DE3425467C2

DE3425467C2 -

Info

Publication number: DE3425467C2
Application number: DE19843425467
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. Steininger; Heinz-Werner Dr. 6392 Neu-Anspach De Etzkorn
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1984-07-11
Filing date: 1984-07-11
Publication date: 1988-06-30
Also published as: DE3425467A1; EP0190179A1; WO1986000649A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Farbeindrucks von Titannitridschichten mittels plasma gestützter Beschichtungsmethoden, insbesondere mittels Magnetronaufstäubung, unter Verwendung eines Prozeßgases aus einem Edelgas und Stickstoff.

Dekorative Hartstoffbeschichtungen aus Titannitrid auf Substraten aus beliebigen Materialien wie Kunststoff, Keramik, Metall oder Metallegierung, können durch physi kalische Beschichtungsmethoden wie Magnetronaufstäubung oder Ionenplattieren abgeschieden werden. Die Farbskala solcher Schichten reicht von weiß- über geld- bis rotgold. Gegenüber reinen Goldschichten werden goldfarbene Titan nitrid-Schichten jedoch im allgemeinen als kalt empfunden. Dieser Umstand wirkt sich beim Einsatz von Titannitrid für dekorative Anwendungen, insbesondere als Goldersatz, störend aus.

Es ist bekannt, daß durch Variation der Verfahrensbe dingungen wie Biasspannung und Temperatur, der Farbein druck der Titannitrid-Schichten beeinflußt werden kann (vgl. "Metalloberfläche", 37 (1983), Heft 7, S. 279-285). Dabei wird jedoch die Morphologie der Schicht geändert. Bei niedriger Biasspannung und/oder niedrigen Temperaturen erhält man z. B. poröse Schichten, ist die Temperatur höher, so zeigen die Schichten ein unerwünscht stengeliges Aussehen.

Gewünscht werden Titannitrid-Schichten, die die heraus ragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften von Titannitrid wie große Härte und damit hohe Kratz festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen und zudem einen warmen Goldfarbton zeigen.

Der subjektive Eindruck eines warmen Goldfarbtons ent steht z. B. durch Erhöhung des Rotwertes bzw. durch eine Verringerung des Grünanteils, d. h. des Schwarzschleiers der Schicht. Dies wird durch bloße Erhöhung des Stick stoffgehalts in der Titannitrid-Schicht nicht erreicht, da die damit verbundene Erhöhung des Rotwertes stets mit einer Abnahme des Gelbanteils einhergeht. Daher werden zunehmend rötlich-braune Schichten erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Rotwert von Titannitrid-Schichten durch eine einfach durchzu führende Variation der Beschichtungsbedingungen zu er höhen, bzw. den Grünanteil zu senken, ohne den Gelbwert der Schicht zu beeinflussen. Ferner sollte das Verfahren keine Änderung der physikalischen und chemischen Eigen schaften, insbesondere der Korrosionsbeständigkeit und der Kratzfestigkeit des Titannitrids, bewirken.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Reaktionsraum zwischen einem Target und dem zu beschichtenden Substrat ab etwa der Mitte der Beschich tungszeit oder gegen Ende der Beschichtung Kohlenwasser stoff eingebracht wird, wobei die Durchflußmenge des Kohlenwasserstoffs kontinuierlich gesteigert wird.

Die Abscheidung der Titannitrid-Schichten erfolgt auf an sich bekannte Weise durch plasmagestützte Abscheide methoden in einer Vakuumbeschichtungsapparatur, vorzugs weise durch Magnetronaufstäubung. Zu den üblicherweise verwendeten Prozeßgasen Argon und Stickstoff wird der Kohlenwasserstoff eingelassen. Geeignet sind alle ge sättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 3 Kohlenstoff-Atomen. Die Reaktionsbedingungen, insbesondere die Vorspannung und die Temperatur des Substrats werden auf für homogene und geschlossene Schichten günstige Werte eingestellt. Überraschenderweise zeigt es sich, daß bei vorgegebenen Abscheidegeschwindigkeiten und konstant gehaltenem Argon- und Stickstoffdurchfluß der Rotwert der abge schiedenen Titannitrid-Schichten empfindlich von der Durchflußmenge des in die Apparatur eingeleiteten Kohlen wasserstoffs abhängt. Die Durchflußmengen der zur Be einflussung des Farbeindrucks zugesetzten Kohlenwasser stoffe liegen zwischen 0,05 und 1 cm³/Min. Wenn der Kohlenwasserstoff erst etwa ab der Mitte der gesamten Beschichtungszeit oder gar erst gegen Ende der Beschich tung dem Reaktionsraum zugeführt wird und dabei die Durchflußmenge kontinuierlich vorzugsweise von null auf etwa 1 cm³/Min. gesteigert wird, wird der Farbeindruck lediglich in dem äußeren Teil der Schicht verbessert.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird der Kohlenstoff durch Verwendung eines Titancarbid-Targets anstelle eines reinen Titan- Targets zugeführt. In diesem Fall werden als Prozeßgase nur Edelgase, vorzugsweise Argon, und Stickstoff eingesetzt. Bei vorgegebenen Abscheideparameters wie Abscheidege schwindigkeit, Edelgasdurchfluß und Vorspannung usw. hängt der Farbton der abgeschiedenen Titannitrid-Schicht allein von dem eingestellten Stickstoff-Durchfluß ab. Der Durch flußwert des Stickstoffs kann auch hier ab etwa der Mitte der gesamten Beschichtungszeit oder gegen Ende der Be schichtung kontinuierlich reduziert oder erhöht werden, wodurch die Schicht erst an der Oberfläche den gewünschten Farbton aufweist.

Die Beschichtung wird typischerweise bei einem Restgas druck von weniger als 2 · 10^-6 mbar durchgeführt. Die Abscheideraten liegen zwischen 1,0 und 2,0 nm/Sek., vorzugsweise 1,5 nm/Sek. Der Argon-Durchflußwert beträgt z. B. 10,5 bis 13,5 cm³/Min., der Stickstoff-Durchfluß wert z. B. 2 bis 10 cm³/Min. Der Durchflußwert des Kohlen wasserstoffs kann zwischen 0,05 und 1 cm³/Min. variieren.

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Beispiels näher erläutert.

Beispiel

Bei einer Abscheidegeschwindigkeit von 1,5 nm/Sek. und einem Argon- und Stickstoffdurchfluß von 13,5 cm³/Min. bzw. 3,06 cm³/Min. wird durch reaktives Magnetronauf stäuben eines reinen Titan-Targets auf einem Edelstahl- Werkstück eine goldfarbene Titannitrid-Schicht erhalten. Die an dieser Schicht unter Verwendung einer D65 Licht quelle gemessenen Farbkoordinaten (CIE 1976) L* (Brillanz), a* (Rotwert) und b* (Gelbwert) betragen L*=59,9, a*= 3,0 und b*=30,3. Läßt man unter sonst gleichen Bedin gungen zusätzlich einen Kohlenwasserstoff, z.B. Acetylen, mit Durchflußwerten von beispielsweise 0,25 und 0,50 cm³/ Min. ein, so erhält man für die abgeschiedenen Titannitrid- Schichten Farbkoordinaten von L*=55,7, a*=5,8 und b*=30,3 bzw. L=55,0, a=7,5 und b=25,4. Die Zunahme des Rotwertes a bei Kohlenstoffzugabe während der Titannitrid-Abscheidung ohne Änderung des Goldwertes b* ist im ersten Teil signifikant. Das Beispiel macht aber auch deutlich, daß bei höheren Kohlenwasserstoff zugaben der Gelbwert abnimmt.

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung des Farbeindrucks von Titan nitrid-Schichten mittels plasmagestützter Beschichtungs methoden, insbesondere mittels Magnetronaufstäubung, unter Verwendung eines Prozeßgases aus einem Edelgas und Stickstoff, dadurch gekennzeichnet, daß in den Reaktionsraum zwischen einem Target und dem zu beschichtenden Substrat ab etwa der Mitte der Be schichtungszeit oder gegen Ende der Beschichtung Kohlen wasserstoff eingebracht wird, wobei die Durchflußmenge des Kohlenwasserstoffs kontinuierlich gesteigert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Reaktionsraum gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 3 C-Atomen eingeleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoff Acetylen eingeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge des Kohlenwasserstoffs auf 0,05 bis 1 cm³/Min. eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Target aus Titancarbid verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ab etwa der Mitte der gesamten Beschichtungszeit oder gegen Ende der Beschichtung die Durchflußmenge des Stick stoffs kontinuierlich verändert wird.