DE3704328A1 - Schichtwerkstoff oder schichtwerkstueck sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstücke, insbesondere für die Herstellung von Gleit- oder Reibelementen, mit mindestens einer im Vakuum durch Auftragen von bis zu molekularer bzw. atomarer Größe feinen Materialteilchen aus einer Dampf- oder Feinteilchen-Phase aufgebauten Schicht. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung von solchem Schichtwerkstoff bzw. solchen Schichtwerkstücken.

Für den Aufbau von Schichtwerkstoffen bzw. Schichtwerkstücken durch Aufdampfen oder Aufbringen einer Funktionsschicht mittels Kathodenzerstäubung sind bereits die verschiedensten Verfahren bekannt. Es lassen sich in diesen bekannten Verfahren auch feine Strukturen in solchen Funktionsschichten erreichen, jedoch konnten in den bisherigen Aufdampf- und Kathodenzer­ stäubungs-Verfahren beträchtliche Mängel nicht behoben werden: Die Beeinflussung der Struktur der in diesen bekannten Verfahren aufgebauten Funktionsschichten war bisher nur sehr begrenzt möglich. Die Haftfähigkeit der in diesen bekannten Verfahren aufgebauten Funktionsschichten auf der Substratober­ fläche war oftmals mangelhaft und konnte bisher nicht in re­ produzierbarer Weise im Sinne einer Verbesserung wesentlich beeinflußt werden. Die Abscheidungsrate zur Bildung der Funktionsschicht war insbesondere bei Kathodenzerstäubungs­ verfahren bisher für fabrikatorische Herstellung von Schicht­ werkstoffen und Schichtwerkstücken zu gering. Bei Bildung der Funktionsschicht durch Aufdampfen im Vakuum, läßt sich zwar er­ heblich größere Abscheidungsrate als bei Kathodenzerstäubungs­ verfahren erreichen, jedoch haben die aufgedampften Funktions­ schichten nur geringe Haftfestigkeit zum Substrat und geringe Gefügedichte.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, Schichtwerkstoff bzw. Schichtwerkstücke für die Herstellung von Gleit- oder Reibelementen hinsichtlich der Haftfestigkeit der Gleit- bzw. Reibschicht auf dem Substrat und hinsichtlich der Kompaktheit der Gleit- bzw. Reibschicht zu verbessern, und zwar auch gegenüber solchem Schichtwerkstoff oder solchen Schichtwerkstücken, deren Gleit- bzw. Reibschicht durch Kathodenzerstäubung oder Aufdampfen hergestellt ist. Dabei soll die Abscheidungsrate des die Gleit- bzw. Reib­ schicht bildenden Materials bzw. Materialgemisches er­ heblich vergrößert werden, insbesondere gegenüber der bei Kathodenzerstäubung erreichbaren Abscheidungsrate.

Diese Aufgabe wird gelöst durch Schichtwerkstoff bzw. Schichtwerkstücke, die sich dadurch kennzeichnen, daß die Teilchen in der aus einer Dampf- oder Feinstteilchen- Phase aufgebauten Schicht in einem feinen, vorzugsweise fein­ kristallinen, praktisch isotropen Gefüge auf die Dichte des entsprechenden kompakten Materials zusammengepackt sind und im Grenzflächenbereich der aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufgebauten Schicht mit einer darunter angeordneten Schicht eine diffusionsartige Durchsetzung der darunter angeordneten Schicht mit Materialteilchen der aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufgebauten Schicht sowie Einlagerung von Materialteilchen der darunter angeordneten Schicht in die aus einer Dampf- oder Feinst­ teilchen-Phase aufgebauten Schicht vorhanden sind.

Im Unterschied zu den in den bekannten Bedampfungs- und Kathodenzerstäubungs-Verfahren aufgebauten Funktions­ schichten ist gemäß der Erfindung die Gleit- bzw. Reib­ schicht nicht mehr durch einfaches Aufeinanderfügen und einfaches Verankern der Teilchen aus der Dampf- bzw. Feinstteilchen-Phase gebildet, sondern in feinem, bevorzugt feinkristallinem Strukturaufbau wie er nur erreichbar ist, wenn die zum Aufbau der Schicht herangeführten Teilchen noch während des Einbaues in die Schicht erhebliche Relativgeschwindigkeiten zueinander aufweisen. Die so nach der Art eines Kristallisationsvorganges aufgebaute Gleit- bzw. Reibschicht erhält dadurch eine Kompaktzeit, die im wesentlichen dem kompakten Material entspricht. Dadurch werden die Festigkeit, die Ermüdungsfestigkeit, die Trag­ fähigkeit und weitere für Gleit- und Reibelemente wichtige Eigenschaften der Gleit- bzw. Reibschicht wesentlich ver­ bessert. Trotz der beim Zusammenbau der Materialteilchen in der Schicht herrschenden, relativ starken Teilchenbe­ wegung lassen sich Gleit- bzw. Reibschichten gemäß der Er­ findung mit sehr hohen Abscheidungsraten, hoher Haftfestig­ keit am Substrat und hoher Gefügedichte aufbauen, wie dies bei den bisherigen Aufdampfverfahren und Kathodenzer­ stäubungsverfahren nicht möglich gewesen ist.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können in die aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufgebaute Schicht dispersionshärtende Hartstoffteilchen in einer der gewünschten Schichthärte vorher bestimmbaren Menge eingelagert sein. Dabei sollte die aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufgebaute Schicht ein Metall oder eine Metall-Legierung enthalten, und die Hartstoff­ teilchen sollten aus einer oder mehreren während des Be­ schichtens gebildeten chemischen Verbindungen des Metalls oder mindestens einer metallischen Legierungskomponente bestehen, wobei gilt:

< 1.

Im Rahmen der Erfindung kann auch die gesamte, aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufgebaute Schicht im wesentlichen durch eine während des Schichtaufbaus ge­ bildete und in status nascendi in die Schicht eingelagerte chemische Verbindung, vorzugsweise chemische Metallver­ bindung gebildet sein.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung, die insbe­ sondere für die Herstellung von Gleitlagern gedacht ist, kann die aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufge­ baute Schicht als Gleitschicht aus Gleitlagerwerkstoff oder mit einer Matrix aus Gleitlagerwerkstoff ausgebildet sein.

Dabei kann die aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufgebaute Schicht in einer Matrix aus vorzugsweise metallischem Gleitlagerwerkstoff Feinstteilchen aus die Gleiteigenschaften verbesserndem Stoff oder verbessernden Stoffen enthalten. In dieser Ausführungsform der Er­ findung kommen die durch die erfindungsgemäße Struktur der Gleitschicht und die erfindungsgemäße Verbindung dieser Gleitschicht mit der Substratoberfläche erzielten Vorteile zu besonders günstiger Wirkung.

Wenngleich denkbar wäre, die mit wesentlich vergrößerter Kompaktheit und wesentlich verbesserter Bindung zum Substrat ausgestattete Schicht des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffes bzw. der erfindungsgemäßen Schicht­ werkstücke dadurch zu erzeugen, daß während des Aufbaus der Schicht aus der Dampf- oder Feinstteilchen-Phase eine beträchtlich erhöhte Temperatur an der zu beschichtenden Oberfläche aufrechterhalten wird oder auch die Relativ­ bewegung der in die Schicht einzubauenden Teilchen in anderer Weise erzeugt werden könnte, hat sich erfindungs­ gemäß ein Herstellungsverfahren für Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstücke gemäß der Erfindung wie folgt als be­ sonders geeignet herausgestellt:
Bei diesem Verfahren wird davon ausgegangen, daß das zur Bildung einer aufzubauenden Schicht vorgesehene Material im Vakuum oder in einer Atmosphäre verminderten Druckes in Dampf- und Feinstteilchen-Phase übergeführt und auf die zu beschichtende Oberfläche eines ggf. vorbeschichteten Substrates geführt wird. Dabei kennzeichnet sich das er­ findungsgemäße Verfahren dadurch, daß die zu beschichtende Oberfläche des Substrates während des Aufbauens der Schicht gleichzeitig mit dem Aufbringen von Material aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase unter Beschuß mit Ionen gehalten wird, deren kinetische Energie ausreichend groß ist um die Haftfähigkeit und den Aufbau der sich bildenden Schicht zu beeinflussen. Während bei den herkömmlichen Verfahren zum Beschichten mittels Vakuumbedampfen oder Kathodenzerstäuben der Dampf bzw. die Feinstteilchen auf der zu beschichtenden Oberfläche niedergeschlagen werden und dabei nur mäßige kinetische Energie mitbringen, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, daß die zum Aufbau der Schicht benutzten Teilchen deren Größe von Feinstteilchen-Größe bis zu atomarer Größe reicht mit erheblicher kinetischer Energie auf die zu beschichtende Substratoberfläche geschossen werden. Durch die von von diesen Teilchen mitgebrachte kinetische Energie erfolgt der Aufbau der Schicht unter fortgesetzter Teilchen- bzw. Molekular- oder Atombewegung, so daß beim Aufbau der Schicht zugleich eine Art von Rekristallisationsvorgang aufrechterhalten wird. Diese Teilchenbewegung setzt auch schon bei Beginn des Beschichtungsvorganges an der zu be­ schichtenden Substratoberfläche ein und hat zur Folge, daß nicht allein die mit hoher Energie auftreffenden Teilchen in die Substratoberfläche hineingeschossen werden, sondern auch an der Substratoberfläche ein Rekristallisationsvorgang mit Eindiffundieren von Teilchen des für die Beschichtung herangebrachten Materials in das Substratmaterial erfolgt. Hierdurch wird eine besonders feste und dauerhafte Bindung der aufgebauten Schicht auf der Substratoberfläche sicher­ gestellt. Wenngleich davon auszugehen ist, daß durch die an der beschichteten Oberfläche aufrechterhaltene Teilchen­ bewegung auch ein Teil der aufgebrachten Teilchen wieder abgeschleudert wird, läßt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die Bildung jeglichen Teilchenstaues oder Dampf­ staues vor der zu beschichtenden Oberfläche vermeiden. Dadurch wird die Menge der in die aufzubauende Schicht ein­ gebrachten Teilchen um ein Vielfaches erhöht, gegenüber denjenigen Beschichtungsverfahren, bei denen die die Schicht aufbauenden Teilchen mit nur mäßiger kinetischer Energie auf der zu beschichtenden Oberfläche niedergeschlagen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es dadurch die Leistungsfähigkeit der jeweils eingesetzten Teilchenquelle voll auszuschöpfen und bietet dadurch eine gegenüber den bisherigen Beschichtungsverfahren um ein Vielfaches er­ höhte Beschichtungseffektivität zusätzlich zu der wesent­ lich verbesserten Srukturausbildung der aufgebauten Schicht.

Die Beschleunigung der zum Ausbau dieser Schicht an die zu be­ schichtende Oberfläche herangebrachten Teilchen kann in unterschiedlicher Weise erfolgen.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden zum Be­ schleunigen der die Schicht aufbauenden Teilchen während des Aufbauens der Schicht gleichzeitig mit dem Aufbringen von Material aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase von einer Ionenquelle herrührenden Ionenstrahlen durch die auf das Substrat zu bewegende Dampf- und Feinstteilchen-Phase hindurch auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet. Diese Ionenstrahlen bestehen im wesentlichen aus Gasionen. Jedoch haben diese auf die zu beschichtende Oberfläche gerichteten und dort aufprallenden Gasionen keinen nach­ teiligen Einfluß auf die Strukturausbildung der aufzu­ bauenden Schicht, weil diese Gasionen zumindest zum wesent­ lichen Teil an der sich aufbauenden Schicht abprallen, nachdem sie ihre elektrische Ladung abgegeben haben. Zumindest Teile der auf die zu beschichtende Oberfläche geschossenen Gasionen werden aber bereits von den im Ober­ flächenbereich der sich aufbauenden Schicht in Bewegung befindlichen Dampfteilchen und Feinstteilchen aufgefangen und nach Abgabe der elektrischen Ladung abgestoßen.

Dabei kann das zum Aufbau der Schicht vorgesehene Material im Vakuum verdampft und auf der zu beschichtenden Oberfläche unter Verdichtung durch die Ionenstrahlen im wesentlichen thermisch niedergeschlagen werden. Diese Art der Verfahrens­ führung eignet sich insbesondere für solche Anwendungsfälle, bei denen es wesentlich auf die Erreichung hoher Abscheidungs­ raten, also hoher Beschichtungseffektivität ankommt. Die Strahlen von Gasionen werden in solchem Fall im wesentlichen als Vehikel zum Verdichten des an die zu beschichtende Oberfläche herangebrachten verdampften Materials und zum Einstopfen der Dampfteilchen in die aufzubauende Schicht benutzt. Die Gasionen werden dabei im wesentlichen durch Abprallen an der sich aufbauenden Schicht daran gehindert in die Schicht einzudringen oder in diese eingebaut zu werden.

In ähnlicher Weise kann auch verfahren werden, wenn Schichten aus nicht verdampfungsfähigem Material aufgebaut werden sollen. Solche nicht verdampfungsfähige Materialien können durch Kathodenzerstäubung unter Aufrechterhaltung einer Atmosphäre verminderten Druckes in Form von Feinstteilchen aus einem Target gelöst werden, wobei diese Feinstteilchen in einer elektrischen Gasentladung auf die zu schichtende Oberfläche geführt und dabei mittels der durch die Feinst­ teilchen-Phase geführten Ionenstrahlen vor der zu be­ schichtenden Oberfläche beschleunigt und auf der zu be­ schichtenden Oberfläche verdichtet werden. Diese letztere Verfahrensweise kann naturgemäß auch mit an sich ver­ dampfungsfähigen Materialien durchgeführt werden, jedoch wird man in der Praxis für verdampfungsfähige Materialien die Möglichkeit der Vakuumverdampfung vorziehen, weil hierfür erheblich leistungsfähigere Teilchenquellen bzw. Dampfquellen verfügbar sind als bei Kathodenzerstäubung.

Eine Schicht die sowohl verdampfungsfähiges Material als auch nicht verdampfungsfähiges Material enthält, kann in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Benutzung der Kathodenzerstäubung als Teilchenquelle für beide Arten von Materialien benutzt werden, es lassen sich aber im Rahmen dieser Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens auch gleichzeitige oder in kurzen Zeit­ intervallen alternierend auszuführende Vakuumverdampfung und Kathodenzerstäubung als simultan benutzte Teilchen­ quellen heranziehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zum Aufbau der Schicht vorgesehene verdampfte und/oder aus einem Target zerstäubte Material mit dem Plasma einer zwischen der Verdampfungsstelle bzw. Zerstäubungsstelle und dem Substrat aufrechterhaltenen elektrischen Entladung zusammengebracht und mit in diesem Plasma gebildeten Ionen mittels eines elektrischen Feldes auf die beschichtete Oberfläche zu auf hohe kinetische Energie beschleunigt. Dies bedeutet, daß zwischen der Teilchenquelle oder einer zwischen der Teilchenquelle und dem Substrat angeordneten Übernahmestelle des erzeugten Dampfes bzw. Feinstteilchen und dem Substrat eine normale elektrische Gasentladung aufrechterhalten wird, für die das Substrat die Kathode bildet. In der positiven Säule dieser elektrischen Gasentladung wird eine Vorbeschleunigung des auf die zu beschichtende Oberfläche zu führenden Dampfes bzw. der Feinstteilchen hervorgerufen, wobei der Bereich der positiven Säule, also der Plasmabereich der elektrischen Entladung zugleich als Raum für die Durch­ führung gewünschter chemischer Reaktionen an dem zum Schichtaufbau benutzten Material benutzt werden kann. Die eigentliche Beschleunigung auf hohe kinetische Energie wird dann in dem Kathoden-Dunkelraum der elektrischen Ent­ ladung, also in kurzem Abstand von der zu beschichtenden Oberfläche vorgenommen. Diese Beschleunigung kann einer­ seits dadurch erfolgen, daß Gasionen aus der positiven Säule der elektrischen Entladung heraus in Art von Ionen­ strahlen durch den Kathoden-Dunkelraum auf die zu beschich­ tende Oberfläche geschossen werden und dabei als Vehikel für die Beschleunigung, Verdichtung und das Zusammenpacken des Beschichtungsmaterials in der aufzubauenden Schicht dienen. Andererseits wird aber in dieser Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Verfahrens in der positiven Säule der Gasentladung durch Aggregation von Beschichtungs­ material mit Gasionen eintreten oder das Beschichtungs­ materials selbst ionisiert werden und dadurch direkt durch die Wirkung des elektrischen Feldes beschleunigt werden.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich durch hohe Abscheidungsraten und hohe Einbau­ energie des die Schicht aufbauenden Materials aus. Dies äußert sich dadurch, daß in bzw. an der aufzubauenden Schicht hohe Temperatur herrscht, die je nach Anwendungs­ fall durch entsprechende Kühlung zu steuern ist. In vielen Fällen ist eine Substrattemperatur bis zu etwa 300°C bis 500°C erwünscht, weil dadurch Desorptionsprozesse störender Gase, sowie Erhöhungen der chemischen Reaktionsfähigkeiten bei reaktiver Beschichtung stattfinden und im allgemeinen besser ausgebildete, dichte kristalline Schichten ent­ stehen.

Um den bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens herrschenden hohen Bedarf an heranzuführendem Beschichtungsmaterial zu decken, können Dampf- bzw. Teilchen­ quellen verschiedener Art benutzt werden. So kann zum Auf­ bau der Schicht vorgesehenes Material mittels elektrischer Widerstandsheizung verdampft werden. Es besteht im Rahmen dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die Möglichkeit zum Aufbau der Schicht vorgesehenes Material durch Aufheizen mittels einer Glimmentladung zu verdampfen oder/und mittels einer Glimmentladung aus einem Target zu zerstäuben. Zum Aufbau der Schicht vorgesehenes Material kann auch durch Aufheizen mittels eines Plasma­ strahles verdampft oder/und mittels eines Plasmastrahles aus einem Target zerstäubt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zum Aufbau der Schicht vorgesehenes Material durch Aufheizen mittels eines Elektronenstrahles zu ver­ dampfen oder/und mittels eines Elektronenstrahles aus einem Target zu zerstäuben. Dabei kann aus zwei oder mehr Komponenten bestehendes Material für die aufzubauende Schicht aus ge­ trennten Materialvorräten mittels springendem Elektronen­ strahl mit Einstellung des Verdampfungszeit-Verhältnisses bzw. Zerstäubungszeit-Verhältnisses entsprechend der ge­ wünschten Zusammensetzung der Schicht verdampft oder/und aus einem Target zerstäubt werden. Weiterhin kann zum Auf­ bau der Schicht vorgesehenes Material durch Aufheizen mittels eines Lichtbogens verdampft oder/und mittels eines Lichtbogens aus einem Target zerstäubt werden. Eine weitere Möglichkeit um ausreichend Material zum Aufbau der Schicht in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung zu stellen, besteht darin, zum Aufbau der Schicht vorgesehenes Material zum Verdampfen kontinuierlich oder diskontinuierlich in ausreichend kleinen Mengen auf eine heiße Oberfläche zu bringen, um augenblickliches Ver­ dampfen ohne Bildung eines Schmelzesumpfes hervorzurufen.

Das verdampfte oder/und zerstäubte Material kann im Rahmen dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens einem beschleunigten Plasma zugeführt werden, das mittels einer elektrischen Entladung, z. B. einer Glühkathoden- Hilfsentladung außerhalb des Weges von der Verdampfungsstelle bzw. Zerstäubungsstelle zu der zu beschichtenden Oberfläche erzeugt und in den von der Verdampfungsstelle bzw. Zer­ stäubungsstelle zu der zu beschichtenden Oberfläche bewegten Dampf- oder/und Feinstteilchen-Phase eingeführt wird.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich besonders für die Herstellung von Schichtwerk­ stoff oder Schichtwerkstücken für Gleitelemente. Hierzu werden erfindungsgemäß verdampfungsfähige, vorzugsweise metallische Gleitwerkstoff-Komponenten intermittierend in der gewünschten Zusammensetzung entsprechenden Inter­ vallen verdampft, wobei das Dampfgemisch mittels Zusammen­ führung mit ionisiertem Plasma ggf. unter teilweiser eigener elektrischer Beladung durch Einwirkung eines elektrischen Feldes beschleunigt und mit hoher kinetischer Energie auf die zu beschichtende Oberfläche geführt wird.

Dabei können dem Gemisch von verdampften Gleitwerkstoff- Komponenten zusätzlich die Gleiteigenschaften verbessernde Zusätze in Form von Dampf- oder ggf. zerstäubten Fein­ teilchen-Phase zugegeben werden, vorzugsweise vor dem Zu­ führen zu dem elektrisch geladenen Plasma. Zusätzliche Variationen in der in dieser Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens aufgebauten Gleitschicht lassen sich durch Variieren der Beschleunigung des elektrisch geladenen Gemisches von Plasma, verdampften Teilchen und ggf. Feinst­ teilchen im zeitlichen Verlauf des Beschichtungsvorganges erreichen, beispielsweise durch Verringerung der Beschleuni­ gung.

Wenn es erwünscht ist, in einer Gleitschicht, die unter An­ wendung dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens aufgebaut wird, Bestandteile vorzusehen, die durch chemische Reaktion von Ausgangsstoffen gebildet werden oder sogar die Gleitschicht weitgehend oder ganz aus solchen chemischen Reaktionsstoffen aufzubauen, bietet sich die Möglichkeit, dem mit dem Gemisch von Material­ komponenten zu vereinigenden ionisierten Plasma zusätzlich Stoffkomponenten in vorher festlegbarer Menge beizugeben, die mit den Gleitwerkstoff-Komponenten bzw. deren Ausgangs­ stoffen zur Erzeugung von in der Gleitschicht gewünschten Zusätzen oder überhaupt chemischen Verbindungen chemisch zu reagieren. Ein Beispiel für eine solche Möglichkeit besteht darin, daß die dem Plasma beigegebenen Reaktions­ stoffkomponenten zur Erzeugung von Hartstoff durch chemische Reaktion mit der einen oder anderen Gleitwerkstoff-Komponente oder den Gleitwerkstoff-Komponenten ausgewählt werden, beispielsweise O₂ zur Erzeugung von Oxiden, C₂H₂ zur Er­ zeugung von Karbiten und/oder NH₃ oder N₂ zur Erzeugung von Nitriden von vornehmlich metallischen Gleitwerkstoff- Komponenten.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in beiden darge­ legten Ausführungsformen zur Bildung von zwei oder mehr übereinanderliegenden Schichten eines Schichtwerkstoffs oder an Schichtwerkstücken anwenden. Zur Bildung von Schicht­ werkstoff oder Schichtwerkstücken von zwei oder mehr über­ einanderliegend aus Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufge­ bauten Schichten kann erfindungsgemäß nach Abschluß des Aufbaues einer Schicht eine Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aus dem für den Aufbau der nächst oberen Schicht vorgesehenen Material oder Zusammensetzung von Materialkomponenten ge­ bildet werden, wobei die für den Aufbau dieser Schicht vor­ gesehenen Ionisierungs- und Beschleunigungsverhältnisse für diese Dampf- oder Feinstteilchen-Phase eingerichtet werden.

Die Bindung der im erfindungsgemäßen Verfahren sowohl der einen als auch der anderen Ausführungsform aufgebauten Schicht an die Substratoberfläche läßt sich in Weiterbildung der Erfindung dadurch wesentlich verbessern, daß die zu be­ schichtende Substratoberfläche unmittelbar vor Beginn der Beschichtung in Vakuum bzw. in einer Atmosphäre verminderten Druckes durch Beschuß mit Elektronen und/oder Ionen ge­ reinigt aufgerauht und auf eine für die Beschichtung ge­ wünschte Temperatur gebracht wird und die so vorbehandelte Oberfläche bis zur Beschichtung vor Zutritt von jeglichen anderen Stoffen, insbesondere Gasen geschützt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen aus einem Substrat und einer er­ findungsgemäß gebildeten Gleitschicht bestehenden Schichtwerkstoff im Schnitt;

Fig. 2 einen Teilschnitt 2-2 der Fig. 1 stark vergrößert;

Fig. 3 einen Teilschnitt 3-3 der Fig. 1 stark vergrößert;

Fig. 4 ein Schema für eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Varianten und

Fig. 5 ein Schema für eine Anlage zur Durch­ führung des Verfahrens gemäß der Erfindung in einer anderen Varianten.

Im Beispiel der Fig. 1 bis 3 handelt es sich um einen Schichtwerkstoff 10, der zur Herstellung, beispielsweise von Gleitelementen wie Gleitlagern, zu verwenden ist. Der Schichtwerkstoff 10 hat eine Substratschicht 11, die im dar­ gestellten Beispiel aus Stahl besteht und den Rücken eines Gleitelementes bilden soll. Auf die Substratschicht 11 ist eine Funktionsschicht 12, und zwar eine Gleitschicht aufge­ bracht. Wie Fig. 2 zeigt, ist diese Funktionsschicht 12 im dargestellten Beispiel aus feinen Aluminiumteilchen 13, Feinteilchen 14 aus Blei-Zinn-Legierung mit etwa 2 bis 4% Zinngehalt und Feinteilchen 15 aus Graphit oder Molybdän­ disulfid gebildet. Dabei sind in das Gefüge noch feinste Teilchen 16 aus Aluminiumoxid eingelagert. Diese in der Funktionsschicht 12 vereinigten Teilchen bilden ein feines bis feinkristallines Gefüge, das aufgrund der Feinheit der Teilchen praktisch isotrop ist. Dabei sind diese Teilchen zu einer Gefügedichte zusammengepackt, die im wesentlichen dem Gefüge eines kompakten Materials entspricht.

Die Funktionsschicht 12 ist durch ionenstrahlaktivierte oder plasmaaktivierte Beschichtung gebildet, wobei die metallischen Bestandteile, nämlich Aluminium und Blei durch mengenge­ steuertes bzw. zeitlich gesteuertes Verdampfen aus getrennten Materialquellen und die nicht verdampfungsfähigen Teilchen 15 aus Graphit oder Molybdändisulfid durch Herausschlagen, beispielsweise mittels Elektronenstrahlen, aus einer ent­ sprechenden Materialquelle zeitlich gesteuert in den Beschichtungsvorgang eingeleitet worden sind. Die in das Gefüge eingebauten Teilchen 16 aus Aluminiumoxid sind durch Reaktion von Aluminium mit im Plasma in vorher festgelegter Menge enthaltenem Sauerstoff auf dem Weg von der Teilchen­ quelle zur dem Substrat gebildet und in status nascendi in das Gefüge eingebaut.

Um die im gezeigten Beispiel vorgesehenen unterschiedlichen Werkstoffe Aluminium, Blei, Graphit oder Molybdändisulfid dem Beschichtungsvorgang in festgelegter Menge zur Ver­ fügung zu stellen, eignet sich in diesem Beispiel insbe­ sondere eine Verdampfungsvorrichtung mit getrennten Material­ vorräten von Aluminium, Blei und Graphit bzw. Molybdändisul­ fid, die mit einem zeitlich gesteuerten springenden Elektronen­ strahl beaufschlagt werden. Dabei werden die jeweils von dem Elektronenstrahl getroffenen Bereiche des Aluminiumvorrats und des Bleivorrats örtlich begrenzt und sehr rasch auf Verdampfungstemperatur aufgeheizt, so daß mit der Bestrahlungs­ zeit der jeweiligen Metalloberfläche genau bestimmbare Metallmengen verdampft werden. Wird der Elektronenstrahl jedoch auf die Oberfläche des nicht verdampfungsfähigen Materials, nämlich Graphit oder Molybdändisulfid geführt, dann werden durch die auf die Oberfläche dieser Materialien mit erheblicher Energie auftreffenden Elektronen, Material­ teilchen aus der Oberfläche geschlagen und in den noch vor­ handenen Metalldampf übergeführt.

Durch die Ionenstrahlaktivierung oder Plasmaaktivierung werden die in den Beschichtungsvorgang eingeführten Metall­ dämpfe und Feinstteilchen nach der zu beschichtenden Ober­ fläche des Substrates hin so beschleunigt, daß ein diffusions­ artiges Eindringen und Durchsetzen der Substratoberfläche mit dem aufgebrachten Material, beispielsweise Aluminium, Blei und Aluminiumoxid, eintritt. Andererseits werden auch durch das mit hoher Beschleunigung auf die Substratoberfläche gebrachte Material Teilchen aus der Substratoberfläche herausgeschlagen und bei Beginn des Aufbaus der Funktions­ schicht 12 in diese wieder mit eingelagert. Insgesamt kommt es somit zu einer Art von gegenseitiger Durchdringung an der Berührungsfläche der Funktionsschicht 12 mit der Substratschicht 11, wie dies beispielsweise in Fig. 3 an­ gedeutet ist. Dort ist die Strahlstruktur der Substrat­ schicht mit den Teilchen 17 angedeutet, wobei Aluminium­ teilchen 13 und Bleiteilchen 14 sowie Teilchen 16 aus Aluminiumoxid in die Stahlstruktur eingedrungen sind, während andererseits losgelöste Teilchen 18 aus der Stahl­ struktur wieder in den unteren Bereich der Substratschicht 12 eingebaut sind. Die Fig. 4 und 5 zeigen in schema­ tischer Darstellung Möglichkeiten für Anlagen zur Her­ stellung von Schichtwerkstoff nach Fig. 1 bis 3 nach zwei unterschiedlichen Verfahrensvarianten.

Bei einer Anlage 20 nach Fig. 4 sind im Inneren eines Rezipienten 21 ein Träger 22 für das Substrat und eine Quelle 23 für das für die Beschichtung des Substrates vor­ gesehene Material einander gegenübergestellt. Wie durch den Anschlußstutzen 24 angedeutet, ist der Rezipient an Vakuum­ pumpen angeschlossen. Ferner ist der Rezipient 21 mit einem Gaseinlaß 25 versehen, der über ein Feinventil 26 an eine Quelle 27 für Plasmagas angeschlossen ist. Im Inneren des Rezipienten 21 ist die Materialquelle 23 mit einer Blende 28 wahlweise abdeckbar. Der Substratträger 22 ist im dargestellten Beispiel mit einer auf das elektrische Potential des Rezipienten 21 gelegten bzw. geerdeten Ab­ schirmung 29 versehen. Mittels einer Hochspannungs-Ver­ sorgungseinrichtung 30 ist der Substratträger 22 auf negatives Hochspannungspotential gelegt, während das positive Potential an den Rezipienten 21 und die Material­ quelle 23 gelegt und geerdet ist. Für die Materialquelle 23 ist eine Stromversorgungseinrichtung 31 vorgesehen.

Mit der in Fig. 4 schematisch dargestellten Anlage wird eine Funktionsschicht 12 auf dem Substrat 11 (Fig. 1) nach folgendem Verfahren aufgebaut:
Zwischen der Materialquelle 23 und dem Substratträger 22 wird eine elektrische Plasmaentladung, beispielsweise eine normale Gasentladung, aufgebaut, deren wesentlicher Potentialabfall im Kathodendunkelraum 32 eintritt. Sobald die bewegliche Blende 28 geöffnet worden ist, wird die von der Materialquelle 23 abgegebene Dampf- und/oder Feinst­ teilchen-Phase der elektrischen Plasmaentladung übergeben und durch das Plasma der positiven Säule 33 geführt und dabei etwas in Richtung auf das Substrat zu beschleunigt sowie zumindest teilweise elektrisch geladen. Sobald die so vorbereitete Dampf- und/oder Feinstteilchen-Phase in den Bereich des Dunkelraumes 32 gelangt, werden die elektrisch geladenen Teilchen in dem dort herrschenden starken Potentialabfall erheblich beschleunigt und mit großer kinetischer Energie auf die Substratoberfläche bzw. die sich neu bildende Oberfläche der Funktionsschicht bewegt. Soweit elektrisch nicht geladene Teilchen in der Dampf- und/oder Feinstteilchen-Phase enthalten sind, werden diese mitgerissen und ebenfalls auf hohe kinetische Energie beschleunigt. Insgesamt treffen die Teilchen der Dampf- und/oder Feinstteilchen-Phase mit so hoher kine­ tischer Energie auf die jeweilige Substratoberfläche bzw. neu gebildete Oberfläche der sich aufbauenden Funktions­ schicht, daß im Bereich dieser Oberfläche erhebliche Teilchenbewegung auftritt, d. h. festsitzende Teilchen losgelöst und ankommende Teilchen eingepackt werden. Es kommt dadurch an der Substratoberfläche zu einem diffusions­ artigen Ineinanderbauen von ankommenden Teilchen aus Materialien der Funktionsschicht mit in der Substratober­ fläche vorhandenen Materialteilchen, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist. Beim weiteren Aufbau der Funktionsschicht wird die kinetische Energie der ankommenden Teilchen dazu benutzt, einen Teil der bereits angelagerten Teilchen wieder abzulösen und mit neu ankommenden Teilchen fest zusammenzupacken.

Um die normale elektrische Entladung für optimale Teilchen­ beschleunigung einzurichten, kann mittels des Gaseinlasses 25 und des fein einstellbaren Ventils 26 bei laufender Vakuumpumpe der Druck im Inneren des Rezipienten 21 in der Größe von 10^-3 mbar gehalten werden. Dabei kann der Gasein­ laß zugleich für das Einlassen von mit den Dampf- bzw. den Feinstteilchen des für die Funktionsschicht vorgesehenen Materials chemisch reagierenden Gasen benutzt werden. So kann beispielsweise Sauerstoff zur Erzeugung von Oxiden, C₂H₂ zur Erzeugung von Karbiden und/oder NH₃ oder Stick­ stoff zur Erzeugung von Nitriden von vornehmlich metallischen Gleitwerkstoff-Komponenten vorgesehen werden. Beispielsweise wäre für die Erzeugung von Aluminiumoxid-Feinstteilchen 16 gemäß dem Beispiel nach Fig. 1 bis 3 Sauerstoff in das Plasmagas in vorher festgelegter Menge einzuführen, wobei bevorzugt Argon als Plasmagas zu benutzen ist.

Wenn zwei oder mehrere Materialquellen 23 vorgesehen sind und wahlweise betrieben werden können oder wahlweise von der Blende 28 freigegeben werden können, ergibt sich die Möglichkeit des nacheinander erfolgenden Aufbaus mehrerer übereinander liegender Schichten, wobei die diffusionsartige gegenseitige Verankerung dieser Schichten durch die mit hoher kinetischer Energie auftreffenden Teilchen auch in diesem Fall ausgenutzt werden kann.

Die Materialquelle 23 kann unterschiedlicher Art sein. Bei­ spielsweise kann bei Herstellung von Funktionsschichten aus gut verdampfbarem Material eine Materialquelle 23 vorge­ sehen sein, die zum Verdampfen des Materials mittels Wider­ standsheizung ausgebildet ist. Es ist jedoch auch denkbar, eine Materialquelle 23 vorzusehen, bei der das als Dampf- und/oder Feinstteilchen-Phase abzugebende Material mittels einer Glimmentladung verdampft oder mittels einer Glimm­ entladung zerstäubt wird. Eine andere denkbare Möglichkeit besteht darin, daß die Materialquelle 23 dazu ausgebildet ist, zu verdampfendes Material mittels eines Plasmastrahles aufzuheizen oder nicht verdampfbares Material mittels eines Plasmastrahles zu zerstäuben. Bei diesen beiden letzteren Möglichkeiten ist jedoch zu beachten, daß eine Glimmentladung oder ein Plasmastrahl nicht mit der für die Beschleunigung des Materials benutzten normalen elektrischen Entladung kollidiert. Es empfiehlt sich daher für die meisten Zwecke eine hochwirksame Materialquelle, bei der zum Aufbau der Funktionsschicht vorgesehenes Material durch Aufheizen mittels eines Elektronenstrahles verdampft oder/und mittels eines Elektronenstrahles zerstäubt wird. Besonders vorteil­ haft ist dabei eine Einrichtung mit springendem Elektronen­ strahl, mit der sich auch Materialien unterschiedlichster Art in Dampf- und/oder Feinstteilchen-Phase überführen lassen. Zugleich lassen sich mit dieser Einrichtung auch gewünschte Zusammensetzungen durch Einrichten der zeit­ lichen Perioden in welchen der springende Elektronenstrahl auf den einen und anderen Materialvorrat wirksam ist.

Es sind jedoch auch noch andere Möglichkeiten für den Auf­ bau der Materialquelle 23 gegeben, beispielsweise das Ver­ dampfen und/oder Zerstäuben des Materials mittels eines Lichtbogens und dergleichen mehr.

Das mit einer Vorrichtung nach Fig. 4 durchzuführende Ver­ fahren läßt sich noch dahingehend ergänzen, daß vor dem eigentlichen Beschichten eine reinigende und aufrauhende Behandlung der Oberfläche des Substrats vorgenommen wird. Man kann hierzu die normale Gasentladung benutzen, um die Oberfläche des Substrates mit Ionen, beispielsweise Argon- Ionen zu beschießen, bevor der positiven Säule 33 Dampf- und/oder Feinstteilchen-Phase von die Funktionsschicht bildendem Material zugeführt wird.

Bei einer abgewandelten Anlage 40 nach Fig. 5 ist im Inneren eines Rezipienten 41 ein Substrathalter 42 einer Materialquelle 43 für Dampf- und/oder Feinstteilchen-Phase aus für die Bildung der Funktionsschicht vorgesehenen Material gegenübergestellt. Der Rezipient ist wiederum bei 24 an eine Vakuumpumpe angeschlossen und mit einem Gas­ einlaß 25 versehen, der über ein fein einstellbares Ventil 26 an eine Plasmagasquelle 27 angeschlossen ist. Die Material­ quelle 43 kann, wie im Beispiel der Fig. 4, mit einer be­ weglichen Blende überdeckbar sein. Im vorliegenden Beispiel ist jedoch die Materialquelle 43 mit einer Betriebseinrich­ tung 44 versehen, mit der sich die Materialquelle 43 praktisch augenblicklich zur Abgabe einer Dampf- und/oder Feinstteilchen-Phase von die Funktionsschicht bildendem Material einschalten und auch ebensoschnell wie abschalten läßt. In diesem Zusammenhang kommt besonders Ausbildung der Materialquelle 43 mit springendem Elektronenstrahl oder Verdampfungseinrichtungen in Betracht, bei denen kleine Mengen von zu verdampfendem Material auf eine heiße Ober­ fläche gebracht werden, um augenblickliches Verdampfen ohne Bildung eines Schmelzsumpfes hervorzurufen. Zur Beschleuni­ gung der von der Materialquelle 43 auf den Substrathalter 42 gerichteten Dampf- und/oder Feinstteilchen-Phase ist im Beispiel der Fig. 5 eine Ionenstrahl-Einrichtung 45 an den Rezipienten 41 derart angebaut, daß der aus der Ionenstrahl- Einrichtung 45 kommende Ionenstrahl durch die von der Materialquelle 43 kommende Dampf- und/oder Feinstteilchen- Phase hindurch auf den Substrathalter 42 bzw. das dort angebrachte Substrat gerichtet ist. Der Ionenstrahlerzeuger 45 ist in diesem Beispiel mit einem Gaseinlaß 46 versehen, durch den das die Ionen bildende Gas in wählbarer Menge ein­ gelassen wird. Im Inneren des Ionengaserzeugers ist ein Filament 47 angebracht, mit dem das eingelassene Gas wirksam ionisiert wird. Mittels eines Magneten 48 werden die er­ zeugten Ionen zu einem Strahl gebündelt und mittels an eine elektrische Spannungsquelle 50 angelegten Gittern 49 be­ schleunigt, wobei die Beschleunigung des Ionenstrahls dem beim Aufbau der jeweiligen Funktionsschicht auftretenden Erfordernissen entsprechend eingerichtet werden kann. Die Beschleunigung des Ionenstrahls kann auch während des Be­ schichtungsvorganges variiert werden, beispielsweise während des Beschichtungsvorgangs verringert werden.

Mit dem die Dampf- und/oder Feinstteilchen-Phase durchsetzenden Ionenstrahl wird auch die Dampf- und/oder Feinstteilchen-Phase selbst auf das Substrat zu beschleunigt, so daß im wesent­ lichen die gleiche Wirkungen beim Aufbau der Schicht erzielt werden, wie sie oben in Verbindung mit der Verfahrensvariante nach Fig. 4 erläutert sind. Auch im Beispiel der Fig. 5 kann eine reaktive Beschichtung vorgenommen werden, in dem ent­ sprechende Reaktionsgase in abgemessener Menge über das fein einstellbare Ventil 26 in dem Rezipienten 41 eingelassen werden.

• Bezugszeichenliste 10 - Schichtwerkstoff
  11 - Substratschicht
  12 - Funktionsschicht
  13 - Aluminiumteilchen
  14 - Feinteilchen (Blei-)
  15 - Feinteilchen
  16 - Aluminiumoxidteilchen
  17 - Teilchen
  18 - losgelöste Teilchen
  20 - Anlage
  21 - Rezipienten
  22 - Träger
  23 - Quelle
  24 - Anschlußstutzen
  25 - Gaseinlaß
  26 - Feinventil
  27 - Quelle
  28 - Blende
  29 - Abschirmung
  30 - Hochspannungs-Versorgungseinrichtung
  31 - Stromversorgungseinrichtung
  32 - Kathodendunkelraum
  33 - Säule
  40 - Anlage
  41 - Rezipienten
  42 - Substrathalter
  43 - Materialquelle
  44 - Betriebseinrichtung
  45 - Ionenstrahleinrichtung
  46 - Gaseinlaß
  47 - Filament
  48 - Magnet
  49 - Gitter
  50 - Spannungsquelle

Claims (26)

1. Schichtwerkstoff oder -werkstück, insbesondere für die Herstellung von Gleit- oder Reibelementen, mit mindestens einer im Vakuum durch Auftragen von bis zu molekularer Größe feinen Materialteilchen aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufgebauten Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen (13, 14, 15) in der aus einer Dampf- oder Feinst­ teilchen-Phase aufgebauten Schicht (12) in einem feinen, vorzugsweise feinkristallinen, praktisch isotropen Ge­ füge auf die Dichte des entsprechenden kompakten Materials zusammengepackt sind und im Grenzflächenbereich der aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufgebauten Schicht (12) mit einer darunter angeordneten Schicht (11) eine diffusionsartige Durchsetzung der darunter angeordneten Schicht (11) mit Materialteilchen der aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufgebauten Schicht (12) sowie Einlagerung von Materialteilchen der darunter angeordneten Schicht (11) in die aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufgebauten Schicht (12) vorhanden sind.

2. Schichtwerkstoff oder -werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die aus einer Dampf- oder Feinst­ teilchen-Phase aufagebaute Schicht (12) dispersions­ härtende Hartstoffteilchen (16) in einer der gewünschten Schichthärte vorher bestimmbaren Menge eingelagert sind.

3. Schichtwerkstoff oder -werkstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Dampf- oder Feinst­ teilchen-Phase aufgebaute Schicht (12) ein Metall oder eine Metall-Legierung enthält und die Hartstoff­ teilchen (16) aus einer oder mehreren während des Beschichtens gebildeten chemischen Verbindungen des Metalls oder mindestens einer metallischen Legierungskomponente bestehen, wobei gilt: < 1.

4. Schichtwerkstoff oder -werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Dampf- oder Feinst­ teilchen-Phase aufgebaute Schicht (12) im wesentlichen durch eine während des Schichtaufbaus gebildete und in statu nascendi in die Schicht (12) eingelagerte chemische Verbindung, vorzugsweise chemische Metall­ verbindung gebildet ist.

5. Schichtwerkstoff oder -werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für die Herstellung von Gleitlagern, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Dampf- oder Feinst­ teilchen-Phase aufgebaute Schicht (12) als Gleit­ schicht aus Gleitlagerwerkstoff oder mit einer Matrix (Teil­ chen 13, 14) aus Gleitlagerwerkstoff ausgebildet ist.

6. Schichtwerkstoff oder -werkstück nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Dampf- oder Feinst­ teilchen-Phase aufgebaute Schicht (12) in einer Matrix (Teil­ chen 13, 14) aus vorzugsweise metallischem Gleitlagerwerkstoff Feinstteilchen aus die Gleiteigenschaften verbesserndem Stoff oder verbessernden Stoffe enthält.

7. Verfahren zur Herstellung von Schichtwerkstoff oder -werkstücken nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das zur Bildung einer aufzubauenden Schicht vorgesehene Material im Vakuum oder in einer Atmosphäre verminderten Druckes in Dampf- oder Feinstteilchen-Phase übergeführt und auf die zu beschichtende Oberfläche eines ggf. vorbeschichteten Substrates geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschichtende Oberfläche des Substrates während des Aufbaues der Schicht gleichzeitig mit dem Aufbringen von Material aus einer Dampf- oder Feinstteilchen-Phase unter Beschuß mit Ionen gehalten wird, deren kinetische Energie ausreichend groß ist, um die Haftfähigkeit und den Aufbau der sich bildenden Schicht zu beeinflussen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufbauens der Schicht gleichzeitig mit dem Aufbringen von Material aus einer Dampf- oder Feinst­ teilchen-Phase von einer Ionenquelle herrührende Ionen­ strahlen durch die auf das Substrat zu bewegte Dampf- und Feinstteilchen-Phase hindurch auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Aufbau der Schicht vorgesehene Material im Vakuum verdampft und auf der zu beschichtenden Oberfläche unter Verdichtung durch die Ionenstrahlen im wesentlichen thermisch niedergeschlagen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Aufbau der Schicht vorgesehene Material durch Kathodenzerstäubung unter Aufrechterhaltung einer Atmosphäre verminderten Druckes in Form von Feinst­ teilchen aus einem Target gelöst wird, diese Feinst­ teilchen in einer elektrischen Gasentladung auf die zu beschichtende Oberfläche geführt und dabei mittels der durch die Feinstteilchen-Phase geführten Ionen­ strahlen vor der zu beschichtenden Oberfläche beschleu­ nigt und auf der zu beschichtenden Oberfläche verdichtet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Aufbau der Schicht vorgesehene verdampfte und/ oder aus einem Target zerstäubte Material mit dem Plasma einer zwischen der Verdampfungsstelle bzw. Zerstäubungs­ stelle und dem Substrat aufrecht erhaltenen elektrischen Entladung zusammengebracht und mit in diesem Plasma ge­ bildeten Ionen mittels eines elektrischen Feldes auf die beschichtete Oberfläche zu auf hohe kinetische Energie beschleunigt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau der Schicht vorgesehenes Material mittels elektrischer Widerstandsheizung verdampft wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau der Schicht vorgesehenes Material durch Aufheizen mittels einer Glimmentladung verdampft oder/ und mittels einer Glimmentladung aus einem Target zer­ stäubt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau der Schicht vorgesehenes Material durch Aufheizen mittels eines Plasmastrahles verdampft oder/ und mittels eines Plasmastrahles aus einem Target zer­ stäubt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau der Schicht vorgesehenes Material durch Aufheizen mittels eines Elektronenstrahles verdampft oder/und mittels eines Elektronenstrahles aus einem Target zer­ stäubt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß aus zwei oder mehr Komponenten bestehendes Material für die aufzubauende Schicht aus getrennten Material­ vorräten mittels springendem Elektronenstrahl mit Ein­ stellung des Verdampfungszeit-Verhältnisses bzw. Zer­ stäubungszeit-Verhältnisses entsprechend der gewünschten Zusammensetzung der Schicht verdampft oder/und aus einem Target zerstäubt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau der Schicht vorgesehenes Material durch Auf­ heizen mittels eines Lichtbogens verdampft oder/und mittels eines Lichtbogens aus einem Target zerstäubt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau der Schicht vorgesehenes Material zum Ver­ dampfen kontinuierlich oder diskontinuierlich in aus­ reichend kleinen Mengen auf eine heiße Oberfläche gebracht wird, um augenblickliches Verdampfen ohne Bildung eines Schmelzesumpfes hervorzurufen.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfte oder/und zerstäubte Material einem be­ schleunigendem Plasma zugeführt wird, das mittels einer elektrischen Entladung, z. B. einer Glühkathoden- Hilfsentladung außerhalb des Weges von der Verdampfungs­ stelle bzw. Zerstäubungsstelle zu der zu beschichten­ den Oberfläche erzeugt und in den von der Verdampfungs­ stelle bzw. Zerstäubungsstelle zu der zu beschichtenden Oberfläche bewegten Dampf- oder/und Feinteilchen-Phase eingeführt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19 zur Her­ stellung von Schichtwerkstoff oder -werkstücken für Gleitelemente, dadurch gekennzeichnet, daß verdampfungs­ fähige, vorzugsweise metallische Gleitwerkstoff- Komponenten intermittierend in der gewünschten Zusammen­ setzung entsprechenden Intervallen verdampft werden, daß Dampfgemisch mittels Zusammenführung mit ionisiertem Plasma ggf. unter teilweiser eigener elektrischer Be­ ladung durch Einwirkung eines elektrischen Feldes be­ schleunigt und mit hoher kinetischer Energie auf die zu beschichtende Oberfläche geführt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch von verdampften Gleitwerkstoff-Komponen­ ten die Gleiteigenschaften verbessernde Zusätze in Form von Dampf- oder ggf. zerstäubten Feinteilchen- Phase zugegeben werden, vorzugsweise vor dem Zuführen zu dem elektrisch geladenen Plasma.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeich­ net, daß die Beschleunigung des elektrisch geladenen Gemisches von Plasma, verdampftem Material und ggf. Feinstteilchen im zeitlichen Verlauf des Beschichtungs­ vorganges variiert, beispielsweise verringert wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß dem mit dem Gemisch von Material­ komponenten zu vereinigenden ionisierten Plasma Stoff­ komponenten in vorher festlegbarer Menge beigegeben werden, die mit den Gleitwerkstoff-Komponenten zur Erzeugung von in der Gleitschicht gewünschten Zusätzen chemisch reagieren.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Plasma beigegebenen Reaktions-Stoffkomponenten zur Erzeugung von Hartstoff durch chemische Reaktion mit der einen oder anderen Gleitwerkstoff-Komponente oder den Gleitwerkstoff-Komponenten ausgewählt werden, beispielsweise O₂ zur Erzeugung von Oxiden, C₂H₂ zur Erzeugung von Karbiden und/oder NH₃ oder N₂ zur Er­ zeugung von Nitriden von vornehmlich metallischen Gleitwerkstoff-Komponenten.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 24, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Bildung von Schichtwerkstoff oder -werkstücken von zwei oder mehr übereinanderliegend aus Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aufgebauten Schich­ ten nach Abschluß des Aufbaus einer Schicht eine Dampf- oder Feinstteilchen-Phase aus dem für den Aufbau der nächstoberen Schicht vorgesehenen Material oder Zu­ sammensetzung von Materialkomponenten gebildet wird und die für den Aufbau dieser Schicht vorgesehenen Ionisie­ rungs- und Beschleunigungsverhältnisse für diese Dampf- oder Feinstteilchen-Phase eingerichtet werden.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 25, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zu beschichtende Substratober­ fläche unmittelbar vor Beginn der Beschichtung in Vakuum bzw. in einer Atmosphäre verminderten Druckes durch Beschuß mit Elektronen und/oder Ionen gereinigt, aufge­ rauht und auf eine für die Beschichtung gewünschte Temperatur gebracht wird und die so vorbehandelte Oberfläche bis zur Beschichtung vor Zutritt von jeg­ lichen anderen Stoffen, insbesondere Gasen, geschützt wird.