DE3752183T2 - Bildung harter beschichtungen auf schneidrändern - Google Patents

Bildung harter beschichtungen auf schneidrändern

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DE3752183T2
DE3752183T2 DE3752183T DE3752183T DE3752183T2 DE 3752183 T2 DE3752183 T2 DE 3752183T2 DE 3752183 T DE3752183 T DE 3752183T DE 3752183 T DE3752183 T DE 3752183T DE 3752183 T2 DE3752183 T2 DE 3752183T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Erzeugung harter Schichten auf Schneidenkanten, speziell von Rasierklingen, sowie die so erhaltenen beschichteten Schneidenkanten.
  • Die von uns ausgeführten theoretischen Untersuchungen und experimentellen Arbeiten haben gezeigt, daß das Rasierverhalten von Rasierklingen erheblich verbessert werden könnte, wenn die Dicke der Schneidenkante über eine von der äußersten Schneidspitze ((nachfolgend bezeichnet als "Schneide")) nach hinten reichende Entfernung wesentlich kleiner als bei den gegenwärtig verfügbaren Rasierklingen wäre. Um Unklarheiten zu vermeiden, bezieht sich in der vorliegenden Patentbeschreibung der Begriff "Schneid(en)kante" auf die gesamte Randzone einer Rasierklinge, der begrenzt ist von konisch zulaufenden Oberflächen, oder im Alltagssprachgebrauch "geschärft" ist, während der Begriff "äußerste Schneide" verwendet wird, um die scharfe Kante oder Schneide der Rasierklinge zu bezeichnen; wobei sich bei konventionellen Rasierklingen die Schneidenkante um etwa 400 ... 450 Mikrometer hinter der äußersten Schneide erstreckt). Die Mindestdicke der Schneidenkante von bis zu 25 Mikrometern hinter der äußersten Schneide wird von der Beschaffenheit des Klingenmaterials bestimmt. Bei Stählen, die gegenwärtig verwendet werden, muß die Klinge in einer Entfernung von 1 Mikrometer von der Klingenschneide mindestens eine Dicke von 0,7 Mikrometern aufweisen, um eine ausreichende Festigkeit zu besitzen und Rasierschäden in unzulässigen Größen zu vermeiden. Wenn dieser Teil der Klinge andererseits aus Titancarbid erzeugt werden würde, müßte dieklinge in einer Entfernung von 1 Mikrometer von der Spitze lediglich etwa 0,5 Mikrometer dick sein oder etwa 0,3 Mikrometer dick, wenn sie aus Bornitrid erzeugt werden würde.
  • Wir haben festgestellt, daß im Fall von Rasierklingen aus rostfreiem Stahl die vorstehend beschriebene Verbesserung des Rasierverhaltens erhalten wird, wenn die Querschnittform der Schneidenkante bis zu einer Entfernung von 40 Mikrometern von der äußersten Schneide bestimmt wird durch die Gleichung:
  • w = adn
  • worin w die Breite der Schneide der Schneidenkante in Mikrometern in einer Entfernung d in Mikrometern von der äußersten Schneide ist, a ist ein proportionalitätsfaktor größer als Null und bis zu 1, sowie n ein Exponent mit einem Wert im Bereich von 0,65 ... 0,75. Rasierklingen, die über Schneidenkanten mit diesen Merkmalen verfügen, wurden in der Britischen Patentschrift 2130955A beschrieben. In dieser Patentschrift wird ausgeführt, daß Klingen, die aus Materialien hergestellt werden oder mit solchen beschichtet werden, die härter sind als rostfreier Stahl, wie beispielsweise Saphir, Titancarbid oder Diamant, wesentlich dünner sein können als Klingen aus rostfreiem Stahl, wobei abgeänderte Formeln für die Querschnittformen der Schneidenkanten solcher Klingen gegeben wurden.
  • Die Britische Patentschrift 2130955A beschreibt die Erzeugung von Schneidenkantenformen, darin beschrieben für Rasierklingen aus rostfreiem Stahl, sie beschreibt jedoch nicht die Herstellung dünnerer Schneidenkanten, die mit härteren Materialien erhalten werden können. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung solcher Schneidenkanten durch Beschichten einer bereits vorhandenen, aus Stahl oder einem anderen Material erzeugten Schneidenkante (das Substrat der Schneidenkante) mit einem Material, das härter ist, d.h. mit einem Material, das eine größere Streckgrenze aufweist (oder Bruchfestigkeit im Falle spröderer Werkstoffe) als das Materials der Substrat-Schneidenkante.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Schneidenkante gewährt, umfassend: Beschichten der Substrat-Schneidenkante, die eine geeignete Querschnittgeometrie von der Art aufweist, daß gilt:
  • W ≤ adn
  • worin sind: w die Schneidenbreite der Schneidenkante in Mikrometern in einer Entfernung d in Mikrometern von der äußersten Schneide, a ein Proportionalitätsfaktor größer als Null und bis zu 1 (dessen Wert charakteristisch ist für das spezielle Material des Substrats) und n ein Exponent mit einem Wert im Bereich von 0,65 und 0,75; mit einem Material, das härter ist (d.h. mit einem Material, das eine größere Streckgrenze aufweist) als das Material der Substrat-Schneidenkante, mit Hilfe eines Prozesses zum Dampfabscheiden oder Sputtern, sofern erforderlich in Gegenwart von Molekülen im gasförmigen Zustand oder verdampften Molekülen eines anderen Elementes oder einer anderen Verbindung eines anderen Elements, wo die Erzeugung einer Beschichtung aus einer Verbindung angestrebt wird, bei einem Druck von weniger als 10&supmin;² mbar, während die Schneidenkante gleichzeitig einem Ionenbeschuß mit Ionen einer ausreichenden Masse und Energie ausgesetzt wird, um eine Sputterentfernung des abgeschiedenen Materials mit einer Geschwindigkeit zu erreichen, die kleiner ist als die Geschwindigkeit der Abscheidung, wodurch eine Schneidenkante aus dem abgeschiedenen Material gebildet wird, und die eine Querschnittgeometrie hat, die festgelegt ist durch die Gleichungen:
  • und
  • w³ ≥ (w - 2f) a²d2n
  • worin w, d, a und n die vorstehend festgelegten Bedeutungen haben und worin m das Verhältnis der Streckgrenze des abgeschiedenen Materials zu dem des Substratmaterials ist, und worin f die Dicke in Mikrometern der abgeschiedenen Beschichtung in der Entfernung d von der äußersten Schneide ist, wobei ein äußerster Schneidenradius von weniger als 500 Å ((5 um)) erhalten wird und wobei das Beschichten und der gleichzeitige Beschuß in einer solchen Weise ausgeführt werden, daß eine Beschichtung mit dem Höhen/Breite-Verhältnis im Bereich von 4,5 ... 7,8 erzeugt wird.
  • In der folgenden Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, worin sind:
  • Fig. 1 ein Querschnitt einer Reihe von Ausführungsformen von beschichteten Schneidenkanten für ein spezielles Substrat und mit einem etwa vier Mal so hartem Beschichtungsmaterial wie das Substratmaterial, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wird;
  • Fig. 2 eine schematische Darstellung allgemein ähnlich derjenigen von Fig. 1 zur Veranschaulichung eines besonderen Merkmals der Erfindung;
  • Fig. 3 eine schematische Darstellung des bevorzugten Apparates zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die allgemeine Form einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen beschichteten Schneidenkante wird in Fig. 1 gezeigt. Dieses zeigt eine Substrat-Schneidenkante 10 und eine Beschichtung aus dem härteren Material 11, das näherungsweise vier Mal so hart ist wie das Substratmaterial. Eine Kombination von Substratmaterial und Beschichtungsmaterial, die diesen Anforderungen genügt, ist beispielsweise Stahl/TiN. Der Dickenbereich des Beschichtungsmaterials 11 im Geltungsbereich der Erfindung für die spezielle gezeigte Substrat-Schneidenkante 10 wird durch den schattierten Bereich 12 angegeben. Typische Abmessungen des Abschnitts der an der äußersten Schneide angrenzenden beschichteten Schneidenkante werden mit Hilfe der am linken Rand der Figur gezeigten Skala in Mikrometern angegeben.
  • Es wird davon ausgegangen, daß die Geometrie der beschichteten Schneidenkante und der Dickenbereich des Beschichtungsmaterials bei anderen Kombinationen von Substratmaterial und Beschichtungsmaterial verschieden sein kann, d.h. bei Kombinationen, bei denen das Verhältnis von Härte des Beschichtungsmaterial zu der des Substratmaterials von vier verschieden ist.
  • Wir haben vorstehend ausgeführt, daß die Substrat-Schneidenkante eine geeignete Querschnittgeometrie derart haben sollte, daß w gleich oder kleiner ist als adn. Das Erzielen eines beschichtetes Schneidenkanten-Produktes mit der angestrebten Querschnittgeometrie (wie sie durch die vorgenannten Formeln und durch den äußersten Schneidenradius festgelegt wurden) ist nicht nur von den angewendeten Prozeßbedingungen abhängig, sondern auch von der Verwendung geeigneter Substrat-Schneidenkanten und -materialien. Bei einem vorgegebenen Substratmaterial und Geometrie wie die fertige Querschnittgeometrie um so schmaler sein, je härter das Beschichtungsmaterial ist. Die bevorzugte Geometrie der beschichteten Schneidenkante ist bei einer vorgegebenen Beschichtung diejenige mit dem schmalst möglichen Schneidenquerschnitt, woraus folgt, daß dieses unter Verwendung des härtesten Beschichtungsmaterials erzielt wird, das im Rahmen der durch die vorgenannten Gleichungen geforderten Bedingungen in der dickest möglichen Form abgeschieden wird.
  • Wir haben festgestellt, daß, um die angestrebte Geometrie der fertigen beschichteten Schneidenkante zu erhalten, die beschichtete Schneidenkante ein spezielles Höhen/Breite- Verhältnis haben muß. Dabei besteht das Höhen/Breite-Verhältnis aus der Dicke der Beschichtung auf der äußersten Schneide des Substrats, T, dividiert durch die Dicke der Beschichtung auf den Facetten der Schneidenkante, F, d.h. T/F. Das in Fig. 1 gezeigte Höhen/Breite-Verhältnis der Beschichtung liegt im Bereich von 4,5 fur die dickste Beschichtung 11 bis zu 7,8 für die dünnsten. Um ein solches Höhen/Breite-Verhältnis z erhalten, ist es erforderlich, daß die Molekülspezies, die auf der Substrat-Schneidenkante abgeschieden wird, auf diese auf einer Bahn parallel zur Normalebene des Substrats entsprechend der Darstellung in Fig. 2 gerichtet wird, worin die Normalebene des Substrats mit 13 bezeichnet wird und die Bahnen der abgeschiedenen Molekül-Species mit 14 bezeichnet werden. Diese Art der Abscheidung läßt sich als Abscheidung in "Blickrichtung" bezeichnen. Dieses kann nur erreicht werden, wenn die mittlere Freie Weglänge der abgeschiedenen Moleküle in der Abscheidungskammer, d.h. die mittlere Wegstrecke bevor ein solches Molekül mit einem anderen zusammenstößt, größer ist als die Entfernung zwischen seiner Quelle und dem zu beschichtenden Substrat. Dieses erfordert wiederum, daß die Abscheidung bei einem Druck ausgeführt wird, der ausreichend niedrig ist, um eine ausreichend große mittlere Freie Weglänge zu erhalten. Für die Abscheidungsprozeduren und den Apparat, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten sind, bedeutet dieses in der Praxis, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Druck von weniger als 10&supmin;² mbar und vorzugsweise bei 10&supmin;³ mbar ausgeführt werden muß.
  • Ein bevorzugter Apparat zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 3 dargestellt. Der Apparat umfaßt eine dicht verschließbare Vakuumkammer 15, die an ein Vakuumpumpsystem (nicht gezeigt) angeschlossen ist, das in der Lage ist, den benötigten niedrigen Druck abzupumpen. Die Kammer enthält eine Halterung 16 für die Substrat-Rasierklingen, die vorzugsweise die Form eines wassergekühlten Messers hat. Die Halterung 16 ist elektrisch mit einer Gleichstromversorgung verbunden, die auf Null bis -5kV eingestellt werden kann, so daß eine negative Vorspannung zur Verfügung steht. Im Inneren der Kammer 15 befindet sich eine Elektronenstrahl-Verdampfungsvorrichtung 17 zur Erzeugung einer Zufuhr von verdampftem Beschichtungmaterial (oder einem Bestandteil des Beschichtungsmaterials, sofern die Beschichtung aus einer Verbindung besteht) sowie eine Ionenquelle 18 zum Beschuß mit Ionen.
  • Die Vakuumkammer 15 ist mit Gaseinlässen 19 und 20 versehen, und die Ionenquelle ist mit einem Gaseinlaß 21 versehen, wodurch die Kammer und die Ionenquelle separat mit den gewünschten Gasen versorgt werden können. Jede der Gasversorgungen wird separat über einen Mengendurchflußregler gesteuert. Diese Anordnung macht es möglich, daß Kammerdruck und Gaszusammensetzung sehr genau überwacht werden können.
  • Die Elektronenstrahl-Verdampfungsvorrichtung und die Ionenquelle können jede geeignete, kommerziell verfügbare Baueinheit sein.
  • Obgleich das Beschichtungsmaterial (oder ein Bestandteil davon) vorzugsweise durch Elektronenstrahlverdampfung verdampft wird, ist dieses nicht der einzige Weg, auf dem eine solche Verdampfung bewirkt werden kann. Weitere Prozeduren, die zur Anwendung gelangen können, schließen beispielsweise jede andere Form der thermischen Verdampfung oder Sputtern ein. Die Anwendung solcher anderer Prozeduren wird selbstverständlich eine geeignete Modifikation des Apparats erfordern.
  • Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzten Ionen zum Beschuß können gegenüber dem abgeschiedenen Material inert sein oder mit ihm reaktionsfähig sein, wobei normalerweise ersteres bevorzugt wird. Die Stromdichte des Ionenbeschusses muß eine geeignete Geschwindigkeit der Sputterentfernung von dem Niederschlag bewirken, d.h. eine Geschwindigkeit der Entfernung, die kleiner ist als die Geschwindigkeit der Abscheidung (so daß es zu einer Nettoabscheidung kommt), die jedoch ausreichend ist, um die angestrebte Form in der fertigen beschichteten Schneidenkante zu erhalten.
  • Eine weitere wichtige Funktion des Ionenbeschusses ist die Verfeinerung der Mikrostruktur des abgeschiedenen Materials. Bei Fehlen eines solchen Ionenbeschusses werden bestimmte Beschichtungsmaterialien mit einer Stengelstruktur abgeschieden, die von sich aus schwach ist, so daß die Beschichtung dazu neigt, entlang der Korngrenzen an der Schneide der Substrat-Schneidenkante zu reißen. Die Anwendung des Ionenbeschusses gleichzeitig mit der Abscheidung der Beschichtung verhindert, daß diese unerwünschte Mikrostruktur erzeugt wird.
  • Die Masse- und Energieanforderungen des Ionenbeschusses, um eine solche Verfeinerung der Mikrostruktur zu gewährleisten sind in der Regel geringer als wie sie zum Ionenbeschuß gestellt werden, um die angestrebte Form der beschichteten Schneidenkante zu erhalten, so daß bei Einhalten der letzteren in der Regel davon ausgegangen werden kann, daß die ersteren Anforderungen erfüllt werden.
  • Angesichts der vorstehenden Ausführungen wird offensichtlich, daß geeignete Stromdichten für den Ionenbeschuß von der Masse der Ionen zum Beschuß und davon der Beschaffenheit des Beschichtungsmaterials abhängen, und daß daher keine numerischen Grenzen angeben werden können.
  • Die Energiedichte des Ionenbeschusses sollte nicht so groß sein, daß eine thermische Zersetzung des Substratmaterials und insbesondere Beeinträchtigung der Streckgrenze des letzteren erfolgen, wobei jedoch die Energiedichte im Prinzip auf Grund dieser Beschränkung so groß wie möglich sein muß, so daß die Bearbeitungszeit aus ein Minimum herabgesetzt wird.
  • Als Beschußionen wird allgemein die Verwendung inerter Gasionen bevorzugt, mehr bevorzugt Argon-Ionen, wobei jedoch andere Ionen, die verwendet werden können, beispielsweise Stickstoff und Sauerstoff einschließen.
  • Die Substrat-Schneidenkante wird vorzugwseise aus Stahl erzeugt, vorzugsweise aus rostfreiem stahl, wobei jedoch andere Materialien, die verwendet werden können, beispielsweise andere hochschmelzende Metalle und ihre Legierungen, keramische Werkstoffe, Gläser und Polymere einschließen.
  • Geeignete Beschichtungsmaterialien schließen beispielsweise ein: Metalloxide, -nitride, -carbide und -boride sowie Mischungen eines Metalloxids, -nitrids oder -carbids davon. Bevorzugte Beschichtungsmaterialien schließen beispielsweise Aluminiumoxid (Saphir), Wolframcarbid, Titannitrid, Bornitrid und Mischungen von Bor und Bornitrid ein.
  • Nitrid-Beschichtungen, wie beispielsweise TiN und BN, werden vorzugsweise durch Elektronenstrahlverdampfung oder Sputtern von Metall erzeugt, wie beispielsweise Titan oder Bor, wobei in der Abscheidungskammer Stickstoff in einer Menge vorliegt, wie sie für die Erzeugung der Beschichtung aus dem angestrebten Metallnitrid erforderlich ist. Ebenfalls von Interesse sind Beschichtungen, die aus einer Mischung eines solchen Nitrids und dem entsprechenden Metall bestehen, wie beispielsweise eine Beschichtung aus Bor mit einem Gehalt von 10 Gewichtsprozent Bornitrid. Diese Beschichtungen können dadurch erhalten werden, daß die in der Kammer vorliegende Menge Stickstoff auf diejenige Menge eingeschränkt wird, die benötigt wird, um die gewünschte Umwandlung des abgeschiedenen Metalls in sein Nitrid zu erhalten.
  • -Die vorgenannte Bor/Bornitrid-Mischung hat eine Vickers-Härte von 4.200 kgf/mm² und ist damit erheblich härter als Titannitrid, das eine Vickers-Härte von 2.000 kgf/mm² hat.
  • Carbid-Beschichtungen, wie beispielsweise TiC, werden vorzugsweise in einer ähnlichen Form erzeugt, jedoch mit einem Kohlenwasserstoff, das anstelle von Stickstoff vorhanden ist und dessen Menge ausreichend ist, um die Menge Kohlenstoff zur Erzeugung des angestrebten Carbids bereitzustellen.
  • Oxid-Beschichtungen, wie beispielsweise Al&sub2;O&sub3;, werden vorzugsweise direkt aufgedampft, können jedoch in ähnlicher Weise erzeugt werden, nur mit Sauerstoff anstelle des Stickstoffes, wobei die Menge Sauerstoff ausreichend ist, um die erforderliche Menge zur Erzeugung des angestrebten Oxids bereitzustellen.
  • Ein weiteres Beschichtungsmaterial, das verwendet werden kann, ist diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC), wobei die Erzeugung der Beschichtungen aus diesem Material eine gewisse Veränderung des Verfahren der vorliegenden Erfindung erfordert. Da dieses Material nur aus Kohlenstoff besteht, ist es nicht erforderlich, das Beschichtungsmaterial nach der einen oder anderen der vorstehend beschriebenen Prozeduren aufzubringen sondern lediglich die Einführung eines gasförmigen oder verdampften Kohlenwasserstoffes direkt in die Vakuumkammer oder über die Ionenquellen. Geeignete Kohlenwasserstoffe umfassen beispielsweise Methan, Butan, Propan und Acetylen. Der Ionenbeschuß wird selbstverständlich so ausgeführt, wie er für andere Beschichtungsmaterialien beschrieben wurde. Darüber hinaus kann eine HF- Glimmentladung in der Abscheidungskammer verwendet werden, um den diamantähnlichen Kohlenstoff zu erzeugen, während gleichzeitig der Beschuß mit einem Ionenstrahl erfolgt.
  • Obgleich wir vorstehend auf Beschichtungen Bezug genommen haben, die von einzelnen Verbindungen oder Mischungen erzeugt wurden, können Beschichtungen von zwei oder mehreren verschiedenen Materialien (d.h. mehrlagige Beschichtungen) durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt werden. Die Herstellung von Beschichtungen in zwei oder mehreren Lagen ist hauptsächlich dann von Interesse, wenn die äußere oder abschließende Beschichtung nicht die gewünschte Haftung an der Substrat-Schneidenkante haben. In solchen Fällen wird eine erste Beschichtung aus einem Material erzeugt, das eine gute Haftung an dem Substrat aufweist und an dem die angestrebte äußere Beschichtung eine gute Haftung aufweist und die äußere Beschichtung sodann darauf erzeugt wird. Beispielsweise hat die vorgenannte Bor/Bornitrid-Mischung eine sehr viel bessere Haftung an dem Substrat, wenn letztere zuerst mit Titannitrid beschichtet wurde, als wenn die Bor/Bornitrid-Mischung direkt auf den rostfreien Stahl aufgetragen wird. Ein weiteres Beispiel ist die verbesserte Haftung von diamantähnlichem Kohlenstoff, wenn die Abscheidung mit einer Zwischenschicht aus einem Metall erfolgt, wie beispielsweise Chrom oder Titan.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die nachfolgenden Beispiele gegeben, die nur zur Veranschaulichung dienen:
  • Beispiel
  • Der verwendete Apparat entsprach dem im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Apparat. Bei der Elektronenstrahl- Verdampfungsvorrichtung handelte es sich um ein 10 kV-Elektrotech-ET15-Gerät und bei der Ionenquelle um eine 2,5 cm- Ionenquelle nach Kaufman, Die Substrathalterung war 300 mm oberhalb der Ionenquelle angeordnet. Bei dieser Entfernung von der Ionenquelle hatte der Strahl einen Durchmesser von 100 mm und erlaubte eine maximale Stromdichte von 1,25 mA/cm². Die Energie der Ionen ließ sich auf bis zu 1,5 kV an der Ionenquelle regeln, und zusätzlich die Substrathalterung bis -5 kV negativ vorspannen, was einen Gesamtbereich der Ionenenergie von Null bis 6,5 kV ergab.
  • Die Substratklingen waren Klingen aus rostfreiem Stahl mit vorgeformten Schneidenkanten mit einer Schneidenbreite entsprechend der Formel
  • w « adn worin a der für rostfreien Stahl entsprechende Proportionalitätsfaktor ist, d.h. etwa 0,7.
  • Titannitrid-Beschichtungen wurden auf den Schneidenkanten dieser Klingen erzeugt, indem Titan in der Elektronenstrahl-Verdampfungsvorrichtung mit in der Kammer ausreichend vorhandenem Stickstoff verdampft wurde, so daß die abgeschiedene Beschichtung vollständig aus Titannitrid bestand. Die Beschußionen waren Argon und der Druck in der Kammer betrug 9 x 10&supmin;&sup4; mbar.
  • Es wurde eine Reihe von Versuchsreihen ausgeführt, indem eine konstante Beschußionenenergie von 1,5 kV bei einem konstante Strahlstrom von 50 mA verwendet wurde, was eine Stromdichte von 0,4 mA/cm² ergab, jedoch unter Verwendung der folgenden Substratvorspannungen:
  • Versuchsreihen A 0 kV
  • B 1,5 kV
  • C 2,5 kV
  • D 4,0 kV
  • Die Abmessungen der Schneide auf den beschichteten Klingen wurden unter Anwendung des in unserer Patentschrift 2130955A beschriebenen Verfahrens gemessen und die Beschichtungsdicke anhand von Mikrophotographien der Schneidenkante bestimmt, nachdem sie quer durchgebrochen wurde, um die Form der Beschichtung zu zeigen. Aus diesen Messungen wurden die Werte für a, n und f errechnet und die Ergebnisse untersucht, um zu bestimmen, ob die Formkriterien der beschichteten Kante eingehalten worden waren oder nicht:
  • Aus diesen Ergebnissen wird offensichtlich, daß die Versuche A, B und C keine Klingen ergaben, die in Übereinstimmung mit nachfolgend in den Ansprüchen angegebenen Bedingungen der Querschnittgeometrie standen, während das für die beschichteten Klingen in Versuch D der Fall war.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung einer Schneidenkante, umfassend: Beschichten der Substrat-Schneidenkante, die eine geeignete Querschnittgeometrie von der Art aufweist, daß gilt:
W ≤ adn
worin sind: w die Schneidenbreite der Schneidenkante in Mikrometern in einer Entfernung d in Mikrometern von der äußersten Schneide, a ein Proportionalitätsfaktor größer als Null und bis zu 1, und n ein Exponent mit einem Wert im Bereich von 0,65 und 0,75; mit einem Material, das härter ist als das Material der Substrat-Schneidenkante, mit Hilfe eines Prozesses zum Dampfabscheiden oder Sputtern, sofern erforderlich in Gegenwart von Molekülen im gasförmigen Zustand oder verdampften Molekülen eines anderen Elementes oder einer anderen Verbindung eines anderen Elements, wo die Erzeugung einer Beschichtung aus einer Verbindung angestrebt wird, bei einem Druck von weniger als 10&supmin;² mbar, während die Schneidenkante gleichzeitig einem Ionenbeschuß mit Ionen einer ausreichenden Masse und Energie ausgesetzt wird, um eine Sputterentfernung des abgeschiedenen Materials mit einer Geschwindigkeit zu erreichen, die kleiner ist als die Geschwindigkeit der Abscheidung, wodurch eine Schneidenkante aus dem abgeschiedenen Material gebildet wird, und die eine Querschnittgeometrie hat, die festgelegt ist durch die Gleichungen:
und
w³ ≥ (w - 2f) a²d2n
worin w, d, a und n die vorstehend festgelegten Bedeutungen haben und worin m das Verhältnis der Streckgrenze des abgeschiedenen Materials zu dem des Substratmaterials ist, und worin f die Dicke in Mikrometern der abgeschiedenen Beschichtung in der Entfernung d von der äußersten Schneide ist, wobei ein äußerster Schneidenradius von weniger als 500 Å ((5 um)) erhalten wird und wobei das Beschichten und der gleichzeitige Beschuß in einer solchen Weise ausgeführt werden, daß eine Beschichtung mit dem Höhen/Breite-Verhältnis im Bereich von 4,5 ... 7,8 erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Druck kleiner ist als 10&supmin;³ mbar.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Ionenbeschuß mit Inertgas-Ionen ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Beschichtung erzeugt wird aus einem Metalloxid, -nitrid, -carbid oder -borid, aus einer Mischung aus einem Metall und einem Oxid, Nitrid oder Carbid davon oder aus diamantähnlichem Kohlenstoff.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Beschichtung erzeugt wird aus Aluminiumoxid, Wolframcarbid, Titannitrid, Bornitrid oder aus einer Mischung von Bor und Bornitrid
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