DE3919307A1 - Abriebbestaendiger artikel - Google Patents
Abriebbestaendiger artikelInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen beschichteten
feuerbeständigen Artikel, insbesondere einen solchen
Artikel mit einer darauf aufgebrachten zwei- oder
mehrphasigen zusammengesetzten feuerbeständigen
Nitridschicht, sowie auf ein Verfahren zum Abscheiden
einer solchen Überzugsschicht auf einem feuerbeständigen
Substrat.
Harte feuerbeständige Materialien sind bekannt und
werden weithin für bestimmte Anwendungen, wie für
Schneiden bzw. Spitzbohrern in Bergbaugeräten, zum
Schneiden und Mahlen von Metall, bei Bohrstählen,
metallenen Ziehwerkzeugen, abriebbeständigen
Maschinenteilen und Ähnlichem verwendet. Es ist
weiterhin bekannt, daß die Betriebseigenschaften, wie
Abrieb, Beständigkeit bei hohen Temperaturen und
chemische Beständigkeit solcher Materialien, durch
Aufbringen einer oder mehrerer dünner Überzugsschichten
aus beispielsweise Metallcarbiden, Metallnitriden oder
keramischem Material auf das harte feuerbeständige
Substrat gesteigert werden können.
"Hart und feuerbeständig", so wie es hier verwendet
wird, bezeichnet sehr dichte, abriebbeständige
Materialien, die unterhalb 1000°C nicht schmelzen oder
dissoziieren, beispielsweise solche keramischen
Zusammensetzungen, wie Al₂O₃, Si₃N₄, SiC,
Silizium-Aluminium-Oxynitrid und ähnliche Materialien;
Sinterhartmetalle, beispielsweise WC-Co und
Metallcarbide, Nitride und Carbonitride, beispielsweise
TiC und TiN. Solche Materialien weisen eine
monolithische oder zusammengesetzte Mikrostruktur auf.
Große Schritte zu einer verbesserten Ausführung solcher
überzogener Substrate sind bereits unternommen worden,
beispielsweise für die Anwendung in Maschinen durch
Verfeinerung der Substratzusammensetzungen und durch
Aufbringen einfacher Schichten oder verschiedener
Kombinationen von übereinandergelagerten Schichten von
Überzugsmaterialien. Zunehmend stringente
Verwendungsbedingungen, beispielsweise die Verwendung
bei hohen Schneidgeschwindigkeiten oder in Umgebungen
mit extrem hohen Temperaturen und/oder Korrosionsgefahr
stellen jedoch zunehmend höhere Anforderungen an die
Ausführung eines solchen Materials.
Die im folgenden näher erläuterte Erfindung stellt ein
Verfahren zum Abscheiden eines abriebbeständigen
zusammengesetzten Überzugs kontrollierter
Zusammensetzung und Verteilung auf einem harten,
feuerbeständigen Substrat zur Verfügung, um so einen
Artikel herzustellen, der verbesserte
Abriebbeständigkeit unter extremen
Verwendungsbedingungen aufweist.
Ein erfindungsgemäßer abriebbeständiger Artikel umfaßt
einen harten, feuerbeständigen Substratkörper und eine
sehr dichte, anhaftende, abriebbeständige
zusammengesetzte feuerbeständige Schicht auf dem
Substratkörper. Die zusammengesetzte feuerbeständige
Schicht hat mindestens zwei Phasen und enthält eine
kontinuierliche Nitridschicht von ungefähr 0,1-20
Mikrometer Dicke. Die Nitridschicht umfaßt mindestens
ein erstes feuerbeständiges Nitrid von Si, B, Al, Y,
Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo oder W. Die zusammengesetzte
feuerbeständige Schicht enthält außerdem mindestens eine
diskontinuierliche zusätzliche Phase, die als diskrete
Teilchen in der Nitridschicht dispergiert ist. Diese
zusätzliche Phase umfaßt mindestens ein zweites
feuerbeständiges Nitrid von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V,
Nb, Ta, Mo oder W. Das mindestens eine zweite
feuerbeständige Nitrid ist ein anderes als das
mindestens eine erste feuerbeständige Nitrid.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Abscheiden einer abriebbeständigen
feuerbeständigen Schicht auf einem harten,
feuerbeständigen Substrat. Gemäß dem Verfahren wird über
das Substrat eine erste gasförmige Mischung geleitet,
die einen aus der Gruppe der Halogenide von Si, B, Al,
Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W ausgewählten ersten
Halogeniddampf und eines oder mehrere flüchtige
nitrierende Gase umfaßt. Die Temperatur liegt zwischen
ungefähr 800°C und einer Temperatur, die den
Substrateigenschaften abträglich wäre; der Druck beträgt
zwischen ungefähr 1 Torr und ungefähr Normaldruck. Das
Verfahren wird bei Partialdruckverhältnissen, einer
Flußrate und für eine Zeit durchgeführt, die ausreichend
ist, eine kontinuierliche, sehr dichte, haftende,
abriebbeständige Schicht von 0,1-20 Mikrometer Dicke auf
dem Substrat abzuscheiden, die mindestens eines der
feuerbeständigen Nitride von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf,
V, Nb, Ta, Mo oder W umfaßt. Die Verbesserung des
Verfahrens beruht auf dem Mischen der ersten gasförmigen
Mischung mit mindestens einem zusätzlichen Dampf, der
aus den Halogeniden von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb,
Ta, Mo und W ausgewählt wird, um eine zweite gasförmige
Mischung zu bilden. Der zusätzliche Dampf unterscheidet
sich von dem ersten Halogeniddampf und wird bei einem
Partialdruck, der so ausgewählt wird, daß
mindestens eine diskontinuierliche zusätzliche Phase,
die als diskrete Teilchen in der kontinuierlichen
Nitridschicht dispergiert ist, und mindestens ein
feuerbeständiges Nitrid von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V,
Nb, Ta, Mo oder W umfaßt, gemischt, um eine sehr dichte,
anhaftende, abriebbeständige, zusammengesetzte
feuerbeständige Schicht auf dem Substrat zu bilden.
Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert.
Die erfindungsgemäßen überzogenen Artikel werden durch
Abscheiden einer haftenden zwei- oder mehrphasigen
zusammengesetzten Überzugsschicht auf Nitridgrundlage
auf einem harten feuerbeständigen Substrat mittels des
oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellt.
Die gemeinsame Abscheidung eines zwei- oder mehrphasigen
zusammengesetzten Überzuges auf Nitridgrundlage, der an
dem Substrat haftet, abriebbeständig ist, hoch
temperaturbeständig und beständig gegen chemische
Angriffe oder Zersetzung bei hohen Temperaturen ist,
hängt von einer sorfältigen Kontrolle der
Verfahrensparameter ab. Die außergewöhnlichen
Eigenschaften des Überzugs sind ein Ergebnis der
Bereitstellung einer zweiten Phase aus diskreten
Teilchen eines Nitrids von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V,
Nb, Ta, Mo oder W oder einer Kombination davon innerhalb
der Matrix eines Nitrids von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf,
V, Nb, Ta, Mo oder W. Bevorzugte Überzugsschichten
umfassen beispielsweise Zirkoniumnitrid- und/oder
Yttriumnitridteilchen innerhalb einer kontinuierlichen
Aluminiumnitridmatrix, Yttriumnitridteilchen innerhalb
einer kontinuierlichen Zirkoniumnitridmatrix,
Zirkoniumnitridteilchen innerhalb einer kontinuierlichen
Yttriumnitridmatrix, Titannitridteilchen innerhalb einer
kontinuierlichen Siliziumnitrid- oder
Aluminiumnitridmatrix. Die Teilchen können gleichmäßig
über die Matrix verteilt sein, oder ihre Verteilung kann
dahingehend gesteuert sein, daß beispielsweise eine
schichtweise Struktur von einphasigen
Nitridmatrixanteilen mit abwechselnd zwei- oder
mehrphasigen Matrixteilchen-Teilen erhalten wird, die
bevorzugt in kontrollierten Abständen über die Tiefe der
Matrix verteilt sind. Die Abscheidung kann außerdem so
gesteuert werden, daß ein einphasiger kontinuierlicher
Teil kontrollierter Stärke des Matrixmaterials unterhalb
des zwei- oder mehrphasigen Teils oder der abwechselnden
Einzelphasen/Zwei- oder Mehrphasenteile des Überzugs
abgeschieden wird.
Das Verfahren umfaßt die Verwendung einer Mischung von
Gasen einschließlich einer Mischung von zwei oder
mehreren Metallhalogeniden und anderen Reaktionsgasen
unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen, um mittels
der chemischen Dampfabscheidung (chemical vapor
deposition, CVD) Metallverbindungen auf dem Substrat
abzuscheiden.
Die Metallhalogenide werden bevorzugt hergestellt,
indem Halogenidgas oder -gase über die Metalle,
beispielsweise Metallteilchen, geleitet werden. Die
Metalle können beispielsweise als eine Mischung von
Metallen, als Metallegierung oder als Metallsalze
kombiniert werden. Ein einzelnes Halogenidgas wird über
die kombinierten Metalle geleitet, um eine Mischung von
Metallhalogeniden zu bilden. Wahlweise ist mindestens
das die Matrix bildende Metall separat, und getrennte
Halogenidgasströme werden über die Metalle geleitet, um
so getrennte Metallhalogenide zu bilden, die später
vereinigt werden. Mit den Halogenidgasen können
Trägergase,
beispielsweise Ar, vereinigt werden. Bevorzugte
Metallhalogenidgase sind Chloride von Si, B, Al, Y, Ti,
Zr, Hf, V, Nb. Diese werden mit geeigneten anderen
Gasen, beispielsweise H₂ und N₂ oder anderen flüchtigen
nitrierenden Gasen, beispielsweise NH₃, vereinigt. Eines
oder mehrere der Metalle sind vorteilhafterweise in
einem getrennten Kessel innerhalb des CVD-Reaktors
enthalten.
Um eine Erstphasenmatrix, die diskrete Teilchen einer
zweiten Phase oder mehrerer Phasen enthält, gemeinsam
abzuscheiden, ist es wichtig, die relative Abscheidung
durch Kontrolle solcher Parameter wie Gasflußraten zu
steuern, um die gewünschte gemeinsame Abscheidung der
Erst- und Zweitphasenmaterialien herbeizuführen. Die
Abscheidungstemperatur beträgt normalerweise
800°C-1500°C.
Eine weitere Kontrolle des Abscheidungsverfahrens kann
durch Impulsgabe des Metallhalogenidgases, das die
zweite Phase oder Phasen bildet, erreicht werden,
während ein kontinuierlicher Fluß des die Matrix
bildenden Metallhalogenidgases beibehalten wird. Dieses
Impulsgabe-Verfahren kann weiterhin verwendet werden, um
die Verteilung der zweiten Phase innerhalb der Matrix zu
steuern, beispielsweise, um entweder eine gleichmäßige
Verteilung oder eine schichtweise Verteilung zu
erzielen, wie es oben beschrieben ist.
Ein einzelnes Metallhalogenidgas kann gleichermaßen mit
den anderen Reaktionsgasen eine für das Abscheiden eines
kontinuierlichen Einzelphasenanteils auf dem die Matrix
umfassenden Material ausreichende Zeit strömen, bevor
der Zweiphasenteil oder abwechselnde Einzelphasen/Zwei-
oder Mehrphasenteile der Beschichtung abgeschieden
werden.
Einige Beispiele erfindungsgemäßer zusammengesetzter
Überzüge sind: AlN-Matrix/ZrN-Teilchen, ZrN-Matrix/YN-
Teilchen, YN-Matrix/ZrN-Teilchen, AlN-Matrix/YN-
Teilchen, AlN-Matrix/TiN-Teilchen, AlN-Matrix/ZrN-
Teilchen und YN-Teilchen und Si₃N₄-Matrix/TiN-Teilchen.
Die Bezeichnungen "zweite Phase" und "zweiphasig", so
wie sie hier verwendet werden, beziehen sich auf
Zusammensetzungen, die eine kontinuierliche Erstphasen-
Nitridmatrixverbindung und eine oder mehrere zusätzliche
oder zweite Phasen, die eine einzelne Verbindung oder
mehr als eine Verbindung sein können, in Form von
diskreten Teilchen umfassen. Die Matrix und/oder
Teilchen können Nitride eines einzelnen Metalles oder
eine feste Lösung von Nitriden mehr als eines Metalls
sein, und die einzelnen Teilchen können aus der gleichen
oder verschiedenen Verbindungen bestehen. Die hier
offenbarten Teilchen können gleichmäßig geformt sein,
als Kugeln, Stäbchen, Einkristallfäden (whiskers), etc.,
oder ungleichmäßig geformt sein.
Die hierin beschriebenen Nitride können ebenso
Sauerstoff umfassen, d. h., als Oxynitride von Si, B, Al,
Y, Ti, Ar, Hf, V, Nb, Ta, Mo oder W, in der Erst- und
zusätzlichen Phasen sein. Solche Oxynitride können durch
Einbeziehen einer geeigneten Sauerstoffquelle in die
Reaktionsgase, beispielsweise NO oder NO₂, erhalten
werden. Ein Beispiel für erfindungsgemäße
zusammengesetzte feuerbeständige Oxynitridüberzüge ist:
Si-Al-O-N-Matrix/Ti(O,N)-Teilchen.
Die erfindungsgemäß zusammengesetzten Überzüge sind sehr
dicht, haftend, und ermöglichen es, die
Abriebbeständigkeitseigenschaften von zwei oder mehr
Bestandteilen ohne die mit den Unterschieden der
Ausdehnungskoeffizienten und Adhäsion verbundenen
Nachteile, die durch Schichten kontinuierlicher Überzüge
dieser Materialien hervorgerufen werden, zu kombinieren.
Die hier beschriebenen feuerbeständigen
Überzugsschichten können mit anderen feuerbeständigen
Überzugsschichten kombiniert werden. Beispielsweise kann
eine weitere Verbesserung bezüglich der Adhäsion der
Beschichtung an das Substrat durch Abscheiden einer
dünnen Zwischenschicht aus TiC, TaC, Ti(C,N) oder
anderer Carbide oder Carbonitride von Ti, Zr, Hf, Va,
Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al, Si oder B zwischen dem
zusammengesetzten Überzug und dem Substrat erzielt
werden. Eine Abscheidung kann in bekannter Weise als
vorläufiger Teil des gleichen Überzugsverfahrens oder in
einem getrennten, vorhergehenden Überzugsverfahren
erzielt werden. Für spezielle Anwendungen,
beispielsweise aus Reibungs- oder Abriebsgründen oder
für kosmetische oder thermische Zwecke, kann eine dünne
äußere Schicht, beispielsweise TiN, auf bekannte Weise
über die zusammengesetzte Beschichtung aufgebracht
werden.
Die Fig. 1 und 2 sind schematische Illustrationen von
Querschnitten von Substraten, die in zwei
verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens beschichtet worden sind.
Diese nicht maßstabgerechten Figuren zeigen schematisch
typische erfindungsgemäß überzogene Artikel 10 und 30.
Wie in Fig. 1 gezeigt wird, ist das Substrat 12 ein
geformtes, gesintertes WC-Material, das ein
Schneidwerkzeug oder ein anderer Artikel sein kann, für
den unter den obenbeschriebenen extremen Bedingungen
Abriebbeständigkeit erforderlich ist. Eine dünne Schicht
14 aus TiC bedeckt das Substrat mindestens in dem
Bereich, der der Reibung ausgesetzt ist. Die
zusammengesetzte Schicht 16 wird über einer TiC-Schicht
14 abgeschieden, und ist aus Einzelphasenmatrixteilen 18
und 20 aus AlN, Zweiphasenteilen 22 einer AlN-Matrix 24
und diskreten Teilchen 26 aus ZrN gemacht. Wie in Fig. 1
gezeigt, gibt es keine Trennung zwischen dem AlN der
Matrix 24 des Zweiphasenteiles 22 und dem der
Einzelphasenmatrixteile 18 und 20. Das AlN des
zusammengesetzten Überzugs ist eine einzige
kontinuierliche Matrix mit einer darin dispergierten
gemeinsam niedergeschlagenen zweiten Phase
kontrollierter Zusammensetzung und Verteilung. Eine
äußere Schicht 28 aus TiN ist über der zusammengesetzten
Schicht abgeschieden und gibt dem Artikel 10 eine
bestimmte Identifizierungsfarbe.
Fig. 2 illustriert eine zweite Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Artikels. Gleiche Merkmale in den
beiden Abbildungen sind durch die gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet. In Fig. 2 ist das Substrat 12 mit einer
dünnen TiC-Schicht 14 in der gleichen Weise wie in Fig. 1
überschichtet. Die zusammengesetzte Schicht 32 ist
über der TiC-Schicht 14 abgeschieden, und ist aus einer
AlN-Matrix 24 mit Teilchen 34 aus YN, die gleichmäßig
über die Matrix 24 verteilt sind, gemacht. Eine äußere
Schicht 28 aus TiN ist über der zusammengesetzten
Schicht abgeschieden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Nachdem alle Gasleitungen mit dem jeweiligen Gas eine
halbe bis eine Stunde gespült worden waren, wurden
Schneidwerkzeugeinsatzstücke aus Sinterhartmetall,
Stahlschneidgrad C-5, mit einer ungefähr 3 Mikrometer
dicken Schicht aus TiC mittels bekannter Verfahren in
einem CVD-Reaktor beschichtet. Der Reaktor wurde auf
ungefähr 10 Torr evakuiert, dann unter geringem Druck
erhitzt, während er mit strömendem Wasserstoff gespült
wurde, um das Entgasen vor der Abscheidung zu erhöhen.
Die Metallhalogenidgase waren Chloride, das Trägergas
für die Reaktionen von AlCl₃ und ZrCl₄ war Ar, und das
nitrierende Reaktionsgas war NH₃ mit H₂ als Träger. Die
Gasflußraten sind in der unten stehenden Tabelle
gezeigt. Der Abscheidungsdruck für Beispiel 1 betrug
ungefähr 0,75 Torr, die Temperatur ungefähr 1025°C.
Eine Periode der AlN-Abscheidung (Einzelphase) wurde
durchgeführt, bevor die Zweiphasen-AlN/ZrN-Abscheidung
begonnen wurde.
Nach dem Abscheidungsverfahren wurde der Reaktor bei
Abscheidungsdruck und unter Spülen mit Wasserstoff
auf ungefähr 300°C gekühlt, dann unter Normaldruck
und Stickstoffstrom auf Raumtemperatur. Die Dicke der
Beschichtungen betrug 4 bis 6 mm, gemessen mit dem
Schleifballverfahren (abrasive ball method, Calotest)
und Rasterelektronenmikroskopie. Die chemische
Zusammensetzung der Beschichtung wurde durch Röntgen
beugungsanalyse bestimmt. Der Überzug war auf der TiC-
Unterschicht als eine geschichtete Zusammensetzung aus
abwechselndem Aluminiumnitrid und
Aluminiumnitrid/Zirconiumnitridteilen über einem
Einzelphasen-Aluminiumnitridteil abgeschieden, ähnlich
dem in Fig. 1 gezeigten, aber ohne die TiN-Schicht über
dem Nitridüberzug. Der Nitridüberzug und die
TiC-Unterschicht wiesen eine ausreichende Dicke und gute
Haftung auf.
Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde für Beispiel 2
wiederholt, um den gleichen Typ eines TiC-beschichteten
Schneidwerkzeugeinsatzes aus Sinterhartmetall zu
beschichten, mit der Ausnahme, daß sowohl AlCl₃ als auch
ZrCl₄ während des gesamten gemeinsamen
Abscheidungszeitraumes strömten. Der Abscheidungsdruck
und die Temperatur betrug 100 Torr bzw. 1000°C. Die
weiteren Reaktionsbedingungen sind in der untenstehenden
Tabelle wiedergegeben. Die resultierenden
zusammengesetzten Überzüge sind den in Fig. 2 gezeigten
ähnlich, mit der Ausnahme, daß keine TiN-Schicht über
der Nitridschicht abgeschieden ist. Der Überzug ist eine
kontinuierliche AlN-Matrix mit darin verteilten ZrN-
Teilchen. Unter dem Zweiphasenteil der Nitridschicht ist
kein Einzelphasenteil abgeschieden.
Claims (21)
1. Abriebbeständiger Artikel, umfassend einen harten,
feuerbeständigen Substratkörper und eine sehr dichte,
haftende, abriebbeständige feuerbeständige Schicht auf
dem Substratkörper, wobei die zusammengesetzte
feuerbeständige Schicht mindestens zwei Phasen aufweist
und
eine kontinuierliche Nitridschicht von ungefähr 0,1-20 Mikrometer Dicke umfaßt, die mindestens ein erstes feuerbeständiges Nitrid von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo oder W und
mindestens eine diskontinuierliche zusätzliche Phase umfaßt, die als diskrete Teilchen innerhalb der Nitridschicht dispergiert ist, und mindestens ein zweites feuerbeständiges Nitrid von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo oder W umfaßt, wobei das mindestens eine zweite feuerbeständige Nitrid von dem mindestens einen ersten feuerbeständigen Nitrid verschieden ist.
eine kontinuierliche Nitridschicht von ungefähr 0,1-20 Mikrometer Dicke umfaßt, die mindestens ein erstes feuerbeständiges Nitrid von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo oder W und
mindestens eine diskontinuierliche zusätzliche Phase umfaßt, die als diskrete Teilchen innerhalb der Nitridschicht dispergiert ist, und mindestens ein zweites feuerbeständiges Nitrid von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo oder W umfaßt, wobei das mindestens eine zweite feuerbeständige Nitrid von dem mindestens einen ersten feuerbeständigen Nitrid verschieden ist.
2. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die zusätzliche Phase im wesentlichen gleichmäßig in der
kontinuierlichen Nitridschicht dispergiert ist.
3. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die zusammengesetzte feuerbeständige Schicht eine
geschichtete Schicht ist, in der Teile mit mindestens
zwei Phasen mit einphasigen kontinuierlichen
Nitridteilen abwechseln.
4. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste feuerbeständige Nitrid AlN umfaßt und das
zweite feuerbeständige Nitrid ZrN umfaßt.
5. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste feuerbeständige Nitrid ZrN umfaßt und das
zweite feuerbeständige Nitrid YN umfaßt.
6. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste feuerbeständige Nitrid YN umfaßt und das
zweite feuerbeständige Nitrid ZrN umfaßt.
7. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste feuerbeständige Nitrid Si₃N₄ umfaßt und das
zweite feuerbeständige Nitrid TiN umfaßt.
8. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste feuerbeständige Nitrid AlN und das zweite
feuerbeständige Nitrid TiN umfaßt.
9. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die mindestens eine zusätzliche Phase das mindestens
eine zweite feuerbeständige Nitrid und mindestens ein
drittes feuerbeständiges Nitrid von Si, B, Al, Y, Ti,
Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo oder W umfaßt.
10. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste feuerbeständige Nitrid AlN umfaßt, das zweite
feuerbeständige Nitrid ZrN umfaßt und das dritte
feuerbeständige Nitrid YN umfaßt.
11. Verfahren zum Abscheiden einer abriebbeständigen
feuerbeständigen Schicht auf einem harten
feuerbeständigen Substrat, umfassend das Darüberleiten
einer ersten gasförmigen Mischung, umfassend einen
ersten Halogeniddampf aus der Gruppe der Halogenide von
Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W und eines
oder mehrere flüchtige nitrierende Gase bei einer
Temperatur zwischen ungefähr 800°C und einer für die
Substrateigenschaften schädlichen Temperatur, bei einem
Druck von zwischen ungefähr 1 Torr und ungefähr
Normaldruck über das Substrat, bei
Partialdruckverhältnissen, einer Flußrate und für eine
Zeit, die ausreichend sind, eine kontinuierliche, sehr
dichte, haftende, abriebbeständige Schicht, die
mindestens ein feuerbeständiges Nitrid von Si, B, Al, Y,
Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo oder W von ungefähr 0,1-20 Mikrometer
Dicke umfaßt, auf dem Substrat abzuscheiden,
wobei
die erste gasförmige Mischung mit mindestens einem zusätzlichen Dampf aus der Gruppe der Halogenide von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W gemischt wird, um eine zweite gasförmige Mischung zu bilden;
wobei der zusätzliche Dampf von dem ersten Halogeniddampf verschieden ist und bei einem Partialdruck gemischt wird, der so gewählt ist, daß mindestens eine diskontinuierliche zusätzliche Phase, die als diskrete Teilchen innerhalb der kontinuierlichen Nitridschicht dispergiert ist, gebildet wird, und mindestens ein feuerbeständiges Nitrid von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo oder W umfaßt, um eine sehr dichte, haftende abriebbeständige zusammengesetzte feuerbeständige Schicht auf dem Substrat zu bilden.
die erste gasförmige Mischung mit mindestens einem zusätzlichen Dampf aus der Gruppe der Halogenide von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W gemischt wird, um eine zweite gasförmige Mischung zu bilden;
wobei der zusätzliche Dampf von dem ersten Halogeniddampf verschieden ist und bei einem Partialdruck gemischt wird, der so gewählt ist, daß mindestens eine diskontinuierliche zusätzliche Phase, die als diskrete Teilchen innerhalb der kontinuierlichen Nitridschicht dispergiert ist, gebildet wird, und mindestens ein feuerbeständiges Nitrid von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo oder W umfaßt, um eine sehr dichte, haftende abriebbeständige zusammengesetzte feuerbeständige Schicht auf dem Substrat zu bilden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste gasförmige Mischnung NO oder NO₂ umfaßt;
und daß die zusammengesetzte feuerbeständige Schicht
eine kontinuierliche erste Phase aus mindestens einem
feuerbeständigen Oxynitrid von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf,
V, Nb, Ta, Mo oder W umfaßt, in der diskrete Teilchen
dispergiert sind, die mindestens ein feuerbeständiges
Oxynitrid von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo
oder W umfassen.
13. Verfahren zum Abscheiden einer sehr dichten,
haftenden, abriebbeständigen zusammengesetzten
feuerbeständigen Schicht auf einem harten
feuerbeständigen Substrat, umfassend die folgenden
Schritte:
Darüberleiten einer ersten gasförmigen Mischung, umfassend einen ersten Halogeniddampf aus der Gruppe der Halogenide von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W und eines oder mehrere flüchtige nitrierende Gase bei einer Temperatur zwischen ungefähr 800°C und einer für die Substrateigenschaften schädlichen Temperatur, bei einem Druck von zwischen ungefähr 1 Torr und ungefähr Normaldruck über das Substrat, wobei die flüchtigen nitrierenden Gase, die Partialdruckverhältnisse, die Flußraten und die Abscheidungszeit so gewählt sind, daß eine kontinuierliche, sehr dichte, haftende abriebbeständige Erstphasenschicht, die ein aus der Gruppe der feuerbeständigen Nitride von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W ausgewähltes Material umfaßt, von 0,1-20 Mikrometer Dicke auf dem Substrat abgeschieden wird;
intermittierende Impulsgabe in die erste gasförmige Mischung während der Abscheidung der kontinuierlichen Nitridschicht, um eine zweite gasförmige Mischung mit mindestens einem zusätzlichen, aus den Halogeniden von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W ausgewählten Dampf bilden;
wobei der mindestens eine zusätzliche Dampf von dem ersten Halogeniddampf verschieden ist und bei einem Partialdruck, in Zeitabständen und für Zeiträume gemischt wird, die so ausgewählt sind, daß mindestens eine diskontinuierliche zusätzliche Phase als innerhalb der kontinuierlichen Nitridschicht dispergierte diskrete Teilchen gebildet wird, die mindestens ein aus der die feuerbeständigen Nitride von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W umfassenden Gruppen ausgewähltes Material umfaßt, um eine sehr dichte, haftende, abriebbeständige, zusammengesetzte feuerbeständige Schicht auf dem Substrat zu bilden.
Darüberleiten einer ersten gasförmigen Mischung, umfassend einen ersten Halogeniddampf aus der Gruppe der Halogenide von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W und eines oder mehrere flüchtige nitrierende Gase bei einer Temperatur zwischen ungefähr 800°C und einer für die Substrateigenschaften schädlichen Temperatur, bei einem Druck von zwischen ungefähr 1 Torr und ungefähr Normaldruck über das Substrat, wobei die flüchtigen nitrierenden Gase, die Partialdruckverhältnisse, die Flußraten und die Abscheidungszeit so gewählt sind, daß eine kontinuierliche, sehr dichte, haftende abriebbeständige Erstphasenschicht, die ein aus der Gruppe der feuerbeständigen Nitride von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W ausgewähltes Material umfaßt, von 0,1-20 Mikrometer Dicke auf dem Substrat abgeschieden wird;
intermittierende Impulsgabe in die erste gasförmige Mischung während der Abscheidung der kontinuierlichen Nitridschicht, um eine zweite gasförmige Mischung mit mindestens einem zusätzlichen, aus den Halogeniden von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W ausgewählten Dampf bilden;
wobei der mindestens eine zusätzliche Dampf von dem ersten Halogeniddampf verschieden ist und bei einem Partialdruck, in Zeitabständen und für Zeiträume gemischt wird, die so ausgewählt sind, daß mindestens eine diskontinuierliche zusätzliche Phase als innerhalb der kontinuierlichen Nitridschicht dispergierte diskrete Teilchen gebildet wird, die mindestens ein aus der die feuerbeständigen Nitride von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W umfassenden Gruppen ausgewähltes Material umfaßt, um eine sehr dichte, haftende, abriebbeständige, zusammengesetzte feuerbeständige Schicht auf dem Substrat zu bilden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste gasförmige Mischung NO oder NO₂ umfaßt;
und daß die zusammengesetzte feuerbeständige Schicht
eine kontinuierliche erste Phase aus mindestens einem
feuerbeständigen Oxynitrid von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf,
V, Nb, Ta, Mo oder W mit darin dispergierten diskreten
Teilchen, die mindestens ein feuerbeständiges Oxynitrid
von Si, B, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo oder W
umfassen, enthält.
15. Verfahren nach Anspruch 13 und/oder 14, dadurch
gekennzeichnet, daß es weiterhin den Schritt der
Kontrolle der Größe und Verteilung der Teilchen der
zusätzlichen Phase innerhalb der Nitridschicht durch
Kontrolle des Partialdruckes, der Zeitabstände und der
Zeiträume, die der mindestens eine zusätzliche Dampf in
die erste gasförmige Mischung pulsiert wird, umfaßt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt der Abscheidung der kontinuierlichen
Nitridschicht eine ausreichende Zeit durchgeführt wird,
bevor der Schritt der Impulsgabe beginnt, um einen
einphasigen, kontinuierlichen Nitridteil zu bilden, der
das Substrat und die zwei- oder mehrphasigen Teile der
zusammengesetzten keramischen Beschichtung trennt.
17. Verfahren nach Anspruch 15 und/oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schritt der intermittierenden
Impulsgabe in Zeitabständen und für Zeiträume
stattfindet, die ausgewählt sind, eine geschichtete
zusammengesetzte keramische Schicht zu bilden, in der
Zwei- oder Mehrphasenteile mit einphasigen
kontinuierlichen Nitridteilen abwechseln.
18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite gasförmige Mischung N₂ oder NH₃,
Wasserstoff und Chloride von 2 Elementen aus der Gruppe
Al, Zr und Y umfaßt; und daß die zusammengesetzte
feuerbeständige Schicht eine kontinuierliche erste
Phase, umfassend AlN mit darin dispergierten diskreten
Teilchen, umfassend ZrN oder eine kontinuierliche erste
Phase, umfassend ZrN mit darin dispergierten diskreten
Teilchen, umfassend YN oder eine kontinuierliche erste
Phase, umfassend YN mit darin dispergierten diskreten
Teilchen, umfassend ZrN, umfaßt.
19. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite gasförmige Mischung N₂ oder NH₃,
Wasserstoff und Chloride von Si und Ti umfaßt, und daß
die zusammengesetzte feuerbeständige Schicht eine
kontinuierliche erste Phase, umfassend Si₃N₄ mit darin
dispergierten Teilchen, umfassend TiN, umfaßt.
20. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite gasförmige Mischung N₂ oder NH₃,
Wasserstoff und Chloride von Al und Ti umfaßt, und daß
die zusammengesetzte feuerbeständige Schicht eine
kontinuierliche Phase, umfassend AlN mit darin
dispergierten diskreten Teilchen, umfassend TiN, umfaßt.
21. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite gasförmige Mischung NO oder NO₂,
Wasserstoff und Chloride von Silizium und Aluminium
umfaßt, und daß die zusammengesetzte feuerbeständige
Schicht eine kontinuierliche erste Phase, umfassend
Silizium-Aluminium-Oxynitrid mit darin dispergierten
diskreten Teilchen, umfassend Ti(O, N), umfaßt.
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