als Stütz- bzw. Haftvermittlerschicht fungieren. Insbesondere im Falle der Haftvermittlerschicht ist bevorzugt die Härte der stickstoffhaltigen Beschichtung geringer als die der darauf vorgesehenen Deckschicht einzustellen. In diesen Fällen ist es bevorzugt, dass die Dicke der stickstoffhaltigen plasmapolymeren Schicht im Bereich von 1–1000 nm, bevorzugt im Bereich von 10–300 nm und weiter bevorzugt im Bereich von 10–100 nm liegt. Bevorzugt, insbesondere für die Anwendung für dynamisch belastete Dichtungsartikel, ist eine erfindungsgemäße Anordnung oder ein erfindungsgemäßer Dichtungsartikel, umfassend auf der der plasmapolymeren Beschichtung auf der vom Substrat abgewandten Seite wenigstens teilweise eine zweite plasmapolymere Beschichtung, bestehend aus Kohlenstoff, Silizium, Sauerstoff, Wasserstoff und (i) Fluor oder (ii) keinem Fluor, wobei für die Stoffmengenverhältnisse in der zweiten plasmapolymeren Beschichtung gemessen mittels ESCA gilt:
1,3:1 ≤ n(o):n(Si) ≤ 3,0:1
0,3:1 ≤ n(C):n(Si) ≤ 5,0:1 und bevorzugt
0,5:1 ≤ (n(H) + n(F)):n(C) ≤ 3,0:1.
Besonders bevorzugt ist dabei, dass die zweite plasmapolymere Beschichtung gemessen mittels ESCA bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente Silizium, Sauerstoff und Kohlenstoff enthält:

Silizium 12 bis 30 Atom-%

Sauerstoff 16 bis 60 Atom-%

Kohlenstoff 10 bis 69 Atom-%.
Es ist bevorzugt, dass die ESCA-Messungen für die zweite plasmapolymere Beschichtung auf der vom Substrat abgewandten Seite der zweiten plasmapolymeren Beschichtung erfolgen.
Entsprechende plasmapolymere Beschichtungen sind in der internationalen Patentanmeldung WO 2009/153306 A1 und deren Prioritätsanmeldung DE 10 2008 002 515 A1 offenbart. Die in den beiden genannten Anmeldungen gemachten Angaben zu bevorzugten Beschichtungen, die die oben beschriebenen Merkmale für die zweite plasmapolymere Beschichtungen erfüllen, werden hiermit auf dem Wege der Verweisung Bestandteil der hier vorliegenden Anmeldung.
Es sei auf Folgendes hingewiesen: Wenn von der „ersten plasmapolymeren Beschichtung” im Rahmen dieses Textes gesprochen wird, ist damit die erfindungsgemäß stets vorzusehende stickstoffhaltige plasmapolymere Beschichtung gemeint, die in direktem Kontakt mit dem beschichteten elastomeren Substrat steht.
Für Anwendungen als reibungsreduzierende Beschichtung, insbesondere für erfindungsgemäße Dichtungsartikel, die für dynamische Belastungen eingerichtet sind, ist es bevorzugt, dass die oberste plasmapolymere Beschichtung (erste plasmapolymere Beschichtung oder – wenn vorhanden – zweite plasmapolymere Beschichtung) eine Dicke von 1–10000 nm, bevorzugt 10–2000 nm, weiter bevorzugt 20–1000 nm und besonders bevorzugt 50–1000 nm besitzt. Erfindungsgemäß bevorzugt sein kann darüber hinaus für die erfindungsgemäß vorgesehene Beschichtung oder Beschichtungen ein Schichtaufbau als Gradientenschicht oder ein Mehrschichtaufbau, wobei jeweils die Härte der Beschichtung (bzw. der Beschichtungen) von der dem Substrat zugewandten Seite zu der vom Substrat abgewandten Seite zunimmt.
In den weit oben angegebenen Parameterfeldern (Oberflächenenergie und Härte) ist der erfindungsgemäße Artikel besonders geeignet, für die Verwendung in Systemen, wo der zu dichtende primäre Dichtspalt ein dynamischer Dichtspalt ist.
Dem Fachmann ist bewusst, dass die Flexibilität des Dichtungsmaterials mit zunehmenden Vernetzungsgrad der Beschichtung, also z. B. mit zunehmender Reaktionskenngröße V und zunehmender Beschichtungsdicke abnehmen wird. Hierdurch wird er die Dichtigkeit beeinflussen. Den Vernetzungsgrad der Beschichtung kann er durch die dem Precursor pro Zeiteinheit im Plasmaraum zugeführte Leistung einstellen. Typischerweise gelingt ihm eine Erhöhung des Vernetzungsgrads durch die Erhöhung der Leistung und/oder durch eine Reduktion der Gesamtgasmenge und/oder durch eine Verringerung der Aufenthaltsdauer der Gase im Plasmaraum.
Weiterhin kann der Fachmann die Oberflächenenergie und Härte der Beschichtung so wählen, dass eine einwandfreie Benetzung der Oberfläche mit den abzudichtenden Ölen bzw. Fetten gegeben ist, so dass eine gute hydrodynamische Schmierung gewährleistet ist.
Die erfindungsgemäßen Anordnungen oder Dichtungsartikel, insbesondere die bevorzugten Ausführungsformen, besitzen bevorzugt eine Oberflächenenergie, die eine flächige Benetzung mit den typischen Gleitmitteln wie z. B. Chemieölen, wie sie im Automobilbau eingesetzt werden, gewährleistet. Hierdurch ist ein Reibungssystem gegeben, welches sich von einer trockenen Festkörper-Festkörper-Reibung deutlich unterscheidet. Des Weiteren weisen die erfindungsgemäßen Artikel, insbesondere in bevorzugten Ausführungsformen, eine höhere Härte als das elastomere Substrat auf. Die Wärmeleitfähigkeit bevorzugter erfindungsgemäß einzusetzender (erster und/oder zweiter) plasmapolymerer Beschichtungen liegen im Bereich von 0,1 bis 1,0 W/m K und somit im Bereich vieler Elastomere. Ihre thermische Beständigkeit kann jedoch in den bevorzugten Ausführungsformen deutlich höher als die der Elastomere ausgestaltet sein. Aufgrund der dreidimensionalen Vernetzung von plasmapolymeren Schichten ist die Wärmeausdehnung innerhalb der Schicht geringer als die von Elastomeren. Sie besitzen darüber hinaus (abhängig von der Ausstattungsform) eine hohe chemische Beständigkeit und quellen nicht auf.
Die erfindungsgemäß vorzusehende erste plasmapolymere Schicht (stickstoffhaltig) kann auch als Stützschicht, insbesondere auf weichen Elastomeren und Polymeren eingesetzt werden. Eine Stützschicht im Sinne des vorliegenden Textes ist eine solche, die in einem Mehrschichtaufbau (auf dem Substrat) für einen stabilen mechanischen Unterbau sorgt und die eigentliche, ggf. weichere Funktionsschicht, trägt. Dabei kann die Stützschicht mechanische Last abfangen und verteilen. Sie kann dadurch mechanische Stabilität des gesamten Systems verbessern.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäß vorzusehende erste plasmapolymere Beschichtung auch als Haftvermittler für eine auf ihr angebrachte weitere Beschichtung dienen. Haftvermittler bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Haftung der gesamten Bestandteile der Anordnung aus Substrat, erster plasmapolymerer Schicht und darauf vorgesehenen weiteren Schichten gegenüber einer Beschichtung des Substrates mit nur den weiteren Schichten verbessert ist. Insbesondere in Dünnschichtsystemen kann so die Haftung wesentlich positiv beeinflusst werden.
Bestandteil der Erfindung ist auch eine erfindungsgemäße Anordnung, wobei die Anordnung Teil eines Gegenstandes ist, der dazu bestimmt ist, im Bereich der stickstoffhaltigen plasmapolymeren Beschichtung in Kontakt mit menschlicher Haut zu gelangen.
Dementsprechend ist bevorzugter Bestandteil der Erfindung auch ein Gegenstand, umfassend eine solche Anordnung, wobei der Gegenstand ausgebildet ist aus der Gruppe bestehend aus Elastomeren und/oder organisch beschichteten, beispielsweise silikonisierten Kunststoff- oder Metallartikeln wie z. B. Interieurteile für Automobile, therapeutische Geräte, Handschuhe, Gummistulpen, Schalteroberflächen, Taster oder Griffe.
Eine besondere Anwendung der erfindungsgemäß vorzusehenden stickstoffhaltigen plasmapolymeren Schicht ist es, sie als reibmindernde Schicht für die menschliche Haut, die menschliche Berührung, mit anderen Worten als eine Schicht die die Haptik verändert, einzusetzen. Dies ist insbesondere für Silikonelastomere oder thermoplastische Polyurethane von Interesse, da diese meist besonders weich und stumpf sind. Durch die Beschichtung wird die Verformbarkeit nicht spürbar reduziert aber die Gleitwirkung deutlich herab gesetzt. Die Oberfläche fühlt sich glatt und samtig weich an.
Besonders bevorzugt ist im Zusammenhang mit der Verbesserung der Haptik durch die erfindungsgemäß vorzusehende Schicht, dass das Substrat ein Silikonelastomer oder ein thermoplastisches Polyurethan ist.
Teil der Erfindung ist auch die Verwendung einer wie oben definierten erfindungsgemäß vorzusehenden (ersten) plasmapolymeren Schicht (stickstoffhaltig) zur Verringerung der Reibung und/oder der Oberflächenenergie und/oder zur Verbesserung der Haptik eines elastomeren und/oder polymeren Substrates.
Aufgrund der Möglichkeit ein geeignetes Oberflächenenergiefenster zu erreichen, sind die erfindungsgemäß vorzusehenden plasmapolymeren Schichten für unterschiedliche Anwendungen besonders geeignet, bei denen die Verringerung von Reibung eine Rolle spielt.
Bestandteil der Erfindung ist ferner die Verwendung einer vorbeschriebenen erfindungsgemäß vorzusehenden stickstoffhaltigen plasmapolymeren Schicht als Stützschicht und/oder Haftvermittlerschicht, insbesondere in einem erfindungsgemäßen Dichtungsartikel.
Bestandteil der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Erzeugen einer erfindungsgemäßen Anordnung, eines erfindungsgemäßen Dichtungsartikels oder eines erfindungsgemäßen Gegenstandes, umfassend die Schritte:

a) Bereitstellen eines elastomeren Substrates und
b) Abscheiden einer erfindungsgemäßen stickstoffhaltigen plasmapolymeren Schicht (ggf. als erste plasmapolymere Schicht) auf wenigstens einen Teil der Oberfläche des Substrates.

Bevorzugt dient das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Dichtungsartikels und umfasst weiter bevorzugt als weiteren Schritt:

c) Abscheiden einer zweiten plasmapolymeren Beschichtung wie weiter oben definiert, wenigstens teilweise auf der vom Substrat abgewandten Seite der (ersten) plasmapolymeren Beschichtung.

Nachfolgend wird anhand von Beispielen die Erfindung weiter erläutert. Die Beispiele sind dabei nicht als Einschränkung zu verstehen.
Beispiele
Beschichtungsbeispiel 1: Rissfreie BeschichtunG von ACM:

Zur Anpassung der mechanischen Schichteigenschaften (Härte und E-Modul) an das weiche Substrat, wird eine Beschichtung vorgesehen, bei deren Erstellung neben HMDSO insbesondere Stickstoff statt Sauerstoff als Arbeitsgas eingesetzt wird. Um diesen Prozess sinnvoll ausführen zu können, wird der Fachmann bevorzugt darauf achten, dass die Anlage vor dem Prozessstart bis unter 2,0·10^–2 mbar evakuiert wird. Ferner wird er darauf achten, dass die Leckrate der Anlage unter 1·10^–6 mbar l/sec liegen wird. Der Fachmann wird weiterhin bevorzugt darauf achten, dass die Leistung so eingestellt wird, dass die Beschichtung keine Gelbfärbung aufweist.

	Gasart	Schritt 1	Schritt 2	Schritt 3	Schritt 4	Schritt 5
Gas 1 (Gasfluss [cm³/min])	N₂	200	-	-	20	100
Gas 2 (Gasfluss [cm³/min])	H₂	900	200	200	200	0
Gas 3 (Gasfluss [cm³/min])	O₂	0	0	0	0	0
Gas 4 (Gasfluss [cm³/min])	HMDSO			27	27	27
Leistung [W]		2000	1000	1000	1600	2500
Zeit [s]		300	60	60	240	1100
Druck [mbar]		0.045	0,025	0,025	0,023	0,023

Tabelle 1: Plasmabeschichtungsparameter für Beschichtungsbeispiel 1

Substrat	0 1s	N 1s	C 1s	Si 2p	C/Si	O/Si	N/Si	N/O
Wafer	19,5	5,3	57,5	17,8	3,23	1,09	0,30	0,27
RWDR [aus ACM]	19,3	4,0	62,0	14,7	4,22	1,31	0,27	0,21

Tabelle 2: Schichtzusammensetzung in Atom-% (bezogen auf die Summe der Atom-% der Elemente N, Si, O und C) mittels ESCA sowie atomare Verhältnisse für Beschichtungsbeispiel 1 auf unterschiedlichen Substraten (RWDR = Radialwellendichtring)

Die Plasmaprozessparameter sind in Tabelle 1 angegeben, die mittels ESCA analysierte Zusammensetzung der Schichtoberfläche in Tabelle 2. Die Konzentrationsangaben werden in Atom-Prozent (Atom-%) aller detektierten Atome (C, O, Si und N) und somit ohne die Berücksichtigung von Wasserstoff angegeben. Kleinere Abweichungen von der Gesamtsumme 100 Atom-% für die Summe der Atom-% von O, N, C und Si ergeben sich aus dem Messverfahren und dem Berechnungsverfahren. In den 1 bis 5 sind die XPS-Spektren der Schichtoberfläche der auf dem Si-Wafer abgeschiedenen Schicht vor der Kalibrierung der Bindungsenergiewerte durch die Verschiebung des aliphatischen Anteils des C 1s Peaks auf 285,00 eV als Beispiel dargestellt.
Der Gleitreibungskoeffizient wurde durch Kraftmessungen mit Hilfe von Zugversuchen von gewogenen Stahlgewichten (Werkstoffbezeichnung: X5CrNi18-9 mit polierter Oberfläche) auf einer ebenen Elastomerplatte ermittelt. Die Kraftmessung erfolgte trocken in der Horizontalen parallel zur Prüfplatte. Dabei wurde zunächst die Haftreibung überwunden und nur die Kraft gemessen, die notwendig war, den Prüfkörper in Bewegung zu halten.
Als Versuchsmaterial wurde eine NBR-Platte der Größe 80 × 200 mm mit einer Shore A-Härte zwischen 60 und 80 des Lieferanten Benien verwendet, welche mit Hilfe von Isopropanol an der Oberfläche sorgfältig gereinigt wurde. Für eine Beschichtung auf dieser Platte, die unter Verwendung der Beschichtungsparameter laut Tabelle 1 erstellt wurde, wurde ein Gleitreibungskoeffizient von 0,19 ermittelt. Ohne Beschichtung wurde ein Gleitreibungswert von > 1 ermittelt. Mittels der Messmethode werden die Gleitreibungswerte von ungekrümmten Flächen (NBR-Platte als Substrat) bestimmt. Die auf ungekrümmten Flächen gemessenen Gleitreibungswerte sind auf gekrümmte Flächen übertragbar, auch wenn diese mit der hier beschriebenen Methode nicht ausreichend bestimmt werden können. Zum gleichen Gleitreibungskoeffizienten gelangt man, wenn die NBR-Platte gegen eine ACM- oder FKM-Platte gleicher Härte ausgetauscht wird. Durch die Beschichtung wird also eine Unabhängigkeit vom Substrat erreicht, sofern im Einsatz nicht thermische, chemische oder mechanische Gründe die Substratwahl bestimmen.
Die Beschichtungen (in allen Beschichtungsbeispielen) wurden durchgeführt in einer 1 m³-Plasmaanlage mit seitlich angebrachten Stabelektroden (Beschreibung siehe ISBN 978-3-86727-548-4 „Aufskalierung plasmapolymerer Beschichtungsverfahren”, Seite 21–26 von Dr. Klaus Vissing). Die Substrate waren frei in der Kammermitte und nicht auf der Elektrode angeordnet. Der Gasfluss ist angegeben in Standardkubikzentimeter pro Minute.
Die Beschichtung zeichnet sich durch eine niedrigere Oberflächenenergie von 30 mN/m aus. Sie lässt sich mit handelsüblichen Motorenöl (Megol Motorenöl HD – C3 SAE 15W-40”, Fa. Meguin) benetzen.
Beschichtungsbeispiel 2:

Durch die Veränderung der Plasmabeschichtungsparameter kann der Gleitreibungkoeffizient verändert werden.

	Gasart	Schritt 1	Schritt 2	Schritt 3	Schritt 4	Schritt 5
Gas 1 (Gasfluss [cm³/min])	N₂	200			20	100
Gas 2 (Gasfluss [cm³/min])	H₂	900	200	200	200	0
Gas 3 (Gasfluss [cm³/min])	O₂	0	0	0	0	0
Gas 4 (Gasfluss [cm³/min])	HMDSO			27	27	27
Leistung [W]		2000	1000	1000	1600	1500
Zeit [s]		300	60	60	240	1100
Druck [mbar]		0.045	0,025	0,025	0,023	0,023

Tabelle 2a: Plasmabeschichtungsparameter für Beschichtungsbeispiel 2

Der Gleitreibungskoeffizient erhöht sich für Beschichtungen des gleichen Substrats wie in Beispiel 1 durch die niedrigere Leistung in Teilschritt 5 unter trockenen Bedingungen auf 0,25, die Oberflächenenergie verringerte sich geringfügig auf 0,29 mN/m.
Beschichtungsbeispiel 3:

	Gasart	Schritt 1	Schritt 2	Schritt 3	Schritt 4	Schritt 5
Gas 1 (Gasfluss [cm³/min])	N₂	200			20	50
Gas 2 (Gasfluss [cm³/min])	H₂	900	200	200	200	0
Gas 3 (Gasfluss [cm³/min])	O₂	0	0	0	0	0
Gas 4 (Gasfluss [cm³/min])	HMDSO			27	27	50
Leistung		2000	1000	1000	1600	700
[W]
Zeit [s]		300	60	60	240	1100
Druck [mbar]		0.045	0,025	0,025	0,023	0,023

Tabelle 3: Plasmabeschichtungsparameter für Beschichtungsbeispiel 3

Der Gleitreibungskoeffizient erhöht sich für die Beschichtungen aus diesem Beispiel (bei gleichem Substrat wie im Beschichtungsbeispiel 1) durch die niedrigere Leistung und das geänderte Gasverhältnis in Teilschritt 5 unter trockenen Bedingungen auf 0,58, die Oberflächenenergie verringert sich auf 0,24 mN/m.
Beschichtungsbeispiel 4: Stützschicht für sauerstoffhaltige plasmapolymere Deckschicht
Von besonderer Bedeutung für die Beschichtung von dynamischen Dichtungen ist ein Beschichtungssystem, das eine stickstoffhaltige Stützschicht umfasst und von einer sauerstoffhaltigen Deckschicht mit höherer Härte abgedeckt wird (Tab. 4). Diese Kombination vermeidet eine ungewollte Oberflächenhärtung und ggf. eine Rissbildung im Substrat. Ferner wird das Übertreten von Substratbestandteilen, wie z. B. vom Weichmacher oder vom Elastomeren selbst, in die Plasmaphase und damit in die Plasmabeschichtung nahezu vollständig unterdrückt. Hierdurch wird eine optimale Herstellung einer mechanische Widerstandsfähigen, reibungsredzierenden Beschichtung ermöglicht. Dies gilt für alle erfindungsgemäß vorgesehenen N-haltigen plasmapolymeren Beschichtungen.

Es konnte mit Hilfe von XPS-Messungen (Tab. 5) gezeigt werden, dass durch die N-haltige Stützschicht (oder auch Zwischenschicht) die Schichtzusammensetzung in der Deckschicht nicht mehr vom Substrat beeinflusst wird: Auf einem Wafer (als im Plasmabeschichtungsverfahren nicht abbaubares Vergleichsmaterial) ist weitgehend die gleiche Schichtzusammensetzung zu finden wie auf dem Radialwellendichtring.

	Gasart	Schritt 1	Schritt 2	Schritt 3	Schritt 4	Schritt 5	Schritt 6	Schritt 7
Gas 1 (Gasfluss [cm³/min])	N₂	200			20	100	0	0
Gas 2 (Gasfluss [cm³/min])	H₂	900	200	200	200	0	0	0
Gas 3 (Gasfluss [cm³/min])	O₂	0	0	0	0	0	100	100
Gas 4 (Gasfluss [cm³/min])	HMDSO			27	27	27	27	27
Leistung [W]		2000	1000	1000	1600	2500	0	1100
Zeit [s]		300	60	60	240	1100	60	1100
Druck [mbar]		0.045	0,025	0,025	0,023	0,023	0,023	0,023

Tabelle 4: Plasmabeschichtungsparameter für Beschichtungsbeispiel 4

Substrat	0 1s	N 1s	C 1s	Si 2p	C/Si	O/Si
Wafer	43,3	0,06	30,9	25,8	1,20	1,68
RWDR [aus ACM]	43,8	0,1	32,4	23,7	1,37	1,85

Tabelle 5: Schichtzusammensetzung gemessen mittels ESCA für Beschichtungsbeispiel 4 auf unterschiedlichen Substraten mit erfindungsgemäß vorgesehener Stützschicht (Schichtzusammensetzung in Atom-% bezogen auf die Summe der in der Schicht enthaltenen Atome N, C, O und Si).

Verwendet man dagegen keine stickstoffhaltige Stützschicht (Beschichtungsparameter wie in Tabelle 6), so ergibt sich eine deutlich veränderte Schichtzusammensetzung auf dem RWDR (Tab. 7) im Vergleich zum Wafer. Durch den Abbau der RWDR-Oberfläche wird der Kohlenstoffanteil in der Schicht deutlich erhöht, Sauerstoff und Silizium entsprechend reduziert. Somit erfüllt die erfindungsgemäß vorgesehene plasmapolymere Schicht auch die Funktion einer Versiegelung des Substrates.

	Schritt 1	Schritt 2	Schritt 3	Schritt 4	Schritt 5	Schritt 6
Gasfluss O₂ [cm³/min]	200			20	100
Gasfluss H₂ [cm³/min]	900	200	200	200		900
Gasfluss HMDSO [cm³/min]			27	27	27
Leistung [W]	2000	1000	1000	1600	2500	300
Druck [mbar]	0,045	0,025	0,025	0,023	0,023	0,055
Zeit [s]	300	60	60	180	8400	300

Tabelle 6: nicht erfindungsgemäße Plasmabeschichtungsparameter

Substrat	O 1s	N 1s	C 1s	Si 2p	C/Si	O/Si
Wafer	49,5	0,00	22,4	28,1	1,20	1,68
RWDR [aus ACM]	33,4	0,6	45,8	20,0	2,34	1,70

Tabelle 7: Schichtzusammensetzung gemessen mittels ESCA für die nicht erfindungsgemäße Beschichtung auf unterschiedlichen Substraten mit nicht erfindungsgemäßer Stützschicht auf Sauerstoffbasis (Schichtzusammensetzung in Atom-% bezogen auf die Summe der in der Schicht enthaltenen Atome N, C, O und Si).

Beschichtungsbeispiel 6: Rissfreie Beschichtung von Silikonelastomer mit samtweicher haptischer Wirkung
Ein Methyl-Vinyl-Silikonelastomer der Härte 60° +/– 5° IRHD nach DIN 53519 des Herstellers Eriks wird mit einer Beschichtung gemäß Beschichtungsbeispiel 1 versehen.
Hierdurch wird die vorher stumpfe Oberfläche reibungsfreundlich für die Berührung mit Haut. Sie wirkt samtigweich und glatt. Der Gleitreibungskoeffizent wurde gegen Stahl von ca. 1,15 auf 0,20 reduziert.
Messbeispiele
Messbeispiel 1: ESCA:
ESCA-Messungen (XPS-Messungen) wurden mit dem Spektrometer KRATOS AXIS Ultra der Firma Kratos Analytical durchgeführt. Die Kalibrierung des Messgerätes wurde so vorgenommen, dass der aliphatische Anteil des C 1 s Peaks bei 285,00 eV liegt. Aufgrund von Aufladungseffekten wird es in der Regel notwendig sein, die Energieachse ohne weitere Modifikation auf diesen Fixwert zu verschieben. Die Analysekammer war mit einer Röntgenquelle für monochromatisierte Al K_α-Strahlung, einer Elektronenquelle als Neutralisator und einem Quadrupolmassenspektrometer ausgerüstet. Weiterhin verfügte die Anlage über eine magnetische Linse, welche die Photoelektronen über einen Eintrittsschlitz in einen Halbkugelanalysator fokussierte. Während der Messung zeigte die Oberflächennormale auf den Eintrittsschlitz des Halbkugelanalysators. Die Passenergie betrug bei der Bestimmung der Stoffmengenverhältnisse jeweils 160 eV. Bei der Bestimmung der Peak-Parameter betrug die Passenergie jeweils 40 eV für C 1 s und 20 eV für die anderen Peaks.
Die genannten Messbedingungen sind bevorzugt, um eine weitgehende Unabhängigkeit vom Spektrometertyp zu ermöglichen und um erfindungsgemäße plasmapolymere Produkte zu identifizieren.
Als Referenzmaterial wurde das Polydimethylsiloxan Silikonöl DMS-T23E der Firma Gelest Inc. (Morrisville, USA) verwendet. Dieses trimethylsiloxy-terminierte Silikonöl besitzt eine kinematische Viskosität von 350 mm²/s (±10%) und eine Dichte von 0,970 g/mL bei 25°C sowie ein mittleres Molekulargewicht von ca. 13 650 g/mol. Das ausgewählte Material zeichnet sich durch einen extrem geringen Anteil an verdampfbaren Bestandteilen aus: nach 24 Stunden bei 125°C und 10^–5 Torr Vakuum wurden weniger als 0,01% flüchtige Anteile nachgewiesen (nach ASTM-E595-85 und NASA SP-R0022A). Es wurde mit Hilfe eines Spin-Coating-Prozesses als 40 bzw. 50 nm dicke Schicht auf einen Siliziumwafer aufgetragen; dabei wurde als Lösemittel Hexamethyldisiloxan verwendet.
Mit der oben beschriebenen Vorgehensweise ergibt sich für das Silkonöl DMS-T23E folgende atomare Zusammensetzung. Die Bindungsenergien der Elektronen sind ebenfalls aufgeführt.

Element Si O C

Konzentration [at-%] 24,8 25,4 49,8

Bindungsenergie [eV] 102,39 532,04 285,0

Tabelle 8: Chemische Zusammensetzung und Bindungsenergie von Silikonöl DMS-T23E
Messbeispiel 2: ESCA-Tiefenmessung:
Zur Messung der erfindungsgemäß vorgesehenen Schicht in einem gewissen Abstand zur Oberfläche ist es erforderlich, Teile der Schicht abzutragen, da die Einwirktiefe der ESCA-Messungen (XPS-Messungen) mit ca. 10 nm verhältnismäßig gering ist. Ein Abtrag ist nur auch dann notwendig, wenn die erfindungsgemäß vorzusehende stickstoffhaltige Beschichtung von einer weiteren Schicht bedeckt. ist Dabei ist es technisch möglich, mit Hilfe eines Sputterverfahrens, bei dem Ionen auf die abzutragende Oberfläche geschossen werden, Schichtdicken im Nanometerbereich abzutragen. Sofern eine Messung im Bereich des Stickstoffmaximums innerhalb der plasmapolymeren Beschichtungen (innerhalb der erfindungsgemäß vorzusehenden stickstoffhaltigen plasmapolymeren Beschichtung) erfolgen soll, so ist folgende Vorgehensweise bevorzugt:
Es erfolgt ein Abtrag sukzessive der zu messenden Schichten von jeweils 10 nm, bevorzugt 1 nm durch Beschuss mit Argon-Ionen (Sputtern) mit einer Energie von 3 keV und einen Strom von 1,6 μA. Dabei rastert die Argon-Zerstäubungsquelle bevorzugt über eine Fläche von 2,1 mm mal 3,1 mm. Der jeweilige Analysebereich liegt im Zentrum des Sputterkraters. Sofern es aus technischen Gründen nicht gelingt, in dem jeweiligen Abtraggebiet nach einer Messung unmittelbar folgende Messungen durchzuführen, so können diese Messungen selbstverständlich in benachbarten Bereichen mit entsprechend fortgeschrittener Abtragung durchgeführt werden.
Nach jedem Abtragungsschritt erfolgt eine Messung, so dass eine Messreihe entsteht, mittels derer Konzentrationsverläufe einzelner Elemente (hier insbesondere C, Si, N und O) über das Tiefenprofil darstellbar sind. Auf diese Weise lässt sich auch der Maximalwert für Stickstoff bestimmen. Als Beispielsmessung wurde die erfindungsgemäße Beschichtung aus dem Beschichtungsbeispiel 4 mittels ESCA Tiefenanalyse gemessen. Der Fachmann ist bei dieser Vorgehensweise bekannt, dass durch den Abtragungsprozess mit Hilfe der Ionen die zu messende Oberfläche beeinflusst wird, da sich bestimmte Elemente eines Stoffes leichter abtragen lassen als andere. Im benannten Beispiel werden Kohlenstoff und Stickstoff bevorzugt durch Sputtern entfernt, so dass in der Folge der Sauerstoff- und Siliziumgehalt in Relation zunimmt. Die Messparameter lauteten wie folgt:
Die XPS-Untersuchungen erfolgten mit einem VG 220i-XL-System. Parameter: Magnetlinsenmode, Abnahmewinkel der Photoelektronen 0°, monochromatisierte AIKα-Anregung, Constant Analyser Energy-Mode (CAE) mit 70 eV Passenergie in Übersichtsspektren sowie 20 eV in energetisch hochaufgelösten Linienspektren, Analysenfläche: 0,65 mm ⌀, die Neutralisation von elektrisch nichtleitenden Proben erfolgt mit niederenergetischen Elektronen (4 eV).

Zur Analyse tieferer Schichten wurde die Oberfläche jeweils durch Beschuss mit Argon-Ionen wie oben beschrieben abgetragen. Die Messung erfolgte ebenfalls wie oben beschrieben.

	Sputtertiefe [nm]	O 1s	N 1s	C 1s	Si 2p	C/Si	O/Si
Oberfläche	0	46,5	0,19	30,9	22,4	1,38	2,08
N-freie Schicht	ca. 150 nm	59,6	0,0	12,0	28,5	0,42	2,09
N-haltige Schicht	ca. 300 nm	51,1	3,1	19,5	26,3	0,74	1,94
RWDR (Substrat)	ca. 600 nm	29,6	0,55	56,6	13,2	4,29	2,24

Tabelle 9: Ergebnisse der ESCA-Tiefenmessung sowie der ESCA-Oberflächenmessung, Schichtzusammensetzung in Atom-%, bezogen auf die in der Schicht enthaltenen Elemente N, C, Si und O.

In den 6 bis 10 sind die XPS-Spektrum bei einer Sputtertiefe von ca. 300 nm vor der Kalibrierung der Bindungsenergiewerte durch die Verschiebung des aliphatischen Anteils des C 1s Peaks auf 285,00 eV als Beispiel dargestellt.
Messbeispiel 3: Messung der Härte mittels Nanoindentation:
Die Nanoindentationshärte einer Probe wurde mit Hilfe eines Berkovich-Indenter bestimmt. Die Kalibrierung und Auswertung geschah nach dem etablierten Verfahren von Oliver & Pharr (J. Mater. Res. 7, 1564 (1992)). Die Maschinensteifigkeit und die Flächenfunktion des Indenters wurden vor der Messung kalibriert. Bei der Indentation wurde das „multiple partial unloading”-Verfahren (Schiffmann & Küster, Z. Metallkunde 95, 311 (2004)) benutzt, um tiefenabhängige Härtewerte zu erhalten und so einen Substrateinfluss ausschließen zu können.
Messbeispiel 4: Bestimmung der Haptikverbesserung:
Eine Verbesserung der Haptik durch eine Beschichtung lässt sich im Rahmen dieses Textes durch folgende Vorgehensweise bestimmen:
Einem Panel von insgesamt 10 Testpersonen werden ein unbeschichtetes Substrat und ein beschichtetes Substrat zur Evaluation vorgelegt. Die Evaluation erfolgt durch Betasten des unbeschichteten Substrates bzw. des beschichteten Substrates im Bereich der Beschichtung, wobei dafür gesorgt werden muss, dass eventuell optische Unterschiede zwischen den Substraten durch die jeweilige Testperson nicht wahrgenommen werden können. Anschließend bewerten die Testpersonen jeweils, ob

a) da ein haptischer Unterschied feststellbar war und
b) für den Fall, dass die Frage a) mit ja zu beantworten war, welchem der beiden Testgegenstände die angenehmere Haptik zuzuordnen ist.

Sofern reproduzierbar dem beschichteten Testgegenstand von 90% der Testpersonen eine verbesserte Haptik gegenüber dem unbeschichteten Testgegenstand bescheinigt wird, liegt eine verbesserte Haptik im Sinne des vorliegenden Anmeldungstextes vor.
Messbeispiel 5: SIMS-Tiefenprofilanalyse:
Ein ACM-RWDR, welcher mit einer erfindungsgemäßen plasmapolymeren Beschichtung nach Tabelle 4 (Beschichtungsbeispiel 4, siehe oben) versehen wurde, ist anschließend mit Hilfe von SIMS (MCs⁺-SIMS-Verfahren) (SekundärIonenMassenspektroskopie) im Tiefenprofil untersucht worden.
Die experimentellen Daten sind:
Messgerät: CAMECA Q-SIMS 4550,
Sputterionen: Cs+-2 keV-30 nA-45°, Krater 450 μm, Gate 125 μm,
untersuchte Sekundärionen MCs⁺ mit M = H, C, N, O, Si.
Quantifizierung Tiefenskala: Eine direkte profilometrische Messung der Kratertiefe auf dem Elastomer ist nicht möglich. Daher beruht die Skalierung der Tiefenachse ersatzweise auf einer Sputterrate von ca. 200 nm/h, ermittelt durch ”Ersatzmessung” auf Si-C-O ähnlicher Zusammensetzung wie das Schichtsystem auf dem Elastomer. Demzufolge ist diese Skala nicht exakt.
Quantifizierung Konzentrationsskala: MCs⁺-SIMS zeigt im allgemeinen moderate Matrixeffekte im Vergleich zu Messungen auf der Basis von positiven (M⁺) oder negativen (M^–) Atomionen. Die Quantifizierung erfolgt mit Hilfe ”matrixunabhängiger” Empfindlichkeitsfaktoren (RSFs). Zur Ermittlung dieser RSFs dienen Standards bekannter Zusammensetzung. Die Messung der Standards erfolgt unmittelbar nach der Messung der Probe(n), unter identischen Bedingungen. Im Rahmen dieser Untersuchung verwendete Standards sind: C:H, Si:C:N, Si:C:O, Si:O (Schichtmaterialien bekannter Zusammensetzung auf Si).
Deutliche Matrixeffekte, auch beim MCs⁺-SIMS, ”verbleiben” jedoch im Falle elektronegativer Elemente, insbesondere für O. Der RSF für O in Oxiden (Glas, SiO₂) ist deutlich unterschiedlich vom RSF- für O als ”Nebenelement” (< 20 At% O) in Polymeren oder Metallen. In den Diagrammen ist O berechnet mittels RSF von SiO₂, dies ergibt einen realistischen O-Gehalt für die oberste Lage. Weniger realistisch dagegen ist der O-Gehalt in den unteren Lagen inkl. Substrat zu bewerten. Die dargestellten O-Konzentrationen dürften im Trend zu niedrig sein.
Unabhängig von der absoluten Höhe des Signals können die einzelnen Elemente qualitativ eindeutig identifiziert werden. Die Mengenangaben beziehen sich immer auf 100% der untersuchten Elemente, nicht der tatsächlich vorhandenen Elemente.
In 11 ist die Sputtertiefe 0 nm mit der Oberfläche der Beschichtung gleichzusetzen. Bei höheren Werten für die Tiefe ergeben sich die entsprechenden Elementzusammensetzungen in der Schicht bzw. im elastomeren Substrat. Man erkennt im Tiefenbereich von ca. 0–90 nm eine stickstofffreie Beschichtung mit den Elementen Si, O, C und H (Teilschritt 7 der Beschichtung). Hieran schließt sich im Tiefenbereich ca. 90–300 nm die erfindungsgemäß vorgesehene stickstoffhaltige Schicht an. Der Sauerstoffgehalt in dieser Beschichtung nimmt erwartungsgemäß stark ab. Der Kohlenstoff und Wasserstoffgehalt nimmt zu. Ab einer Tiefe von ca. 300 nm ist das Substratmaterial zu finden. Es enthält ebenfalls Silizium, welches vermutlich Teil eines Füllstoffes ist.
11 stellt die Messergebnisse des Messbeispiels 5 dar. Betrachtet werden die Elemente Si, O, N, C und H.
Wie aus 11 ersichtlich, eignet sich die SIMS-Tiefenprofilanalyse ggf. dafür, dass Stickstoffkonzentrationsmaximum innerhalb der erfindungsgemäß vorzusehenden Schicht zu bestimmen.
Die beigefügten 1 bis 11 zeigen:
1: XPS-Übersichtsspektrum der Schichtoberfläche der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Beschichtung gemäß Beschichtungsbeispiel 1 auf einem Si-Wafer
2: XPS-Detailspektrum des C 1s Peaks der Schichtoberfläche der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Beschichtung gemäß Beschichtungsbeispiel 1 auf einem Si-Wafer
3: XPS-Detailspektrum des Si 2p Peaks der Schichtoberfläche der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Beschichtung gemäß Beschichtungsbeispiel 1 auf einem Si-Wafer
4: XPS-Detailspektrum des 0 1s Peaks der Schichtoberfläche der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Beschichtung gemäß Beschichtungsbeispiel 1 auf einem Si-Wafer
5: XPS-Detailspektrum des N 1s Peaks der Schichtoberfläche der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Beschichtung gemäß Beschichtungsbeispiel 1 auf einem Si-Wafer
6: XPS-Übersichtsspektrum der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Beschichtung gemäß Messbeispiel 2 bei einer Sputtertiefe von ca. 300 nm
7: XPS-Detailspektrum des C 1s Peaks der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Beschichtung gemäß Messbeispiel 2 bei einer Sputtertiefe von ca. 300 nm
8: XPS-Detailspektrum des Si 2p Peaks der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Beschichtung gemäß Messbeispiel 2 bei einer Sputtertiefe von ca. 300 nm
9: XPS-Detailspektrum des 0 1s Peaks der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Beschichtung gemäß Messbeispiel 2 bei einer Sputtertiefe von ca. 300 nm
10: XPS-Detailspektrum des N 1s Peaks der erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Beschichtung gemäß Messbeispiel 2 bei einer Sputtertiefe von ca. 300 nm
11: SIMS-Tiefenprofilanalyse RWDR mit einer erfindungsgemäß einzusetzenden plasmapolymeren Beschichtung gemäß Messbeispiel 5

Claims

Anordnung aus einem elastomeren Substrat und einer darauf angeordneten plasmapolymeren Beschichtung bestehend aus Kohlenstoff, Silizium, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff, wobei für die Stoffmengenverhältnisse in der plasmapolymeren Beschichtung gemessen mittels ESCA auf der vom Substrat abgewandten Seite gilt: O:Si = 0,45–2,50 N:O = 0,02–0,50 und N:C = 0,01–0,20, bevorzugt O:Si = 0,75–2,50 N:O = 0,03–0,42 und N:C = 0,01–0,20, weiter bevorzugt O:Si = 1,00–2,50 N:O = 0,03–0,40 und N:C = 0,01–0,15 und/oder im Bereich des Stickstoffmaximums innerhalb der plasmapolymeren Beschichtung gemessen mittels ESCA nach einem Materialabtrag durch Sputtern gilt: O:Si = 0,50–3,50 N:O = 0,01–0,40 und N:C = 0,01–0,70, bevorzugt O:Si = 0,75–3,00 N:O = 0,01–0,20 und N:C = 0,015–0,60, weiter bevorzugt O:Si = 1,00–2,80 N:O = 0,01–0,14 und N:C = 0,02–0,50.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die plasmapolymere Beschichtung gemessen mittels ESCA auf der vom Substrat abgewandten Seite bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente Kohlenstoff, Silizium, Sauerstoff und Stickstoff gilt: Silizium 10 bis 35 Atom-% Sauerstoff 12 bis 45 Atom-%1 Stickstoff 1,0 bis 8,9 Atom-% Kohlenstoff 30 bis 75 Atom-%,

bevorzugt Silizium 12 bis 30 Atom-% Sauerstoff 14 bis 40 Atom-% Stickstoff 1 bis 7 Atom-% Kohlenstoff 35 bis 72 Atom-%,

weiter bevorzugt Silizium 15 bis 25 Atom-% Sauerstoff 16 bis 35 Atom-% Stickstoff 1 bis 6 Atom-% Kohlenstoff 40 bis 72 Atom-%

und/oder im Bereich des Stickstoffmaximums innerhalb der plasmapolymeren Beschichtung gemessen mittels ESCA nach einem Materialabtrag durch Sputtern bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente C, Si, O und N gilt: Silizium 15 bis 45 Atom-% Sauerstoff 20 bis 75 Atom-% Stickstoff 0,7 bis 7,9 Atom-% Kohlenstoff 10 bis 50 Atom-%,

bevorzugt Silizium1 18 bis 40 Atom-% Sauerstoff 30 bis 75 Atom-% Stickstoff 0,7 bis 6 Atom-% Kohlenstoff 10 bis 40 Atom-%,

weiter bevorzugt Silizium 18 bis 35 Atom-% Sauerstoff 35 bis 70 Atom-% Stickstoff 0,7 bis 5 Atom-% Kohlenstoff 10 bis 35 Atom-%.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschichtung auf der von Substrat abgewandten Seite eine Oberflächenenergie von 25–45 mN/m, bevorzugt 26–40 mN/m und/oder gemessen mittels Nanoindentation eine Härte von 0,05–5 GPa, bevorzugt 0,05–3 GPa, weiter bevorzugt 0,05–1 GPa besitzt.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung eine Dicke von 1 bis 10.000 nm hat.
Dichtungsartikel, umfassend eine oder bestehend aus einer Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Dichtungsartikel insbesondere für dynamische Belastungen geeignet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder Dichtungsartikel nach Anspruch 5 umfassend auf der plasmapolymeren Beschichtung auf der vom Substrat abgewandten Seite wenigstens teilweise eine zweite plasmapolymere Beschichtung, bestehend aus Kohlenstoff, Silizium, Sauerstoff, Wasserstoff und (i) Fluor oder (ii) keinem Fluor, wobei für die Stoffmengenverhältnisse in der zweiten plasmapolymeren Beschichtung gemessen mittels ESCA gilt: 1,3:1 ≤ n(O):n(Si) ≤ 3,0:1 0,3:1 ≤ n(C):n(Si) ≤ 5,0:1 und bevorzugt 0,5:1 ≤ (n(H) + n(F)):n(C) ≤ 3,0:1, wobei die zweite plasmapolymere Beschichtung gemessen mittels ESCA bezogen auf 100 Atom-% für die Summe der Elemente Silizium, Sauerstoff und Kohlenstoff weiter bevorzugt enthält: Silizium: 12 bis 30 Atom-% Sauerstoff: 16 bis 60 Atom-% Kohlenstoff: 10 bis 69 Atom-%.
Anordnung nach Anspruch 6 oder Dichtungsartikel nach Anspruch 6, wobei die erste plasmapolymere Beschichtung eine Dicke von 1 bis 1.000 nm, vorzugsweise von 5–500 nm, weiter bevorzugt von 10–300 nm hat.
Gegenstand umfassend eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gegenstand dazu bestimmt ist, im Bereich der plasmapolymeren Beschichtung in Kontakt mit menschlicher Haut zu gelangen, und bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus silikonisierten Kunststoff- und Metallartikeln insbesondere Interieurteile für Automobile, therapeutische Geräte, Handschuhe, Gummistulpen, Schalteroberflächen, Taster oder Griffe.
Verwendung einer plasmapolymeren Schicht, wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert, zur Verringerung des Gleitreibungskoeffizienten und/oder der Oberflächenenergie und/oder zur Verbesserung der Haptik eines elastomeren Substrates, oder Verwendung einer plasmapolymeren Schicht, wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert, als Stützschicht und/oder Haftvermittlerschicht, insbesondere in einem Dichtungsartikel nach einem der Ansprüche 5 bis 7.
Verfahren zum Erzeugen einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 6 oder 7, eines Dichtungsartikels nach einem der Ansprüche 5 bis 7 oder eines Gegenstandes nach Anspruch 8, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines elastomeren Substrates und b) Abscheiden einer plasmapolymeren Schicht, wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 definiert, auf wenigstens einen Teil der Oberfläche des Substrates.
Verfahren nach Anspruch 10 zum Erzeugen eines Dichtungsartikels, umfassend als weiteren Schritt: c) Abscheiden einer zweiten plasmapolymeren Beschichtung wie in Anspruch 6 definiert wenigstens teilweise auf der vom Substrat abgewandten Seite der ersten plasmapolymeren Beschichtung.