EP2646596A1 - Method for producing a carbon-containing layer system and apparatus for implementing the method - Google Patents

Method for producing a carbon-containing layer system and apparatus for implementing the method

Info

Publication number
EP2646596A1
EP2646596A1 EP11788773.7A EP11788773A EP2646596A1 EP 2646596 A1 EP2646596 A1 EP 2646596A1 EP 11788773 A EP11788773 A EP 11788773A EP 2646596 A1 EP2646596 A1 EP 2646596A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
plasma
chamber
deposited
deposition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11788773.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sven Meier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2646596A1 publication Critical patent/EP2646596A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26Deposition of carbon only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26Deposition of carbon only
    • C23C16/27Diamond only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a carbon-containing layer system, in particular for increasing the wear resistance of tools or components, in which a diamond layer by means of plasma deposition on the
  • the invention also relates to a device for carrying out the method.
  • diamond-coated ceramics (polycrystalline diamond in layer form) represent a significant advance in innovative mechanical seals, which are used in the fields of energy, chemical, pharmaceutical and pharmaceutical industry
  • Components or tools can be significantly reduced by amorphous or semi-crystalline hydrocarbon layers (DLC), since they have comparatively low coefficients of friction of typically 0.1.
  • DLC amorphous or semi-crystalline hydrocarbon layers
  • these layers are not tough enough to permanently improve tool life and durability
  • the layers produced are not only too thin, but wise also not the appropriate ratio of hardness to
  • Elasticity module (modulus of elasticity) on.
  • EP 1 272 683 B1 discloses a method for producing a DLC layer system in which, after the deposition of a DLC layer on a suitable adhesion and transition layer, an amorphous carbon-containing layer is applied as a sliding layer which has a different chemical composition than the DLC layer. Layer has. The layers are applied by means of plasma deposition in the middle frequency range. This allows the deposition of DLC layers but not of
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a carbon-containing layer system and an apparatus for carrying out the method, with which a layer system can be produced, which significantly increases the wear resistance of components
  • the task is with the method, the
  • Embodiments of the method and the device are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiment.
  • the proposed method is a
  • Diamond layer preferably with a hardness> 6000 HV (Vickers hardness) and an E modulus> 800 GPa, deposited by means of plasma deposition. Subsequently, a transition layer and an amorphous carbonaceous layer are deposited on this first layer by means of plasma deposition. The deposition of the layers is carried out successively under vacuum conditions, without the vacuum and the continuous or pulsed plasma required for the layer deposition between the
  • An interruption here means a period during which, due to the missing
  • this layer system has improved insert properties, in particular high wear resistance and high forming quality. This could be done on the basis of simulation data
  • Diamond layer preferably with an E-modulus of about 900 GPa, and a DLC-like layer (diamond-like amorphous carbon) with an E-modulus ⁇ 200 GPa, preferably about 120 GPa produced.
  • This layer system fulfills the requirements for increasing the E-modulus
  • Method is that the two layers with the intervening transition or transfer Layer under vacuum by means of plasma deposition
  • the device essentially comprises an inert gas chamber and a separate reactive gas chamber, which are connected to one another via an electron gate.
  • a slide is arranged, which is designed as an electrode for the generation of a high-frequency plasmas.
  • the counter electrode is arranged in the inert gas chamber.
  • the reactive gas chamber is designed as a microwave ring resonator.
  • the diamond layer is deposited here with a microwave plasma, while the amorphous carbonaceous layer is deposited with a capacitively coupled high-frequency plasma.
  • the Microwave power is reduced continuously or stepwise while increasing the high frequency power continuously or stepwise.
  • the diamond layer deposited with the microwave plasma may have any thickness and shape of the crystals.
  • This diamond layer is then overcoated with the amorphous carbonaceous layer without process interruption.
  • the capacitive high-frequency plasma source which during the diamond deposition becomes only a passive high-temperature capable
  • Deposition conditions switched from diamond growth to DLC growth. This creates an ideal thermodynamic transfer layer between the diamond and the DLC. This between the diamond layer and the DLC (a-C: H)
  • lying transfer layer (nanocrystalline diamond and ta-C: H) determines the properties, but especially the inner cohesion of the multi-phase layer, i. of the present layer system, decisively with.
  • the DLC layer is to realize a particularly high wear resistance preferably with a
  • the layer system produced by the method thus consists of at least two carbon-based Layers that are connected by a transition layer.
  • the lower layer is a diamond layer, which preferably has a high hardness> 6000 HV and an E-modulus of preferably> 800 GPa.
  • the upper layer is an amorphous carbonaceous
  • This layer system combines the positive properties of crystalline and amorphous carbon-based layers.
  • the lower layer ie the crystalline diamond layer
  • a layer of carbon nanotubes is deposited as an adhesive layer.
  • This layer considerably increases the adhesion of the layer system to the component, especially in the case of hard metal components, and can advantageously be deposited with the microwave plasma of the microwave ring resonator. Also in this case, therefore, all layers including the adhesive layer are deposited on the device without interrupting the vacuum as well as the continuous or pulsed plasma.
  • the proposed device which is suitable for carrying out the method, has a plasma chamber in which at least one electrode is arranged as a slide and at least one wall region and / or at least one arranged in the plasma chamber component forms a counter electrode, and one connected to the electrode High-frequency unit with which a plasma is generated in the plasma by applying a high-frequency alternating voltage between the electrode and the counter electrode. chamber is generated.
  • the plasma chamber of the pre ⁇ chosen device is divided by a separator into at least two partial volumes of which contain a first partial volume for a reactive gas, the electrode and a second partial volume for an inert gas an active at the plasma generating region of the counter electrode.
  • the separating device is suitable for enabling a plasma exchange of electrons in the plasma between the partial volumes required for the generation of the plasma and for providing a diffusion barrier for the plasma
  • the separating device is also referred to in the present patent application as an electron gate.
  • Microwave ring resonator designed to be a
  • the device allows multi-phase carbon based
  • the device corresponds to a combination of a known from DE 10 2005 049 266 A device for the deposition of DLC coatings with a device for deposition of diamond layers, as is known for example under the name Cyrannus ®.
  • the known apparatus for depositing DLC layers enables the process-technical separation of plasma density and ion energy. Only with this device and the associated
  • Coating method it is possible, particularly thick DLC layers (typically> 50 ⁇ ) and selectively microstructured or ultra-smooth surfaces to produce almost all metal, ceramic and plastic substrates. Due to the design, the two-chamber configuration present in this device enables the integration of a further microwave-based deposition technology for the production of crystalline diamond layers, which is known as a single process from the prior art. In the
  • the electron gate of the proposed device is preferably also used as a plasma source
  • a downstream plasma source in particular as a downstream plasma source.
  • This may be, for example, an inductively coupled high-frequency plasma source or a
  • FIG. 1 shows an example of a device
  • Fig. 2 is a schematic representation
  • Fig. 3 is a schematic representation of
  • Fig. 1 shows schematically an example of a device for plasma separation (PECVD technology), which can be configured according to the present patent application.
  • the plasma chamber 1 is divided into two and is supplied with process gases by two separate gas systems.
  • the structural design of the plasma chamber 1 and the supply and pumping system for the gases is designed so that the in Reactive gas (eg CH 4 ) which has flowed into the reactive gas chamber 3 can not enter the inert gas chamber 2 or only to a small extent.
  • the reactive gas chamber 3 has a feed 6 for reactive gases and an outlet 7 for a pump.
  • the inert gas chamber 2 accordingly has a feed 8 for inert gases (eg argon).
  • inert gases eg argon
  • the non-RF-acted parts of the reactive gas chamber 3 are electrically isolated. Alternatively, they can be removed or removed from the RF ground an electrical insulator, for example made of glass or ceramic, be made. For the latter two options must be an RF technical
  • matching network can be realized.
  • the walls of the reactive gas chamber 3 are covered with electrical insulation 9, so that the active region of the counterelectrode, which is formed by the metallic walls of the inert gas chamber 2, lies only in the inert gas region.
  • the neutral plasma column burns in the upper and lower combustion chamber in the form of a dumbbell.
  • the active biasable electrode is made high-temperature capable, in particular of high-temperature-resistant metals and alloys, e.g. made of molybdenum.
  • Reactive gas chamber is replaced by a microwave ring resonator. Of course, this must not be connected to the RF ground of the capacitive plasma source. If the passage between the two combustion chambers or chambers designed so that a
  • Reactive gas chamber lower combustion chamber only the slide active (passive chamber areas are either isolated for RF currents from the plasma or removed from the RF ground) and in the inert gas (upper combustion chamber) only the electrically conductive
  • the counter electrode and the volume of the recipient are made flexible.
  • the lower isolated area of the plant can be adapted to the different size of possible components.
  • the upper area which is responsible for creating the necessary DC bias, is designed to preserve the area ratios of possible previous processes.
  • Combustion chambers are designed in such a way that neither charged nor neutral portions of the reactive gas can reach the inert gas range. This is achieved by the electronic gate 5 present between the two areas.
  • the task of the electron gate is to connect the two plasma columns and to allow unimpeded electron exchange without any back diffusion of neutral and charged reactive gases into the inert gas region.
  • the processes responsible for this are the ambipolar diffusion, through which the largely stationary ions reach the respective other combustion chamber without such an electron gate, as well as diffusion and diffusion
  • the permanent supply of an inert gas flow in the inert gas region (upper combustion chamber) without its own pump opening acts as a barrier gas flow in the passage region and, if suitably executed, reduces the entry of neutral reactive gases into the inert gas region
  • the electron gate may be a simple hole in the partition wall of the two combustion chambers. This has the dark space distance as the theoretically smallest diameter. To avoid the gas exchange or the back diffusion of reactive gas into the inert gas, however, the hole would have to be made very small and elongated or the inert gas stream would have to be very big. However, both do not meet the requirements of a real PECVD litigation.
  • the electrical resistance in the passage region should be as small as possible so that the capacitive coupling over the reactor walls in the reactive gas region is suppressed as much as possible.
  • this requires the largest possible opening between the separated
  • the electron gate is therefore used as the downstream
  • Plasma source carried out, which is mounted or disposed above the opening in the partition wall and a
  • a Helmholtz coil 11 see Fig. 1
  • a system of Helmholtz coils coated The coils must be arranged so that the resulting magnetic field lines between electrode and electron gate parallel to the floating chamber wall of the reactive gas region or the active walls of the ring resonator.
  • Fig. 2 shows again an example of the structure of the proposed device in a schematic representation.
  • Reactive gas chamber 3 and inert gas chamber 2 are connected to each other via the electron gate 5.
  • the electron gate 5 itself is an inductive plasma source or microwave downstream plasma source
  • the reactive gas chamber 3 is designed as a microwave ring resonator 13, which is connected via an E / H tuner 14 and a circulator 15 with a magnetron 16.
  • the reactive gas chamber 3 is further surrounded by Helmholtz coils 11.
  • the generation of the capacitively coupled RF plasma for the production of DLC layers takes place via the coupling of RF power via the electrode (slide 10), which is connected via a match box 17 to an RF generator 18.
  • this device can also be used exclusively polycrystalline
  • Diamond layers or only DLC layers produce.
  • the plasma source between the chamber regions (in the region of the electron gate 5) and the active object carrier 10 as a capacitive RF plasma source together or alone supportive to influence the layer growth.
  • the sole operation of the capacitive RF plasma source is sufficient. Supportive operation of all other plasma sources is optional.
  • SchichtSystems is on the component 19 first using the microwave ring resonator 13 a
  • Diamond layer 20 deposited can also support the two other plasma sources
  • Downstream plasma source at the electron gate and capacitively coupled high-frequency plasma are switched supportive. After deposition of this layer, the microwave power is reduced while increasing the power of the capacitive high-frequency plasma. This results in a transfer layer 22, which finally passes into a DLC layer (a-C: H) 21 after setting the appropriate plasma parameters.
  • This DLC layer 21 is preferably deposited on the diamond layer 20 with a thickness of> 50 ⁇ m. This is shown very schematically in FIG.
  • the following table shows an example of parameters and process times for depositing the layers.
  • an intermediate layer 23 of carbon nanotubes, which lies between the component 19 and the diamond layer 20, is additionally indicated in FIG.
  • This intermediate layer is deposited with the microwave plasma of the microwave ring resonator 13 directly on the component 19 and increases the adhesion of the diamond layer 20 on the component 19, in particular in the case of components made of hard metal.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for producing a carbon-containing layer system, in particular to increase the wear resistance of components, and to an apparatus for implementing the method. In the method, by means of plasma deposition, first a diamond layer (20) is deposited and then an amorphous carbon-containing layer (21) is deposited, forming a transition layer (22). The layers are deposited one after the other without the vacuum or the continuous or pulsed plasma required for the layer deposition being interrupted between the depositions of the layers. The combination of the two layers in conjunction with the deposition technique used permits the production of layer systems which lead to a high wear resistance of the components.

Description

Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen Schichtsystems sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Process for the preparation of a carbon-containing layer system and apparatus for carrying out the process
Technisches Anwendungsgebiet Technical application
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen Schichtsystems, insbesondere zur Erhöhung der Verschleiß- festigkeit von Werkzeugen oder Bauteilen, bei dem eine Diamantschicht mittels Plasmaabscheidung auf dem  The present invention relates to a method for producing a carbon-containing layer system, in particular for increasing the wear resistance of tools or components, in which a diamond layer by means of plasma deposition on the
Werkzeug oder Bauteil abgeschieden wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens . Tool or component is deposited. The invention also relates to a device for carrying out the method.
Beim Kalt- und Warmumformen sowie beim Trennen und Schneiden von Blechbauteilen und Fräsen von Verbundwerkstoffen kommt es an den Werkzeugen zu starkem During cold and hot forming as well as during cutting and cutting of sheet metal components and milling of composite materials, the tools are subject to strong forces
Verschleiß, welcher zu geringen Werkzeugstandzeiten und schlechter Bauteilqualität führt. Der Verschleiß ist auf die hohen lokalen mechanischen Beanspruchungen, vor allem durch ScherSpannungen und die zurückgelegten Gleitwege an den Kanten der Werkzeuge, zurückzuführen. Unter Blechbauteilen sind in diesem Zusammenhang Wear, which leads to low tool life and poor component quality. The wear is due to the high local mechanical stresses, mainly due to shear stresses and the sliding paths at the edges of the tools. Under sheet metal components are in this context
Komponenten aus allen industriell verwendeten Metallen und metallischen Legierungen zu verstehen, welche üblicherweise kalt- oder warm-umgeformt , getrennt oder geschnitten werden. Auch bei der Bearbeitung nicht metallischer Bauteile können derartige Probleme Components from all industrially used metals and metallic alloys to understand, which are usually cold or hot-formed, separated or cut. Even when working on non-metallic components such problems
auftreten. Beispiele für die genannten Bauteile sind Aluminiumbleche, Edelstahlbleche, Kupferbleche, Zinkbleche, kohlenfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) , glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) usw. Dies ist selbstverständlich keine abschließende Aufzählung. Ein weiteres technisches Gebiet, bei dem Bauteile hohen lokalen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, stellt der Einsatz hochbelastbarer Gleitringdichtungen (Flüssigkeits- und Gasdichtungen) dar. occur. Examples of the components mentioned are aluminum sheets, stainless steel sheets, copper sheets, zinc sheets, carbon fiber reinforced plastics (CFRP), glass fiber reinforced plastics (GRP), etc. This is of course not an exhaustive list. Another technical field in which components are exposed to high local mechanical stresses is the use of highly resilient mechanical seals (liquid and gas seals).
Stand der Technik State of the art
Zur Erhöhung der Belastbarkeit bzw. Verschleißfestigkeit von derartigen Bauteilen ist es üblich, eine kohlenstoffhaltige Schicht mit einer hohen Härte auf die Bauteile aufzubringen. So stellen beispielsweise diamantbeschichtete Keramiken (polykristalliner Diamant in Schichtform) einen wesentlichen Fortschritt bei innovativen Gleitringdichtungen dar, welche in den Bereichen Energie-, Chemie-, Pharmazie- und  To increase the strength or wear resistance of such components, it is customary to apply a carbon-containing layer with a high hardness to the components. For example, diamond-coated ceramics (polycrystalline diamond in layer form) represent a significant advance in innovative mechanical seals, which are used in the fields of energy, chemical, pharmaceutical and pharmaceutical industry
Lebensmitteltechnik von großer Bedeutung sind, da sie den Übergang zu dauerhaft berührenden Food technology are of great importance as they transition to permanently touching
Gleitringdichtungen ermöglichen können. Can allow mechanical seals.
Zahlreiche Versuche haben gezeigt, dass die Numerous experiments have shown that the
Scherkräfte, die zu dem hohen Verschleiß an den Shear forces leading to the high wear on the
Bauteilen bzw. Werkzeugen führen, durch amorphe bzw. teilkristalline Kohlenwasserstoff-Schichten (DLC) deutlich reduziert werden können, da diese vergleichsweise niedrige Reibungskoeffizienten von typischerweise 0,1 besitzen. Allerdings sind diese Schichten für die vorher genannten Einsatzzwecke nicht zäh genug, um eine dauerhafte Verbesserung der Werkzeugstandzeiten und desComponents or tools can be significantly reduced by amorphous or semi-crystalline hydrocarbon layers (DLC), since they have comparatively low coefficients of friction of typically 0.1. However, for the purposes described above, these layers are not tough enough to permanently improve tool life and durability
Einsatzverhaltens zu gewährleisten. Hierfür sind die erzeugten Schichten nicht nur zu dünn, sondern weisen auch nicht das geeignete Verhältnis von Härte zu To ensure operational behavior. For this purpose, the layers produced are not only too thin, but wise also not the appropriate ratio of hardness to
Elastizitäts-Modul (E-Modul) auf. Elasticity module (modulus of elasticity) on.
Die bisher verfügbaren kohlenstoffhaltigen The previously available carbonaceous
Schichten können daher in vielen Anwendungen noch keine ausreichend hohe Verschleißfestigkeit der Werkzeuge bzw. Bauteile gewährleisten. Layers can therefore not ensure sufficiently high wear resistance of the tools or components in many applications.
Die EP 1 272 683 Bl offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines DLC-Schichtsystems , bei dem nach dem Abscheiden einer DLC-Schicht auf einer geeigneten Haft- und Übergangsschicht eine amorphe kohlenstoffhaltige Schicht als Gleitschicht aufgebracht wird, die eine andere chemische Zusammensetzung als die DLC-Schicht hat . Die Schichten werden mittels Plasmaabscheidung im Mittelfreguenzbereich aufgebracht. Dies ermöglicht die Abscheidung von DLC-Schichten, nicht jedoch von EP 1 272 683 B1 discloses a method for producing a DLC layer system in which, after the deposition of a DLC layer on a suitable adhesion and transition layer, an amorphous carbon-containing layer is applied as a sliding layer which has a different chemical composition than the DLC layer. Layer has. The layers are applied by means of plasma deposition in the middle frequency range. This allows the deposition of DLC layers but not of
Diamantschichten . Diamond layers.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen Schichtsystems sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit denen sich ein Schichtsystem erzeugen lässt, das eine deutliche Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Bauteilen The object of the present invention is to provide a method for producing a carbon-containing layer system and an apparatus for carrying out the method, with which a layer system can be produced, which significantly increases the wear resistance of components
ermöglicht. Unter den Bauteilen sind hierbei die weiter oben genannten Bauteile zu verstehen, wobei sich die mit dem Verfahren hergestellten Schichten selbstver- ständlich auch auf andere Bauteile anwenden lässt, die einem mechanischen Verschleiß unterworfen sind. Darstellung der Erfindung allows. The components here are to be understood as meaning the components mentioned above, it being understood that the layers produced by the method can also be applied to other components which are subject to mechanical wear. Presentation of the invention
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren, dem  The task is with the method, the
Schichtsystem sowie der Vorrichtung gemäß den Layer system and the device according to the
Patentansprüchen 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Claims 1 and 8 solved. advantageous
Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird eine Embodiments of the method and the device are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiment. In the proposed method is a
Diamantschicht, vorzugsweise mit einer Härte > 6000 HV (Vickershärte) und einem E-Modul > 800 GPa, mittels Plasmaabscheidung abgeschieden. Auf diese erste Schicht werden anschließend mittels Plasmaabscheidung eine Übergangsschicht sowie eine amorphe kohlenstoffhaltige Schicht abgeschieden. Die Abscheidung der Schichten erfolgt nacheinander unter Vakuumbedingungen, ohne das Vakuum und das für die Schichtabscheidung erforderliche kontinuierliche oder gepulste Plasma zwischen der  Diamond layer, preferably with a hardness> 6000 HV (Vickers hardness) and an E modulus> 800 GPa, deposited by means of plasma deposition. Subsequently, a transition layer and an amorphous carbonaceous layer are deposited on this first layer by means of plasma deposition. The deposition of the layers is carried out successively under vacuum conditions, without the vacuum and the continuous or pulsed plasma required for the layer deposition between the
Abscheidung der einzelnen Schichten zu unterbrechen. Unter einer Unterbrechung ist hierbei ein Zeitraum zu verstehen, während dessen aufgrund des fehlenden Separation of the individual layers to interrupt. An interruption here means a period during which, due to the missing
Plasmas kein Schichtwachstum mehr stattfindet. Auf diese Weise wird ein Schichtsystem aus zwei kohlen- stoffhaltigen Schichten mit einer dazwischen liegenden Transfer- oder Übergangsschicht erhalten, das den Plasmas no more layer growth takes place. In this way, a layer system of two carbon-containing layers with an intermediate transfer or transition layer is obtained, which comprises the
Anforderungen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit des Bauteils, auf dem das Schichtsystem abgeschieden wurde, deutlich besser genügen als die bisher hierzu Requirements to increase the wear resistance of the component on which the layer system was deposited, much better than previously meet
eingesetzten Schichten. used layers.
Hierbei wurde erkannt, dass ein ideales Schichtsystem für die in der Beschreibungseinleitung genannten Anwendungen ein Mehrlagenschichtsystem mit völlig unterschiedlichen Schichteigenschaften ist, welche nicht allein durch eine einzige Schicht erfüllt werden können. Oberhalb der Grenzfläche zum Bauteil bzw. It was recognized that an ideal layer system for the mentioned in the introduction Applications is a multi-layer system with completely different layer properties, which can not be met by a single layer alone. Above the interface to the component or
Werkzeug sollte eine möglichst harte (Vickershärte vorzugsweise > 6000 HV) und vorzugsweise dicke Schicht (Schichtdicke > 10 μπι) mit sehr hohem E- odul (vorzugsweise > 800 GPa) aufgebracht werden, welche von einer Schicht mit niedrigerem E-Modul, vorzugsweise < 250 GPa, überdeckt ist. Diese zweite Schicht im Sinne einer Funktionsschicht sollte idealerweise gegenüber dem umzuformenden bzw. zu trennenden Material einen Tool as hard as possible (Vickers hardness preferably> 6000 HV) and preferably thick layer (layer thickness> 10 μπι) with very high E- odul (preferably> 800 GPa) are applied, which of a layer with a lower modulus, preferably <250 GPa, is covered. This second layer in the sense of a functional layer should ideally have a material opposite the material to be formed or separated
möglichst geringen Reibkoeffizienten von ^ 0,1 the lowest possible coefficient of friction of ^ 0,1
aufweisen. Dieses Schichtsystem weist unabhängig vom Verhältnis Kantenradius des Werkzeugs zur Schichtdicke verbesserte Einsatzeigenschaften, insbesondere eine hohe Verschleißbeständigkeit und hohe Umformqualität, auf. Dies konnte auf Basis von Simulationsdaten exhibit. Irrespective of the ratio of the edge radius of the tool to the layer thickness, this layer system has improved insert properties, in particular high wear resistance and high forming quality. This could be done on the basis of simulation data
ermittelt werden. be determined.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Kombination aus einer polykristallinen In a particularly advantageous embodiment, a combination of a polycrystalline
Diamantschicht, vorzugsweise mit einem E-Modul von ca. 900 GPa, und einer DLC-artigen Schicht (diamant- ähnlicher amorpher Kohlenstoff) mit einem E-Modul < 200 GPa, vorzugsweise ca. 120 GPa, hergestellt. Dieses Schichtsystem erfüllt die für die Erhöhung der Diamond layer, preferably with an E-modulus of about 900 GPa, and a DLC-like layer (diamond-like amorphous carbon) with an E-modulus <200 GPa, preferably about 120 GPa produced. This layer system fulfills the requirements for increasing the
Verschleißfestigkeit geforderten Eigenschaften Wear resistance required properties
besonders gut . especially good.
Ein wesentliches Merkmal des vorgeschlagenen An essential feature of the proposed
Verfahrens besteht darin, dass die beiden Schichten mit der dazwischen liegenden Übergangs- oder Transfer- Schicht unter Vakuum mittels Plasmaabscheidung Method is that the two layers with the intervening transition or transfer Layer under vacuum by means of plasma deposition
abgeschieden werden, ohne zwischenzeitlich das Vakuum oder das kontinuierliche oder gepulste Plasma zu unterbrechen. Nur dadurch wird eine für die genannten Anwendungen ausreichend starke Verbindung zwischen der Diamantschicht und amorphen kohlenstoffhaltigen Schicht erreicht . Ein Überbeschichten einer Diamantschicht mit einer DLC-Schicht nach einem Transfer von der Anlage für die Diamantbeschichtung in die Anlage für die DLC- Beschichtung führt zu einer Unterbrechung der Vakuum- und Plasmabedingungen, durch die die Verbindung be deposited without intermittently interrupting the vacuum or the continuous or pulsed plasma. Only in this way is it possible to achieve a connection between the diamond layer and amorphous carbon-containing layer that is sufficiently strong for the applications mentioned. Overcoating a diamond layer with a DLC layer after transfer from the diamond coating facility to the DLC coating facility will disrupt the vacuum and plasma conditions through which the compound will be subjected
zwischen den beiden Schichten ohne die dafür nötigen Übergangs- bzw. Transferschichten völlig unzureichend ist. Diamantschichten und DLC-Schichten erfordern bisher allerdings unterschiedliche Beschichtungs- anlagen, so dass für die Realisierung des vorgeschlagenen Verfahrens eine besonders ausgestaltete Vorrichtung zur Plasmaabscheidung entwickelt wurde . Die Vorrichtung weist im wesentlichen eine Inertgaskammer und eine davon getrennte Reaktivgaskammer auf, die über ein Elektronengate miteinander verbunden sind. In der Reaktivgaskammer ist ein Objektträger angeordnet, der als Elektrode für die Erzeugung eines Hochfrequenz- plasmas ausgeführt ist . Die Gegenelektrode ist in der Inertgaskammer angeordnet. Bei der vorgeschlagenenis completely insufficient between the two layers without the necessary transition or transfer layers. Diamond layers and DLC layers, however, hitherto required different coating systems, so that a specially designed apparatus for plasma deposition was developed for implementing the proposed method. The device essentially comprises an inert gas chamber and a separate reactive gas chamber, which are connected to one another via an electron gate. In the reactive gas chamber, a slide is arranged, which is designed as an electrode for the generation of a high-frequency plasmas. The counter electrode is arranged in the inert gas chamber. In the proposed
Vorrichtung ist die Reaktivgaskammer als Mikrowellen- Ringresonator ausgebildet. Device, the reactive gas chamber is designed as a microwave ring resonator.
Die Diamantschicht wird hierbei mit einem Mikro- wellen-Plasma, die amorphe kohlenstoffhaltige Schicht mit einem kapazitiv gekoppelten Hochfrequenz-Plasma abgeschieden. Für den Übergang von der Diamantschicht zur amorphen kohlenstoffhaltigen Schicht wird die Mikrowellenleistung kontinuierlich oder schrittweise verringert und gleichzeitig die Hochfrequenzleistung kontinuierlich oder schrittweise erhöht. Die mit dem Mikrowellen-Plasma abgeschiedene Diamantschicht kann eine beliebige Dicke und Form der Kristalle aufweisen. Diese Diamantschicht wird anschließend mit der amorphen kohlenstoffhaltigen Schicht ohne Prozessunterbrechung überbeschichtet. Während des Übergangs vom kristallinen Diamant zur amorphen kohlenstoffhaltigen Schicht, vorzugsweise DLC-Schicht, wird die kapazitive Hochfrequenz-Plasmaquelle, die während der Diamant- deposition nur ein passiver hochtemperaturfähiger The diamond layer is deposited here with a microwave plasma, while the amorphous carbonaceous layer is deposited with a capacitively coupled high-frequency plasma. For the transition from the diamond layer to the amorphous carbonaceous layer is the Microwave power is reduced continuously or stepwise while increasing the high frequency power continuously or stepwise. The diamond layer deposited with the microwave plasma may have any thickness and shape of the crystals. This diamond layer is then overcoated with the amorphous carbonaceous layer without process interruption. During the transition from the crystalline diamond to the amorphous carbonaceous layer, preferably DLC layer, the capacitive high-frequency plasma source, which during the diamond deposition becomes only a passive high-temperature capable
Objektträger ist, in Betrieb genommen. Durch die schrittweise Reduzierung der Mikrowellenleistung und die damit verbundene Temperatursenkung (von ca. 800°C bis 900°C auf ca. 100°C) bei gleichzeitiger Erhöhung der über den jetzt aktiven Objektträger kapazitiv eingekoppelten Hochfrequenzleistung werden die Slide is, put into operation. Due to the gradual reduction of the microwave power and the associated temperature reduction (from about 800 ° C to 900 ° C to about 100 ° C) while increasing the capacitive coupled via the now active slide high frequency power are the
Depositionsbedingungen vom Diamantwachstum zum DLC- Wachstum umgestellt. Dadurch entsteht eine unter thermodynamischen Gesichtspunkten ideal ausgeprägte Transferschicht zwischen dem Diamant und dem DLC. Diese zwischen der Diamantschicht und dem DLC (a-C:H) Deposition conditions switched from diamond growth to DLC growth. This creates an ideal thermodynamic transfer layer between the diamond and the DLC. This between the diamond layer and the DLC (a-C: H)
liegende Transferschicht (nanokristalliner Diamant und ta-C: H) bestimmt die Eigenschaften, vor allem aber den inneren Zusammenhalt der Multiphasenschicht , d.h. des vorliegenden SchichtSystems, maßgeblich mit. Die DLC- Schicht wird zur Realisierung einer besonders hohen Verschleißfestigkeit vorzugsweise mit einer lying transfer layer (nanocrystalline diamond and ta-C: H) determines the properties, but especially the inner cohesion of the multi-phase layer, i. of the present layer system, decisively with. The DLC layer is to realize a particularly high wear resistance preferably with a
Schichtdicke > 50 μπι abgeschieden. Layer thickness> 50 μπι deposited.
Das mit dem Verfahren hergestellte Schichtsystem besteht somit aus mindestens zwei kohlenstoffbasierten Schichten, die über eine Übergangsschicht miteinander verbunden sind. Die untere Schicht ist eine Diamant- schicht, die vorzugsweise eine hohe Härte > 6000 HV und ein E-Modul von vorzugsweise > 800 GPa aufweist. Die obere Schicht ist eine amorphe kohlenstoffhaltige The layer system produced by the method thus consists of at least two carbon-based Layers that are connected by a transition layer. The lower layer is a diamond layer, which preferably has a high hardness> 6000 HV and an E-modulus of preferably> 800 GPa. The upper layer is an amorphous carbonaceous
Schicht mit einem kleineren E-Modul von vorzugsweise < 250 GPa. Dieses Schichtsystem verbindet die positiven Eigenschaften von kristallinen und amorphen kohlen- stoffbasierten Schichten. Die untere Schicht, d.h. die kristalline Diamantschicht, wird vorzugsweise über eine geeignete Haftschicht auf dem Substrat abgeschieden, welche an die Art des Substrats angepasst ist und dem Stand der Technik entsprechen kann. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird als Haftschicht eine Schicht aus Kohlenstoff-Nanoröhren abgeschieden. Diese Schicht erhöht die Haftung des Schichtsystems auf dem Bauteil besonders bei Bauteilen aus Hartmetall erheblich und lässt sich vorteilhaft mit dem Mikrowellenplasma des Mikrowellen-Ringresonators abscheiden. Auch in diesem Fall werden daher alle Schichten einschließlich der Haftschicht ohne Unterbrechung des Vakuums sowie des kontinuierlichen oder gepulsten Plasmas auf dem Bauteil abgeschieden. Die vorgeschlagene Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, weist eine Plasmakammer auf, in der zumindest eine Elektrode als Objektträger angeordnet ist und zumindest ein Wandbereich und/oder zumindest ein in der Plasmakammer angeordnetes Bauteil eine Gegenelektrode bildet, sowie eine mit der Elektrode verbundene Hochfrequenzeinheit, mit der durch Anlegen einer hochfrequenten WechselSpannung zwischen Elektrode und Gegenelektrode ein Plasma in der Plasma- kammer erzeugbar ist. Die Plasmakammer der vorge¬ schlagenen Vorrichtung ist durch eine Trenneinrichtung in mindestens zwei Teilvolumina aufgeteilt, von denen ein erstes Teilvolumen für ein Reaktivgas die Elektrode und ein zweites Teilvolumen für ein Inertgas einen bei der Plasmaerzeugung aktiven Bereich der Gegenelektrode beinhalten. Die Trenneinrichtung ist dabei geeignet, einen für die Erzeugung des Plasmas erforderlichen Elektronenaustausch im Plasma zwischen den Teilvolumina zu ermöglichen und eine Diffusionssperre für das Layer with a smaller modulus of elasticity of preferably <250 GPa. This layer system combines the positive properties of crystalline and amorphous carbon-based layers. The lower layer, ie the crystalline diamond layer, is preferably deposited on the substrate via a suitable adhesive layer, which is adapted to the type of substrate and can correspond to the prior art. In a particularly advantageous embodiment, a layer of carbon nanotubes is deposited as an adhesive layer. This layer considerably increases the adhesion of the layer system to the component, especially in the case of hard metal components, and can advantageously be deposited with the microwave plasma of the microwave ring resonator. Also in this case, therefore, all layers including the adhesive layer are deposited on the device without interrupting the vacuum as well as the continuous or pulsed plasma. The proposed device, which is suitable for carrying out the method, has a plasma chamber in which at least one electrode is arranged as a slide and at least one wall region and / or at least one arranged in the plasma chamber component forms a counter electrode, and one connected to the electrode High-frequency unit with which a plasma is generated in the plasma by applying a high-frequency alternating voltage between the electrode and the counter electrode. chamber is generated. The plasma chamber of the pre ¬ chosen device is divided by a separator into at least two partial volumes of which contain a first partial volume for a reactive gas, the electrode and a second partial volume for an inert gas an active at the plasma generating region of the counter electrode. The separating device is suitable for enabling a plasma exchange of electrons in the plasma between the partial volumes required for the generation of the plasma and for providing a diffusion barrier for the plasma
Reaktivgas zu bilden. Die Trenneinrichtung wird in der vorliegenden Patentanmeldung auch als Elektronengate bezeichnet. Das Teilvolumen für das Reaktivgas  To form reactive gas. The separating device is also referred to in the present patent application as an electron gate. The partial volume for the reactive gas
(Reaktivgaskammer) ist bei dieser Vorrichtung als  (Reactive gas chamber) is in this device as
Mikrowellen-Ringresonator ausgebildet, um ein Microwave ring resonator designed to be a
Mikrowellen- lasma erzeugen zu können. To generate microwave lasma.
Mit dieser Vorrichtung wird die Abscheidung des hier vorgeschlagenen Schichtsystems ermöglicht. Die Vorrichtung erlaubt es, mehrphasige kohlenstoffbasierteWith this device, the deposition of the layer system proposed here is made possible. The device allows multi-phase carbon based
Schichtsysteme in einem Prozess, d.h. ohne Vakuum und Plasma zu unterbrechen, abzuscheiden. Die Vorrichtung entspricht dabei einer Kombination einer aus der DE 10 2005 049 266 A bekannten Vorrichtung zur Abscheidung von DLC-Schichten mit einer Vorrichtung zur Abscheidung von Diamantschichten, wie sie beispielsweise unter dem Namen Cyrannus® bekannt ist. Die bekannte Vorrichtung zur Abscheidung von DLC-Schichten ermöglicht die prozesstechnische Trennung von Plasmadichte und Ionen- energie. Nur mit dieser Vorrichtung und dem zugehörigenLayer systems in a process, ie without interrupting vacuum and plasma, to deposit. The device corresponds to a combination of a known from DE 10 2005 049 266 A device for the deposition of DLC coatings with a device for deposition of diamond layers, as is known for example under the name Cyrannus ®. The known apparatus for depositing DLC layers enables the process-technical separation of plasma density and ion energy. Only with this device and the associated
Beschichtungsverfahren ist es möglich, besonders dicke DLC-Schichten (typischerweise > 50 μπι) sowie gezielt mikrostrukturierte oder ultraglatte Oberflächen auf nahezu allen Metall-, Keramik- und KunststoffSubstraten zu erzeugen. Die bei dieser Vorrichtung vorliegende Zweikammer-Konfiguration ermöglicht konstruktions- bedingt die Integration einer weiteren mikrowellen- basierten Depositionstechnologie zur Herstellung von kristallinen Diamantschichten, welche als Einzelprozess aus dem Stand der Technik bekannt ist. Bei der Coating method, it is possible, particularly thick DLC layers (typically> 50 μπι) and selectively microstructured or ultra-smooth surfaces to produce almost all metal, ceramic and plastic substrates. Due to the design, the two-chamber configuration present in this device enables the integration of a further microwave-based deposition technology for the production of crystalline diamond layers, which is known as a single process from the prior art. In the
Kombination der bekannten Plasmavorrichtung zur Combination of the known plasma device for
Abscheidung von DLC-Schichten mit einem Mikrowellen- Ringresonator zur Herstellung von Diamantschichten ist es lediglich erforderlich, die bislang vorhandene kapazitive Quelle im inneren des jetzt als Reaktivgaskessel fungierenden Mikrowellen-Ringresonators hoch- temperaturfähig auszuführen. Deposition of DLC layers with a microwave ring resonator for the production of diamond layers, it is only necessary to carry out the existing capacitive source in the interior of the now acting as a reactive gas boiler microwave ring resonator high temperature.
Das Elektronengate der vorgeschlagenen Vorrichtung wird vorzugsweise ebenfalls als Plasmaquelle, The electron gate of the proposed device is preferably also used as a plasma source,
insbesondere als Downstream-Plasmaquelle, ausgeführt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine induktiv gekoppelte Hochfrequenz-Plasmaquelle oder um eine in particular as a downstream plasma source. This may be, for example, an inductively coupled high-frequency plasma source or a
Mikrowellen-Plasmaquelle handeln. Auf diese Weise wird sehr vorteilhaft die Funktion des Elektronengates realisiert und gleichzeitig die unerwünschte Diffusion von reaktiven Neutralteilchen zwischen den beiden  Act microwave plasma source. In this way, the function of the electron gate is realized very advantageously and at the same time the undesired diffusion of reactive neutral particles between the two
Kammern wirksam unterdrückt. Chambers effectively suppressed.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen. Brief description of the drawings.
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand eines  The proposed method and the associated device are described below with reference to a
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 ein Beispiel für eine Vorrichtung Embodiment in conjunction with the drawings briefly explained again. Hereby show: Fig. 1 shows an example of a device
Abscheidung von DLC-Schichten;  Deposition of DLC layers;
Fig. 2 eine schematische Darstellung Fig. 2 is a schematic representation
Beispiels der vorgeschlagenen  Example of the proposed
Vorrichtung; und  Contraption; and
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Fig. 3 is a schematic representation of
Abscheidung eines Schichtsystems.  Deposition of a layer system.
Wege zur Ausführung der Erfindung Ways to carry out the invention
Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Vorrichtung zur PIasmaabScheidung (PECVD-Technologie) , die gemäß der vorliegenden Patentanmeldung ausgestaltet werden kann. Die Plasmakammer 1 ist zweigeteilt und wird durch zwei getrennte Gassysteme mit Prozessgasen versorgt. Die Zweiteilung in einen Inertgasbereich bzw. eine Inertgaskammer 2 und einen Reaktivgasbereich bzw. eine Reaktivgaskammer 3 erfolgt über eine Trennwand 4 mit einem Elektronengate 5. Die konstruktive Ausgestaltung der Plasmakammer 1 sowie des Zuführungs- und Pumpsystems für die Gase ist so ausgeführt, dass das in die Reaktivgaskammer 3 eingeströmte Reaktivgas (z.B. CH4) nicht oder nur zu einem geringen Anteil in die Inertgaskammer 2 gelangen kann. Die Reaktivgaskammer 3 weist hierzu eine Zuführung 6 für Reaktivgase sowie eine Abführung 7 zu einer Pumpe auf. Die Inertgaskammer 2 weist dementsprechend eine Zuführung 8 für Inertgase (z.B. Argon) auf. Die nicht RF-beaufschlagten Teile der Reaktivgaskammer 3 sind elektrisch isoliert . Sie können alternativ auch aus der HF-Masse entfernt oder aus einem elektrischen Isolator, beispielsweise aus Glas oder Keramik, gefertigt sein. Für die beiden letztgenannten Möglichkeiten muss eine HF-technisch Fig. 1 shows schematically an example of a device for plasma separation (PECVD technology), which can be configured according to the present patent application. The plasma chamber 1 is divided into two and is supplied with process gases by two separate gas systems. The division into an inert gas region or an inert gas chamber 2 and a reactive gas region or a reactive gas chamber 3 via a partition wall 4 with an electron gate 5. The structural design of the plasma chamber 1 and the supply and pumping system for the gases is designed so that the in Reactive gas (eg CH 4 ) which has flowed into the reactive gas chamber 3 can not enter the inert gas chamber 2 or only to a small extent. For this purpose, the reactive gas chamber 3 has a feed 6 for reactive gases and an outlet 7 for a pump. The inert gas chamber 2 accordingly has a feed 8 for inert gases (eg argon). The non-RF-acted parts of the reactive gas chamber 3 are electrically isolated. Alternatively, they can be removed or removed from the RF ground an electrical insulator, for example made of glass or ceramic, be made. For the latter two options must be an RF technical
geeignete und geschirmte Masseleitung von der Inertgas- kanuner 2 zur Innenseite des in der Figur nicht suitable and shielded ground line from the Inertgas kanuner 2 to the inside of the figure not
dargestellten Anpassnetzwerks (Matchbox) realisiert werden. Im vorliegenden Beispiel sind die Wände der Reaktivgaskammer 3 mit einer elektrischen Isolierung 9 bedeckt, so dass der aktive Bereich der Gegenelektrode, die durch die metallischen Wände der Inertgaskammer 2 gebildet wird, lediglich im Inertgasbereich liegt. Wird jetzt durch Anlegen einer hochfrequenten Spannung an die Elektrode, die durch den Objektträger 10 für die zu beschichtenden Proben 24 gebildet wird, ein Plasma gezündet, so brennt die neutrale Plasmasäule im oberen und unteren Brennraum in der Form einer Hantel . Zur Funktionsweise einer derartigen Vorrichtung wird auf die DE 10 2005 049 266 AI verwiesen. Um in dieser Anlagentechnik auch Diamant herstellen zu können, wird die aktive biasfähige Elektrode hochtemperaturfähig ausgeführt, insbesondere aus hochtemperaturfesten Metallen und Legierungen, z.B. aus Molybdän. Die in Fig. 1 als Isolator ausgeführte shown matching network (matchbox) can be realized. In the present example, the walls of the reactive gas chamber 3 are covered with electrical insulation 9, so that the active region of the counterelectrode, which is formed by the metallic walls of the inert gas chamber 2, lies only in the inert gas region. Now, when a plasma is ignited by applying a high-frequency voltage to the electrode, which is formed by the slide 10 for the samples to be coated 24, the neutral plasma column burns in the upper and lower combustion chamber in the form of a dumbbell. For the operation of such a device, reference is made to DE 10 2005 049 266 AI. In order to also be able to produce diamond in this system technology, the active biasable electrode is made high-temperature capable, in particular of high-temperature-resistant metals and alloys, e.g. made of molybdenum. The executed in Fig. 1 as an insulator
Reaktivgaskammer wird durch einen Mikrowellen- Ringresonator ersetzt. Dieser darf selbstverständlich nicht mit der HF-Masse der kapazitiven Plasmaquelle verbunden sein. Wird der Durchgang zwischen den beiden Brennräumen bzw. Kammern so gestaltet, dass ein Reactive gas chamber is replaced by a microwave ring resonator. Of course, this must not be connected to the RF ground of the capacitive plasma source. If the passage between the two combustion chambers or chambers designed so that a
ungehinderter Austausch zwischen den beiden Teilen der neutralen Plasmasäule möglich ist, so ist in der unhindered exchange between the two parts of the neutral plasma column is possible, so is in the
Reaktivgaskammer (unterer Brennraum) lediglich der Objektträger aktiv (passive Kammerbereiche sind entweder für HF-Ströme aus dem Plasma isoliert oder aus der HF-Masse entfernt) und im Inertgasbereich (oberer Brennraum) lediglich die elektrisch leitfähige Reactive gas chamber (lower combustion chamber) only the slide active (passive chamber areas are either isolated for RF currents from the plasma or removed from the RF ground) and in the inert gas (upper combustion chamber) only the electrically conductive
Gegenelektrode. Im Reaktivgasbereich fliegen die beschichtungswirksamen Ionen nur auf den aktiven Counter electrode. In the reactive gas range, the coating-effective ions fly only on the active
Objektträger und im Inertgasbereich nur Edelgasionen auf die leitfähig ausgeführten Kammerwände. Die vor den aktiven Flächen zusätzlich erzeugten Plasmadichten führen im Bereich der Gegenelektrode nicht zu  Slides and in the inert gas only noble gas ions on the conductive executed chamber walls. The additionally generated in front of the active surfaces plasma densities do not lead in the region of the counter electrode
Ablagerungen, wodurch Aufladeeffekte vermieden werden. Lediglich die das Reaktivgasplasma begrenzenden Deposits, which avoid charging effects. Only the reactive gas plasma limiting
floatenden Flächen werden von Ionen belegt, die durch die ambipolare Diffusion geliefert werden. Eine dünne elektrisch isolierende Patina auf einer passiven und elektrisch isolierenden Kammerwand beeinflusst die Entladung jedoch nicht nachhaltig. floating surfaces are occupied by ions delivered by the ambipolar diffusion. However, a thin electrically insulating patina on a passive and electrically insulating chamber wall does not affect the discharge sustainably.
Um konstante Plasmadichten unabhängig von der Substratfläche zu realisieren, werden die Gegen- elektrode und das Volumen des Rezipienten flexibel ausgeführt. Hierzu wird ein Zwischenringprinzip In order to realize constant plasma densities independently of the substrate surface, the counter electrode and the volume of the recipient are made flexible. For this purpose, an intermediate ring principle
vorgeschlagen. Der untere isolierte Bereich der Anlage kann dadurch an die unterschiedliche Größe möglicher Bauteile angepasst werden. Der obere Bereich, der für die Erzeugung der notwendigen DC-Bias verantwortlich ist, wird so ausgeführt, dass die Flächenverhältnisse möglicher vorhergehender Prozesse erhalten bleiben. proposed. The lower isolated area of the plant can be adapted to the different size of possible components. The upper area, which is responsible for creating the necessary DC bias, is designed to preserve the area ratios of possible previous processes.
Damit ist ein gewisses Maß an Hochskaiierungs-Fähigkeit vorhanden, da in erster Näherung nur die Leistung entsprechend der vergrößerten/verkleinerten beglimmten Fläche und der Gasstrom für konstante Plasmaverweil - zeiten der beteiligten Spezies verändert werden müssen. Die für den Prozess notwendige Biasspannung ist damit unabhängig von der für den Prozess notwendigen Plasma¬ verweildauer reaktiver Spezies einstellbar. Thus, there is some level of scalability, since, in a first approximation, only the power corresponding to the increased / decreased glimmed area and the gas flow must be changed for constant plasma residence times of the species involved. The bias voltage necessary for the process is thus independent of the plasma necessary for the process ¬ residence time of reactive species adjustable.
Die Verbindungsstelle zwischen den beiden The junction between the two
Brennräumen wird so gestaltet, dass weder geladene noch neutrale Anteile des Reaktivgases in den Inertgas- bereich gelangen können. Dies wird durch das zwischen den beiden Bereichen vorhandene Elektronengate 5 erreicht . Die Aufgabe des Elektronengates besteht darin, die beiden Plasmasäulen zu verbinden und einen ungehinderten Elektronenaustausch zu ermöglichen, ohne dass eine Rückdiffusion von neutralen und geladenen Reaktivgasen in den Inertgasbereich stattfindet. Die hierfür verantwortlichen Prozesse sind die ambipolare Diffusion, durch die ohne ein derartiges Elektronengate die weitestgehend ortsfesten Ionen in den jeweils anderen Brennraum gelangen, sowie Diffusions- und Combustion chambers are designed in such a way that neither charged nor neutral portions of the reactive gas can reach the inert gas range. This is achieved by the electronic gate 5 present between the two areas. The task of the electron gate is to connect the two plasma columns and to allow unimpeded electron exchange without any back diffusion of neutral and charged reactive gases into the inert gas region. The processes responsible for this are the ambipolar diffusion, through which the largely stationary ions reach the respective other combustion chamber without such an electron gate, as well as diffusion and diffusion
Strömungsprozesse zwischen den Kammern, über die neutrale Teile des Gases ausgetauscht werden können. Flow processes between the chambers, through which neutral parts of the gas can be exchanged.
Die permanente Zuführung eines Inertgasflusses im Inertgasbereich (oberer Brennraum) ohne eigene Pumpöffnung wirkt im Durchgangsbereich als Sperrgasstrom und vermindert bei geeigneter Ausführung das Eintreten von neutralen Reaktivgasen in den Inertgasbereich The permanent supply of an inert gas flow in the inert gas region (upper combustion chamber) without its own pump opening acts as a barrier gas flow in the passage region and, if suitably executed, reduces the entry of neutral reactive gases into the inert gas region
(oberer Brennraum) . Im einfachsten Fall kann es sich bei dem Elektronengate um ein einfaches Loch in der Trennwand der beiden Brennräume handeln. Dieses hat als theoretisch kleinsten Durchmesser den Dunkelraum- abstand. Zur Vermeidung des Gasaustausches bzw. der Rückdiffusion von Reaktivgasanteilen in den Inertgasbereich müsste das Loch jedoch sehr klein und langgestreckt ausgeführt werden oder der Inertgasstrom müsste sehr groß sein. Beides entspricht jedoch nicht den Forderungen einer realen PECVD-Prozessführung . (upper combustion chamber). In the simplest case, the electron gate may be a simple hole in the partition wall of the two combustion chambers. This has the dark space distance as the theoretically smallest diameter. To avoid the gas exchange or the back diffusion of reactive gas into the inert gas, however, the hole would have to be made very small and elongated or the inert gas stream would have to be very big. However, both do not meet the requirements of a real PECVD litigation.
Hierbei sollte der elektrische Widerstand im Durchgangsbereich möglichst klein sein, damit die kapazitive Kopplung über die Reaktorwände im Reaktivgasbereich möglichst unterdrückt wird. Dies verlangt jedoch eine möglichst große Öffnung zwischen den getrennten In this case, the electrical resistance in the passage region should be as small as possible so that the capacitive coupling over the reactor walls in the reactive gas region is suppressed as much as possible. However, this requires the largest possible opening between the separated
Bereichen, typischerweise mit ca. 5 cm Durchmesser. Weiterhin beträgt der Inertgasanteil an den Prozess- gasen selten mehr als 50% und kann daher nicht beliebig gesteigert werden. Areas, typically about 5 cm in diameter. Furthermore, the inert gas content of the process gases is seldom more than 50% and therefore can not be arbitrarily increased.
Um die Rückdiffusion von Neutralteilchen aus dem Reaktivgasbereich in den Inertgasbereich zu verhindern, wird daher das Elektronengate als Downstream-In order to prevent the back diffusion of neutral particles from the reactive gas region into the inert gas region, the electron gate is therefore used as the downstream
Plasmaquelle ausgeführt, die über der Öffnung in der Trennwand montiert bzw. angeordnet wird und ein Plasma source carried out, which is mounted or disposed above the opening in the partition wall and a
induktiv oder mikrowellengekoppeltes Plasma aufrechterhält . maintains inductive or microwave coupled plasma.
Da die ambipolare Diffusion eine physikalische Gegebenheit eines jeden Plasmas ist, wird jede das Plasma begrenzende Fläche auch außerhalb der aktiven Flächen mit einem Ionenbeschuss belegt. Die einzige Möglichkeit dies zu verhindern besteht darin, die Since ambipolar diffusion is a physical condition of any plasma, any surface confining the plasma is also bombarded with ions outside the active surfaces. The only way to prevent this is to use the
Bewegung von allen das Plasma verlassenden Movement of all the plasma leaving
Ladungsträgern (positiv und negativ) durch ein Carriers (positive and negative) by a
Magnetfeld so zu manipulieren, dass sie die floatende Fläche nicht erreichen können. Alle nicht aktiven To manipulate the magnetic field so that it can not reach the floating surface. All inactive
Flächen des Reaktivgasbereichs werden daher im Areas of the reactive gas area are therefore in the
vorliegenden Beispiel mit dem homogenen Magnetfeld einer Helmholtzspule 11 (vgl. Fig. 1) bzw. mit einem System aus Helmholtzspulen überzogen. Die Spulen müssen so angeordnet werden, dass die resultierenden Magnet- feldlinien zwischen Elektrode und Elektronengate parallel zur floatenden Kammerwand des Reaktivgas- bereichs bzw. den aktiven Wänden des Ringresonators verlaufen. present example with the homogeneous magnetic field of a Helmholtz coil 11 (see Fig. 1) or with a system of Helmholtz coils coated. The coils must be arranged so that the resulting magnetic field lines between electrode and electron gate parallel to the floating chamber wall of the reactive gas region or the active walls of the ring resonator.
Fig. 2 zeigt nochmals ein Beispiel für den Aufbau der vorgeschlagenen Vorrichtung in schematisierter Darstellung. Reaktivgaskammer 3 und Inertgaskammer 2 sind über das Elektronengate 5 miteinander verbunden. Das Elektronengate 5 selbst ist als induktive Plasmaquelle oder Mikrowellen-Downstream- Plasmaquelle Fig. 2 shows again an example of the structure of the proposed device in a schematic representation. Reactive gas chamber 3 and inert gas chamber 2 are connected to each other via the electron gate 5. The electron gate 5 itself is an inductive plasma source or microwave downstream plasma source
ausgeführt und mit einem HF-Generator/Matchbox für die induktive Plasmaquelle bzw. einem Magnetron der executed and with an RF generator / Matchbox for the inductive plasma source or a magnetron of the
Mikrowellen-Downstream-Plasmaquelle verbunden (Bezugs- zeichen 12) . Die Reaktivgaskammer 3 ist als Mikrowellen-Ringresonator 13 ausgeführt, der über einen E/H- Tuner 14 und einen Zirkulator 15 mit einem Magnetron 16 verbunden ist . Die Reaktivgaskammer 3 ist weiterhin von Helmholtzspulen 11 umgeben. Die Erzeugung des kapazitiv gekoppelten HF-Plasmas zur Herstellung von DLC- Schichten erfolgt über die Einkopplung von HF-Leistung über die Elektrode (Objektträger 10) , die über eine Matchbox 17 mit einem HF-Generator 18 verbunden ist . A microwave downstream plasma source connected (reference 12). The reactive gas chamber 3 is designed as a microwave ring resonator 13, which is connected via an E / H tuner 14 and a circulator 15 with a magnetron 16. The reactive gas chamber 3 is further surrounded by Helmholtz coils 11. The generation of the capacitively coupled RF plasma for the production of DLC layers takes place via the coupling of RF power via the electrode (slide 10), which is connected via a match box 17 to an RF generator 18.
Grundsätzlich kann diese Vorrichtung auch dazu verwendet werden, ausschließlich polykristalline In principle, this device can also be used exclusively polycrystalline
Diamantschichten oder nur DLC-Schichten herzustellen. Zur Herstellung von allein stehenden polykristallinen Diamantschichten ist es ausreichend, nur den Ringresonator 13 in Betrieb zu haben. Optional können aber auch die Plasmaquelle zwischen den Kammerbereichen (im Bereich des Elektronengates 5) und der aktive Objekt- träger 10 als kapazitive HF-Plasmaquelle zusammen oder allein unterstützend mitwirken, um das Schichtwachstum zu beeinflussen. Für die Herstellung von DLC-Schichten ist der alleinige Betrieb der kapazitiven HF-Plasma- quelle ausreichend. Der unterstützende Betrieb aller anderen Plasmaquellen ist optional möglich. Diamond layers or only DLC layers produce. For the production of single polycrystalline diamond layers, it is sufficient to have only the ring resonator 13 in operation. Optionally, however, the plasma source between the chamber regions (in the region of the electron gate 5) and the active object carrier 10 as a capacitive RF plasma source together or alone supportive to influence the layer growth. For the production of DLC layers, the sole operation of the capacitive RF plasma source is sufficient. Supportive operation of all other plasma sources is optional.
Für die Herstellung des hier vorgeschlagenen For the production of the here proposed
SchichtSystems wird auf dem Bauteil 19 zunächst unter Verwendung des Mikrowellen-Ringresonators 13 eine SchichtSystems is on the component 19 first using the microwave ring resonator 13 a
Diamantschicht 20 abgeschieden. Hierbei können unterstützend auch die beiden anderen Plasmaquellen  Diamond layer 20 deposited. Here can also support the two other plasma sources
(Downstream-Plasmaquelle am Elektronengate sowie kapazitiv gekoppeltes Hochfrequenzplasma) unterstützend zugeschaltet werden. Nach Abscheidung dieser Schicht wird die Mikrowellenleistung verringert und gleichzeitig die Leistung des kapazitiven Hochfrequenzplasmas erhöht. Hierdurch entsteht eine Transferschicht 22, die schließlich nach Einstellung der geeigneten Plasma- parameter in eine DLC-Schicht (a-C:H) 21 übergeht.  (Downstream plasma source at the electron gate and capacitively coupled high-frequency plasma) are switched supportive. After deposition of this layer, the microwave power is reduced while increasing the power of the capacitive high-frequency plasma. This results in a transfer layer 22, which finally passes into a DLC layer (a-C: H) 21 after setting the appropriate plasma parameters.
Diese DLC-Schicht 21 wird vorzugsweise mit einer Dicke von > 50 μπι auf der Diamantschicht 20 abgeschieden. Dies ist stark schematisiert in Fig. 3 dargestellt. Die folgende Tabelle zeigt ein Beispiel für Parameter und Prozesszeiten zur Abscheidung der Schichten.  This DLC layer 21 is preferably deposited on the diamond layer 20 with a thickness of> 50 μm. This is shown very schematically in FIG. The following table shows an example of parameters and process times for depositing the layers.
ProzessDiamantschicht Transfera-C:H Process diamond layer Transfera-C: H
parameter schicht parameter layer
Druck 70 hPa -> 1 Pa  Pressure 70 hPa -> 1 Pa
Gas 1 - -» 50 sccm Argon Gas 1 - »50 sccm Argon
Gas 2 400 sccm H2 -» 20 sccm TMSGas 2 400 sccm H2 - »20 sccm TMS
Gas 3 20 sccm CH4 - 50 sccm C2H2Gas 3 20 sccm CH4 - 50 sccm C2H2
RF-Leistung 0 -» 150 W M -Leistung 2, 5 kW - 0 kW RF power 0 - »150 W M power 2, 5 kW - 0 kW
Biasspannung 0 V - 450 V  Bias voltage 0 V - 450 V.
Zeit 180 min 5 min 60 min  Time 180 min 5 min 60 min
Temperatur 900 °C - 120 °C  Temperature 900 ° C - 120 ° C
In Figur 3 ist zusätzlich noch eine Zwischenschicht 23 aus Kohlenstoff-Nanoröhren angedeutet, die zwischen dem Bauteil 19 und der DiamantSchicht 20 liegt. Diese Zwischenschicht wird mit dem Mikrowellenplasma des Mikrowellen-Ringresonators 13 direkt auf dem Bauteil 19 abgeschieden und erhöht die Haftung der Diamantschicht 20 auf dem Bauteil 19, insbesondere im Falle von Bauteilen aus Hartmetall. In addition, an intermediate layer 23 of carbon nanotubes, which lies between the component 19 and the diamond layer 20, is additionally indicated in FIG. This intermediate layer is deposited with the microwave plasma of the microwave ring resonator 13 directly on the component 19 and increases the adhesion of the diamond layer 20 on the component 19, in particular in the case of components made of hard metal.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
I Plasmakammer I plasma chamber
2 Inertgaskammer/Inertgasbereich 2 inert gas chamber / inert gas area
3 Reaktivgaskammer/Reaktivgasbereich  3 Reactive gas chamber / reactive gas area
4 Trennwand  4 partition
5 Elektronengate  5 electron gates
6 Reaktivgaszuführung  6 Reactive gas supply
7 Reaktivgasabführung 7 Reactive gas discharge
8 InertgasZuführung  8 inert gas feed
9 Isolation  9 isolation
10 Objektträger (Elektrode)  10 slides (electrode)
II Helmholtzspulen  II Helmholtz coils
12 Hochfrequenz-Generator/Matchbox für die induktive Plasmaquelle oder Magnetron der Mikrowellen-Downstream-Quelle 12 High frequency generator / Matchbox for the inductive plasma source or magnetron of the microwave downstream source
13 Mikrowellen-Ringresonator  13 microwave ring resonator
14 E/H-Tuner  14 E / H tuners
15 Zirkulator 15 circulator
16 Magnetron  16 magnetrons
17 Matchbox  17 matchbox
18 Hochfrequenzgenerator der kapazitiven  18 high-frequency generator of the capacitive
Plasmaquelle  plasma source
19 Bauteil 19 component
20 Diamantschicht  20 diamond layer
21 DLC-Schicht  21 DLC layer
22 Transferschicht  22 transfer layer
23 Schicht aus Kohlenstoff-Nanoröhren  23 layer of carbon nanotubes
24 Proben 24 samples

Claims

Patentansprüche  claims
Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen Schichtsystems, insbesondere zur Erhöhung der Process for producing a carbon-containing layer system, in particular for increasing the
Verschleißfestigkeit von Bauteilen, mit folgenden Schritten: Wear resistance of components, with the following steps:
- Abscheiden einer Diamantschicht (20) mittels Plasmaabscheidung ,  Depositing a diamond layer (20) by means of plasma deposition,
- Abscheiden einer Übergangsschicht (22) sowie einer amorphen kohlenstoffhaltigen Schicht (21) auf der Diamantschicht (20) mittels Plasmaabscheidung, Depositing a transition layer (22) and an amorphous carbon-containing layer (21) on the diamond layer (20) by means of plasma deposition,
- wobei die Schichten (20, 21, 22) nacheinander unter einem Vakuum abgeschieden werden, ohne das Vakuum und das für die Schichtabscheidung - The layers (20, 21, 22) are deposited successively under a vacuum, without the vacuum and for the layer deposition
erforderliche kontinuierliche oder gepulste Plasma zwischen der Abscheidung der Schichten (20, 21, 22) zu unterbrechen. required continuous or pulsed plasma between the deposition of the layers (20, 21, 22) to interrupt.
Verfahren nach Anspruch 1, Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass als amorphe kohlenstoffhaltige Schicht (21) eine a-C:H -Schicht abgeschieden wird. in that an a-C: H layer is deposited as the amorphous carbonaceous layer (21).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, Method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Diamantschicht (20) mit einem Mikrowellenplasma und die amorphe kohlenstoffhaltige Schicht (21) mit einem kapazitiv gekoppelten Hochfrequenz- Plasma abgeschieden werden. Verfahren nach Anspruch 3, in that the diamond layer (20) is deposited with a microwave plasma and the amorphous carbon-containing layer (21) with a capacitively coupled radio-frequency plasma. Method according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass für den Übergang von der DiamantSchicht (20) zur amorphen kohlenstoffhaltigen Schicht (21) die Mikrowellenleistung kontinuierlich oder schritt¬ weise verringert und die Hochfrequenz-Leistung gleichzeitig kontinuierlich oder schrittweise erhöht werden. that for the transition from the diamond layer (20) to the amorphous carbon layer (21), the microwave power continuously or step-wise ¬ reduced and the high-frequency power can be increased at the same time continuously or stepwise.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , Method according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die amorphe kohlenstoffhaltige Schicht (21) mit einer Schichtdicke > 50 μτα abgeschieden wird. that the amorphous carbonaceous layer (21) is deposited with a layer thickness> 50 μτα.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, Method according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass vor dem Abscheiden der DiamantSchicht (20) eine Schicht (23) aus Kohlenstoff-Nanoröhren abgeschieden wird, auf die anschließend die in that before deposition of the diamond layer (20) a layer (23) of carbon nanotubes is deposited, to which subsequently the
Diamantschicht (20) direkt oder über eine weitere Übergangsschicht abgeschieden wird. Diamond layer (20) is deposited directly or via another transition layer.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, Method according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Plasmaabscheidung der Schichten (20-23) mit einer Plasmaanlage erfolgt, die eine in that the plasma deposition of the layers (20-23) takes place with a plasma system which has a
Inertgaskammer (2) und eine davon getrennte Inert gas chamber (2) and one separate
Reaktivgaskammer (3) aufweist, die über ein Reactive gas chamber (3) having a
Elektronengate (5) miteinander verbunden sind, wobei in der Reaktivgaskammer (3) ein Objektträger (10) angeordnet ist, der als Elektrode für die Erzeugung eines Hochfrequenzplasmas ausgeführt ist, in der Inertgaskammer (2) eine Gegenelektrode ange- ordnet ist und die Reaktivgaskammer (3) als Mikrowellen-Ringresonator (13) ausgebildet ist. Electronic gate (5) are interconnected, wherein in the reactive gas chamber (3) a slide (10) is arranged, which is designed as an electrode for the generation of a high frequency plasma, in the inert gas chamber (2) a counter electrode ange- is arranged and the reactive gas chamber (3) is designed as a microwave ring resonator (13).
Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 geeignet ist, mit einer Plasmakammer (1) , in der zumindest eine Device suitable for carrying out the method according to one of Claims 1 to 7, having a plasma chamber (1) in which at least one
Elektrode als Objektträger (10) angeordnet ist und zumindest ein Wandbereich der Plasmakammer (1) und/oder zumindest ein in der Plasmakammer (1) angeordnetes Bauteil eine Gegenelektrode bildet, und einer mit der Elektrode verbundenen Hochfrequenzeinheit (18) , mit der durch Anlegen einer hochfrequenten WechselSpannung zwischen Elektrode und Gegenelektrode ein Hochfrequenz-Plasma in der Plasmakammer (1) erzeugbar ist, Electrode is arranged as a slide (10) and at least one wall portion of the plasma chamber (1) and / or at least one arranged in the plasma chamber (1) component forms a counter electrode, and a connected to the electrode radio frequency unit (18) with which by applying a high-frequency alternating voltage between electrode and counter electrode a high-frequency plasma in the plasma chamber (1) can be generated,
wobei die Plasmakammer (1) durch eine Trenneinrichtung (4, 5) in zumindest zwei Teilvolumina aufgeteilt ist, von denen ein erstes Teilvolumen (3) für ein Reaktivgas die Elektrode und ein zweites Teilvolumen (2) für ein Inertgas einen bei der Hochfrequenz-Plasmaerzeugung aktiven Bereich der Gegenelektrode beinhalten, wobei das erste Teilvolumen (3) als Mikrowellen-Ringresonator (13) ausgeführt und zur Erzeugung eines Mikrowellen- Plasmas mit einem Magnetron (16) verbunden ist, und wobei die Trenneinrichtung (4, 5) geeignet ist, einen für die Erzeugung des Hochfrequenz-Plasmas erforderlichen Elektronenaustausch im Hochfrequenz- Plasma zwischen den Teilvolumina (2, 3) zu wherein the plasma chamber (1) by a separating device (4, 5) is divided into at least two sub-volumes, of which a first partial volume (3) for a reactive gas, the electrode and a second partial volume (2) for an inert gas in the high-frequency plasma generation Include active region of the counter electrode, wherein the first sub-volume (3) as a microwave ring resonator (13) and connected to generate a microwave plasma with a magnetron (16), and wherein the separating device (4, 5) is suitable, a for the generation of high-frequency plasma required electron exchange in the high-frequency plasma between the sub-volumes (2, 3)
ermöglichen und eine Diffusionssperre für das allow and a diffusion barrier for the
Reaktivgas zu bilden. To form reactive gas.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der das die9. Apparatus according to claim 8, wherein the the
Trenneinrichtung ein Elektronengate (5) aufweist, das als Plasmaquelle ausgeführt ist. Separating device has an electron gate (5), which is designed as a plasma source.
EP11788773.7A 2010-11-29 2011-11-24 Method for producing a carbon-containing layer system and apparatus for implementing the method Withdrawn EP2646596A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010052838 2010-11-29
DE102011009347.8A DE102011009347B4 (en) 2010-11-29 2011-01-25 Process for the preparation of a carbon-containing layer system and apparatus for carrying out the process
PCT/EP2011/005919 WO2012072215A1 (en) 2010-11-29 2011-11-24 Method for producing a carbon-containing layer system and apparatus for implementing the method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2646596A1 true EP2646596A1 (en) 2013-10-09

Family

ID=46049874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP11788773.7A Withdrawn EP2646596A1 (en) 2010-11-29 2011-11-24 Method for producing a carbon-containing layer system and apparatus for implementing the method

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2646596A1 (en)
DE (1) DE102011009347B4 (en)
WO (1) WO2012072215A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3091875B1 (en) * 2019-01-17 2021-09-24 Innovative Systems Et Tech Isytech Process and treatment device for the deposition of a barrier effect coating

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2679067B2 (en) * 1987-12-15 1997-11-19 株式会社日本自動車部品総合研究所 Manufacturing method of substrate with diamond film
US6063149A (en) * 1995-02-24 2000-05-16 Zimmer; Jerry W. Graded grain size diamond layer
US6066399A (en) * 1997-03-19 2000-05-23 Sanyo Electric Co., Ltd. Hard carbon thin film and method of forming the same
DE10018143C5 (en) * 2000-04-12 2012-09-06 Oerlikon Trading Ag, Trübbach DLC layer system and method and apparatus for producing such a layer system
JP2005089823A (en) * 2003-09-17 2005-04-07 Seiji Sagawa Film-forming apparatus and film-forming method
DE102005049266B4 (en) * 2005-10-14 2007-12-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Apparatus and method for the plasma treatment of objects
JP4533925B2 (en) * 2007-12-17 2010-09-01 財団法人高知県産業振興センター Film forming apparatus and film forming method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2012072215A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011009347B4 (en) 2016-05-12
WO2012072215A1 (en) 2012-06-07
DE102011009347A1 (en) 2012-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10018143B4 (en) DLC layer system and method and apparatus for producing such a layer system
EP0990061B1 (en) Method and device for vacuum-coating a substrate
EP1423551B1 (en) Method for producing a nanostructured functional coating and a coating that can be produced according to said method
EP2272080B1 (en) Device and method for pretreating and coating bodies
WO2008155051A1 (en) Pdv method and pdv device for producing low friction, wear resistant, functional coatings, and coatings produced therewith
EP2893053A1 (en) Process for producing a metallic borocarbide layer on a substrate
WO2010003476A1 (en) Coating method and device using a plasma-enhanced chemical reaction
DE102010047963A1 (en) A magnetron apparatus and method for pulsed operation of a magnetron apparatus
DE102008022145B4 (en) Apparatus and method for high performance pulse-gas flow sputtering
EP1876257A2 (en) Method for manufacturing an object with differing friction coefficients on different surface areas and object
DE102007004760A1 (en) Apparatus and method for coating plate-shaped or band-shaped metallic substrates
DE102011009347B4 (en) Process for the preparation of a carbon-containing layer system and apparatus for carrying out the process
DE102013107659B4 (en) Plasma-chemical coating device
DE102006019000A1 (en) Device and method for plasma-assisted deposition of hard material layers
DE102017205417A1 (en) Process for forming a layer formed with polycrystalline or monocrystalline diamond
EP1427265A2 (en) Device and method for coating a substrate and substrate coating
DE102010007516A1 (en) Large-scale cathode for magnetron sputtering within vacuum chamber, comprises target, and device for producing a magnetic field, which is enclosed itself on the surface of the target in circular manner and is formed in tunnel-shaped manner
DE102018112335A1 (en) magnetron sputtering
DE102011103464B4 (en) Plasma ion source for a vacuum coating system
EP2558609B1 (en) Method for coating a substrate inside a vacuum chamber by means of plasma-assisted chemical vapor deposition

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20130510

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20180602