DE19951375A1 - Glasartiger anorganischer Festkörper, Verfahren zur Herstellung eines solchen Festkörpers und dessen Verwendung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen glasartigen anorganischen Festkörper, der glasklar, d. h. im sichtbaren Wellenlängenbereich transparent und annähernd farblos, ist und der die Elemente Silicium, Kohlenstoff und Sauerstoff enthält. Das molare Verhältnis von Silicium zu Sauerstoff liegt dabei zwischen 1 : 1,5 und 1 : 2 und der Gehalt an Kohlenstoff beträgt maximal 50 Mol-%. DOLLAR A Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines glasartigen anorganischen Festkörpers, bei dem als Edukte Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff und/oder eine oder mehrere Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs jeweils in gasförmiger sowie atomarer und/oder molekularer Form verwendet bzw. von einer oder mehreren Quellen erzeugt werden. Die gasförmigen Edukte werden gleichzeitig auf ein Substrat gerichtet und reagieren noch in der Gasphase bzw. beim Kondensieren auf dem Substrat. Der im Normzustand feste Anteil der Reaktionsprodukte, der im Wesentlichen aus den Elementen Kohlenstoff, Silicium und Sauerstoff besteht und dem glasartigen anorganischen Festkörper entspricht, wird auf dem Substrat aufkondensiert, während die nicht abgeschiedenen gasförmigen Reaktionsprodukte aus dem Reaktionsraum entfernt werden. DOLLAR A Ferner werden Verwendungen des glasartigen anorganischen Festkörpers beschrieben.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein glasartiger anorganischer Festkörper, der glasklar, d. h. im sichtbaren Wellenlängenbereich transparent und farblos, ist und der Silicium, Kohlenstoff und Sauerstoff enthält sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Festkörpers und dessen Verwendungen.

Es ist bekannt, dass die Bildungsenthalpie des aus Silicium und Sauerstoff gebildeten Quarzglases (-848 kJ/mol bei T = 298 K) nur geringfügig von der Bildungsenthalpie des Quarzes (-860 kJ/mol bei T = 298 K) abweicht. Demzufolge ist Quarzglas kristallisations­ gefährdet, wobei das Kristallisieren zum Schrumpfen und Aufbrechen der amorphen glas­ artigen Struktur des Quarzglases führt. Dies gilt besonderes in der Beschichtungstechno­ logie für SiO₂-Schichten.

Zur Vermeidung der Kristallisation einer amorph aufkondensierten SiO₂-Schicht werden daher dem Rohstoff, also dem Aufdampfgut, Fremdverbindungen oder -elemente zuge­ setzt, die den Glaszustand stabilisieren, z. B. EP 0 460 796. Diese Zugabe ist jedoch mit einem aufwendigen Verfahren und in vielen Fällen auch mit unerwünschter Lichtabsorp­ tion verbunden (vgl. G. I. Deàk, S. C. Jackson, "Mylar Polyester Films with Inorganic Glass Coatings", Society of Vacuum Coaters, 36^th Annual Technical Conference Proceedings (1993), 318).

Alternativ wird daher zur Vermeidung der Kristallisation der Sauerstoffgehalt einer im Vakuum aufgedampften Schicht aus Silicium und Sauerstoff herabgesetzt. Hierdurch wird anstelle der amorphen SiO₂-Schicht eine solche aus Siliciummonoxid oder -sesquioxid oder aus SiO_1,7 aufkondensiert. Diese Schichten sind verglichen mit der SiO₂-Schicht thermisch desto stabiler je geringer der Sauerstoffgehalt ist. Ein großer Nachteil dieser Schichten ist jedoch, dass sie stark bis mäßig stark gelbstichig sind, wobei die Gelbstichig­ keit mit abnehmendem Sauerstoffgehalt zunimmt. Ferner ist insbesondere Silicium­ monoxid als Ausgangsmaterial für Beschichtungen sehr teuer.

Weiterhin ist bekannt, dass durch Plasmapolymerisation verschiedener Kohlenwasser­ stoffe, die gegebenenfalls geringe zusätzliche Anteile an Silicium und Sauerstoff enthalten, annähernd glasklare, aber verhältnismäßig weiche dünne Schichten erzeugt werden können. Diese kohlenstoffhaltigen Plasmapolymerisate haften an den meisten Substraten nicht so gut wie SiO_x-Schichten. Auch weisen entsprechende Polymerisate häufig Verun­ reinigungen von Wasserstoff auf. Durch eine Ionenbestrahlung kann der eingelagerte Was­ serstoff zwar entfernt und damit die Härte gesteigert werden. Verbunden mit dem Verlust des Wasserstoffs tritt jedoch ein meist unerwünschter Gelbstich der entsprechenden Schichten auf. Ferner ist die Herstellung der kohlenstoffhaltigen Plasmapolymerisat- Schichten sehr aufwendig, so dass sie sich nur in besonderen Anwendungen durchsetzen konnte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen glasartigen anorganischen Fest­ körper bereit zu stellen, der die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Festkörpers zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll es ermöglicht werden, die neuen Festkörper in bereits bestehenden Anlagen zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Haupt­ anspruchs und der nebengeordneten Ansprüche gelöst.

Der erfindungsgemäße anorganische Festkörper ist glasartig, d. h. er ist aus einem drei­ dimensionalen Netzwerk ohne kristalline Fernordnung aufgebaut. Er zeichnet sich dadurch aus, dass er im sichtbaren Wellenlängenbereich transparent und annähernd farblos ist, d. h. er ist glasklar und weist im sichtbaren Wellenlängenbereich so gut wie keine Absorption auf. Weiterhin ist er im Wesentlichen aus den Elementen Kohlenstoff, Silicium und Sauerstoff aufgebaut. Dabei liegen im erfindungsgemäßen Festkörper 1,5- bis 2-mal so viele Sauerstoff wie Siliciumatome vor. Des Weiteren ist die Zahl der Kohlenstoffatome in sehr weiten Grenzen variierbar, jedoch beträgt der Gehalt an Kohlenstoff maximal 50 Mol-%. Im Folgenden wird der erfindungsgemäße Festkörper auch als Carbosilicat bezeichnet.

Durch den zusätzlichen bzw. ersetzenden Einbau von Kohlenstoffatomen verglichen mit den aus dem Stand der Technik bekannten, aus Silicium und Sauerstoff bestehenden glas­ artigen anorganischen Festkörpern wird die Lichtabsorption verringert und damit die Gelb­ färbung beseitigt. Dadurch wird eine vollständige Lichttransmission ermöglicht; es liegt also ein im sichtbaren Wellenlängenbereich transparenter und farbloser Festkörper vor. Vorteilhafterweise wird die zu der gelblichen Färbung führende Lichtabsorption von amorphem SiO_x bereits durch die Anwesenheit geringer Mengen an Kohlenstoffatomen reduziert bzw. beseitigt, beispielsweise liegt bereits ein glasklarer Festkörper vor, wenn nur 0,3 Mol-% Kohlenstoffatome bezogen auf die gesamte Anzahl der Atome des Carbo­ silicates vorhanden sind. Des Weiteren wird vorteilhafterweise durch das zusätzliche Vorhandensein von Kohlenstoffatomen im Festkörper die Gefahr einer Kristallisation von amorphem Siliciumoxid deutlich vermindert bzw. gebannt.

Physikalische und chemische Eigenschaften des erfindungsgemäßen Festkörpers sind in gewissen Grenzen variierbar. Hierzu gehören z. B. Härte, Reißfestigkeit, Abriebfestigkeit, Brechungsindex, Dielektrizitätskonstante, dielelektrischer Verlustfaktor, elektrische Leit­ fähigkeit, Wärmeleitung, Wärmebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, etc. Diese Eigen­ schaften können durch den Gehalt an Kohlenstoff im Carbosilicat, der erfindungsgemäß sehr stark variierbar ist, gesteuert werden und sind daneben ebenfalls vom Gehalt des Siliciums und des Sauerstoffs abhängig. Beispielsweise können durch eine deutliche Steigerung des Gehaltes an Kohlenstoff Brechungsindex und Härte des erfindungsgemäßen glasartigen Carbosilicates markant vergrößert werden.

Vorzugsweise besteht das erfindungsgemäße Carbosilicat aus einem Netzwerk von Silicium-, Sauerstoff- und Kohlenstoffatomen oder aus einer Matrix von Silicium- und Sauerstoffatomen mit eingelagerten Kohlenstoffatomen. Das Netzwerk bzw. die Matrix ist amorph. Die Kohlenstoffatome sind bevorzugt - vermutlich als anorganische Kohlenstoff- Polymereinheiten - mit der Koordinationszahl 4 in das Netzwerk bzw. in die Matrix einge­ baut. Nach derzeitigen Erkenntnissen bestehen diese anorganischen Kohlenstoff-Polymer­ einheiten aus diamantartigen kleinen Kohlenstoffkristalliten. Die Kohlenstoffatome besitzen amphoteren (intermediären), d. h. sowohl netzwerkbildenden wie -wandelnden, Charakter; sie können folglich sowohl zum Aufbau des Silicium-Sauerstoff-Netzwerkes beitragen wie auch zusätzlich zu vorhandenen Atomen in das Silicium-Sauerstoff-Netz­ werk eingebaut werden und dieses aufspalten. Den bisherigen Untersuchungen zufolge tritt der Kohlenstoff in den kristallinen Mikrobereichen mit der diamanttypischen Koordina­ tionszahl 4 auf, also mit der gleichen Koordinationszahl, die für Silicium in amorphen Silicium-Sauerstoff-Matrizen beobachtet wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält der erfindungsgemäße Festkörper neben den Elementen Kohlenstoff, Silicium und Sauerstoff noch mindestens ein zusätzliches, im Normzustand festes Metall, wobei das Metall vorteilhafterweise einen katalytischen Einfluss auf die Bildung des erfindungsgemäßen Carbosilicates hat. In der Regel handelt es sich bei den vorhandenen Metallen um eine Dotierung. Der erfindungsgemäße Festkörper enthält somit insbesondere Metalle in elementarer oder oxidischer Form. Besonders bevorzugt ist eine Dotierung mit Übergangsmetallen oder mit Aluminium(III) vorgesehen, beispielsweise mit Molybdän(VI), Cer(IV), Chrom(III), Cobalt(II)-chromit, Nickel(II) etc.

Daneben kann der erfindungsgemäße Festkörper auch geringe Mengen bzw. Spuren zusätzlicher, im Normzustand gasförmiger Elemente, beispielsweise Wasserstoff oder Stickstoff, enthalten.

Für die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Festkörpers gelten allgemein die folgenden Aussagen: die Anzahl der im Normzustand gasförmigen Sauerstoffatome ist 1,5 bis 2 mal so groß wie die Anzahl der im Normzustand festen Siliciumatome; des Weiteren ist die Anzahl der im Normzustand festen Kohlenstoffatome höchstens gleich der Summe von Sauerstoff- und Siliciumatomen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine Ausführungs­ form besonders bevorzugt ist, bei der im erfindungsgemäßen Carbosilicat der Anteil der Elemente, die im Normzustand fest sind, mindestens 40 Mol-% beträgt.

Das molare Verhältnis von Sauerstoff zu Silicium liegt im erfindungsgemäßen Festkörper zwischen 1,5 : 1 und 2 : 1, d. h. zwischen dem molaren Verhältnis im Siliciumsesquioxid und demjenigen im Siliciumdioxid. In einer bevorzugten Ausführungsform des Festkörpers liegt dieses Verhältnis zwischen 1,6 : 1 und 1,9 : 1. Besonders bevorzugt ist ein Verhältnis von Sauerstoff zu Silicium zwischen 1,7 : 1 und 1,8 : 1.

Weiterhin beträgt der Gehalt an Kohlenstoff im erfindungsgemäßen Carbosilicat maximal 50 Mol-%. Bevorzugt sind erfindungsgemäße Festkörper, bei denen der Gehalt an Kohlen­ stoff zwischen 0,4 und 40 Mol-%, insbesondere zwischen 4 und 30 Mol-% liegt.

Grundsätzlich können für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Carbosilicates ver­ schiedene Verfahren zur Herstellung derartiger Festkörper verwendet werden. Vorzugs­ weise wird der glasartige anorganische Festkörper mit Hilfe eines speziellen Vakuum­ beschichtungsverfahrens (PVD-Verfahrens) hergestellt, bei dem ein festes Aufdampfgut sublimiert wird und bei dem gasförmige Kohlenstoff-Sauerstoff-Verbindungen in situ erzeugt werden und bei dem es vor und/oder während des Kondensierens des erfindungs­ gemäßen Festkörpers auf einem Substrat zu chemischen Reaktionen der gasförmigen Substanzen kommt (Vakuumaufsublimierverfahren). Alternative Verfahrenstechniken sind beispielsweise das Aufdampfen aus der Schmelze und das Sputtern (Aufstäuben). Das Aufsublimierverfahren ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich um Aufdampf­ quellen handelt, die in beliebiger Richtung angeordnet sind und die zur schnellen Her­ stellung des erfindungsgemäßen Festkörpers auch mit hohen Dampfdrücken in der Größenordnung von 1 mbar oder mehr betrieben werden können.

Bei dem erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines glasartigen anorganischen Festkörpers werden Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff und/oder eine oder mehrere Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs als Edukte verwendet. Die Edukte sind jeweils atomar und/oder molekular sowie gasförmig. Alternativ können die gasförmigen Edukte von einer oder mehreren Quellen erzeugt werden. Derartige Quellen können beispielsweise Aufdampfgüter, Heizkörper, Tiegelmaterialien etc. sein. Die Strahlen dieser gasförmigen Edukte werden gleichzeitig auf ein Substrat gerichtet, auf dem das erfindungsgemäße Carbosilicat abgeschieden wird. Als Substrat wird ein beliebiger Fest­ körper verwendet, der beispielsweise aus Glas, Kunststoff, Metall, Halbleiter, etc. sein kann. Die Edukte reagieren im gasförmigen Zustand aufgrund ihrer Energie noch in der Gasphase bzw. beim Kondensieren auf dem Substrat. Gegebenenfalls kann die chemische Reaktion der Edukte aufgrund ausreichender Wärme - zumindest teilweise - bereits im Aufdampfgut erfolgen. Der im Normzustand feste Anteil der Reaktionsprodukte, der die Elemente Kohlenstoff, Silicium und Sauerstoff enthält und dem glasartigen anorgansichen Festkörper entspricht, wird auf dem Substrat aufkondensiert, während die nicht abge­ schiedenen gasförmigen Reaktionsprodukte aus dem Reaktionsraum entfernt werden.

Der im Normzustand feste Anteil der Reaktionsprodukte kondensiert bevorzugt als amor­ phes Netzwerk, bestehend aus den Silicium- und Sauerstoffatomen, in das die Kohlenstoff­ atome eingebaut sind, auf.

Das Verfahren zur Herstellung eins Carbosilicates kann in jeder beliebigen Anlage, die die genannten Verfahrensschritte ermöglicht, durchgeführt werden. Vorzugsweise verwendet man jedoch eine PVD-Anlage, insbesondere eine statische PVD-Anlage oder eine nach dem PVD-Verfahren arbeitende Bandbedampfungsanlage, oder aber eine Sputter-Anlage.

Siliciumdioxid besitzt eine größerer negative Bildungsenergie als die Siliciumsuboxide, so dass letztere eine hohe Oxidationsbereitschaft zeigen. Nach den derzeitigen Erkenntnissen führt die hohe Oxidationsbereitschaft sowohl von Silicium wie auch von Siliciumsub­ oxiden dazu, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gasförmiges Silicium bzw. seine gasförmigen Suboxide den ebenfalls im Reaktionsraum vorhandenen Kohlenstoff-Sauer­ stoff-Verbindungen den Sauerstoff entreißen und sich in Form eines amorphen Silicium- Sauerstoff-Netzwerkes auf dem Substrat abscheiden. Dabei liegt das molare Verhältnis von Sauerstoff zu Silicium zwischen 1,5 : 1 und 2 : 1. Gleichzeitig wird der aus seiner Sauerstoff­ verbindung freigesetzte Kohlenstoff vermutlich mit tetraedrischer Umgebung und/oder in Form von diamantähnlichen Kristalliten in das Silicium-Sauerstoff-Netzwerk eingebaut. Zusätzlich wird nach derzeitigen Untersuchungen auch solcher Kohlenstoff in den erfindungsgemäßen Festkörper eingebaut, der durch Disproportionierung von gasförmigen Kohlenstoff-Sauerstoff-Verbindung in CO₂ und C freigesetzt wird.

Als gasförmige Sauerstoffverbindung des Kohlenstoffs ist grundsätzlich jede bekannte Kohlenstoff-Sauerstoff-Verbindung geeignet. Kohlenmonoxid (CO) und/oder Kohlen­ suboxid (C₃O₂) werden jedoch bevorzugt. Durch Disproportionierung bzw. Spaltung dieser Verbindungen entstehen u. a. Kohlenstoff sowie gegebenenfalls Sauerstoff. Beide können dann im Folgenden als hochreaktive Substanzen in den glasartigen Festkörper eingebaut werden. Diese Disproportionierung und/oder Spaltung wird vermutlich durch das ent­ stehende Kondensat und hier besonders durch das Silicium-Sauerstoff-Netzwerk begüns­ tigt, d. h. nach den derzeitigen Erkenntnissen wirkt der kondensierende Festkörper kataly­ tisch auf die Bildung von weiterem Carbosilicat (Autokatalyse).

Die für die Reaktion benötigte gasförmige Sauerstoffverbindung des Kohlenstoffs kann dem Reaktionsraum direkt zugeführt werden. Bevorzugt wird sie jedoch in situ, d. h. in der Vakuumanlage, von einer festen, flüssigen oder gasförmigen Substanz erzeugt, die ent­ weder eine Modifikation des Kohlenstoffs, insbesondere Graphit, oder eine Kohlenstoff enthaltende Verbindung enthält. Als Kohlenstoff enthaltenden Verbindungen kommen hierbei beispielsweise Peche, Öle, insbesondere schwere Öle, Kunstharze wie beispiels­ weise Phenolharze etc. in Betracht.

Nach den derzeitigen Erkenntnissen wird u. a. die kinetische Energie einer in situ erzeugten gasförmigen Kohlenstoffverbindung zur Bildung der diamantartigen Kohlenstoffkristallite im erfindungsgemäßen Carbosilicat benutzt. Bekannt ist, dass die Dissoziationsenergie von Kohlenmonoxid in C und O 1,070 MJ/Mol (= 11 eV) beträgt. Beim umgekehrten Vorgang, also der exothermen Bildung von CO aus Sauerstoff und heißem Kohlenstoff im Hoch­ vakuum, wird diese Energie freigesetzt. Wird nun in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens molekularer und/oder atomarer Sauerstoff an elementarem Kohlenstoff vorbeigeführt, der auf mindestens 900°C erwärmt ist, so wird unter exothermer Reaktion ein Gas erzeugt, das aus CO besteht oder hauptsächlich CO enthält. Es wird daher vermutet, dass ein großer Teil der bei der Bildung von CO freiwerdenden Energie in kinetische Energie umgewandelt wird. Auf diese Weise kann das gebildete CO die Funktion eines in situ erzeugten, energiereichen Molekularstrahles übernehmen, der auf das sich bildende erfindungsgemäße Kondensat gerichtet ist und der im abgeschiedenen Kondensat - zumindest teilweise - die Bildung sowie den Einbau von diamantartigen Kohlenstoffkristalliten verursacht bzw. ermöglicht.

Erfindungsgemäß können für die Herstellung eines Carbosilicates gasförmiges Silicium und Sauerstoff in atomarer bzw. in jeder bekannten molekularen Form verwendet werden. Vorzugsweise werden eine oder mehrere gasförmige Silicium-Sauerstoff-Verbindungen sowie gegebenenfalls gasförmiges Silicium gleichzeitig mit einer oder mehreren gasför­ migen Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs zur Reaktion gebracht. Beispiele für solche erfindungsgemäße Silicium-Sauerstoff-Verbindungen sind Siliciummonoxid, Siliciumdioxid und Siliciumsesquioxid. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn gleich­ zeitig als Kohlenstoff-Sauerstoff-Verbindung Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid verwendet wird.

Erfindungsgemäß können die in gasförmiger sowie atomarer und/oder molekularer Form verwendeten Edukte, Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff bzw. eine oder mehrere Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs, auch vom einem oder mehreren Quellen in situ erzeugt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden als derartige Quellen Aufdampfgüter eingesetzt, die feste Sauerstoffverbindungen des Siliciums und/oder eine Mischung aus Silicium und Siliciumdioxid sowie Kohlenstoff und/oder eine feste Kohlenstoff enthaltende Verbindung enthalten. Besonders bevorzugt als Silicium-Sauerstoff-Verbindungen sind sind in diesem Fall SiO₂ und/oder SiO.

Die an der Reaktion teilnehmenden Elemente und/oder Verbindungen können erfindungs­ gemäß von einer oder mehreren einzelnen Quellen, beispielsweise Aufdampfgütern, Verdampferwand, Strahlungsheizkörper etc., erzeugt werden. In einer besonders bevor­ zugten und preisgünstigen Ausführungsform werden alle an der Reaktion teilnehmenden und im Normzustand festen Elemente und/oder Verbindungen von demselben Aufdampf­ gut erzeugt.

Das Molverhältnis von Kohlenstoff zu Silicium kann in den erfindungsgemäß verwendeten Edukten in sehr weiten Bereichen variiert werden. Vorzugsweise werden die gasförmigen Kohlenstoff- und Silicium enthaltenden Edukte von solchen Quellen erzeugt, in denen das Molverhältnis von Kohlenstoff und/oder von Kohlenstoff in den Kohlenstoff enthaltenden Verbindungen zu Silicium und/oder den Silicium enthaltenden Verbindungen zwischen 0,01 : 1 und 1 : 1, insbesondere zwischen 0,1 : 1 und 1 : 1, liegt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird einem der Aufdampfgüter zusätzlich ein im Normzustand festes Metall, insbesondere ein Übergangsmetall, in elementarer Form oder als Verbindung zuzugeben. Dieser Zusatz zum Aufdampfgut wirkt nach den derzeitigen Erkenntnissen katalytisch auf die Bildung des erfindungsgemäßen Festkörpers. Erfindungsgemäß kann der Zusatz bis zu 15 Gew.-% der eingesetzten Aufdampfgüter betragen. Beispiele für derartige zuzusetzende Übergangs­ metalle sind Molybdän, Chrom und/oder Cer, aber auch Aluminium oder Magnesium, die beispielsweise in Form von elementarem Molybdän oder in Form einer Sauerstoff abspal­ tenden Verbindung, wie z. B. Cr₂O₃ oder CeO₂, zugesetzt werden können.

Die erfindungsgemäß verwendeten Aufdampfgüter können nach allen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden. In einer bevorzugten Variante werden SiO₂ und/oder eine andere Sauerstoffverbindung des Siliciums sowie gegebenenfalls elementares Silicium mit einem Kohlenstoff enthaltenden Binder oder Imprägnierungs­ mittel gemischt. Derartige Kohlenstoff enthaltende Substanzen können beispielsweise Peche, Öle, insbesondere schwere Öle, Kunstharze wie beispielsweise Phenolharze etc. sein. Diese Mischung wird durch Giessen, Pressen oder ein anderes bekanntes Verfahren in eine geeignete Form gebracht und anschließend zu dem erfindungsgemäß zu verwendenden Aufdampfgut verkokst.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der anorganische glasartige Festkörper nach seiner Bildung auf dem Substrat mit Hilfe von Methoden, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt sind, vom Substrat getrennt. Als hierfür geeignete Substrate werden Formkörper, beispielsweise in Hohlkörperform, verwendet, die z. B. aus niedrigschmelzen­ den Metallen (z. B. Zinn, Zink, Blei etc.) oder aus ihren niedrigschmelzenden Legierungen (z. B. 60 GT SN/40 GT Pb) oder aus in organischen oder wässerigen Lösungsmitteln löslichen organischen Verbindungen (z. B. PET, Polystyrol, Montanwachse, etc.) oder anorganischen Verbindungen (z. B. NaCl, NaF, etc.) bestehen. Nach den erfindungs­ gemäßen Aufkondensieren des erfindungsgemäßen Carbosilicates wird das Substrat nach bekannten Verfahren, z. B. Verflüssigung, Abätzen oder Auflösen des Substrates, von dem glasklaren Festkörper abgetrennt.

Die erfindungsgemäßen Carbosilicate weisen vorteilhafterweise eine thermische Stabilität des amorphen Zustandes aus, die derjenigen von Bleiglas vergleichbar ist und die damit deutlich über derjenigen bekannter Silicium-Sauerstoff-Netzwerke liegt. Diese hohe thermische Stabilität kommt vermutlich aufgrund der niedrigen Koordinationszahl 4 der beiden Festkörperkomponenten Kohlenstoff und Silicium zustande. Wegen der hohen thermischen Stabilität und des Einbaus von Kohlenstoffatomen in das Netzwerk besteht für die erfindungsgemäßen Festkörper ferner nicht die Gefahr einer Kristallisation der amorphen Sauerstoff-Silicium-Verbindung.

Besonders vorteilhaft erweist sich des Weiteren die hervorragende Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Wellenlängenbereich und die geringe bzw. fehlende Absorption der erfindungs­ gemäßen glasartigen Festkörper. Diese vorteilhaften Eigenschaften bleiben auch bei drei­ dimensionalen Körpern bzw. bei solchen Wand- und Schichtstärken erhalten, die deutlich über denen in der Dünnschicht-Technologie üblichen liegen.

Die erfindungsgemäßen Carbosilicate können mit Hilfe einfacher Vorrichtungen, beispielsweise in üblichen PVD-Anlagen, und aus sehr preisgünstigen Ausgangsstoffen, wie z. B. Graphit und Quarzsand, hergestellt werden. Dies ist insbesondere im Vergleich zu den nach dem Stand der Technik bekannten glasklaren Schichten von Vorteil. Ferner enthalten die erfindungsgemäßen Carbosilicate keine oder kaum Verunreinigungen von Wasserstoff und benötigen daher keine Ionenbestrahlung zur Steigerung ihrer Härte wie dies für Kohlenstoff enthaltende Plasmapolymerisat-Schichten der Fall ist.

Die erfindungsgemäßen glasartigen Festkörper weisen keine Movchan-Demchishin-Nadel­ struktur auf, die auf einen kristallinen Zustand bzw. kristalline Bereiche des amorphen Sauerstoff-Silicium-Netzwerkes hinweisen würde. Statt dessen haben die Carbosilicate spiegelglatte Oberflächen und sehr gute Elastizitätseigenschaften.

Wichtige Eigenschaften des erfindungsgemäßen Festkörpers, wie z. B. Brechungsindex, Härte, etc., können vorteilhafterweise durch eine Änderung der Zusammensetzung, ins­ besondere durch Änderung des Kohlenstoffgehaltes, variiert werden. Besonders vorteilhaft ist dabei die Möglichkeit, dass die Zusammensetzung auch kontinuierlich während der Herstellung des Carbosilicates verändert werden kann, so dass glasartige Festkörper beispielsweise mit verlaufendem, progressiv erhöhtem oder erniedrigtem Brechungsindex erfindungsgemäß hergestellt werden können.

Der erfindungsgemäße transparente und vorzugsweise farblose Festkörper eignet sich hervorragend für diverse bereits bekannte Anwendungen glasartiger anorganischer Schichten. Darüber hinaus erschließen sich dem Festkörper auch neue Anwendungsgebiete, die bisher Silicium-Sauerstoff-Verbindungen verschlossen waren.

Das erfindungsgemäße Carbosilicat eignet sich hervorragend für verschiedenste Sub­ stanzen als chemisch widerstandsfähige Schutzschicht, die außerdem - insbesondere bei hohem Kohlenstoffgehalt - sehr abriebfest und hart ist. Beispielsweise kann eine Schicht aus erfindungsgemäßem Carbosilicat als Korrosionsschutz verwendet werden. Produkte des täglichen Gebrauchs, die durch eine Schicht aus dem erfindungsgemäßen Carbosilicat geschützt werden können, sind z. B. Gegenstände mit kratzergefährdeten Glasoberflächen, Uhrengehäuse, Displays, vorderseitig metallisierte Spiegel, Essbesteck, Gegenstände aus Silber etc. Daneben können auch industriell benutzte Gegenstände durch Schutzschichten aus dem erfindungsgemäßen Festkörper geschützt werden. Besonders gut geeignet ist das erfindungsgemäße Carbosilicat als billige Schutzschicht für Substanzen, die bisher mit teuren Siliciummonoxid-Verbindungen geschützt werden, wie z. B. Magnetbänder, CDs, CVDs, Bauelemente der Halbleiterindustrie.

Nicht zuletzt können Carbosilicate auch als Schutzschichten für empfindliche metall­ bedampfte Kunststoffe und Kunststofffolien, wie beispielsweise aluminiumbedampfte Folien, Gedächtnisplatten (memory plates, z. B. Magnetbänder, CDs, CVDs) etc., ver­ wendet werden. Besonders vorteilhaft erweist sich dabei, dass das Bedampfen mit Metall und das Beschichten mit Carbosilicat in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt werden kann und so der nach dem Stand der Technik weitere Arbeitsgang des Lackieren eingespart wird.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Festkörpers als optischer Gegenstand stellt ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet dar. Wie bereits beschrieben kann durch geeignete Variation der Zusammensetzung der Brechungsindex in der gewünschten Weise verändert werden. Diese Veränderung kann gegebenenfalls sogar in einem einzigen Arbeitsgang entweder stufenlos oder stufenweise durchgeführt werden. Beispiele für die Verwendung des erfindungsgemäßen Carbosilicates als optische Formkörper sind Linsen mit stufenloser Änderung des Brechungsindex, sehr einfach herzustellende reflexändernde Schichten, Lichtleiter aus absorptionsfreien, abwechselnd niedrig- und hochbrechenden Schichten, dielelektrische Mehrfachschichtreflektoren als Laserspiegel oder andere optische Gegen­ stände der Lasertechnik, etc.

Die erfindungsgemäßen Festkörper können ferner als Dielektrika in elektrischen oder elektronischen Bauelementen und Geräten verwendet werden, wobei eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung des Carbosilicates eine gewünschte Steuerung beispiels­ weise des frequenzabhängigen Verlustfaktors, der Dielektrizitätskonstante, der Spannungs­ festigkeit oder der Wärmeleitfähigkeit ermöglicht.

Hervorragend geeignet sind Carbosilicate als lichtdurchlässige, farblose und glasklare Barrieren beispielsweise in der Verpackungsindustrie, insbesondere als Barriereschichten für Kunststofffolien. Daneben können z. B. auch anorganische und organische Substrate zu diesem Zweck mit Erfolg beschichtet werden. So verhindert beispielsweise bereits eine nur wenige Nanometer dicke Carbosilicatschicht die Verwitterung von empfindlichen Silicat­ gläsern mit hohem Alkali- oder Bleigehalt. Desgleichen wird von einer derartigen Schicht die photochemische Verfärbung eines mit Pigmenten, z. B. mit Rutilpigmenten, beladenen Acrylglases verhindert.

Ferner eignet sich der erfindungsgemäße Festkörper zur Verwendung beispielsweise auf den folgenden Gebieten: als thermisch sehr gut leitendes, aber elektrisch isolierendes Material, als farbloser und glasklarer Haftstoff für verschiedenste organische und anorga­ nische Festkörper, als Gleitmaterial mit niedrigem Reibkoeffizienten, als biologisch verträgliches Material oder als Interferenzschicht, die aus einer oder mehreren dünnen Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufgebaut ist.

Besonders vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Carbosilicat ferner als selbst­ tragender dünnwandiger Formkörper verwendet werden. Derartige Gegenstände, die weniger als 1 mm Wandstärke haben und chemisch äußerst widerstandfähig sind, sind aus dem Stand der Technik nur bedingt bekannt bzw. mit bekannten Verfahren nur bedingt herstellbar.

Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird der erfindungsgemäße Gegenstand anhand einiger Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert.

Beispiel 1

Eine nasse Pulvermischung bestehend aus Wasser, 1 GT (Gewichtsteil) Si, 2 GT SiO₂ und 0,2 GT Cr₂O₃ wird mittels Schlickergießverfahren in Zylinderform gegossen. Der Zylinder wird getrocknet und die so erhaltene Mischung wird in einen tiefen, zur Erzeugung von Richtstrahlen geeigneten Graphittiegel gebracht. Zur Heizung des Graphittiegels mittels Induktion, Photonen oder Elektronen wird ein beliebig ausgebildeter (z. B. mäander- oder spiralförmiger) Heizkörper verwendet. Tiegel und Heizkörper werden in einer LH UNIVEX Vakuumanlage unterhalb eines als drehbare Walze ausgebildeten Substrathalters, der mit einer 20 µm dicken PET-Folie bespannt ist, befestigt. Mischung, Graphittiegel und Heizkörper bilden die Aufdampfquelle.

Unterhalb des Substrathalters wird eine aus Blech geformte und mit einem Spalt versehene Schablone befestigt, auf deren unterer Seite ebenfalls ein PET-Film befestigt wird ohne den Spalt zu verdecken. Dadurch wird es ermöglicht, in einem Arbeitsgang mehrere streifen­ förmige Teile der auf der Walze aufgespannten PET-Folie zu bedampfen, indem die Walze nach dem Erreichen der jeweils gewünschten Schichtdicke um einige Grad gedreht und so ein unbedampfter Streifen des PET-Substrates freigegeben wird. Demgegenüber wird auf dem PET-Substrat der Schablone eine "Dickschicht" des erfindungsgemäßen Festkörpers aufkondensiert, die beispielsweise durch Auflösen der PET-Folie in einem geeigneten Lösungsmittel von dieser getrennt werden kann.

Fig. 1 zeigt die Anordnung von Mischung M, Graphittiegel G und Heizkörperspiralen H und diejenige von Substrathalter SH, dem Substrat PET und der Schablone S im Verhältnis 1 : 1 zum Original.

Nach Absaugen der Vakuumanlage auf 10^-4 mbar wird der Heizkörper zwecks Erwärmung des Tiegels aktiviert. Nach kurzem Entgasen beginnt die chemische Reaktion und das gleichzeitige Aufsublimieren bei einer Temperatur von etwa 1400°C. Die chemische Reaktion besteht aus der bekannten Bildung eines SiO-Dampfes, der u. a. auch O, O₂, SiO₂ und Si enthält, begleitet von einer mit zunehmendem Reaktionsverlauf langsam ab­ klingenden Sauerstoffabgabe der sich zersetzenden, in der Mischung anwesenden Chrom- Sauerstoff-Verbindung. Der Sauerstoff reagiert mit der inneren Wand des Graphittiegels und bildet erfindungsgemäß ein chemisch hochreaktives und mehrheitlich aus CO be­ stehendes Kohlenstoffgas. Kohlenstoffgas und SiO-Dampf vermischen sich und reagieren in der Gasphase und/oder beim Aufkondensieren auf dem PET-Substrat unter Bildung eines glasklaren Festkörpers. Das als Verunreinigung im Siliciumdioxid enthaltene Molybdän bildet mit dem im Aufdampfgut entstehenden Sauerstoff flüchtige Molybdän­ oxide und wird ebenfalls in Spuren in den kondensierenden Festkörper eingebaut.

Es werden nacheinander mehrere streifenförmige Festkörperschichten mit einer Gesamt­ dicke von ca. 5000 nm auf das von der Walze getragene PET-Substrat aufkondensiert.

Die chemische Zusammensetzung einiger derart hergestellter Kondensatschichten wurde mit Hilfe des bekannten XPS-Verfahrens (ESCA) in einem Perkin Eimer Messgerät exakt bestimmt (vgl. Tabelle 1) sowie die ESCA-Tiefenprofile dreier Kondensatschichten aufge­ nommen (vgl. Fig. 2 bis 4). Bei diesen Untersuchungen wurden zuerst die verunreinig­ ten Oberflächen der Kondensate durch Zerstäubung (Sputtern) abgetragen, damit aus­ schließlich die chemische Zusammensetzung der Kondensatschichten verlässlich bestimmt werden konnte. Sämtliche Kondensate sind glasklar, wobei der Kohlenstoffgehalt zwischen 40,2 Mol-% beim ersten Kondensat und 0,4 Mol-% beim letzten Kondensat liegt. Die ersten Kondensate weisen einen Kohlenstoffgehalt auf, der den Gehalt an Silicium deutlich übertrifft, während die letzten Kondensate infolge der abklingenden CO-Bildung bei der Herstellung dieser Kondensate nur einen sehr geringen Kohlenstoffgehalt aufweisen.

Tabelle 1

Mit ESCA gemessene Atomkonzentrationen einiger Kondensatschichten in %; in Klammern angegeben ist das angeregte Orbital des jeweiligen Elementes.

(Das erste und zweite Kondensat wurden ziemlich zu Beginn, das dritte und vierte Kondensat gegen Ende der oben beschriebenen Reaktion als streifenförmige Festkörper­ schichten auf das von der Walze getragene PET-Substrat aufkondensiert.)

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen die entsprechenden ESCA-Tiefenprofile des ersten, dritten und vierten Kondensates, in denen die gemessenen Atomkonzentrationen gegen die Sputterzeit aufgetragen sind.

Die Messreihe macht deutlich, dass vermutlich mindestens zwei gleichzeitig verlaufende Vorgänge für den Einbau von Kohlenstoff in das Silicium-Sauerstoff-Netzwerk unter Bildung der Carbosilicate verantwortlich sind: Das in der Gasphase befindliche CO wird gespalten und dadurch der Sauerstoffanteil des üblicherweise aufkondensierenden Siliciumsesquioxids erhöht und gleichzeitig Kohlenstoff in die Si-O-Matrix eingebaut. Bei den ersten Kondensaten entsteht aufgrund des in größeren Mengen vorhandenen CO eine annähernd stöchiometrische SiO₂-Matrix. Mit abnehmender Sauerstoffabgabe der Chrom­ verbindung, d. h. mit abnehmender Bildung von CO, entsteht annähernd eine Silicium­ sesquioxid-Matrix. Als zweiter, bei den späteren Kondensaten zunehmend in Erscheinung tretender Vorgang ist die Disproportionierung von CO in CO₂ und C zu beobachten. Die bei den letzten Kondensaten eingebauten kleinsten Mengen an Kohlenstoff reichen aus, um die einwandfreie Lichtdurchlässigkeit des normalerweise stark lichtabsorbierenden (gelb­ lichen) Siliciumsesquioxids zu gewährleisten.

Ferner wurden auch die Sauerstoffpermeabilitäten von einigen 50 bis 100 nm starken Schichten mit unterschiedlichem Kohlenstoffanteil gemessen, wobei die gemessenen Permeabilitäten sehr niedrig (≦ 3 cm³/m²dbar in der Regel sogar ≦ 1 cm³/m²dbar) und teilweise sogar unter der Messempfindlichkeit lagen.

Auf diese Weise hergestellte Carbosilicate zeigen auch nach langer Lagerung an Luft keine Veränderung ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften.

Beispiel 2

In einer Bandbedampfungsanlage werden lamellenförmige widerstandsbeheizte Strahlungsheizkörper aus Graphit eingebaut. Der Raum zwischen und unterhalb der Strahlungsheizkörper wird mit Aufdampfgut bestehend aus verpressten Pulvermischungen von Si und SiO₂ derart aufgefüllt, dass der Abstand zwischen Aufdampfgut und Strahlungsheizkörper etwas 5 mm beträgt.

Nach Absaugen der Bandbedampfungsanlage auf etwa 10^-4 mbar wird durch Aufheizen des Strahlungsheizkörpers das bekannte Aufsublimieren von Suboxiden des Siliciums eingeleitet. Nachdem der so erzeugte Dampfdruck etwa 0,5 mbar erreicht hat und der Druck in der Bandbedampfungsanlage infolge der bekannten Getterwirkung auf etwa 7 × 10^-5 mbar gesunken ist, wird durch ein poröses, vor einem Bedampfen geschütztes Filterrohr Sauer­ stoff in die Anlage geleitet. Der Sauerstoff reagiert mit den aus Graphit bestehenden, auf­ geheizten Strahlungsheizkörpern unter Bildung von CO, welches in der beschriebenen Weise nach Spaltung und/oder Disproportionierung zum erwünschten Einbau von Kohlen­ stoffatomen in das gleichzeitig aus Silicium und Sauerstoff gebildete Netzwerk führt.

Durch Einstellen der Aufdampftemperatur und der Sauerstoffzufuhr kann die Zusammen­ setzung der aufkondensierten, aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Silicium bestehenden Schicht in weiten Grenzen auch während der eigentlichen Bedampfung, d. h. ohne Wechsel des Aufdampfgutes, variiert werden.

Beispiel 3

Fein gepulvertes Quarz wird mit ebenfalls feinem, von Kohlenwasserstoffverbindungen befreitem Kohlepulver im Verhältnis 1 Mol Quarz zu 0,5 bis 1 Mol Kohlepulver sowie geringen Mengen von Cerdioxid gemischt. Die Mischung wird pelletisiert und die Press­ linge werden in Tiegel gefüllt, die gemäß der DE 44 39 519 gebaut und angeordnet sind. Verwendet werden Tiegel aus Graphit, Korund und Bornitrid. Nach Aktivierung der Strahlungsheizkörper wird im Aufdampfgut die erwünschte Bildung von CO und die Bildung von Suboxiden des Siliciums eingeleitet, die dann zu der erwünschten Bildung eines erfindungsgemäßen Netzwerkes führt. Im Gegensatz zu den Beispielen 1 und 2 wird hier das CO nicht "außerhalb", sondern im Aufdampfgut selber erzeugt.

Beispiel 4

Verwendet wird die in Beispiel 3 beschriebene Vorrichtung. In diesem Fall wird das SiO₂- Pulver jedoch mit verschiedenen organischen oder anorganischen Reaktionspartnern, die über einen mehr oder weniger großen Kohlenstoffanteil verfügen, vermischt. Als Reak­ tionspartner werden Klebstoffe, Phenolharze, Metall-Kohlenstoff-Verbindungen bzw. sich bei Wärme zersetzende Öle verwendet. Es zeigt sich, dass auch diese Kohlenstoff enthal­ tenden Reaktionspartner nach einer gewissen Entgasungszeit zur Erzeugung von Sauer­ stoffverbindungen des Kohlenstoffs und zur Herstellung von Carbosilicaten nach dem unter Beispiel 3 beschriebenen Verfahren geeignet sind.

Beispiel 5

In einer Vakuumanlage wird mittels Elektronenstrahlen Silicium angeschmolzen. Der aus diesem angeschmolzenen Silicium erzeugte Si-Dampf wird mit CO-Gas und gegebenen­ falls einem anderen Sauerstoff enthaltenden Gas gemischt und anschließend wird das erfindungsgemäße Carbosilicat kondensiert. Die hier verwendeten Siliciumsorten ent­ hielten stets geringe Mengen, d. h. bis zu 0,5 Mol-%, Verunreinigungen an Übergangs­ metallen, die zum Teil mitverdampft wurden und entsprechend auch im Kondensat enthal­ ten sind.

Durch Steuerung der Gaszufuhr und/oder der Gasmischung können transparente und farb­ lose Kondensate mit verschiedenen Zusammensetzungen und dementsprechend auch mit verschiedenen chemischen und physikalischen Eigenschaften hergestellt werden.

Beispiel 6

Es wird analog zu Beispiel 5 vorgegangen. Anstelle von CO-Gas wird CO₂-Gas verwendet. Dieses zersetzt sich in der Vakuumanlage unter der Einwirkung eines Hochfrequenz­ plasmas in Kohlenstoffsuboxide und Sauerstoff. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften des aufkondensierenden Carbosilicates können durch Veränderungen der Gaszufuhr bzw. des Hochfrequenzplasmas variiert werden.

Anstelle des Hochfrequenzplasmas können auch andere bekannte Methoden für die beschriebene Zersetzung eingesetzt werden, beispielsweise UV-Licht oder die Kontak­ tierung mit einer ca. 1000°C heißen Oberfläche aus z. B. Graphit.

Beispiel 7

In einer Vakuumanlage werden als Aufdampfgut Körner aus SiC oder einer Mischung aus Si und C auf eine poröse Unterlage aus einer hochschmelzenden Sauerstoffverbindung (z. B. Korund) aufgebracht. Die Oberfläche des Aufdampfgutes wird mittels Elektronen­ strahl oder Photonen auf etwas 1500°C erwärmt. Dann wird die Unterseite der porösen Unterlage mit Sauerstoff oder mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas beflutet. Das durch die Poren dringende Gas bildet mit dem Aufdampfgut flüchtige Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs und des Siliciums, die in Form eines amorphen aus Silicium und Sauer­ stoff bestehenden Netzwerkes mit eingebauten Kohlenstoffatomen auf einem bewegten oder unbewegten Substrat aufkondensiert werden. Mit gleichem Erfolg können anstelle der körnigen Edukte auch Pellets oder größere poröse Presslinge als Aufdampfgut eingesetzt werden.

Beispiel 8

Fein gepulverter Quarzsand wird mit Imprägnier- und Bindepech gemischt und verpresst. Nach dem Verkoksen des Presslings wird dieser im Vakuum auf 1200-1500°C erwärmt und dadurch eine Dampf- bzw. Gasentwicklung induziert. Gleichzeitig wird bei dieser Temperatur unter teilweiser autokatalytischer Wirkung der Dämpfe und Gase die chemische Reaktion zur Bildung des erfindungsgemäßen Kondensats durchgeführt.

Beispiel 9

In einer Sputteranlage werden Targets aus Silicium und Graphit oder aus einer Silicium- Sauerstoff-Verbindung und Graphit in einer Gasmischung aus Argon und Sauerstoff zerstäubt und zur Bildung des erfindungsgemäßen Kondensates bestehend aus einem Sauerstoff-Silicium-Netzwerk mit eingebauten Kohlenstoffatomen benutzt. Durch Veränderung der Abmessungen des Targets sowie der Zusammensetzung der Gasmischung können die Eigenschaften des Kondensates in weiten Bereichen beeinflusst werden.

Claims (37)

1. Glasartiger anorganischer Festkörper, dadurch gekennzeichnet, dass er im sichtbaren Wellenlängenbereich transparent und annähernd farblos ist, dass er die Elemente Kohlenstoff, Silicium und Sauerstoff enthält, dass das molare Verhältnis von Sauerstoff zu Silicium zwischen 1,5 : 1 und 2 : 1 liegt und dass der Gehalt an Kohlenstoff bis zu 50 Mol-% beträgt.

2. Glasartiger anorganischer Festkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er farblos ist.

3. Glasartiger anorganischer Festkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem amorphen Netzwerk aus Silicium- und Sauerstoffatomen besteht, in das die Kohlenstoffatome als Netzwerkbildner und/oder Netzwerkwandler eingebaut sind.

4. Glasartiger anorganischer Festkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er Kohlenstoffatome in tetraedrischer Umgebung und/oder in Form diamantartiger Kristallite aufweist.

5. Glasartiger anorganischer Festkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich ein im Normzustand festes Metall, insbesondere ein Übergangsmetall, enthält.

6. Glasartiger anorganischer Festkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der im Normzustand festen Elemente mindestens 40 Mol-% beträgt.

7. Glasartiger anorganischer Festkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis von Sauerstoff zu Silicium zwischen 1,6 : 1 und 1,9 : 1, insbesondere zwischen 1,7 : 1 und 1,8 : 1, liegt.

8. Glasartiger anorganischer Festkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Kohlenstoff zwischen 0,4 und 40 Mol-%, insbesondere zwischen 4 und 30 Mol-%, beträgt.

9. Glasartiger anorganischer Festkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er Kohlenstoff enthält, der durch Spaltung und/oder Disproportionierung einer flüchtigen Kohlenstoff enthaltenden Verbindung, insbesondere von CO, entstanden ist.

10. Glasartiger anorganischer Festkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, erhältlich durch ein PVD-Verfahren, insbesondere durch ein Vakuumaufsublimierverfahren, durch ein Vakuumaufdampfverfahren aus der Schmelze und/oder durch Sputtern.

11. Verfahren zur Herstellung eines glasartigen anorganischen Festkörpers mit den folgenden Schritten:

• - als Edukte werden gasförmige Atome und/oder Verbindungen des Siliciums und Sauerstoffs sowie gasförmige Atome und/oder eine oder mehrere gasförmige Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs verwendet und/oder von einer oder mehreren Quellen erzeugt
• - als Substrat wird ein Festkörper verwendet
• - die Edukte werden als Strahlen gleichzeitig auf das Substrat gerichtet
• - die Edukte reagieren vor und/oder beim Kondensieren auf dem Substrat
• - der im Normzustand feste, im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Silicium und Sauerstoff bestehende Anteil der Reaktionsprodukte kondensiert auf dem Substrat auf
• - die nicht abgeschiedenen gasförmigen Substanzen werden aus dem Reaktionsraum entfernt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der im Normzustand feste Anteil der Reaktionsprodukte als amorphes Netzwerk, bestehend aus den Silicium- und Sauerstoffatomen, in das die Kohlenstoffatome eingebaut sind, auf dem Substrat aufkondensiert.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der glasartige anorganische Festkörper in einer PVD-Anlage, insbesondere einer statischen PVD-Anlage oder einer nach dem PVD-Verfahren arbeitenden Bandbedampfungsanlage, oder in einer Sputter-Anlage hergestellt wird.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmige Sauerstoffverbindung des Kohlenstoffs aus Kohlenstoff und/oder einer Kohlenstoff enthaltenden Verbindung erzeugt wird.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Sauerstoff enthaltende Verbindung des Kohlenstoffs Kohlenmonoxid und/oder Kohlensuboxid verwendet wird und dass diese Verbindungen zur Disproportionierung und/oder Spaltung gebracht werden.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoff, der auf mindestens 900°C erwärmt ist, einem Strom von molekularem und/oder atomarem Sauerstoff ausgesetzt wird und dass das so erzeugte Kohlenstoff-, Sauerstoff- und/oder CO-enthaltende Gas in statu nascendi mit den anderen an der Reaktion teilnehmenden Edukten reagiert.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Edukte gasförmiges Silicium und eine oder mehrere gasförmige Silicium-Sauerstoff- Verbindungen oder eine oder mehrere gasförmige Silicium-Sauerstoff-Verbindungen gleichzeitig mit einer oder mehreren gasförmigen Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs, insbesondere mit CO und/oder CO₂, verwendet werden.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Quellen zur Herstellung der Edukte Aufdampfgüter verwendet werden, die eine feste Sauerstoffverbindung des Siliciums, insbesondere SiO₂ und/oder SiO, und/oder eine Mischung aus Silicium und Siliciumdioxid zusammen mit Kohlenstoff und/oder einer festen Kohlenstoff enthaltenden Verbindung enthalten.

19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche, an der Reaktion teilnehmenden und im Normzustand festen Elemente und/oder Verbindungen von derselben Quelle erzeugt werden.

20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmigen Edukte von Quellen erzeugt werden, in denen das Molverhältnis von Kohlenstoff und/oder von Kohlenstoff in den Kohlenstoff enthaltenden Verbindungen zu Silicium und/oder zu Silicium in den Silicium enthaltenden Verbindungen zwischen 0,01 : 1 und 1 : 1 liegt.

21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Quellen zusätzlich ein die Bildung des glasartigen anorganischen Festkörpers begünstigendes und im Normzustand festes Metall, insbesondere ein Übergangsmetall, in elementarer Form oder als Verbindung beigegeben wird.

22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Quelle für die Edukte Siliciumdioxid und/oder eine andere Sauerstoffverbindung des Siliciums und gegebenenfalls Silicium mit einem Kohlenstoff enthaltenden Binder oder einem Kohlenstoff enthaltenden Imprägnierungsmittel gemischt wird, dass diese Mischung durch Giessen, Pressen oder ein anderes bekanntes Verfahren geformt wird und dass dieses Formstück verkokst wird.

23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der glasartige anorganische Festkörper nach seiner Bildung vom Substrat getrennt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat ein niedrigschmelzendes Metall oder eine niedrigschmelzende Legierung oder eine in organischen Lösungsmitteln oder in Wasser lösliche Verbindung verwendet wird.

25. Verwendung eines glasartigen anorganischen Festkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 als Schutzschicht.

26. Verwendung nach Anspruch 25 für korrodierende Gegenstände.

27. Verwendung nach Anspruch 25 für Glasoberflächen, Kunststoffe, Kunststofffolien, metallbedampfte Kunststoffe, metallbedampfte Kunststofffolien, Halbleiter und/oder Gegenstände aus Metallen, insbesondere aus Silber.

28. Verwendung nach Anspruch 27 für Spiegel, Uhrengehäuse, Compact Disks, Compact Video Disks und/oder Displays.

29. Verwendung eines glasartigen anorganischen Festkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 als optischer Gegenstand, insbesondere als Linse, als reflexvermindernde oder -verstärkende Schicht, als Element der Lichtleitertechnik oder in der Lasertechnik.

30. Verwendung eines glasartigen anorganischen Festkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 als Dielektrikum in elektrischen oder elektronischen Bauelementen oder Geräten.

31. Verwendung eines glasartigen anorganischen Festkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 als Barriereschicht.

32. Verwendung nach Anspruch 31 in der Verpackungsindustrie, insbesondere für Kunststofffolien.

33. Verwendung eines glasartigen anorganischen Festkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 als Haftstoff für organische und anorganische Festkörper.

34. Verwendung eines glasartigen anorganischen Festkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 als thermisch sehr gut leitendes, aber elektrisch isolierendes Material.

35. Verwendung eines glasartigen anorganischen Festkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 als Gleitmaterial mit niedrigem Reibkoeffizienten.

36. Verwendung eines glasartigen anorganischen Festkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 als Interferenzschicht.

37. Verwendung eines glasartigen anorganischen Festkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 als biologisch verträgliches Material.