ES2252092T3

ES2252092T3 - Sistema de capas de dlc y procedimiento para la fabricacion de un sistema de capas de este tipo.

Info

Publication number: ES2252092T3
Application number: ES00993868T
Authority: ES
Inventors: Orlaw Massler; Mauro Pedrazzini; Christian Wohlrab; Hubert Eberle; Martin Grischke; Thorsten Michler
Original assignee: Unaxis Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2006-05-16
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: EP1362931A1; WO2001079585A1; EP1362931B9; DE10018143B4; JP2004501793A; PT1362931E; DE50011775D1; JP4849759B2; EP1362931B1; DE10018143A1; ES2244870T3; BR0017216A; US20080311310A1; EP1362931B2; ATE299956T1; US20100018464A1; US20040219294A1; DE10018143C5; US6740393B1; US20040038033A1

Abstract

Sistema de capas para la protección contra el desgaste, la protección anticorrosiva y para mejorar las propiedades de deslizamiento y similares sobre un sustrato, con una capa adherente para la disposición sobre un sustrato, una capa de transición para la disposición sobre la capa adherente y una capa de DLC o de diamante, caracterizado porque sobre la capa de DLC o de diamante está dispuesta una capa de deslizamiento cuya composición química difiere de la de la capa de DLC o de diamante.

Description

Sistema de capas de DLC y procedimiento para la fabricación de un sistema de capas de este tipo.

La presente invención se refiere a un sistema de capas según la reivindicación 1, a un procedimiento según la reivindicación 21, así como a un dispositivo según la reivindicación 40. En las reivindicaciones subordinadas 2 a 20, 22 a 39 y 41, así como en la descripción, los ejemplos y los dibujos, se exponen realizaciones preferidas de la invención.

A pesar de las extraordinarias propiedades de las capas de carbono parecidas al diamante (capas de DLC), tales como la elevada dureza y las excelentes propiedades de deslizamiento, y de la actividad investigadora realizada durante muchos años a nivel mundial, hasta ahora no se ha logrado fabricar capas de DLC puras que muestren también a mayores grosores de capa (> 1 \mum) una adherencia de las capas suficiente para el uso industrial en aplicaciones típicas de protección contra el desgaste y presenten una conductividad suficiente para poder prescindir de los procedimientos de fabricación de alta frecuencia (AF), que adolecen de muchos inconvenientes técnicos de producción.

Como aplicaciones típicas de protección contra el desgaste son de mencionar, por una parte, las aplicaciones en el campo de la construcción de máquinas, tales como la protección contra el desgaste por deslizamiento, las picaduras, el ensamblamiento en frío de las rugosidades, etc., especialmente sobre elementos de construcción con superficies que se mueven en sentido opuesto, como, por ejemplo, ruedas dentadas, empujadores de bomba y de taza, aros de émbolo, agujas de inyectores, conjuntos completos de cojinetes o sus componentes individuales, entre muchos otros, así como, por otra parte, las aplicaciones en el campo del mecanizado de materiales para la protección de las herramientas usadas para el mecanizado con arranque de virutas o sin arranque de virutas, así como en los moldes de inyección.

Además de las múltiples posibilidades de aplicación en el campo de la protección contra el desgaste, también es de mencionar explícitamente la protección anticorrosiva como otro campo de aplicación prometedor de este tipo de capas de DLC.

Debido a las elevadas tensiones propias y a la adherencia problemática relacionada con ellas, especialmente en el caso de superficies altamente solicitadas, en la protección contra el desgaste las capas de DLC puras actualmente sólo se pueden depositar con grosores de capa reducidos e insuficientes para muchas aplicaciones, o sus propiedades han de modificarse mediante la incorporación adicional de átomos extraños, como, por ejemplo, silicio, diferentes metales y flúor. Sin embargo, la disminución de las tensiones propias de las capas y la mejora de la adherencia logradas con ello siempre estaban relacionadas con una notable pérdida de dureza, que, precisamente en el campo de la protección contra el desgaste, a menudo puede afectar negativamente la vida útil del artículo revestido.

Por lo tanto, no pudo considerarse la aplicación adicional de capas de rodaje que contienen, por ejemplo, carbono grafítico y/o una mezcla de metal o carburo de metal y carbono, puesto que, por una parte, se generaban más tensiones propias perjudiciales en las capas debido al grosor de capa mínimo necesario para lograr el efecto de rodaje y, por otra, resultaba problemática la adherencia sobre capas de carbono puras. Pero solamente estas capas pueden cumplir, mediante la combinación de la capa de carbono o la capa de diamante muy dura con la capa de deslizamiento o de rodaje depositada sobre ella, los crecientes requisitos respecto a los elementos de construcción, como los que se exigen, por ejemplo, para componentes individuales en la construcción moderna de motores.

En los procedimientos intensificados por plasma habituales hoy en día para la fabricación de capas de DLC se aplican con frecuencia, debido a la elevada resistencia eléctrica de las capas de DLC duras, procesos con una polarización o plasma de AF (por AF = alta frecuencia se entienden en lo sucesivo todas las frecuencias > 10 MHz), especialmente con la frecuencia industrial de 13,56 MHz, para evitar la generación de cargas perturbadoras durante el revestimiento. Los inconvenientes conocidos de esta técnica son perturbaciones difíciles de dominar en las unidades de mando de procesos sensibles electrónicamente (retroacoplamientos de AF, efecto del emisor, ...), un mayor coste para evitar descargas eléctricas de AF, el efecto de antena de los sustratos que se han de revestir y, relacionado con ello, una distancia mínima relativamente grande entre el material de revestimiento, que impide aprovechar de forma óptima el espacio y la superficie en la cámara de revestimiento. Así, en los procedimientos de AF se ha de prestar especial atención a que no se produzca un solapamiento de espacios oscuros, por ejemplo por una densidad de carga demasiado elevada, distancias incorrectas entre sustrato y dispositivo de sujeción, etc., que genera plasmas secundarios perjudiciales. Estos plasmas secundarios forman, por una parte, receptores de energía, solicitando así adicionalmente los generadores de plasma, y, por otra, se produce con frecuencia, debido a estas concentraciones locales de plasma, un sobrecalentamiento térmico de los sustratos y una grafitización no deseada de la capa.

A causa de la dependencia exponencial calculada para los procesos de AF entre la tensión del sustrato y la superficie del sustrato

: US/UE = CE/CS = (AE/AS)4

en la que U representa la tensión, C la capacidad, A la superficie y los índices S el sustrato o E la contraplaca, se produce, a medida que aumenta la superficie del sustrato AS, una fuerte disminución de la tensión del sustrato US acompañada de un fuerte aumento de la potencia perdida. Por lo tanto, dependiendo de la capacidad de los generadores usados, sólo se puede revestir una determinada superficie máxima. En caso contrario, o bien no se puede suministrar suficiente potencia al sistema o bien la diferencia de potencial (tensión del sustrato) no se puede ajustar lo suficientemente alta para lograr el efecto de galvanoplastia iónica necesario para capas densas de buena adherencia.

Además, en los procesos de AF habitualmente es necesario realizar, en cuanto a la instalación, un gasto adicional en aparatos para adaptar durante el proceso dinámicamente las impedancias del generador y del plasma mediante redes eléctricas, como, por ejemplo, una denominada "caja de cerillas".

A continuación se exponen brevemente diferentes procedimientos y/o sistemas de capas conocidos en el estado de la técnica.

El documento EP 87836 da a conocer un sistema de capas de DLC con una proporción de componentes metálicos de 0,1 a 49,1%, que se deposita, por ejemplo, por bombardeo catódico.

El documento DE 4343354 A1 describe un procedimiento para la fabricación de un sistema multicapa que contiene Ti, con una capa de sustancia dura formada por nitruros de titanio, carburos de titanio y boruros de titanio, así como con una capa superficial con contenido en C que reduce el rozamiento, en el que se reduce progresivamente la proporción de Ti y N en dirección a la superficie.

El procedimiento para la fabricación de capas de DLC descrito en el documento US 5078848 usa un chorro de plasma pulsado. Debido a la radiación dirigida de partículas desde una fuente con una salida de sección transversal pequeña, estos procedimientos, sin embargo, sólo son adecuados de forma limitada para el revestimiento uniforme de superficies más grandes.

En los documentos siguientes se describen diferentes procedimientos de CVD y/o capas mixtas de SiDLC/DLC fabricadas con tales procedimientos:

El documento EP-A-651069 describe un sistema de protección contra el desgaste que reduce el rozamiento y está formado por 2 a 5.000 capas alternantes de DLC y SiDLC. En el documento EP-A-600533 se describe un procedimiento para la deposición de capas de a-DLC con una capa intermedia de Si y una zona de transición de a-SiC:H siguiente para mejorar la adherencia. También en los documentos EP-A-885983 y EP-A-856592 se describen diferentes procedimientos para la fabricación de tales capas. En el documento EP-A-885983, por ejemplo, el plasma se genera mediante un filamento calentado por DC y los sustratos se solicitan con una tensión continua negativa o FM entre 20 y 10.000 kHz (por FM = frecuencia media se entiende en lo sucesivo el intervalo de frecuencias de 1 a 10.000 kHz).

El documento US 4728529 describe un procedimiento para la deposición de DLC usando un plasma de AF, en el que la formación de las capas se lleva a cabo en un intervalo de presiones de 103 a 1 mbar a partir de un plasma de hidrocarburos exento de oxígeno al que se añade, en caso necesario, un gas noble o hidrógeno.

El proceso descrito en el documento DE-C-19513614 usa una tensión de sustrato bipolar con una menor duración del impulso positivo a una presión comprendida en el intervalo de 50 a 1.000 Pa. Con él se depositan capas comprendidas en el intervalo de 10 nm a 10 \mum y con una dureza de 15 a 40 GPa.

En el documento DE-A-19826259 se describe un procedimiento de CVD con una tensión de sustrato generada independientemente del plasma de revestimiento, en el que se aplican preferentemente tensiones de sustrato bipolares, aunque también otras tensiones de sustrato periódicas modificadas. Para la realización del procedimiento, esto requiere, sin embargo, una unidad de suministro eléctrico relativamente costosa, ya que se ha de prever en forma de realización doble.

Asimismo se conocen desde algún tiempo procedimientos que constan de una combinación de capas de sustancia dura tradicional con una capa de protección rica en carbono con buenas propiedades de deslizamiento.

Por ejemplo, el documento US 5.707.748 da a conocer una combinación de capas formada por capas de sustancia dura con contenido en metal (TiN, TiAlVN, WC) y una capa de carburo de metal menos dura con un contenido creciente de carbono fijado de forma grafítica, es decir, en la hibridación sp^{2}. Por las buenas propiedades de deslizamiento de las capas de metal o carburo de metal/carbono (MeC/C), éstas se usan preferentemente en tribosistemas en los que, además de la protección del elemento revestido, se ha de lograr una disminución de las fuerzas de rozamiento y/o una protección del cuerpo contrario. A este respecto han resultado especialmente eficaces las capas de MeC/C con una alta proporción de C, en las que se puede lograr, por una parte, un efecto de rodaje mediante la capa de protección blanda y, por otra, un efecto lubricante para el tribosistema completo mediante la transferencia de partículas de C. En el documento WO 99-55929 se describen combinaciones de capas similares, con una capa intermedia metálica que mejora la adherencia situada entre la capa de sustancia dura y la capa de metal o MeC que contiene carbono grafítico.

Por consiguiente, el objetivo de la presente invención es proporcionar sistemas de capas de DLC relativamente gruesos, con una elevada dureza y un excelente poder adherente, que, además, posean todavía una conductividad suficientemente alta para poder ser depositados sin polarización de AF, de manera que se puedan usar un procedimiento y un dispositivo que no requieran grandes gastos y presenten una elevada eficacia para el uso industrial. Por consiguiente, un objetivo de la presente invención es también proporcionar un procedimiento correspondiente y un dispositivo.

Este objetivo se alcanza mediante la capa con las características de la reivindicación 1, así como mediante el procedimiento según la reivindicación 11 y el dispositivo de acuerdo con la reivindicación 30. Las configuraciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

Sorprendentemente se ha observado que es posible proveer también capas de DLC relativamente gruesas de una capa adicional con unas propiedades de deslizamiento y, si se desea, de rodaje especialmente favorables, sin que por ello empeore el poder adherente. De este modo se logra por primera vez combinar la gran dureza de las capas de DLC puras con las buenas propiedades de deslizamiento de las capas de metal y carbono. Esto no sólo se puede llevar a cabo aplicando capas de deslizamiento sobre los sistemas de capas de DLC de acuerdo con la invención, sino también usando uno de los procedimientos descritos para la aplicación de una capa de deslizamiento sobre capas de DLC o sistemas de capas de DLC conocidos.

Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es también, concretamente, proporcionar una capa de DLC o de diamante con un excelente poder adherente y una elevada resistencia al desgaste que presente unas propiedades de deslizamiento y, si se desea, unas propiedades de rodaje mejoradas respecto a las capas de DLC o de diamante convencionales. Un sistema de capas de deslizamiento de DLC de este tipo puede ser ventajoso para la protección contra el desgaste, la protección anticorrosiva y para mejorar las propiedades de deslizamiento, especialmente cuando se desean simultáneamente propiedades hasta ahora difícilmente realizables en un sistema de capas.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento y un dispositivo para la fabricación de un sistema de capas de deslizamiento de DLC de acuerdo con la invención.

Éste se alcanza de acuerdo con la invención según el apartado 1 de la descripción.

Sistema de capas

Se obtiene un sistema de capas de DLC de acuerdo con la invención fabricando una capa con la siguiente estructura de capa.

Directamente sobre el sustrato se encuentra una capa adherente con al menos un elemento del grupo de los elementos de los grupos IVb, Vb y VIb, así como Si. Preferentemente se usa una capa adherente formada por los elementos Cr o Ti, que han demostrado ser especialmente adecuados para este propósito.

A continuación sigue una capa de transición que, preferentemente, está configurada en forma de capa de gradiente, en cuyo gradiente perpendicular a la superficie del sustrato disminuye el contenido en metal y aumenta el contenido en C.

La capa de transición comprende esencialmente carbono y al menos un elemento del grupo de los elementos que forman la capa adherente. En una forma de realización preferida puede estar contenido adicionalmente hidrógeno. Asimismo, tanto la capa de transición como la capa adherente contienen impurezas inevitables, como las que se deben, por ejemplo, a átomos de la atmósfera ambiental incorporados en la capa, por ejemplo los gases nobles, tales como argón o xenón, usados en la fabricación.

En la configuración de la capa de transición en forma de una capa de gradiente, el incremento del carbono en dirección a la capa de protección se puede llevar a cabo aumentando las fases carbúricas dado el caso diferentes, aumentando el carbono libre y/o mezclando estas fases con la fase metálica de la capa de transición. Como es conocido para el experto, el grosor de la capa de gradiente o de transición se puede ajustar ajustando rampas de proceso adecuadas. El aumento del contenido en C o la reducción de la fase metálica se pueden realizar de forma continua o escalonada; asimismo puede preverse, al menos en una parte de la capa de transición, una secuencia de capas individuales ricas en metal y ricas en C para reducir adicionalmente las tensiones de la capa. Mediante las configuraciones mencionadas de la capa de gradiente, las propiedades de los materiales (por ejemplo, módulo E, estructura, etc.) de la capa adherente y de la capa de DLC final se adaptan entre sí esencialmente de forma continua, evitando de este modo el riesgo de que se formen grietas a lo largo de una interfase de metal o Si/DLC que de otro modo aparece.

La terminación del paquete de capas la forma una capa que esencialmente consta exclusivamente de carbono y, preferentemente, de hidrógeno, con un grosor de capa mayor que la capa adherente y la capa de transición. Además del carbono y del hidrógeno, también en este caso pueden estar presentes gases nobles, tales como argón o xenón. Es esencial, sin embargo, prescindir por completo de elementos metálicos adicionales y de silicio.

La dureza del sistema de capas de DLC completo está ajustada a un valor superior a 15 GPa, preferentemente superior o igual a 20 GPa, y se logra un poder adherente mejor o igual a HF 3, preferentemente mejor o igual a HF 2, en especial igual a HF 1 según VDI 3824, hoja 4. La dureza se obtiene en este caso por medición de la dureza según Knoop con una carga de 0,1 N, es decir, HK 0,1. La resistencia superficial de la capa de DLC se encuentra entre \delta = 10^{-6} \Omega y \delta = 5 M\Omega, preferentemente entre 1 \Omega y 500 k\Omega, con una distancia de 20 mm entre los electrodos. Al mismo tiempo, la presente capa de DLC se caracteriza por los bajos coeficientes de fricción típicos del DLC, siendo preferentemente \mu \leq 0,3 en el ensayo de espiga/disco.

El grosor total de las capas es > 1 \mum, preferentemente > 2 \mum, presentando la capa adherente y la capa de transición preferentemente unos grosores de capa de 0,05 \mum a 1,5 \mum, en especial de 0,1 \mum a 0,8 \mum, mientras que la capa de protección posee preferentemente un grosor de 0,5 \mum a 20 \mum, en especial de 1 \mum a 10 \mum.

El contenido de H en la capa de protección asciende preferentemente a entre 5 y 30% en átomos, en especial a entre 10 y 20% en átomos.

En las imágenes de microscopía electrónica de barrido, los sistemas de capas de DLC depositados de acuerdo con la invención muestran superficies de rotura que, al contrario que las capas de DLC convencionales, no presentan una estructura vítrea-amorfa sino de grano fino, ascendiendo el tamaño de grano preferentemente a \leq 300 nm, en especial a \leq 100 nm.

En los ensayos tribológicos bajo carga elevada, el revestimiento muestra una vida útil varias veces mayor que otras capas de DLC, como, por ejemplo, las capas de metal y carbono, en especial de WC/C. Así, en una tobera de inyección para motores de combustión interna provista de una capa de DLC, sólo se pudo detectar un ligero desgaste en el ensayo de 1.000 h, mientras que, por el contrario, una tobera revestida con WC/C falló en el mismo ensayo ya después de 10 h a causa de un elevado desgaste superficial que llegó hasta el material básico.

La rugosidad de capa de la capa de DLC de acuerdo con la invención presenta preferentemente un valor de Ra = 0,01 a 0,04, siendo Rz, medido según DIN, < 0,8, preferentemente < 0,5.

Las ventajas de un sistema de capas de DLC de acuerdo con la invención con las propiedades anteriores residen en la combinación, lograda por primera vez, de grandes grosores de capa con un excelente poder adherente que todavía presenta una conductividad suficiente para permitir una conducción relativamente fácil del proceso en la producción industrial.

Pese a la elevada dureza, > 15 GPa, preferentemente \geq 20 GPa, la capa muestra una adherencia claramente mejorada gracias a su estructura y los pasos de procedimiento de acuerdo con la invención. Los sistemas de capas convencionales precisan en este caso de una dotación en la capa funcional (DLC) para reducir la tensión de la capa, lo que, sin embargo, también reduce la dureza.

También las imágenes de microscopía electrónica de barrido de una rotura de la capa de acuerdo con la invención muestran una superficie de rotura limpia y de grano fino, al contrario que las capas de DLC conocidas hasta ahora, que poseen la forma de rotura típica de una capa amorfa frágil con cavidades en parte conchiformes. Las capas con el perfil de propiedades antes descrito son especialmente adecuadas para aplicaciones en la construcción de máquinas, como, por ejemplo, para el revestimiento de empujadores de bomba y de taza y empujaválvulas altamente solicitados, de levas o árboles de levas, como los que se usan para los motores de combustión interna de automóviles, y engranajes, pero también para la protección de ruedas dentadas, émbolos buzo, vástagos de émbolos altamente solicitados, entre otros elementos de construcción en los cuales se requiera una superficie especialmente dura y lisa con buenas propiedades de deslizamiento.

Debido a su elevada dureza y su muy lisa superficie, estas capas se pueden usar en el campo de las herramientas ventajosamente sobre todo para herramientas de conformación (prensado, estampado, embutición profunda, ...) y moldes de inyección, pero también, aunque con ciertas limitaciones en el mecanizado de materiales de hierro, para herramientas de corte, especialmente cuando para la aplicación se necesita un bajo coeficiente de fricción junto con una elevada dureza.

La velocidad de crecimiento de la capa de DLC se encuentra entre aproximadamente 1 y 3 \mum/h y la tensión de las capas para el sistema completo, entre 1 y 4 GPa y, por lo tanto, en el intervalo habitual para las capas de DLC duras. La conductividad se ajusta, según se expuso anteriormente, entre aproximadamente \delta = 10^{-6} \Omega y \delta = 5 M\Omega, preferentemente entre \delta = 10^{-3} \Omega y \delta = 500 k\Omega (la resistencia superficial se midió a una distancia de 20 mm entre los electrodos de medición).

Las propiedades de deslizamiento logradas con los sistemas de capas de DLC depositados de acuerdo con la invención son mejores que las de otras capas de sustancia dura, por ejemplo nitrúricas y/o carbúricas, pero no alcanzan los coeficientes de fricción extraordinariamente bajos que se pueden realizar con las capas de metal/carbono ni son adecuadas como capas de rodaje.

Si se han de mejorar aún más las propiedades de deslizamiento o de rodaje de la capa de DLC o del sistema de capas de DLC, se recomienda aplicar otra capa de deslizamiento final más blanda que contenga una proporción relativamente alta de carbono grafítico. Esta última también se puede aplicar ventajosamente sobre capas y sistemas de capas de DLC no de acuerdo con la invención, así como sobre capas de diamante, especialmente sobre capas de diamante nanocristalino.

A continuación se describe la estructura de un sistema de capas de deslizamiento de DLC de acuerdo con la invención, que consta ventajosa, pero en ningún caso forzosamente, de un sistema de capas de DLC como se describió anteriormente con una capa de deslizamiento depositada sobre él. Sorprendentemente se ha observado que con capas de deslizamiento de estructuras muy diversas resulta posible, además de mejorar las propiedades de deslizamiento y, dado el caso, de rodaje y a pesar del mayor grosor de capa, conservar el excelente poder adherente del sistema de capas de DLC para el sistema de capas de deslizamiento de DLC.

Una forma de realización ventajosa de la capa que reduce el rozamiento, adecuada especialmente para la aplicación sobre el sistema de capas de DLC de acuerdo con la invención antes descrito, consiste en aplicar una estructura de DLC sin elemento adicional metálico pero, a cambio, con una proporción creciente de enlaces sp^{2}, preferentemente en una estructura de capa grafítica, con lo cual disminuye la dureza de la capa de protección y mejoran las propiedades de deslizamiento y, dado el caso, de rodaje.

Otra realización ventajosa de la capa de deslizamiento se puede llevar a cabo mediante la formación de una segunda capa de gradiente inverso, en la que el contenido en metal aumenta hacia la superficie y el contenido en C disminuye. El contenido en metal se aumenta hasta que el coeficiente de fricción alcance el valor bajo deseado. Para ello se usa preferentemente uno o varios metales de los grupos IVb, Vb, VIb, así como Si. Se prefieren especialmente Cr, W, Ta, Nb y/o Si. La proporción de metal en las capas debe encontrarse entre 0,1 y 50% en átomos, preferentemente entre 1 y 20% en átomos.

Otra realización preferida de la capa que reduce el rozamiento se puede llevar a cabo mediante la aplicación de una capa intermedia metálica o carbúrica, en especial de Cr o WC, sobre la capa que esencialmente consta exclusivamente de carbono e hidrógeno, a la que le sigue a continuación de nuevo una capa de protección de gradiente configurada de forma similar a la primera capa de gradiente, con un contenido en metal decreciente y un contenido en C creciente. Ventajosa pero no obligatoriamente se usan el mismo o los mismos elementos metálicos que en la primera capa de gradiente, para mantener la complejidad del dispositivo de revestimiento lo más reducida posible. También en este caso el contenido de metal en las capas debe encontrarse entre 0,1 y 50% en átomos, preferentemente entre 1 y 20% en átomos.

Sorprendentemente se ha observado que precisamente las capas de deslizamiento con contenido en metal pueden producir una clara mejora del rendimiento también sobre capas de DLC depositadas de forma convencional. Una razón por la que se logra así influir ligeramente en la adherencia total de tales sistemas podría residir en las reducidas tensiones de las capas proporcionadas adicionalmente y fáciles de ajustar.

Para las tres opciones ha resultado ventajoso prever una zona de terminación con una composición de capa inalterada, es decir, constante, para conservar las propiedades de la capa (por ejemplo, coeficiente de fricción, tensión superficial y humectabilidad, ...), optimizadas para la aplicación correspondiente, también durante un cierto desgaste de la capa y permitir el rodaje de la capa.

El coeficiente de fricción se puede ajustar, dependiendo del metal usado y del exceso residual de carbono grafítico, entre \mu = 0,01 y \mu = 0,2 (se refiere al ensayo de espiga/disco bajo atmósfera normal con una humedad del aire de aproximadamente 50%).

La dureza de la capa de DLC está ajustada preferentemente a un valor superior a 15 GPa, preferentemente superior o igual a 20 GPa, y la dureza de la capa de deslizamiento más blanda situada encima se ajusta según convenga.

El contenido integral de hidrógeno en el sistema de capas de acuerdo con la invención se ajusta preferentemente a un contenido entre 5 y 30% en átomos, en especial entre 10 y 20% en átomos.

La rugosidad de la capa se puede ajustar a un valor Ra inferior a 0,04, preferentemente inferior a 0,01, o a un valor Rz_{DIN} inferior a 0,8, preferentemente inferior a 0,5.

Las ventajas de estos sistemas de capas de deslizamiento de DLC de acuerdo con la invención residen en la combinación de la elevada dureza de la capa de DLC con las propiedades de deslizamiento mejoradas de nuevo en hasta un orden de magnitud respecto al ya buen comportamiento de rodadura de la capa de DLC. Así, por ejemplo, el coeficiente de fricción se puede reducir a por debajo de \mu = 0,1. Asimismo se logra por primera vez conferir también a las capas de DLC un comportamiento de rodaje mediante una reducción inicial de la capa y una lubricación grafítica del cuerpo contrario, por medio de lo cual también se puede reducir notablemente el desgaste de un cuerpo contrario no revestido.

Mediante el uso de una capa de DLC pura antes descrita también se puede ajustar un índice Rz o Ra más bajo, es decir, una menor rugosidad de las superficies revestidas, que con las capas de sustancia dura usadas convencionalmente, aplicadas en especial con el procedimiento de arco voltaico. En el caso de estas combinaciones conocidas de sustancia dura/capa de deslizamiento, con frecuencia se puede alterar, o incluso impedir, el rodaje del tribosistema debido especialmente a duros picos de rugosidad, pudiéndose producir la destrucción parcial o total de la superficie de un cuerpo contrario, especialmente cuando éste no está protegido por una capa dura. Esto es especialmente importante en los tribosistemas con una elevada proporción deslizante, como, por ejemplo, palancas basculantes y deslizantes sobre empujadores de taza, diferentes engranajes, entre otros.

La superioridad de los sistemas de capas de deslizamiento de DLC se demostró en diferentes aplicaciones tanto frente a combinaciones de sustancia dura/capa de deslizamiento conocidas como frente a sistemas de capas de DLC puras.

Debido a su elevada dureza y su muy lisa superficie, estas capas también se pueden usar en el campo de las herramientas, ventajosamente sobre todo para herramientas de conformación (prensado, estampado, embutición profunda, ...) y moldes de inyección, pero también, aunque con ciertas limitaciones en el mecanizado de materiales de hierro, para herramientas de corte, especialmente cuando para la aplicación se desea un coeficiente de fricción especialmente bajo junto con, dado el caso, un efecto de rodaje definido. Por ejemplo, con brocas revestidas de acuerdo con la invención se observó ya después de usarlas una sola vez (un taladro) un efecto de pulido sobre la superficie de arranque de virutas, lo que constituye una ventaja para, por ejemplo, taladros profundos. De este modo se puede prescindir de un caro pulido posterior de las superficies de arranque de virutas en este tipo de herramientas revestidas de acuerdo con la invención.

Los sistemas de capas de deslizamiento de DLC de acuerdo con la invención se pueden depositar de forma más lisa que las combinaciones convencionales de sustancia dura/capa de deslizamiento (por ejemplo, TiAlN/WC/C) depositadas, por ejemplo, con un evaporador de arco voltaico y se pueden integrar más fácilmente en un proceso continuo que, por ejemplo, las combinaciones igualmente conocidas de capas de Ti-DLC//MoSx.

Procedimiento

El procedimiento de acuerdo con la invención para la fabricación del sistema de capas de DLC se caracteriza además por las siguientes características.

Los elementos que se han de revestir se limpian de manera conocida para los procedimientos de PVD y se montan en un dispositivo de sujeción. Al contrario que en los procedimientos de AF, en este caso se pueden usar ventajosamente unos dispositivos de sujeción con 1, 2 o también 3 ejes de rotación esencialmente paralelos, adaptados a la geometría de las partículas, por medio de lo cual se puede lograr una mayor densidad de carga. El dispositivo de sujeción, con los elementos que se han de revestir, se introduce en la cámara de procesos de una instalación de revestimiento y, tras la evacuación con bomba hasta obtener una presión inicial inferior a 10^{-4} Pa, preferentemente 10^{-3} Pa, se inicia el ciclo de procesos.

La primera parte del proceso, la limpieza de las superficies del sustrato, se realiza, por ejemplo, en forma de proceso de calentamiento para eliminar las sustancias volátiles que todavía estén adheridas a la superficie de los elementos. Para ello se enciende preferentemente un plasma de gas noble mediante una descarga de gran amperaje/de baja tensión entre uno o varios filamentos ajustados a un potencial negativo, dispuestos en una cámara de ionización colindante con la cámara de procesos, y los dispositivos de sujeción con los elementos ajustados a un potencial positivo. De este modo se provoca un intenso bombardeo de electrones y, con ello, un calentamiento de los elementos. Ha resultado especialmente favorable el uso de una mezcla de Ar/H_{2}, puesto que por el efecto reductor del hidrógeno se logra al mismo tiempo un efecto limpiador de las superficies de los elementos. La descarga de gran amperaje/de baja tensión se puede realizar con un campo magnético estático o, ventajosamente, en movimiento esencialmente variable localmente. En lugar de la cámara de ionización antes descrita también se puede usar un cátodo hueco u otra fuente de iones o de electrones conocida.

De forma alternativa, naturalmente también se pueden usar otros procedimientos de calentamiento como, por ejemplo, el calentamiento por radiación o el calentamiento inductivo.

Una vez alcanzado un nivel de temperatura, que se ha de establecer en función del material básico de los elementos, se puede iniciar adicional o alternativamente como proceso de limpieza un proceso de corrosión encendiendo, por ejemplo, entre la cámara de ionización y un ánodo auxiliar un arco voltaico de baja tensión y arrastrando los iones hacia los elementos mediante una tensión de polarización negativa de 50 a 300 V. Los iones bombardean allí la superficie y eliminan las impurezas residuales. De este modo se obtiene una superficie limpia. La atmósfera del proceso también puede contener hidrógeno, además de gases nobles como, por ejemplo, argón.

El proceso de corrosión también se puede llevar a cabo aplicando al sustrato una tensión de polarización pulsada con o sin la ayuda de un arco voltaico de baja tensión como se acaba de describir, usándose preferentemente una polarización de frecuencia media comprendida en el intervalo de 1 a 10.000 kHz, en especial entre 20 y 250 kHz.

Para garantizar la adherencia del sistema de capas de DLC al sustrato, se deposita por evaporación una capa adherente, preferentemente metálica, formada en especial por Cr o Ti, con un procedimiento conocido de PVD o de CVD intensificado por plasma, como, por ejemplo, mediante evaporación por arco voltaico, diferentes procedimientos de galvanoplastia iónica, aunque preferentemente por bombardeo catódico de al menos un blanco. Como apoyo para la deposición por evaporación se aplica al sustrato una tensión de polarización negativa. El bombardeo iónico y, causada por él, la densificación de la capa durante el proceso de deposición por bombardeo iónico se puede apoyar adicionalmente mediante un arco voltaico de baja tensión que se hace funcionar en paralelo y/o mediante un campo magnético aplicado para la estabilización o la intensificación del plasma y/o mediante la aplicación de una tensión de polarización de DC al sustrato o mediante la aplicación, entre el sustrato y la cámara de procesos, de una polarización de frecuencia media comprendida en el intervalo de 1 a 10.000, en especial de 20 a 250 kHz.

El grosor de la capa adherente se ajusta de manera conocida eligiendo el tiempo de deposición por bombardeo iónico y/o de deposición por evaporación y la potencia en función de la geometría de la instalación correspondiente.

Por ejemplo, en la presente geometría de la instalación, descrita más adelante, se deposita Cr por bombardeo iónico de dos blancos, ventajosamente enfrentados, durante 6 minutos a una presión de 10^{-4} a 10^{-3} mbar, una polarización del sustrato de Upolarización = -75 V y una potencia de aproximadamente 8 kW en una atmósfera de Ar.

Una vez aplicada la capa adherente, se asegura de acuerdo con la invención una transición lo más continua posible entre la capa adherente y la capa de DLC mediante la aplicación de una capa de transición.

La aplicación de la capa de transición se lleva a cabo de manera que, además de la deposición por evaporación intensificada por plasma de los componentes de la capa adherente, se deposita simultáneamente carbono en fase gaseosa. Esto se lleva a cabo preferentemente mediante un procedimiento de CVD intensificado por plasma en el que como gas de reacción se usa un gas con contenido en carbono, preferentemente un hidrocarburo gaseoso, en especial acetileno.

Durante la aplicación de la capa de transición se aplica al sustrato una tensión de polarización de frecuencia media, en especial "pulsada", y se superpone un campo magnético.

Para la configuración preferida de una capa de gradiente, la proporción de carbono depositada se aumenta de forma escalonada o continua durante la aplicación de la capa de transición a medida que aumenta el grosor de la capa de transición, hasta que, finalmente, ya sólo se produce esencialmente una deposición de carbono.

En este estadio del proceso se genera entonces, como capa de protección, la capa de carbono parecida al diamante por deposición CVD intensificada por plasma de carbono en fase gaseosa, usándose como gas de reacción un gas con contenido en carbono, preferentemente un hidrocarburo gaseoso, en especial acetileno. Al mismo tiempo se sigue manteniendo en el sustrato una tensión de polarización y se conserva el campo magnético superpuesto.

En una forma de realización preferida, el gas de reacción para la deposición de carbono para la formación de la capa de transición y la capa de protección formada por carbono parecido al diamante puede contener adicionalmente, además del gas con contenido en carbono, hidrógeno y un gas noble, preferentemente argón o xenón. La presión ajustada en la cámara de procesos asciende a entre 10^{-2} y 1 Pa.

Durante la deposición de la capa de protección formada por carbono parecido al diamante se prefiere aumentar la proporción del gas con contenido en carbono y reducir la proporción de gas noble, en especial de argón.

La tensión de polarización aplicada al sustrato durante los pasos de procedimiento para la deposición de la capa adherente por evaporación, la aplicación de la capa de transición y la deposición de la capa de protección puede ser, especialmente durante la formación de la capa de transición y de la capa de protección, una tensión alterna (AC), una tensión continua (DC) superpuesta con AC o impulsos, o una tensión continua modulada, en particular una tensión de polarización del sustrato unipolar (negativa) o bipolar que está pulsada a una frecuencia media comprendida en el intervalo de 1 a 10.000 kHz, preferentemente de 20 a 250 kHz. La forma del impulso puede ser simétrica, por ejemplo sinusoidal, en forma de diente de sierra o rectangular, o asimétrica, de manera que se aplican impulsos negativos de larga duración e impulsos positivos de corta duración o grandes amplitudes negativas y pequeñas amplitudes positivas.

Asimismo se ajusta, preferentemente durante todo el proceso de revestimiento, un campo magnético longitudinal con un desarrollo uniforme de las líneas de flujo, pudiendo modificarse el campo magnético de forma continua o escalonada en el tiempo y/o en el espacio.

En el caso de que se haya usado una polarización de DC para la aplicación de la capa adherente, al aplicar la capa de transición preferentemente se conecta primero al dispositivo de sujeción un generador de frecuencias medias que emita sus impulsos de tensión (igualmente es posible una regulación por control de la potencia suministrada, pero no se prefiere) en forma de una señal sinusoidal u otra señal bipolar o también unipolar. Las frecuencias usadas se encuentran en el intervalo de 1 a aproximadamente 10.000 kHz, preferentemente de 20 a 250 kHz, y la amplitud de tensión, entre 100 y 3.000 V, preferentemente entre 500 y 2.500 V. La modificación de la tensión del sustrato se realiza preferentemente por conmutación de un generador dimensionado expresamente para el suministro de tensión continua y de frecuencia media. En otra forma de realización ventajosa, también se aplica una tensión de frecuencia media a los sustratos para la realización de los procesos de corrosión y de revestimiento adherente. Cuando se usa una tensión de sustrato bipolar, ha resultado especialmente ventajoso aplicar formas de impulso asimétricas; por ejemplo, el impulso positivo puede ser de menor duración, o bien se puede aplicar con una tensión inferior al impulso negativo puesto que los electrones siguen el campo más rápidamente y, debido a su pequeña masa, producen por el impacto sobre todo un calentamiento adicional de los elementos, lo que puede causar daños por sobrecalentamiento, especialmente en los materiales básicos sensibles a la temperatura. Este riesgo también se puede contrarrestar en otros desarrollos de la señal previendo un denominado tiempo de inactividad ("OFF-Time"), en el que entre la aplicación de uno o varios periodos de emisión de señales con una cantidad de potencia (= tiempo de actividad, "ON-Time") se aplica una señal nula.

Al mismo tiempo o un tiempo después de la aplicación de la señal de frecuencia media cuando se usa una polarización de DC para la aplicación de la capa adherente o después de depositar por evaporación el grosor de capa deseado para la capa adherente cuando se usa una polarización de frecuencia media, se alimenta en el recipiente un hidrocarburo gaseoso, preferentemente acetileno, con un flujo de gas que aumenta de forma escalonada o, preferentemente, continua. También simultáneamente o con un retraso en el tiempo, dado el caso diferente, se reduce preferentemente de forma escalonada o continua la potencia del al menos un blanco metálico o de Si. Preferentemente, el blanco reduce la potencia hasta un mínimo dependiente del flujo de hidrocarburo alcanzado y fácilmente de determinar por un experto que todavía permita un funcionamiento estable sin que se produzcan fenómenos de envenenamiento por el gas reactivo. A continuación, el al menos un blanco se apantalla preferentemente frente a la cámara de procesos con uno o varios diafragmas dispuestos de forma móvil y se desconecta. Esta medida evita en gran parte la deposición de una capa de DLC sobre el blanco, de manera que se puede prescindir de la limpieza por bombardeo iónico, necesaria de otro modo, entre las diferentes cargas de revestimiento con DLC. Para la siguiente carga que se ha de realizar basta con prever un aumento de la potencia del al menos un blanco con los diafragmas cerrados para volver a alcanzar una superficie del blanco totalmente limpia adecuada para la aplicación de la capa adherente.

La generación de un campo magnético longitudinal contribuye de forma esencial a la estabilización del proceso de revestimiento con DLC de acuerdo con la invención. Si no se ha usado ya en el paso de proceso precedente para la aplicación de la capa adherente, éste se aplicará esencialmente al mismo tiempo que se realice la conmutación de la tensión del sustrato al generador de frecuencia media. El campo magnético se configura de manera que se dé un desarrollo lo más uniforme posible de las líneas de flujo en la cámara de procesos. Para ello, preferentemente se suministra corriente mediante dos bobinas electromagnéticas que limitan esencialmente la cámara de procesos por los lados enfrentados de tal manera, que en ambas bobinas se generen campos magnéticos de igual sentido que se intensifican mutuamente. Si las dimensiones de la cámara son más pequeñas, dado el caso también se puede lograr un efecto suficiente con tan solo una bobina. De este modo se logra una distribución casi uniforme del plasma de frecuencia media en cámaras de mayor volumen. Debido a las diferentes geometrías de los elementos que se han de revestir o de los dispositivos de sujeción, aún así todavía se pueden generar de forma aislada plasmas secundarios si se cumplen determinadas condiciones marco geométricas y electromagnéticas. Esto se puede contrarrestar con un campo magnético variable en el tiempo y en el espacio desplazando las corrientes de las bobinas conjuntamente o, preferentemente, entre sí. Por ejemplo, por la primera bobina se hace pasar primero durante 120 segundos una intensidad de corriente I mayor que por la segunda bobina. Durante los 90 segundos siguientes, la intensidad de corriente se invierte, es decir que el segundo campo magnético es más intenso que el primer campo magnético. Estos ajustes de los campos magnéticos se pueden efectuar periódicamente, como se describió, o de forma escalonada o continua y, eligiendo adecuadamente las corrientes correspondientes de las bobinas, se puede evitar de este modo la formación de plasmas secundarios estables.

Sólo mediante el uso del campo magnético y el aumento significativo de la intensidad del plasma logrado de este modo resulta posible, al contrario que en el estado de la técnica, realizar también a intervalos de presión bajos, por ejemplo de 10^{-1} a 1 Pa, un proceso de CVD estable para la deposición de capas de DLC puras con elevadas velocidades de deposición, comprendidas en el intervalo de 0,5 a 5, preferentemente de 1 a 4 \mum/h. Además de la corriente del sustrato, también la intensidad del plasma es directamente proporcional a la activación del campo magnético. Ambos parámetros dependen adicionalmente del tamaño de las superficies disponibles solicitadas con una polarización. Mediante la aplicación de bajas presiones de proceso se pueden depositar capas más lisas con un menor número de defectos de crecimiento, así como con una menor impurificación con elementos extraños perturbado-
res.

La velocidad de crecimiento también depende, además de los parámetros del proceso, de la carga y del dispositivo de sujeción. En ella influye especialmente que los elementos que se han de revestir giren alrededor de uno, dos o tres ejes o se sujeten en dispositivos de sujeción magnéticos, con pinzas y/o con clavijas. Asimismo es importante la masa total de los dispositivos de sujeción y la capacidad de penetración del plasma en ellos; así, por ejemplo, con unos dispositivos de sujeción de construcción ligera, por ejemplo usando platos de radios en lugar de platos rellenos de material, se alcanzan mayores velocidades de crecimiento y en total una mayor calidad de las capas.

Para aumentar adicionalmente el campo magnético que intensifica el plasma se pueden prever, adicionalmente al campo magnético longitudinal que atraviesa toda la cámara de procesos (campo lejano), otros campos magnéticos locales, los denominados campos cercanos. Resulta especialmente ventajosa una disposición en la que en las paredes colindantes con la cámara de plasma se colocan, adicionalmente al al menos un sistema de magnetrón con imanes permanentes del al menos un blanco, otros sistemas, preferentemente con imanes permanentes, que posean un efecto magnético similar o igual al al menos un sistema de magnetrón con imanes permanentes. La construcción puede ser la misma en todos los sistemas de magnetrón y de imán adicionales o, preferentemente, también se puede efectuar una inversión de las polaridades. De este modo es posible configurar los campos cercanos individuales de los sistemas de imán o de magnetrón con imanes permanentes en cierto modo como una inclusión magnética que rodea la cámara de procesos, para evitar así una absorción de los electrones libres en las paredes de la cámara de procesos.

Sólo mediante la combinación de las características esenciales del procedimiento de acuerdo con la invención es posible fabricar una capa como la descrita anteriormente. Sólo el uso de plasmas estabilizados por campos magnéticos, así como el uso coordinado de la tensión de polarización del sustrato, permiten el uso de los dispositivos de sujeción optimizados para los procesos de PVD habituales con una elevada densidad de componentes y seguridad del proceso. El procedimiento muestra cómo el desarrollo o la combinación de plasmas de corriente continua y de frecuencia media se pueden usar de manera óptima para la deposición de una capa de DLC.

Para la formación de las diferentes capas de deslizamiento se usan diferentes procedimientos.

Para la deposición de una capa de DLC grafítica, la tensión de polarización, tras aplicar la capa de DLC pura, se ajusta de forma escalonada o continua a un valor superior a 2.000 V, preferentemente entre 2.000 y 2.500 V, estando ajustados los demás parámetros del proceso esencialmente de forma igual o similar. Al aumentar la tensión, crece la proporción de átomos de C con enlace sp^{2} grafítico. De este modo se pueden conferir de manera especialmente sencilla unas propiedades de deslizamiento mejoradas a la capa de DLC pura depositada previamente.

Para la aplicación de una capa de gradiente inverso existen varias posibilidades. En el caso más sencillo, el proceso se puede realizar en primer lugar manteniendo los mismos parámetros que en la capa de DLC precedente y conectando adicionalmente uno o varios metálicos o metalocarbúricos. Sin embargo, ha resultado ventajoso reducir primero la proporción de hidrocarburo en el flujo de gas, aumentar la proporción de gas noble o realizar ambas medidas conjuntamente para evitar el envenenamiento de los blancos y, con ello, los estados inestables del proceso. Asimismo puede ser ventajoso arrancar los blancos ocultos detrás de los diafragmas inicialmente cerrados para evitar la formación de eventuales gotitas en los sustratos. A continuación se aumenta de forma escalonada o, preferentemente, continua la potencia del al menos un blanco hasta alcanzar un valor al que la capa presente determinadas propiedades de capa deseadas (coeficiente de fricción, ...). Los demás parámetros preferentemente no se alteran, aunque, si se desea, es posible realizar en cualquier momento una adaptación adicional. A continuación, el proceso se lleva hasta el final, preferentemente manteniendo el ajuste, hasta alcanzar el grosor de capa deseado de la capa de gradiente
inverso.

Otra posibilidad ventajosa para la configuración de una capa de gradiente inverso consiste en alimentar adicionalmente o en lugar del hidrocarburo gaseoso mencionado gases con contenido en silicio y/o con contenido en silicio y oxígeno y/o nitrógeno, como, por ejemplo, mono- y disilanos, siloxanos, hexametildisiloxano, hexametildisilazano, dimetildietoxisilano, tetrametilsilano, etc., para influir en las propiedades de la capa, especialmente en su dureza y su coeficiente de fricción. De este modo también es posible fabricar una capa de gradiente con, por ejemplo, un contenido en silicio, oxígeno y/o nitrógeno creciente en dirección a la superficie sin la conexión adicional de uno o varios blancos de bombardeo iónico.

La aplicación de una capa de deslizamiento en forma de capa de protección de gradiente se puede llevar a cabo bien directamente sobre una capa de DLC o bien tras la aplicación de una capa intermedia metálica o carbúrica.

Por ejemplo, para la generación de la capa de protección que reduce el rozamiento, la al menos una fuente usada para ello se conecta de forma similar a la descrita anteriormente pero tras reducir aún más, dado el caso a 0%, el contenido de carbono en el gas de proceso. Para la fabricación de la capa de protección que reduce el rozamiento se pueden usar blancos carbúricos o metálicos, ofreciendo los blancos carbúricos la ventaja de permitir en total un mayor contenido en C junto con una muy elevada capacidad de carga de las capas. El contenido en carbono grafítico se ajusta, por otra parte, por alimentación de un gas reactivo con contenido en C, aumentándose ventajosamente el flujo de gas desde el momento en que se conectan los blancos usados para la fabricación de la capa de MeC/C o un tiempo después mediante una función de rampa y manteniéndose ésta constante durante un determinado tiempo al final del revestimiento.

Una realización especialmente ventajosa de la capa consiste en depositar primero sobre la capa de DLC una capa carbúrica fina (0,01 a 0,9 \mum), como, por ejemplo, de WC. Sorprendentemente se observó que precisamente las capas carbúricas son especialmente adecuadas como agentes adherentes sobre una capa de DLC ya depositada. Hacia el exterior, la estructura de capas termina con una capa de WC/C con un contenido creciente de C y un grosor de aproximadamente 0,1 a 5 \mum. Ventajosamente, el grosor de capa de la capa de MeC/C se elige más fino que el de la capa de DLC pura.

Otra realización preferida de un sistema de capas de deslizamiento de DLC de acuerdo con la invención consiste en aplicar la capa de deslizamiento final sobre una capa de diamante depositada, por ejemplo, mediante una descarga de arco voltaico de gran amperaje/baja tensión o la técnica del filamento caliente.

Instalación

El objetivo antes mencionado se alcanza además proporcionando un dispositivo para la realización del procedimiento de revestimiento antes descrito, comprendiendo el dispositivo una cámara de vacío con un sistema de bombas para la generación de un vacío en la cámara de vacío, dispositivos de sujeción del sustrato para el alojamiento de los sustratos que se han de revestir, al menos una unidad de alimentación de gas para la dosificación del gas de proceso, al menos un dispositivo de evaporación para proporcionar el material de revestimiento para la deposición por evaporación, un dispositivo generador de arco voltaico para el encendido de un arco voltaico de baja tensión continua, un dispositivo para la generación de una tensión de polarización en el sustrato y al menos uno o varios dispositivos de generación de campos magnéticos para la formación de un campo magnético lejano.

Preferentemente, los dispositivos de generación de campos magnéticos están formados por al menos una bobina de Helmholtz, preferentemente por un par de bobinas de Helmholtz.

Cuando se usan bobinas de Helmholtz, el campo magnético o la densidad del flujo magnético que se puede generar se puede controlar en función tanto del espacio como del tiempo mediante la intensidad de corriente en las bobinas.

Otra posibilidad para la generación de un campo magnético longitudinal consiste en disponer dos magnetrones en lados opuestos del recipiente y en asignar a cada uno adicionalmente al menos una bobina electromagnética. La bobina asignada en cada caso se dispone ventajosamente de manera que limite esencialmente todo el perímetro lateral de la disposición del magnetrón. Las polaridades de los sistemas de magnetrón con imanes permanentes enfrentados se orientan diametralmente opuestas, es decir que el polo norte de un sistema se encuentra enfrente de un polo sur del otro sistema y viceversa. Al mismo tiempo, las bobinas asignadas en cada caso se conectan a una fuente de corriente de tal manera, que los campos de las bobinas inductoras se complementen según una disposición de Helmholtz para dar un campo magnético cerrado y que la polaridad de los polos exteriores de los sistemas de magnetrón con imanes permanentes y de las bobinas inductoras tenga el mismo sentido. Este tipo de dispositivos se pueden usar ventajosamente tanto para reforzar el plasma del magnetrón como para aumentar la ionización durante el proceso de CVD intensificado por plasma.

El dispositivo comprende asimismo un dispositivo para la generación de una tensión de polarización en el sustrato, que puede modificar de forma continua o escalonada la tensión de polarización aplicada en el sustrato y que también se puede hacer funcionar correspondientemente de forma bipolar o unipolar. El dispositivo es especialmente adecuado para generar una tensión de polarización en el sustrato pulsada en el intervalo de frecuencias medias.

Los dispositivos de evaporación usados en el dispositivo comprenden blancos de bombardeo catódico, especialmente blancos de bombardeo catódico asistido por magnetrón, fuentes de arco voltaico, evaporadores térmicos y similares. Resulta ventajoso que el dispositivo de evaporación se pueda separar del resto de la cámara de procesos, por ejemplo mediante diafragmas virables.

El dispositivo presenta ventajosamente una calefacción para el sustrato en forma de una calefacción inductiva, calefacción por radiación o similares, para poder limpiar los sustratos en un paso de calentamiento previo al revestimiento. No obstante, se prefiere usar el encendido de un plasma.

Para ello, entre otras cosas, se prevé en el dispositivo un dispositivo de generación de arco voltaico de baja tensión que comprende una fuente de iones con un filamento, preferentemente un filamento refractario, en especial de wolframio, tántalo o similares, en una cámara de ionización, así como un ánodo y un bloque de alimentación de tensión continua. La fuente de iones está unida en este caso con el polo negativo del bloque de alimentación de tensión continua. Preferentemente, el polo positivo del bloque de alimentación de tensión continua puede estar unido opcionalmente con el ánodo o los dispositivos de sujeción del sustrato, de manera que se puede encender un arco voltaico de baja tensión entre la fuente de iones y el ánodo o la fuente de iones y los sustratos. También la fuente de iones se puede separar de la cámara de procesos propiamente dicha de forma similar al dispositivo de evaporación, por ejemplo mediante un diafragma perforado, por ejemplo de wolframio, tántalo o un metal refractario similar.

Para permitir un proceso de revestimiento uniforme en todas las caras de los sustratos, está previsto asimismo que los dispositivos de sujeción del sustrato sean móviles y puedan girar preferentemente alrededor de al menos uno o varios ejes.

Mediante la combinación ventajosa del bloque de alimentación de tensión de frecuencia media en el sustrato y la disposición de bobinas de Helmholtz, que también se puede realizar mediante bobinas dispuestas lateralmente que comprenden dos blancos enfrentados, resulta posible por primera vez a escala industrial usar también a bajas presiones un plasma de frecuencia media estable para la realización de un proceso de DLC. Las capas así fabricadas presentan una propiedades considerablemente mejoradas respecto a las de otras capas de DLC fabricadas con otros siste-
mas.

Con la presente instalación de revestimiento y el procedimiento antes descrito se pueden fabricar por primera vez capas de DLC puras gruesas con una excelente adherencia. Adicionalmente, una gran parte de los procedimientos intensificados por plasma conocidos hasta ahora también se puede realizar, modificando los parámetros del procedimiento, para la fabricación de capas de metal/carbono o mixtas con otros elementos, como, por ejemplo, silicio o F, y para la fabricación de multicapas o de sistemas de capas sencillos conocidos, depositados mediante procedimientos de PVD y/o CVD.

Además se pueden depositar adicionalmente sistemas de capas de deslizamiento de DLC en las que se puede ajustar el comportamiento de deslizamiento y de rodaje.

Las reivindicaciones adjuntas a la descripción contienen otras ventajas, propiedades y características de los sistemas de capas de deslizamiento de DLC.

Otras ventajas, propiedades y características de la invención se desprenden de la siguiente descripción detallada de formas de realización preferidas mediante los dibujos adjuntos. Las figuras muestran todas de manera puramente esquemática:

la Figura 1 un corte transversal de un dispositivo de acuerdo con la invención

la Figura 2 una vista en planta desde arriba del dispositivo de acuerdo con la invención de la Figura 1

la Figura 3 la influencia de la corriente de la bobina sobre la corriente del sustrato

la Figura 4 los parámetros de proceso de la capa de gradiente

la Figura 5 los parámetros de proceso de la capa de DLC

la Figura 6 una imagen de microscopía electrónica de barrido de una rotura de una capa de DLC de acuerdo con la invención

la Figura 7 los parámetros del proceso completo

la Figura 8 los parámetros de proceso de la capa de DLC grafítica

la Figura 9 los parámetros de proceso de la capa de gradiente inverso

la Figura 10 los parámetros de proceso de la capa de gradiente

la Figura 11 los parámetros de proceso de la capa rica en H_{2}.

La Fig. 1 muestra un corte transversal esquemático a través de la cámara de procesos 1 de una instalación de revestimiento de acuerdo con la invención. Los elementos 2 que se han de revestir están montados en uno o varios dispositivos de sujeción 3 que comprenden medios para la generación de una rotación de los elementos alrededor de al menos un eje 4, en caso necesario también alrededor de dos ejes 5. En una realización especialmente ventajosa, los dispositivos de sujeción 3 se colocan en un carrusel 7 que puede girar adicionalmente alrededor del eje 6 de la instalación.

A través de las entradas 8 de gas se pueden alimentar en la cámara de procesos los diferentes gases de proceso, especialmente Ar y acetileno, mediante dispositivos reguladores adecuados no representados.

En la cámara está abridada una estación de bombeo 9 adecuada para crear alto vacío.

Preferentemente, en la zona del eje de la instalación está dispuesta una fuente de iones 10 que está conectada a la salida negativa de un bloque de alimentación de tensión continua 11. Según el paso de proceso del que se trate, el polo positivo del bloque de alimentación de tensión continua 11 se puede conectar, a través de un interruptor 12, bien al carrusel 7 o al dispositivo de sujeción 3 y, de este modo, a los elementos 2 conectados eléctricamente (proceso de calentamiento), o bien al ánodo auxiliar 13 (proceso de corrosión o, en caso necesario, también durante los procesos de revestimiento).

En las paredes de la cámara de procesos 1 está prevista al menos una fuente de evaporación 14, preferentemente un magnetrón o un evaporador de arco voltaico, para la aplicación de las capas adherente y de gradiente. En otra forma de realización no representada de la fuente de evaporación 14, ésta puede estar dispuesta en el centro del fondo de la cámara de procesos 1 en forma de crisol conectado al ánodo. De este modo, el material que se ha de evaporar para la fabricación de la capa de transición o de gradiente pasa a la fase gaseosa por calentamiento mediante los arcos voltaicos 15 de baja tensión.

Asimismo está previsto un bloque de alimentación de tensión eléctrica 16 adicional con cuya ayuda se puede aplicar a los sustratos una tensión de frecuencia media que puede variar periódicamente en el intervalo de 1 a 10.000, preferentemente de 20 a 250 kHz.

Las bobinas electromagnéticas 17 para la generación de un campo magnético longitudinal que atraviesa el espacio del plasma están dispuestas en las paredes de limitación enfrentadas de la cámara de procesos 1 y son alimentadas en el mismo sentido por al menos una, preferentemente dos fuentes de tensión DC separadas, no representadas con más de detalle.

Todos los ensayos de revestimiento se realizaron en una cámara de procesos realizada de forma similar a la de la Fig. 1, con las siguientes dimensiones:

: Altura de la cámara 920 mm, diámetro 846 mm, volumen 560 l.

Como medidas adicionales para la intensificación y/o la formación más uniforme del campo magnético y, con ello, del plasma 18 de FM, se pueden montar en las paredes laterales 19 de la cámara de plasma 1 sistemas de imanes 20 para la generación de varios campos magnéticos cercanos 21. Para ello se disponen ventajosamente, incluyendo dado el caso el al menos un sistema de magnetrón con imanes permanentes 22 como se representa, por ejemplo, en la Fig. 2, sistemas de imanes alternantes con polaridad NSN o SNS, provocando de este modo una inclusión magnética del plasma en forma de túneles y bucles en la cámara de procesos.

Preferentemente, los sistemas de imanes 20 para la generación de campos cercanos se configuran en forma de sistemas de magnetrón con imanes permanentes.

Los sistemas individuales de la instalación de revestimiento ventajosamente se ponen en relación entre sí a través de un mando de procesos. De este modo resulta posible adaptar de manera flexible, además de las funciones básicas de una instalación de revestimiento al vacío (control de la estación de bombeo, circuitos de regulación de seguridad, etc.), los diferentes sistemas generadores de plasma, tal como los magnetrones, con el bloque de alimentación del magnetrón no descrito con más detalle, la cámara de ionización 1 y el ánodo auxiliar 13 y/o el carrusel 7 y el bloque de alimentación de tensión continua 11, así como el carrusel 7 y el generador de frecuencias medias 16, así como el ajuste correspondiente de los flujos de gas, así como el control de las corrientes, dado el caso diferentes, de las bobinas, y optimizarlos para diferentes procesos.

La Figura 3 muestra la relación entre la corriente del sustrato y la corriente de las bobinas cuando se usan bobinas de Helmholtz para la generación de un campo magnético. Se aprecia que la corriente del sustrato y, con ello, la intensidad del plasma son directamente proporcionales a la corriente de las bobinas y, por lo tanto, a la generación del campo magnético. Esto muestra claramente el efecto positivo de un campo magnético superpuesto.

En la Figura 4 se representa a modo de ejemplo el curso de los diferentes parámetros durante la aplicación de una capa de gradiente: La polarización del sustrato pasa de corriente continua a frecuencia media, con una amplitud de tensión de 500 a 2.500 V y una frecuencia de 20 a 250 kHz, permaneciendo los demás parámetros constantes respecto a los de la capa adherente. Al cabo de aproximadamente 2 minutos se inicia una rampa de acetileno en 50 sccm y se lleva en aproximadamente 30 minutos a 350 sccm. Aproximadamente 5 minutos después de conectar el generador de frecuencia media, la potencia del blanco de Cr usado se reduce a 7 kW y al cabo de otros 10 minutos más, a 5 kW, en los que se mantiene constante durante 2 minutos. A continuación se colocan diafragmas delante de los blancos y éstos se desconectan, comenzando la deposición de la capa de DLC "pura" compuesta esencialmente por carbono, pequeñas cantidades de hidrógeno y cantidades aún más pequeñas de átomos de argón.

En el caso más sencillo, el proceso se puede terminar con las fuentes de aplicación por evaporación desconectadas pero, por lo demás, con los mismos parámetros que en la capa de gradiente precedente. No obstante, ha resultado ventajoso aumentar la proporción de hidrocarburo en el flujo de gas durante la deposición de la capa de DLC pura, reducir la proporción de gas noble o, muy preferentemente, realizar ambas medidas conjuntamente. También en este caso la generación de un campo magnético longitudinal como se describió anteriormente tiene de nuevo una importancia especial para el mantenimiento de un plasma estable.

En las Figuras 4 y 5 se representa a modo de ejemplo el curso de los diferentes parámetros durante la aplicación de la capa de DLC pura: Después de desconectar los blancos de Cr usados, la rampa de acetileno comenzada durante la capa de gradiente se aumenta uniformemente en aproximadamente 10 minutos hasta una flujo de aproximadamente 200 a 400 sccm, permaneciendo constantes el ajuste del bloque de alimentación de frecuencia media y el flujo de argón. A continuación se reduce el flujo de argón de forma continua en un plazo de 5 minutos hasta una flujo de aproximadamente 0 a 100 sccm. El proceso se termina en los próximos 55 minutos manteniendo los ajustes constantes.

La Figura 6 muestra una imagen de microscopía electrónica de barrido de una superficie de rotura de un sistema de capas de DLC de acuerdo con la invención. Se puede apreciar claramente que en la zona de la capa de protección formada por carbono parecido al diamante está presente una estructura de grano fino, de manera que la capa de DLC presenta un carácter policristalino.

La Figura 7 muestra a modo de ejemplo el curso completo de los diferentes parámetros del proceso durante la aplicación de un sistema de capas de DLC de acuerdo con la invención.

La Figura 8 muestra a modo de ejemplo el curso completo de los diferentes parámetros del proceso durante la aplicación de un sistema de capas de deslizamiento de DLC de acuerdo con la invención con una capa de deslizamiento grafítica. Para ello, después de aplicar la capa de DLC, por ejemplo después de un tiempo de revestimiento de 33 a 60 minutos, dependiendo del grosor de capa deseado, la polarización pulsada del sustrato se ajusta mediante una rampa de tensión a un valor comprendido entre 1.500 y 2.500 V y a continuación se deposita en condiciones constantes una capa de rodaje, permaneciendo constantes los demás parámetros del proceso.

La Figura 9 muestra a modo de ejemplo el curso completo de los diferentes parámetros del proceso durante la aplicación de un sistema de capas de deslizamiento de DLC de acuerdo con la invención con una capa de gradiente inverso. Para ello, después de aplicar la capa de DLC, por ejemplo después de un tiempo de revestimiento de 33 a 60 minutos, dependiendo del grosor de capa deseado, el al menos un blanco se limpia por bombardeo catódico durante 10 minutos a una potencia de 5 kW detrás de los diafragmas cerrados, a continuación se abren los diafragmas y en un plazo de aproximadamente 20 minutos se aumenta a 7 kW. Al mismo tiempo se inicia la rampa de acetileno, por ejemplo en 350 sccm, y se lleva a 50 sccm en un plazo de aproximadamente 30 minutos. A continuación, el proceso se termina, preferentemente manteniendo los ajustes constantes, hasta alcanzar el grosor de capa deseado de la capa de rodaje.

La Figura 10 muestra a modo de ejemplo el curso de los diferentes parámetros del proceso durante la aplicación de una capa de gradiente como capa de deslizamiento. Ésta se puede realizar de forma similar a la capa de transición, aunque también sin capa adherente metálica. Ventajosamente, también en este caso se prevé como terminación de la capa una capa de rodaje con parámetros constantes.

La Figura 11 muestra a modo de ejemplo el curso completo de los diferentes parámetros del proceso durante la aplicación de un sistema de capas de deslizamiento de DLC de acuerdo con la invención con una capa de deslizamiento rica en H_{2}. Para ello, tras aplicar la capa de DLC, se inicia una rampa de metano y se lleva de 0 a 100 sccm en un plazo de, por ejemplo, aproximadamente 30 minutos. Al mismo tiempo se inicia una rampa de acetileno, por ejemplo en 350 sccm, y se reduce a 120 sccm en un plazo de aproximadamente 30 minutos. La capa de rodaje se realiza con parámetros constantes como terminación de la capa.

Realización de la invención mediante ejemplos

Ejemplo de proceso 1

Proceso de calentamiento

La cámara de procesos se evacua con bomba hasta una presión de aproximadamente 10^{-3} Pa y se inicia el ciclo de procesos. Como primera parte del proceso se realiza un proceso de calentamiento para llevar los sustratos que se han de revestir a una temperatura más elevada y eliminar las sustancias volátiles de la superficie. En este proceso se enciende un plasma de Ar-hidrógeno entre la cámara de ionización y un ánodo auxiliar mediante el arco voltaico de baja tensión. La siguiente Tabla 1 muestra los parámetros del proceso de calentamiento:

Flujo de Ar	75 sccm
Tensión de polarización del sustrato [V]	0
Corriente del arco voltaico de baja tensión	100 A
Flujo de hidrógeno	170 sccm
Corriente de la bobina superior	pulsante entre 20 y 10 A
Corriente de la bobina inferior	diametralmente opuesta, pulsante entre 20 y 5 A
Duración del periodo entre las corrientes máx. y mín.	1,5 min
de las bobinas
Tiempo de calentamiento	20 min

Las bobinas de Helmholtz se usan para la activación del plasma y se regulan cíclicamente. La corriente de la bobina superior se varía entre 20 y 10 A, con una duración del periodo de 1,5 min, y la corriente de la bobina inferior cambia al mismo ritmo y de forma diametralmente opuesta entre 5 y 20 A.

Durante este proceso, los sustratos se calientan y las sustancias volátiles perturbadoras adherentes a las superficies son expulsadas a la atmósfera gaseosa, en la que son aspiradas por las bombas de vacío.

Proceso de corrosión

Una vez alcanzada una temperatura homogénea, se inicia un proceso de corrosión en el que los iones del arco voltaico de baja tensión son arrastrados hacia los sustratos mediante una tensión de polarización negativa de 150 V. La orientación del arco voltaico de baja tensión y la intensidad del plasma se refuerzan mediante el par de bobinas de Helmholtz colocado en dirección horizontal. La siguiente tabla muestra los parámetros del proceso de corrosión.

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Flujo de Ar	75 sccm
Tensión del sustrato	-150 V
Intensidad del arco voltaico de baja tensión	150 A

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Capa adherente de Cr

Se comienza con la aplicación de la capa adherente de Cr activando los blancos de bombardeo catódico de Cr asistido por magnetrón. El flujo de gas Ar se ajusta a 115 sccm. Los blancos de bombardeo catódico de Cr se excitan con una potencia de 8 kW y los sustratos se hacen rotar por delante de los blancos durante un periodo de tiempo de 6 min. El intervalo de presiones que se ajusta se encuentra después entre 10^{-1} Pa y 10^{-2} Pa. El proceso de deposición por bombardeo catódico se refuerza mediante la conexión adicional de un arco voltaico de baja tensión y la aplicación de una tensión de polarización DC negativa de 75 V en el sustrato.

Transcurrida la mitad del tiempo de deposición por bombardeo catódico de Cr, el arco voltaico de baja tensión se desconecta y la deposición se efectúa durante el resto del tiempo de deposición por bombardeo catódico de Cr únicamente con la ayuda del plasma activo delante de los blancos de Cr.

Capa de gradiente

Una vez transcurrido este tiempo, se enciende un plasma por conexión de un generador de ondas sinusoidales, se alimenta acetileno gaseoso con una presión inicial de 50 sccm y el flujo se aumenta 10 sccm cada minuto.

El generador de plasma sinusoidal se ajusta a una amplitud de tensión de 2.400 V, con una frecuencia de 40 kHz. El generador enciende una descarga de plasma entre los dispositivos de sujeción del sustrato y la pared de la cámara. Las bobinas de Helmholtz montadas en el recipiente están activadas ambas con un paso de corriente constante de 3 A en la bobina inferior y de 10 A en la bobina superior. Los blancos de Cr se desactivan a un flujo de acetileno de 230 sccm.

Revestimiento de DLC

Cuando el flujo de acetileno haya alcanzado el valor de 350 sccm, el flujo de Ar se reduce a un valor de 50 sccm.

La tabla muestra en resumen los parámetros del ejemplo:

Flujo de argón	50 sccm
Flujo de acetileno	350 sccm
Intensidad de excitación de la bobina superior	10 A
Intensidad de excitación de la bobina inferior	3 A
Amplitud de tensión	2.400 V
Frecuencia de excitación f	40 kHz

En estas condiciones queda garantizada una alta velocidad de deposición, y la ionización del plasma se mantiene con la ayuda del gas Ar. La velocidad de deposición que se ajusta ahora en el proceso de revestimiento se encuentra en el intervalo de 0,5 a 4 \mum/h, que también depende de la superficie que se haya de revestir en la cámara de procesos.

Una vez transcurrido el tiempo de revestimiento, se desconectan el generador de ondas sinusoidales y el flujo de gas y se extraen los sustratos de la cámara de procesos.

Las propiedades de la capa generada se exponen en la siguiente tabla.

Propiedades ejemplo 1
Microdureza	aproximadamente 2.200 HK
Velocidad de deposición	1-2 \mum/h
Adherencia	HF1
Resistencia	< 10 k\Omega
Contenido en hidrógeno	12%
Coeficiente de fricción	0,2
Tensión interna	aproximadamente 2 GPa
Comportamiento de rotura	no vítreo

Ejemplo de proceso 2

El ejemplo de proceso 2 prevé una realización similar a la del ejemplo 1. A diferencia del ejemplo 1, el plasma se genera mediante un generador de impulsos. La frecuencia de excitación se encuentra en 50 kHz, con una amplitud de tensión de 700 V.

La tabla muestra los parámetros del ejemplo 2.

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Flujo de argón	50 sccm
Flujo de acetileno	350 sccm
Intensidad de excitación de la bobina superior	10 A
Intensidad de excitación de la bobina inferior	3 A
Amplitud de tensión	700 V
Frecuencia de excitación f	40 kHz

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El revestimiento generado presenta una dureza de 25 GPa, un poder adherente de HF1 y un coeficiente de fricción de 0,2.

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Propiedades ejemplo 2
HK	aproximadamente 2.400
Velocidad de deposición	aproximadamente 1,5 \mum/h
Adherencia	HF1
Resistencia	> 500 k\Omega
Contenido en hidrógeno	13%
Coeficiente de fricción	0,2
Tensión interna	aproximadamente 3 GPa

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Ejemplo de proceso 3

El ejemplo de proceso 3 prevé una realización similar a la del ejemplo 1. A diferencia del ejemplo 1, el plasma se excita mediante una tensión pulsada unipolar; la siguiente tabla muestra los parámetros del ensayo.

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Flujo de argón	50 sccm
Flujo de acetileno	350 sccm
Intensidad de excitación de la bobina superior	10 A
Intensidad de excitación de la bobina inferior	3 A
Amplitud de tensión	1.150 V
Frecuencia de excitación f	30 kHz

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El revestimiento generado presenta las propiedades descritas en la siguiente tabla.

Propiedades ejemplo 3
Microdureza	> 2.500 HK
Velocidad de deposición	aproximadamente 1,8 \mum/h
Adherencia	HF1
Resistencia	> 1 k\Omega
Contenido en hidrógeno	12-16%
Coeficiente de fricción	0,2
Tensión interna	aproximadamente 2 GPa

Ejemplo de proceso 4

En comparación con el ejemplo de proceso 1, en el ejemplo 4 se realizó un proceso sin el refuerzo con un campo magnético longitudinal. La corriente que fluye a través de las dos bobinas se redujo a un valor de 0 A. La tabla muestra los parámetros del proceso.

Flujo de argón	50 sccm
Flujo de acetileno	350 sccm
Intensidad de excitación de la bobina superior	0 A
Intensidad de excitación de la bobina inferior	0 A
Amplitud de tensión	2.400 V
Frecuencia de excitación f	40 kHz

Se ajusta un plasma que, respecto al ejemplo 1, sólo es estable a presiones superiores a las del ejemplo 1, no está distribuido homogéneamente a lo largo de la cámara de procesos y se ve influenciado muy intensamente por efectos geométricos. Por este motivo, en la cámara de procesos se obtiene una velocidad de deposición no homogénea y más baja que en el ejemplo 1 debido a la presión de proceso ajustada. A las presiones de proceso pretendidas no fue posible la formación del plasma sin el uso de una segunda fuente de plasma, como, por ejemplo, un blanco o la conexión adicional del filamento. Sólo mediante el uso de las bobinas de Helmholtz se pudo estabilizar el plasma en la cámara de procesos y lograr una deposición homogénea en toda la altura de la cámara de procesos. Sin el uso de las bobinas se encendió un plasma en la zona de la cámara de ionización, en la que se generan localmente altas temperaturas y se han de temer daños.

Propiedades ejemplo 4
HK	no homogénea, 1.200-2.500
Velocidad de deposición	no homogénea
Adherencia	no se puede determinar
Resistencia	no homogénea

Sistemas de capas de deslizamiento

A continuación se aplicaron sobre las capas de DLC descritas anteriormente diferentes capas de deslizamiento para fabricar un sistema de capas de acuerdo con la invención. Se ha de prestar atención a que el proceso que incluye todos los pretratamientos del plasma y pasos de revestimiento se efectúe de forma continua y sin interrupción del vacío para lograr una adherencia óptima de la capa.

La Tabla 5 muestra diferentes ejemplos de proceso con una capa de deslizamiento grafitada en cada caso:

Ejemplo de proceso	5	6	7
Sistema de capas de DLC del ejemplo	como 1 pero con una ampl.	2	3
	de tensión de 1.000 V
Flujo de argón	50 sccm	50 sccm	50 sccm
Flujo de acetileno	350 sccm	350 sccm	350 sccm
Intensidad de excitación de la bobina superior	10 A	10 A	10 A
Intensidad de excitación de la bobina inferior	3 A	3 A	3 A
Amplitud de tensión del sustrato	2.400 V	2.400 V	2.400 V
Rampa de tensión	15 min	25 min	15 min
Frecuencia de excitación f	40 kHz	40 kHz	30 kHz
Tipo de excitación	AC sinusoidal	impulso bipolar	impulso unipolar

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La Tabla 6 muestra diferentes posibilidades para la configuración de una capa de deslizamiento, como, por ejemplo, una capa de gradiente terminal (nº 8), una capa de gradiente inverso (nº 9) o una capa de C rica en hidrógeno
(nº 10):

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Ejemplo de proceso	8*	9	10
Capa de DLC nº	3	2	2
Flujo de argón 1	30 sccm	50 sccm	50 sccm
Flujo de argón 2	30 (100) sccm	-	-
Rampa de argón	0 (10) min	-	-
Flujo de acetileno 1	0 sccm	350 sccm	350 sccm
Flujo de acetileno 2	250 sccm	180 sccm	150 sccm
Rampa de acetileno	15 min	20 min	20 min
Flujo de metano 1	-	-	0 sccm
Flujo de metano 2	-	-	150 sccm
Rampa de metano	-	-	20 min
Potencia del blanco de Cr 1	8 kW	7 kW	-
Potencia del blanco de Cr 2	7 kW	-	-
Rampa del blanco de Cr	20 min	30 min	-
Intensidad de excitación de la bobina superior	10 A	10 A	10 A
Intensidad de excitación de la bobina inferior	3 A	3 A	3 A

(Continuación)

Ejemplo de proceso	8*	9	10
Amplitud de tensión del sustrato	2.400 V	700 V	1.150 V
Frecuencia de excitación f	40 kHz	40 kHz	30 kHz
Tipo de excitación	AC sinusoidal	impulso bipolar	impulso unipolar
* \begin{minipage}[t]{155mm} La rampa de acetileno también se puede iniciar con un retraso temporal de 5 a 10 min después de conectar los blancos de Cr. Este modo de proceder es especialmente ventajoso cuando las capas de DLC y de deslizamiento se aplican en diferentes cámaras de procesos o instalaciones de revestimiento. En este caso también se puede usar una fuente de tensión continua en lugar del generador de ondas sinusoidales para la aplicación de la polarización del sustrato. \end{minipage}

La proporción de grafito se puede aumentar además conectando simultáneamente, o también con retraso, un co-bombardeo catódico de blancos carbúricos, por ejemplo de WC y/o de grafito. Si se quieren aprovechar las propiedades de deslizamiento especialmente buenas de las capas de W y/o Ta o Nb/C, resulta ventajoso desconectar o reducir los blancos de Cr tras la formación de una capa adherente o de gradiente y terminar el proceso sólo con los blancos metálicos o de carburo metálico correspondientes.

Las propiedades de las capas de DLC correspondientes se desprenden de la Tabla 8.

Ensayo nº	5	6	7
Adherencia	HF 1	HF 1	HF 1
Resistencia	< 100 k\Omega	< 100 k\Omega	< 100 k\Omega
Coeficiente de fricción	aproximadamente 0,10	aproximadamente 0,15	aproximadamente 0,12

y de la Tabla 9:

Ensayo nº	8	9	10
Adherencia	HF 1	HF 1	HF 1
Resistencia	< 1 k\Omega	< 1 k\Omega	< 100 k\Omega
Contenido en hidrógeno	n.d.	n.d.	< 30% en átomos
Coeficiente de fricción	aproximadamente 0,08	aproximadamente 0,07	aproximadamente 0,13

Lista de símbolos de referencia

1.: Cámara de procesos

2.: Elementos que se han de revestir

3.: Dispositivo de sujeción

4.: Rotación alrededor de un eje

5.: Rotación alrededor de dos ejes

6.: Eje de la instalación

7.: Carrusel

8.: Entrada de gas

9.: Estación de bombeo

10.: Fuente de iones

11.: Bloque de alimentación de tensión continua

12.: Interruptor

13.: Ánodo auxiliar

14.: Fuente de evaporación

15.: Arco voltaico de baja tensión

16.: Bloque de alimentación de tensión

17.: Bobina electromagnética

18.: Plasma de FM

19.: Pared lateral

20.: Sistemas de imanes

21.: Campos cercanos

22.: Sistemas de magnetrón con imanes permanentes

Claims

1. Sistema de capas para la protección contra el desgaste, la protección anticorrosiva y para mejorar las propiedades de deslizamiento y similares sobre un sustrato, con una capa adherente para la disposición sobre un sustrato, una capa de transición para la disposición sobre la capa adherente y una capa de DLC o de diamante, caracterizado porque sobre la capa de DLC o de diamante está dispuesta una capa de deslizamiento cuya composición química difiere de la de la capa de DLC o de diamante.

2. Sistema de capas según la reivindicación 1, caracterizado porque la proporción de los enlaces sp^{2} o la relación sp^{2}/sp^{3} es mayor en la capa de deslizamiento que en la capa de DLC o de diamante.

3. Sistema de capas según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el contenido de hidrógeno en la capa de deslizamiento está aumentado respecto al contenido de hidrógeno en la capa de DLC o de diamante y el contenido en carbono está reducido.

4. Sistema de capas según la reivindicación 3, caracterizado porque la capa de deslizamiento comprende un contenido en hidrógeno de 20 a 60% en átomos, preferentemente de 30 a 50% en átomos.

5. Sistema de capas según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la modificación de las relaciones de enlaces o el aumento del hidrógeno se lleva a cabo de forma escalonada o continua a lo largo del grosor de la capa de deslizamiento.

6. Sistema de capas según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de metal en la capa de deslizamiento está aumentado respecto al contenido de metal en la capa de DLC o de diamante.

7. Sistema de capas según la reivindicación 6, caracterizado porque el contenido en metal aumenta de forma escalonada o, preferentemente, continua a lo largo de la capa de deslizamiento y el contenido en carbono sin embargo disminuye.

8. Sistema de capas según las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque a continuación de la capa de DLC o de diamante está dispuesta primero una capa con un alto contenido en metal, preferentemente una capa metálica o carbúrica, y a continuación una capa con un contenido decreciente de metal y un contenido creciente de carbono.

9. Sistema de capas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la zona próxima a la superficie de la capa de deslizamiento está dispuesta una zona de capa con una composición química constante.

10. Sistema de capas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el coeficiente de fricción de la superficie de la capa de deslizamiento es inferior a \mu = 1,5, preferentemente inferior a \mu = 1,0, y la adherencia del sistema de capas es mejor que 3 HF, en especial mejor que 2 HF.

11. Sistema de capas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de transición presenta un grosor que constituye entre el 5 y el 60%, en especial entre el 10 y el 50% del grosor total de la capa.

12. Sistema de capas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa adherente, la capa de transición, la capa de DLC o de diamante y/o la capa de deslizamiento comprenden adicionalmente hidrógeno y/o impurezas inevitables, comprendiendo las impurezas inevitables gases nobles, en especial argón y xenón.

13. Sistema de capas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de DLC o de diamante presenta un grosor de 0,5 \mum a 20 \mum, preferentemente de 0,7 \mum a 10 \mum.

14. Sistema de capas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de deslizamiento presenta un grosor de 0,05 \mum a 10 \mum, preferentemente de 0,5 \mum a 5 \mum.

15. Sistema de capas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de DLC o de diamante consta de carbono parecido al diamante con una estructura de capa de grano fino o de diamante nanocristalino.

16. Sistema de capas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de deslizamiento está aplicada sobre un sistema de capas de DLC.

17. Procedimiento para la fabricación de un sistema de capas, en especial según una de las reivindicaciones 1 a 16, sobre un sustrato, caracterizado porque el procedimiento comprende los siguientes pasos de proceso:

a): Introducción del sustrato en una cámara de vacío y evacuación por bomba hasta alcanzar un vacío con una presión inferior a 10^{-1} Pa, preferentemente 10^{-3} Pa,

b): limpieza de la superficie del sustrato,

c): deposición de la capa adherente sobre el sustrato por evaporación intensificada por plasma,

d): aplicación de la capa de transición sobre la capa adherente mediante la deposición simultánea de los componentes de la capa adherente por evaporación intensificada por plasma y la deposición de carbono en fase gaseosa,

e): aplicación de la capa de DLC o de diamante sobre la capa de transición mediante la deposición intensificada por plasma de carbono en fase gaseosa,

f): aplicación de la capa de deslizamiento sobre la capa de DLC o de diamante por deposición de carbono en fase gaseosa,

en el que durante al menos los pasos de procedimiento c), d), e) y f) se aplica al sustrato una tensión de polarización y durante al menos los pasos de procedimiento d) y e) y, preferentemente, también f) se estabiliza el plasma mediante un campo magnético.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque durante al menos uno de los pasos de proceso b) a f) se aplica al sustrato una tensión de polarización bipolar o unipolar sinusoidal o de forma diferente que está pulsada a una frecuencia media comprendida en el intervalo de 1 a 10.000 kHz, preferentemente de 20 a 250 kHz.

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 y 18, caracterizado porque durante al menos uno de los pasos de proceso b) a f), preferentemente durante al menos los pasos de proceso d) y e), se aplica un campo magnético longitudinal que incluye los sustratos y que presenta un desarrollo uniforme de las líneas de flujo, pudiendo modificarse el campo magnético de forma continua o escalonada en el tiempo y/o en el espacio.

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque la capa de transición y la capa de deslizamiento se forman mediante la deposición simultánea por evaporación de al menos un elemento del grupo que contiene los elementos de los grupos IVb, Vb y VIb y silicio y la deposición intensificada por plasma de carbono en fase gaseosa, usándose como gas de reacción un gas con contenido en carbono, preferentemente un hidrocarburo gaseoso, en especial acetileno.

21. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para la deposición de la capa de deslizamiento se aplica primero una capa con contenido en metal, preferentemente una capa metálica o carbúrica, sobre la capa de DLC o de diamante y se aumenta la proporción de la deposición de carbono de forma escalonada o continua en dirección a la superficie a medida que aumenta el grosor de la capa de deslizamiento.

22. Procedimiento según las reivindicaciones 17 a 21, caracterizado porque a medida que aumenta el grosor de la capa de deslizamiento, se reduce la proporción de la deposición de carbono de forma escalonada o continua en dirección a la superficie y se aumenta la proporción de la deposición de metal o de hidrógeno.

23. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 a 22, caracterizado porque la capa de DLC o de diamante se genera mediante la deposición CVD intensificada por plasma de carbono en fase gaseosa, usándose como gas de reacción un gas con contenido en carbono, preferentemente un hidrocarburo gaseoso, en especial acetileno.

24. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 a 23, caracterizado porque los pasos de proceso b) a f) se realizan a una presión de 10^{-2} Pa a 1 Pa.

25. Dispositivo para el revestimiento de uno o varios sustratos, en especial para la realización del procedimiento de revestimiento según una de las reivindicaciones 17 a 24, con una cámara de vacío (1) con un sistema de bombeo (9) para la generación de un vacío en la cámara de vacío (1), dispositivos de sujeción del sustrato (3) para el alojamiento de los sustratos que se han de revestir, al menos una unidad de alimentación de gas (8) para la dosificación del gas de proceso, al menos un dispositivo de evaporación (14) para proporcionar el material de revestimiento para la deposición por evaporación, un dispositivo generador de un arco voltaico (10, 143) para el encendido de un arco voltaico de baja tensión continua, un dispositivo (16) para la generación de una tensión de polarización en el sustrato y al menos uno o varios dispositivos generadores de un campo magnético (17) para la formación de un campo magnético lejano, en el que el dispositivo para la generación de una tensión de polarización en el sustrato está configurado de tal manera, que presenta medios para la modificación continua o escalonada de la tensión de polarización del sustrato en cuanto al signo y/o la magnitud de la tensión de polarización aplicada en el sustrato y medios para el funcionamiento con una frecuencia bipolar o unipolar comprendida preferentemente en el intervalo de frecuencias medias, y en el que el dispositivo generador de un campo magnético para la formación de un campo magnético lejano comprende al menos dos bobinas electromagnéticas, caracterizado porque las bobinas electromagnéticas encierran lateralmente uno de los dos dispositivos de magnetrón dispuestos uno enfrente del otro, estando las polaridades de los sistemas de magnetrón con imanes permanentes enfrentados definidos y orientados de tal manera, que el polo norte de uno de los sistemas se encuentre enfrente del polo sur del otro sistema y estando al mismo tiempo las bobinas asignadas en cada caso conectadas a una fuente de corriente de tal manera, que los campos de las bobinas inductoras se complementen para dar un campo magnético cerrado y la polaridad de los polos exteriores de los sistemas de magnetrón con imanes permanentes y de las bobinas inductoras tenga el mismo sentido.