WO2007118463A1 - Verfahren und vorrichtung zur abscheidung von diamantartigen kohlenstoffschichten mit vorgegebenem härteverlauf auf substrate - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to methods and devices for deposition of diamond-like carbon layers, in particular of diamond-like amorphous carbon layers with predominantly sp 3 bonding portions (ta-C layers), with predetermined hardness profile on substrates by high-energy particle flow deposition either by means of laser pulse deposition (PLD) with devices, said Substrate is arranged at a predetermined distance from at least one target from which the layer-forming particle flow is generated in particular by laser pulse ablation and further the substrate and the target are arranged in an evacuatable processing chamber with means for coupling laser beams, or by arc evaporation (Are method ) with devices, wherein the substrate is arranged at a predetermined distance from at least one target, of which the layer-forming particle stream is generated in particular by pulsed high-current arc evaporation, and Furthermore, the substrate, the target and the Bogenverdampfer are arranged in an evacuable processing chamber.
- PLD laser pulse deposition
- the substrates or the bodies with the applied layers are heated together.
- This long-term tempering reduces or eliminates the stresses occurring in the layer deposition in the layers and between the bodies and the layers.
- the invention specified in the claims 1, 6 and 7 is based on the object to produce a diamond-like carbon layer with predetermined hardness gradients over the layer thickness and / or laterally over the layer surface.
- the methods and devices for depositing diamond-like amorphous carbon layers are characterized in particular by the Depositing a layer with predeterminable course of the modulus of elasticity and thus also the hardness both over the layer thickness and laterally over the layer surface.
- the laser, the drives and the control device are connected to one another by varying the target laser beam pulse fluence and thus the average energy and energy distribution of the ablated target particles during the laser pulse deposition of a diamond-like carbon layer, in particular a ta-C layer determined by the predetermined variation of the target laser beam pulse fluence course of the modulus of elasticity and the hardness is deposited both over the layer thickness and in different lateral directions parallel to the layer surface and thus predetermined elastic modulus and hardness curves are set in the three spatial dimensions of the layer volume.
- the arc evaporator, the drives and the control device are interconnected so that by varying the ion energy and the ion current density and thus the average energy and the energy distribution of the evaporated / detached target particles during arc evaporation a diamond-like carbon layer, in particular a ta-C layer , is deposited with a predetermined by the predetermined variation of the ion energy and the ion current density curve of the modulus of elasticity and hardness both over the layer thickness and in different lateral directions parallel to the layer surface and thus set predetermined elastic modulus and hardness curves in the three spatial dimensions of the layer volume become.
- the modulus of elasticity and thus the hardness of the diamond-like amorphous carbon layers is determined mainly by the ratio of sp 3 bonding fractions (tetrahedral diamond-like bonding fraction) to sp 2 bonding fractions (graphitic bonds). proportion) in the layer material. This ratio can be selectively changed by varying the average energy and the energy distribution of the layer-forming particles that have been leached or vaporized by the target. A predetermined variation of the modulus of elasticity and thus the hardness in diamond-like amorphous carbon layers is thus effected either by the targeted variation of the target laser beam pulse fluence in the laser pulse ablation or the ion energy and the ion current density in the arc evaporation during the coating process.
- the diamond-like amorphous carbon layer can be deposited either in a coating process or as a consequence of sublayers with temporal interruption of the coating process for each given variation of the target laser beam pulse fluence in the laser pulse ablation or the ion energy and the ion current density in the arc evaporation.
- the average energies and the energy distribution of the ablated target particles are also influenced by the laser wavelength selected for the ablation of the target material and the laser beam pulse duration that can be controlled to a limited extent.
- the penetration depth of the laser radiation into the target is predetermined by the wavelength-dependent absorption coefficient of the target material.
- Photon absorption in the target material causes higher energy, "hotter” electrons to be generated by shorter, higher photon energies corresponding to laser wavelengths and lower penetration depths, their interaction with the target atoms for a stronger local excitation and ablation of target particles with higher average energies and possibly also a smaller energy distribution range
- a shorter laser pulse duration, with the same laser beam pulse fluence and laser wavelength causes higher rates of thermal cycling and, also because of the reduced time for energy dissipation by conduction, higher peak temperatures in the photon absorption volume of the target material, which also ablates target particles having higher average energies and possibly also a lower energy distribution range.
- Advantageous embodiments of the invention are specified in claims 2 to 5, 8 and 9.
- the embodiment of claim 2 is advantageously by the Variation either the target laser beam pulse fluence during the laser pulse deposition or both the ion energy and the ionic current density in the arc evaporation and by using preferably parallel to the substrate surface controlled movable and variable in shape aperture between the target and substrate and by a synchronous control of either target laser beam pulse fluence or both ion energy and ion current density and aperture movement, a diamond-like carbon layer, in particular a ta-C layer, with predetermined elastic modulus and hardness both over the layer thickness and in different lateral directions parallel to the layer surface and thus, predetermined elastic modulus and hardness curve curves can be set in the three spatial dimensions of the layer volume.
- a diamond-like carbon layer preferably a ta-C layer
- a diamond-like carbon layer is deposited by the successive, optionally temporally interrupted deposition of a plurality of sub-layers, each sub-layer having the same modulus of elasticity and hardness across the sub-layer thickness and laterally over the sub-layer surface or laterally over the sub-layer surface predetermined modulus of elasticity and hardness and laterally over the sub-layer thickness predetermined Elektrizticiansmodul- and hardness profile.
- the successive deposition of sublayers offers, for example, the possibility of laser impulse irradiation in the coating breaks deposited topmost sublayer with a given laser beam pulse fluence, laser pulse number, laser pulse duration and laser wavelength to be irradiated so that the production due to the existing in the sublayer compressive voltage deliberately reduced or preferably that a further predetermined increase in the laser beam pulse fluence a specifically predetermined tensile stress is generated, whereby in a a plurality of sub-layers existing layer predetermined voltage waveforms can be adjusted.
- a diamond-like carbon layer preferably a ta-C layer, deposited by the successive deposition of several sub-layers so that in the uppermost sub-layer or the upper sub-layers, the ratio of sp 3 bonding components to sp 2 binding bonds in favor of the sp 2 binding fraction is shifted and thereby reduced, these sub-layer / sub-layers compared to the underlying sub-layers has a lower modulus of elasticity and a lower hardness.
- the uppermost or uppermost sublayers thus contain higher sp 2 bond fractions and are more graphitic in order to achieve low coefficients of friction and additionally a lubricating effect.
- the substrate to be coated preferably on a steel substrate, first an adhesive intermediate layer of boron carbide (B 4 C) or tungsten carbide (WC) and then the diamond-like carbon layer, preferably a ta-C layer, by laser pulse deposition a cryp- tone fluoride excimer laser with a wavelength of 248 nm, a pulse duration of 30 ns and laser beam pulse fluences in the range of 10 to 30 J / cm 2 .
- a cryp- tone fluoride excimer laser with a wavelength of 248 nm, a pulse duration of 30 ns and laser beam pulse fluences in the range of 10 to 30 J / cm 2 .
- the diaphragm is a controllable slit or aperture via the drive, so that by realizing a relative movement between diaphragm and surface to be coated predominantly parallel to the substrate surface with simultaneous variation of either the Targetlaserstrahlpulsfluenz or both the ion energy and ion current density in a growing sublayer a predetermined lateral elastic modulus and hardness profile along the direction of relative movement is generated.
- a predetermined lateral elastic modulus and hardness profile along the direction of relative movement is generated.
- the diaphragm is according to the embodiment of claim 9, a controllable in its opening area and opening shape slot or aperture, wherein the drive is interconnected with the control device, that a spiral relative movement with a predetermined vector speed can be realized.
- a spiral relative movement with simultaneous variation of either the target laser pulse power or both the ion energy and the ion current density for example, a radial modulus of elasticity and hardness in a growing sub-layer can be set laterally outwards from the layer center, or a spiral elastic modulus of elasticity and hardness can be generated.
- both the relative movement and either the target laser beam pulse fluence or both the ion energy and the ion current density are controlled during the deposition of a sub-layer sequence, that is from sub-layer to sub-layer, predetermined laterally different elastic modulus and hardness profiles also occur over the entire layer thickness.
- FIG. 1 shows a device for depositing diamond-like carbon layers having a predetermined hardness profile on substrates with a laser
- FIG. 2 shows a device for depositing diamond-like carbon layers having a predetermined hardness profile on substrates with a sheet evaporator
- Fig. 3 is a slit and Fig. 4 is a pinhole.
- An apparatus for laser pulse deposition of diamond-like carbon layers having a predetermined hardness profile on substrates 1 consists essentially of a laser, a control device and an evacuatable processing chamber 2 with at least one target 3, the substrate holder being selectively movable relative to the target 3 with the substrate 1, a diaphragm 4 arranged between the target 3 and the substrate 1, devices for the guidance, focusing and coupling of laser beams 5 and devices for the movement of the laser beam 5 over the target surface.
- FIG. 1 shows a device for laser pulse deposition of diamond-like carbon films having a predetermined hardness profile on substrates 1 with a laser in a basic representation.
- the diaphragm 4 is located between the target 3 and the substrate 1.
- the diaphragm 4 is coupled to a first drive in such a way that it is movable relative to and predominantly parallel to the substrate surface. Furthermore, this is coupled to at least one second drive, so that the aperture 4 is changeable in its opening area and its opening shape.
- this is designed as a slit diaphragm (representation in FIG. 3).
- the second drive is connected to this slit diaphragm in such a way that the length and / or the width of the slit 6 can be changed in a controlled manner.
- the slit diaphragm can be moved in one direction, so that in this Richtimg with variation of the target laser beam pulse fluence a lateral Hardness curve yields. If this process is controlled in a controlled manner during the laser pulse deposition from one sub-layer to another sub-layer of the growing layer, laterally different hardness curve curves are formed over the layer thickness.
- this is designed as a controllable in their opening area and opening shape aperture (representation in FIG. 4).
- the control device is interconnected with the first drive for the pinhole so that, for example, a spiral relative movement with a predetermined vector speed can be realized.
- the pinhole is, for example, a known iris diaphragm.
- the laser, the drives and the control device are connected to one another such that by varying the target laser beam pulse fluence and thus the average energy and energy distribution of the leached target particles during the laser pulse deposition of a diamond-like carbon layer, in particular a predominantly tetrahedrally bonded, amorphous ta-C layer a course of the modulus of elasticity and the hardness determined by the predetermined variation of the target laser beam pulse fluence is deposited both over the layer thickness and in different lateral directions parallel to the layer surface and thus predetermined modulus of elasticity and hardness curves in the three spatial dimensions of the layer volume are set.
- the control device is a known data processing system in the form of a computer.
- ion beams 7 are directed onto the substrate 1, which are generated in an ion source 8 flanged to the processing chamber 2 or built into the processing chamber 2. These ion beams 7 can be used both for cleaning the substrate surface and for modifying the properties of the growing layer. This can Advantageously, a connection formation or stoichiometry change of the growing layer on the substrate 1 can be achieved.
- An apparatus for depositing diamond-like carbon layers having a predetermined hardness profile on substrates essentially consists of an evacuable processing chamber with at least one target 3, one optionally relative to the one
- the cross-section of the discharge arc on the target surface can, as is known, be influenced by means of suitably shaped magnetic fields and the point of incidence of the discharge arc can be determined, for example, by laser pulse irradiation of the target surface (laser are method).
- FIG. 2 shows a device for the deposition of diamond-like carbon layers with a predetermined hardness profile on substrates 1 with a sheet evaporator 10 in a schematic representation.
- the target 4 is at the same time the cathode of the sheet evaporator 10.
- the diaphragm 4 is coupled to a first drive so that it is movable relative to and predominantly parallel to the substrate surface. Furthermore, this is coupled to at least one second drive, so that the aperture 4 is changeable in its opening area and its opening shape.
- the design of this panel 4 including their drives and couplings corresponds to the embodiments of the panels 4 of the first exemplary embodiment (representations in FIGS. 3 and 4).
- the arc evaporator 10 the drives and the control device are connected to one another in such a way that, by varying the ion energy and the ion current density, the arc Discharge and thus the average energy and the energy distribution of the detached target particles during the deposition of a diamond-like carbon layer, in particular a predominantly tetrahedral bound ta-C layer, with a determined by the predetermined variation of the ion energy and the ion current density curve of the modulus of elasticity and hardness is deposited both over the layer thickness and in different lateral directions parallel to the layer surface and thus predetermined elastic modulus and hardness curve in the three spatial dimensions of the layer volume can be adjusted.
- the control is done by a special computer program.
- the controller is implemented in a known data processing system in the form of a computer.
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Abscheidung von diamantartigen Kohlenstoffschichten mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate durch hochenergetische Teilchenstromablagerung entweder mittels Laserpulsabscheidung oder Bogenverdampfung mit Vorrichtungen, wobei das Substrat in einem vorgegebenem Abstand zu mindestens einem Target angeordnet ist von dem der schichtbildende Teilchenstrom insbesondere durch Laserpulsablation oder gepulste Hochstrombogenverdampfung erzeugt wird, und des weiteren das Substrat und das Target in einer evakuierbaren Bearbeitungskammer angeordnet sind. Die Verfahren und Vorrichtungen zeichnen sich insbesondere durch das Abscheiden einer Schicht mit vorbestimmbarem Verlauf des Elastizitätsmoduls und somit auch der Härte sowohl über die Schichtdicke als auch lateral über die Schichtfläche aus. Dazu wird durch Variation der Targetlaserstrahlpulsfluenz bei der Laserpulsablation oder der Ionenenergie und der Ionenstromdichte bei der Bogenverdampfung insbesondere eine überwiegend tetraedrisch gebundene, diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht (ta-C-Schicht), mit einem bestimmten Verlauf des Elastizitätsmoduls und der Härte über die Schichtdicke auf dem Substrat abgeschieden.
Description
Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von diamantartigen Kohlenstoffschichten mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Abscheidung von diamantartigen Kohlenstoffschichten, insbesondere von diamantartigen amorphen Kohlenstoffschichten mit überwiegend sp3 -Bindungsanteilen (ta-C-Schichten), mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate durch hochenergetische Teilchenstromablagerung entweder mittels Laserpulsabscheidung (PLD) mit Vorrichtungen, wobei das Substrat in einem vorgegebenem Abstand zu mindestens einem Target angeordnet ist von dem der schichtbildende Teilchenstrom insbesondere durch Laserpulsablation erzeugt wird und des weiteren das Substrat und das Target in einer evakuierbaren Bearbeitungskammer mit Einrichtungen für die Einkopplung von Laserstrahlen angeordnet sind, oder mittels Bogenverdampfung (Are- Verfahren) mit Vorrichtungen, wobei das Substrat in einem vorgegebenem Abstand zu mindestens einem Target angeordnet ist, von dem der schichtbildende Teilchenstrom insbesondere durch gepulste Hochstrombogenver- dampfung erzeugt wird, und des weiteren das Substrat, das Target und der Bogenver- dampfer in einer evakuierbaren Bearbeitungskammer angeordnet sind.
Verfahren und Vorrichtungen zur Schichtabscheidung und zur Spannungsreduzierung der Schichten sind durch die vielfältigsten Druckschriften bekannt. Die Schichten werden dabei nur hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen, Zusammensetzungen und der sich daraus ergebenden Eigenschaften ohne weitere Beeinflussung abgeschieden.
Bei der Spannungsreduzierung werden insbesondere die Substrate oder die Körper mit den aufgebrachten Schichten zusammen erwärmt. Dabei werden durch dieses Lang- zeittempern die bei der Schichtabscheidung auftretenden Spannungen in den Schichten und zwischen den Körpern und den Schichten reduziert bis aufgehoben.
Der in den Patentansprüchen 1, 6 und 7 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine diamantartige Kohlenstoffschicht mit vorgegebenen Härteverläufen über die Schichtdicke und/oder lateral über die Schichtfläche zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1, 6 und 7 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Verfahren und Vorrichtungen zur Abscheidung von diamantartigen amorphen Kohlenstoffschichten (DLC-Schichten), insbesondere von überwiegend tetraedrisch gebundenen., diamantartigen amorphen Kohlenstoffschichten mit überwiegend sp3 -Bindungsanteil (ta-C-Schichten), mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate zeichnen sich insbesondere durch das Abscheiden einer Schicht mit vorbestimmbarem Verlauf des Elastizitätsmoduls und somit auch der Härte sowohl über die Schichtdicke als auch lateral über die Schichtfläche aus.
Dazu wird durch Variation der Targetlaserstrahlpulsfluenz bei der Laserpulsablation oder der Ionenenergie und der Ionenstromdichte bei der Bogenverdampfung und damit der mittleren Energie und der Energieverteilung der ablauerten oder verdampften Targetteilchen während entweder der Laserpulsabscheidung (PLD) mit wenigstens einem Laser mit einer für die Erzeugung des schichtbildenden Teilchenstroms durch Ablation eines Targets geeigneten Laserwellenlänge und Laserstrahlpulsdauer oder der Bogenverdampfung (Are- Verfahren) mit einem Bogenverdampfer mit wenigstens einer Bogenentladung, vorzugsweise einer gepulsten Hochstrombogenentladung, mit einer für die Erzeugung des schichtbildenden Teilchenstromes durch Verdampfen eines Targets geeigneten Ionenenergie, Ionenstromdichte und Ionenmasse eine diamantartige Kohlenstoffschicht, insbesondere eine überwiegend tetraedrisch gebundene, diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht (ta-C-Schicht), mit einem durch die vorgegebene Variation entweder der Targetlaserstrahlpulsfluenz bei der Laserpulsabscheidung oder der Ionenenergie und der Ionenstromdichte bei der Bogenverdampfung bestimmten Verlauf des Elastizitätsmoduls und der Härte über die Schichtdicke auf dem Substrat abgeschieden, wobei vorwiegend die von der Variation entweder der Targetlaserstrahl-
pulsfiuenz oder der Ionenenergie und Ionenstromdichte abhängige Änderung des Verhältnisses von sp3 -Bindungsanteils (tetraedrischer diamantartiger Bindungsanteil) zu sp2-Bindungsanteil (graphitischer Bindungsanteil) im aufwachsenden Kohlenstoffschichtmaterial den Verlauf des Elastizitätsmoduls und der Härte bestimmt. Zur Erzeugung von unterschiedlichen Verläufen des Elastizitätsmoduls und der Härte lateral und parallel zur Schichtoberfläche ist zwischen Target und Substrat wenigstens eine über eine Steuereinrichtung sowohl mit einem ersten Antrieb relativ und vorwiegend parallel zur Substratoberfläche bewegbare als auch mit wenigstens einem zweiten Antrieb in ihrer Öffnungsfläche und ihrer Öffnungsform veränderbare Blende ange- ordnet.
Zum einen sind der Laser, die Antriebe und die Steuereinrichtung so miteinander verbunden, dass durch Variation der Targetlaserstrahlpulsfluenz und damit der mittleren Energie und der Energieverteilung der ablatierten Targetteilchen während der Laserpuls- abscheidung einer diamantartigen Kohlenstoffschicht, insbesondere eine ta-C-Schicht, mit einem durch die vorgegebene Variation der Targetlaserstrahlpulsfluenz bestimmten Verlauf des Elastizitätsmoduls und der Härte sowohl über die Schichtdicke als auch in unterschiedlichen lateralen Richtungen parallel zur Schichtoberfläche abgeschieden wird und somit vorgegebene Elastizitätsmodul- und Härteverlaufskurven in den drei Raumdimensionen des Schichtvolumens eingestellt werden. Zum anderen sind der Bogenverdampfer, die Antriebe und die Steuereinrichtung so miteinander verbunden, dass durch Variation der Ionenenergie und der Ionenstromdichte und damit der mittleren Energie und der Energieverteilung der verdampften/abgelösten Targetteilchen während der Bogenverdampfung eine diamantartige Kohlenstoffschicht, insbesondere eine ta-C-Schicht, mit einem durch die vorgegebene Variation der Ionen- energie und der Ionenstromdichte bestimmten Verlauf des Elastizitätsmoduls und der Härte sowohl über die Schichtdicke als auch in unterschiedlichen lateralen Richtungen parallel zur Schichtoberfläche abgeschieden wird und somit vorgegebene Elastizitätsmodul- und Härteverlaufskurven in den drei Raumdimensionen des Schichtvolumens eingestellt werden. Der Elastizitätsmodul und damit die Härte der diamantartigen amorphen Kohlenstoffschichten wird hauptsächlich durch das Verhältnis von sp3-Bindungsanteilen (tetraedrischer diamantartiger Bindungsanteil) zu sp2-Bindungsanteilen (graphitischer Bin-
dungsanteil) im Schichtmaterial bestimmt. Dieses Verhältnis kann durch Variation der mittleren Energie und der Energieverteilung der vom Target ablauerten oder verdampften/abgelösten die Schicht bildenden Teilchen gezielt verändert werden. Eine vorgegebene Variation des Elastizitätsmoduls und damit die Härte in diamant- artigen amorphen Kohlenstoffschichten wird somit entweder durch die gezielte Variation der Targetlaserstrahlpulsfluenz bei der Laserpulsablation oder der Ionenenergie und der Ionenstromdichte bei der Bogenverdampfung während des Beschichtungsprozesses bewirkt.
Dabei kann die diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht entweder in einem Beschich- tungsprozess oder als Folge von Subschichten mit zeitlicher Unterbrechung des Beschichtungsprozesses bei jeweils vorgegebener Variation der Targetlaserstrahlpulsfluenz bei der Laserpulsablation oder der Ionenenergie und der Ionenstromdichte bei der Bogenverdampfung abgeschieden werden.
Bei der Laserpulsablation werden die mittleren Energien und die Energieverteilung der ablauerten Targetteilchen neben der gut steuerbaren Targetlaserstrahlpulsfluenz auch von der für die Ablation das Targetmaterials gewählten Laserwellenlänge und der in Abhängigkeit vom Lasertyp begrenzt steuerbaren Laserstrahlpulsdauer beeinflusst. Die Eindringtiefe der Laserstrahlung in das Target ist durch den wellenlängenabhängigen Absorptionskoeffizienten das Targetmaterials vorgegeben. Durch kürzere, höheren Photonenenergien entsprechende Laserwellenlängen und geringere Eindringtiefen werden durch die Photonenabsorption im Targetmaterial zunächst höherenergetische, „heißere" Elektronen erzeugt, deren Wechselwirkung mit den Targetatomen zu einer stärkeren lokalen Anregung und zur Ablation von Targetteilchen mit höheren mittleren Energien und möglicherweise auch einem geringeren Energieverteilungsbereich führt. Eine kürzere Laserstrahlpulsdauer bewirkt bei gleicher Laserstrahlpulsfluenz und Laserwellenlänge höhere Temperaturwechselgeschwindigkeiten und, auch wegen der geringeren Zeit für die Energiedissipation durch Wärmeleitung, somit höhere Spitzentemperaturen im Photonenabsorptionsvolumen des Targetmaterials, wodurch ebenfalls Targetteilchen mit höheren mittleren Energien und möglicherweise auch einem geringeren Energieverteilungsbereich ablatiert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 5, 8 und 9 angegeben.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 wird vorteilhafterweise durch die Varia- tion entweder der Targetlaserstrahlpulsfluenz während der Laserpulsabscheidung oder sowohl der Ionenenergie als auch der Ionenstromdichte bei der Bogenverdampfung und durch Nutzung vorzugsweise parallel zur Substratoberfläche gesteuert bewegbarer und in ihrer Form veränderbarer Blenden zwischen Target und Substrat sowie durch eine synchrone Steuerung von entweder Targetlaserstrahlpulsfluenz oder sowohl Ionenergie als auch Ionenstromdichte und Blendenbewegung eine diamantartige Kohlenstoffschicht, insbesondere eine ta-C-Schicht, mit vorbestimmtem Verlauf des Elastizitätsmoduls und der Härte sowohl über die Schichtdicke als auch in unterschiedlichen lateralen Richtungen parallel zur Schichtoberfläche abgeschieden und somit können vorgegebene Elastizitätsmodul- und Härteveiiaufskurven in den drei Raumdimensionen des Schichtvolumens eingestellt werden.
Auf Grund von unterschiedlichen Einsatzbelastungen der beschichteten Substrate, beispielsweise als auf Reibung und Verschleiß beanspruchte Bauteile oder Werkzeuge, die in verschiedenen Richtungen auf unterschiedliche Weise auf Reibung und Verschleiß belastet werden und/oder auch eine hohe Schlagzähigkeit besitzen müssen, können verschiedene Härteverläufe sowohl über die Schichtdicke als auch über die Schichtflächen optimal sein. Das ist zum Beispiel bei Dreh-, Fräs-, Bohr- und Gravierwerkzeugen der Fall.
Nach Weiterbildung des Patentanspruchs 3 wird eine diamantartige Kohlenstoffschicht, vorzugsweise eine ta-C-Schicht, durch die nacheinander erfolgende, wahlweise zeitlich unterbrochene Abscheidung von mehreren Subschichten abgeschieden, wobei jede Sub- schicht einen gleichen Elastizitätsmodul und eine gleiche Härte über die Subschicht- dicke und lateral über die Subschichtfläche oder einen lateral über die Subschichtfläche vorgegebenen Elastizitätsmodul- und Härteverlauf und einen lateral über die Sub- schichtdicke vorgegebenen Elektrizitätsmodul- und Härteverlauf aufweist.
Die nacheinander erfolgende Abscheidung von Subschichten bietet beispielsweise die Möglichkeit, in den Beschichtungspausen durch Laserpulsbestrahlung der gerade
abgeschiedenen obersten Subschicht mit einer jeweils vorgegebenen Laserstrahlpuls- fluenz, Laserpulszahl, Laserpulsdauer und Laserwellenlänge so zu bestrahlen, dass die herstellungsbedingt in der Subschicht vorhandene Druckspannung gezielt vorgegeben reduziert oder dass vorzugsweise durch weitere Erhöhung der Laserstrahlpulsfluenz eine gezielt vorgegebene Zugspannung erzeugt wird, wodurch in einer aus mehreren Sub- schichten bestehenden Schicht vorgegebene Spannungsverlaufskurven eingestellt werden können.
Auf diese Weise können in einer diamantartigen Kohlenstoffschicht sowohl über die Schichtdicke als auch in unterschiedlichen lateralen Richtungen parallel zur Schicht- Oberfläche weitestgehend unabhängig voneinander unterschiedliche Härte- und Spannungsverläufe erzeugt und somit vorgegebene Härte- und vorgegebene Spannungs- verlaufskurven in den drei Raumdimensionen des Schichtvolumens eingestellt werden.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 wird eine diamantartige Kohlenstoff- Schicht, vorzugsweise eine ta-C-Schicht, durch die nacheinander erfolgende Abscheidung von mehreren Subschichten so abgeschieden, dass in der obersten Subschicht oder den oberen Subschichten das Verhältnis von sp3-Bindungsanteilen zu sp2-Bindungsan- teilen zugunsten des sp2-Bindungsanteils verschoben und dadurch verringert ist, wobei diese Subschicht/Subschichten im Vergleich zu den darunter liegenden Subschichten einen geringeren Elastizitätsmodul und eine geringere Härte aufweist.
Die oberste oder die obersten Subschichten enthalten somit höhere sp2-Bindungsanteile und sind mehr graphitartig, um geringe Reibkoeffizienten und zusätzlich einen Schmier- effekt zu erreichen.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 wird auf dem zu beschichtenden Substrat, vorzugsweise auf einem Stahlsubstrat, zunächst eine Haftzwischenschicht aus Borkarbid (B4C) oder Wolframkarbid (WC) und danach die diamantartige Kohlenstoffschicht, vorzugsweise eine ta-C-Schicht, durch Laserpulsabscheidung mit einem Kryp- tonfluorid-Excimerlaser mit einer Wellenlänge von 248 nm, einer Pulsdauer von 30 ns und Laserstrahlpulsfluenzen im Bereich von 10 bis 30 J/cm2. Dadurch wird eine hohe Haftfestigkeit des Schichtsystems aus der ta-C-Schicht und der Haftzwischenschicht zum Beispiel auf Stahlsubstraten erreicht. Die mittels Scratch Test gemessenen Werte
für die kritische Last sind beispielsweise größer als 35 N.
Nach Weiterbildung des Patentanspruchs 8 ist die Blende eine über den Antrieb steuerbare Schlitz- oder Lochblende, so dass durch Realisierung einer Relativbewegung zwischen Blende und zu beschichtender Oberfläche vorwiegend parallel zur Substratoberfläche bei gleichzeitiger Variation entweder der Targetlaserstrahlpulsfluenz oder sowohl der Ionenenergie und Ionenstromdichte in einer aufwachsenden Subschicht ein vorgegebener lateraler Elastizitätsmodul- und Härteverlauf entlang der Relativbewe- gungsrichtung erzeugt wird. Durch vorgegebene Steuerung der Relativgeschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Blende und zu beschichtender Oberfläche sowie durch vorgegebene Variation der Laserpulswiederholfrequenz können auch lateral unterschiedliche Subschichtdicken erzeugt und damit laterale Subschichtdickenprofile eingestellt werden.
Die Blende ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 eine in ihrer Öffnungsfläche und Öffnungsform steuerbare Schlitz- oder Lochblende, wobei der Antrieb so mit der Steuereinrichtung zusammengeschaltet ist, dass eine spiralförmige Relativbewegung mit vorgegebener Vektorgeschwindigkeit realisierbar ist. Durch die spiralförmige Relativbewegung bei gleichzeitiger Variation entweder der Targetlaserpulsfiuenz oder sowohl der Ionenenergie als auch der Ionenstromdichte kann zum Beispiel ein radialer Elastizitätsmodul- und Härteverlauf in einer aufwachsenden Subschicht lateral vom Schichtzentrum nach außen eingestellt oder ein spiralförmiger lateialer Elastizitätsmodul- und Härteverlauf erzeugt werden. Wenn sowohl die Relativbewegung als auch entweder die Targetlaserstrahlpulsfluenz oder sowohl die Ionen- energie als auch Ionenstromdichte bei der Abscheidung einer Subschichtfolge, dass bedeutet von Subschicht zu Subschicht vorgegeben gesteuert wird, entstehen auch vorgegebene lateral unterschiedliche Elastizitätsmodul- und Härteverläufe über die gesamte Schichtdicke.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt. Mehrere Ausführungsbeispiele werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Abscheidung von diamantartigen Kohlenstoffschichten mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate mit einem Laser, Fig. 2 eine Vorrichtung zur Abscheidung von diamantartigen Kohlenstoffschichten mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate mit einem Bogenverdampfer,
Fig. 3 eine Schlitzblende und Fig. 4 eine Lochblende.
1. Ausführungsbeispiel Eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung von diamantartigen Kohlenstoffschichten mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate 1 besteht im wesentlichen aus einem Laser, einer Steuereinrichtung und einer evakuierbaren Bearbeitungskammer 2 mit wenigstens einem Target 3, der wahlweise relativ zum Target 3 gesteuert bewegbaren Substrathalterung mit dem Substrat 1, einer zwischen Target 3 und Substrat 1 angeord- neten Blende 4, Einrichtungen für die Führung, Fokussierung und Einkopplung von Laserstrahlen 5 sowie Einrichtungen für die Bewegung des Laserstrahls 5 über die Targetoberfläche.
Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung von diamantartigen Kohlen- stoffscliichten mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate 1 mit einem Laser in einer prinzipiellen Darstellung.
Zwischen Target 3 und Substrat 1 befindet sich die Blende 4. Die Blende 4 ist mit einem ersten Antrieb so gekoppelt, dass diese relativ und vorwiegend parallel zur Substrat- Oberfläche bewegbar ist. Weiterhin ist diese mit wenigstens einem zweiten Antrieb gekoppelt, so dass die Blende 4 in ihrer Öffnungsfläche und ihrer Öffnungsform veränderbar ist.
In einer ersten Ausführungsform der Blende 4 ist diese als Schlitzblende ausgebildet (Darstellung in der Fig. 3). Der zweite Antrieb ist mit dieser Schlitzblende so ver- bunden, dass die Länge und/oder die Breite des Schlitzes 6 gesteuert veränderbar ist. Durch den ersten Antrieb kann die Schlitzblende in eine Richtung bewegt werden, so dass sich in dieser Richtimg bei Variation der Targetlaserstrahlpulsfluenz eine laterale
Härteverlaufskurve ergibt. Wenn dieser Vorgang während der Laserpulsabscheidung von einer Subschicht zu einer weiteren Subschicht der aufwachsenden Schicht gezielt vorgegeben gesteuert wird, entstehen auch lateral unterschiedliche Härteverlaufskurven über die Schichtdicke. In einer zweiten Ausführungsform der Blende 4 ist diese als eine in ihrer Öffnungsfläche und Öffnungsform steuerbare Lochblende ausgebildet (Darstellung in der Fig. 4). Die Steuereinrichtung ist mit dem ersten Antrieb für die Lochblende so zusammengeschaltet, dass beispielsweise eine spiralförmige Relativbewegung mit vorgegebener Vektorgeschwindigkeit realisierbar ist. Die Lochblende ist zum Beispiel eine bekannte Irisblende. Dadurch kann unter anderem ein radialer Härteverlauf lateral vom Schichtzentrum nach außen oder eine spiralförmige laterale Härteverlaufskurve erreicht werden, die bei gezielt vorgegebener Steuerung des Vorgangs während der Laserpulsabscheidung von einer Subschicht zu einer weiteren Subschicht der aufwachsenden Schicht auch über die Schichtdicke unterschiedliche Härteverläufe besitzen. Der Laser, die Antriebe und die Steuereinrichtung sind so miteinander verbunden, dass durch Variation der Targetlaserstrahlpulsfluenz und damit der mittleren Energie und der Energieverteilung der ablauerten Targetteilchen während der Laserpulsabscheidung einer diamantartigen Kohlenstoffschicht, insbesondere einer überwiegend tetraedrisch gebundene, amorphe ta-C-Schicht, mit einem durch die vorgegebene Variation der Targetlaserstrahlpulsfluenz bestimmten Verlauf des Elastizitätsmoduls und der Härte sowohl über die Schichtdicke als auch in unterschiedlichen lateralen Richtungen parallel zur Schichtoberfläche abgeschieden wird und somit vorgegebene Elastizitätsmodul- und Härteverlaufskurven in den drei Raumdimensionen des Schichtvolumens eingestellt werden. Die Steuereinrichtung ist ein bekanntes Datenverarbeitungssystem in Form eines Computers.
In einer Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels werden Ionenstrahlen 7 auf das Substrat 1 gerichtet, die in einer an der Bearbeitungskammer 2 angeflanschten oder in die Bearbeitungskammer 2 eingebauten Ionenquelle 8 erzeugt werden. Diese Ionenstrahlen 7 können sowohl zur Reinigung der Substratoberfläche als auch zur Modifizierung der Eigenschaften der aufwachsenden Schicht eingesetzt werden. Dadurch kann
vorteilhafterweise eine Verbindungsbildung oder Stöchiometrieänderung der aufwachsenden Schicht auf dem Substrat 1 erreicht werden. In der Bearbeitungskammer 2 befindet sich dabei weiterhin eine Einrichtung 9 zur Ladungskompensation der Ionenstrahlen 7.
2. Ausführungsbeispiel
Eine Vorrichtung zur Abscheidung von diamantartigen Kohlenstoffschichten mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate besteht im Wesentlichen aus einer evakuierbaren Bearbeitungskammer mit wenigstens einem Target 3, einer wahlweise relativ zum
Target 3 gesteuert bewegbaren Substrathalterung mit dem Substrat 1 , wenigstens einem Bogenverdampfer 10 und einer zwischen Target 3 und Substrat 1 angeordneten Blende 4 sowie einer Strom- und Spannungsversorgungseinrichtung für wenigstens einen Bogenverdampfer 10 und einer Steuereinrichtung. Der Querschnitt des Entladungsbogens auf der Targetoberfläche kann bekannterweise mittels geeignet geformter Magnetfelder be- einflusst und der Auftreffort des Entladungsbogens beispielsweise durch Laserpulsbestrahlung der Targetoberfläche (Laser- Are- Verfahren) bestimmt werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Abscheidung von diamantartigen Kohlenstoff- schichten mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate 1 mit einem Bogenverdampfer 10 in einer prinzipiellen Darstellung.
Zwischen Target 3 und Substrat 1 befindet sich die Blende 4. Das Target 3 ist gleichzeitig die Katode des Bogenverdampfers 10. Die Blende 4 ist mit einem ersten Antrieb so gekoppelt, dass diese relativ und vorwiegend parallel zur Substratoberfläche bewegbar ist. Weiterhin ist diese mit wenigstens einem zweiten Antrieb gekoppelt, so dass die Blende 4 in ihrer Öffnungsfläche und ihrer Öffnungsform veränderbar ist. Die Ausbildung dieser Blende 4 einschließlich deren Antriebe und Kopplungen entspricht dabei den Ausführungsformen der Blenden 4 des ersten Ausfuhrungsbeispiels (Darstellungen in den Fig. 3 und 4).
Der Bogenverdampfer 10, die Antriebe und die Steuereinrichtung sind so miteinander verbunden, dass durch Variation der Ionenenergie und der Ionenstromdichte der Bogen-
entladung und damit der mittleren Energie und der Energieverteilung der abgelösten Targetteilchen während der Abscheidung einer diamantartigen Kohlenstoffschicht, insbesondere einer überwiegend tetraedrisch gebundene ta-C-Schicht, mit einem durch die vorgegebene Variation der Ionenenergie und der Ionenstromdichte bestimmten Ver- lauf des Elastizitätsmoduls und der Härte sowohl über die Schichtdicke als auch in unterschiedlichen lateralen Richtungen parallel zur Schichtoberfläche abgeschieden wird und somit vorgegebene Elastizitätsmodul- und Härteverlaufskurven in den drei Raumdimensionen des Schichtvolumens eingestellt werden.
Die Steuerung erfolgt durch ein spezielles Computerprogramm. Die Steuerung ist einem bekannten Datenverarbeitungssystem in Form eines Computers implementiert.
Claims
1. Verfahren zur Abscheidung von diamantartigen Kohlenstoffschichten mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate durch hochenergetische Teilchenstromablagerung mittels Laserpulsabscheidung oder Bogenverdampfung, dadurch gekennzeichnet, dass durch Variation der Targetlaserstrahlpulsfluenz bei der Laserpulsablation oder der Ionenenergie und der Ionenstromdichte bei der Bogenverdampfung und damit der mittleren Energie und der Energieverteilung der ablauerten oder verdampften Targetteilchen während entweder der Laserpulsabscheidung (PLD) mit wenigstens einem Laser mit einer für die Erzeugung des schiclitbildenden Teilchenstroms durch Ablation eines Targets geeigneten Laserwellenlänge und Laserstrahlpulsdauer oder der Bogenverdampfung (Are- Verfahren) mit wenigstens einem Bogenverdampfer mit wenigstens einer Bogenentladung, vorzugsweise einer gepulsten Hochstrombogenentladung, mit einer für die Erzeugung des schichtbildenden Teilchenstromes durch Verdampfen eines Targets geeigneten Ionenenergie, Ionenstromdichte und Ionenmasse eine diamantartige Kohlenstoffschicht, insbesondere eine überwiegend tetraedrisch gebundene diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht (ta-C-Schicht), mit einem durch die vorgegebene Variation entweder der Targetlaserstrahlpulsfluenz während der Laserpulsabscheidung oder der Ionenenergie und der Ionenstromdichte während der Bogenverdampfung bestimmten Verlauf des Elastizitätsmoduls und der Härte über die Schichtdicke auf dem Substrat abgeschieden wird, wobei vorwiegend die von der Variation der Targetlaserstrahlpulsfluenz oder der Ionenstromenergie und Ionenstromdichte abhängige Änderung des Verhältnisses von sp3 -Bindungsanteils (tetraedrischer diamantartiger Bindungsanteil) zu sp2-Bindungsanteil (graphitischer Bindungsanteil) im aufwachsenden Kohlenstoffschichtmaterial den Verlauf des Elastizitätsmoduls und der Härte bestimmt.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Variation entweder der Targetlaserstrahlpulsfluenz während der Laserpulsabscheidung oder der Ionenenergie und Ionenstromdichte bei der Bogenverdampfung und durch Nutzung vorzugsweise parallel zur Substratoberfläche gesteuert bewegbarer und in ihrer Form veränderbarer Blenden zwischen Target und Substrat sowie durch eine synchrone Steuerung von entweder Targetlaserstrahlpulsfluenz oder sowohl Ionenergie als auch Ionenstromdichte und Blendenbewegung eine diamantartige Kohlenstoffschicht, insbesondere eine ta-C-Schicht, mit vorbestimmtem Verlauf des Elastizitätsmoduls und der Härte sowohl über die Schichtdicke als auch in unterschiedlichen lateralen Richtungen parallel zur Schichtoberfläche abgeschieden wird und somit vorgegebene Elastizitätsmodul- und Härteverlaufskurven in den drei Raumdimensionen des Schichtvolumens eingestellt werden.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine diamantartige Kohlenstoffschicht, insbesondere eine ta-C-Schicht, durch die nacheinander erfolgende, wahlweise zeitlich unterbrochene, Abscheidung von mehreren Subschichten abgeschieden wird, wobei jede Subschicht einen gleichen Elastizitätsmodul und eine gleiche Härte über die Subschichtdicke und lateral über die Subschichtfläche oder einen lateral über die Subschichtdicke vorgegebenen Elastizitätsmodul- und Härteverlauf und einen lateral über die Subschichtfläche vorgegebenen Elektrizitätsmodul- und Härteverlauf aufweist.
4. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine diamantartige Kohlenstoffschicht, insbesondere eine ta-C-Schicht, durch die nacheinander erfolgende Abscheidung von mehreren Subschichten so abgeschieden wird, dass in der obersten Subschicht oder den oberen Subschichten das Verhältnis von sp3-Bindungsanteilen zu sp2-Bindungsanteilen zugunsten des sp2-Bindungsanteils verschoben und dadurch verringert ist, wobei diese Subschicht/Subschichten im Vergleich zu den darunter liegenden Subschichten einen geringeren Elastizitätsmodul und eine geringere Härte aufweist/aufweisen.
5. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem zu beschichtenden Substrat, vorzugsweise auf einem Stahlsubstrat zunächst eine Haftzwischenschicht aus Borkarbid (B4C) oder Wolframkarbid (WC) und danach die diamantartige Kohlenstoffschicht, insbesondere eine ta-C-Schicht, durch Laserpulsabscheidung mit einem Kryptonfluorid-Excimerlaser mit einer Wellenlänge von 248 nm, einer Pulsdauer von 30 ns und Laserstrahlpulsfluenzen im Bereich von 10 bis 30 J/cm2 abgeschieden wird.
6. Vorrichtung zur Abscheidung von diamantartigen Kohlenstoffschichten, vorzugsweise von ta-C-Schichten, mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate mittels Laserpulsabscheidung (PLD) mit wenigstens einem Laser mit einer für die Erzeugung des schichtbildenden Teilchenstroms durch Ablation eines Targets geeigneten Laserwcllenlänge und Laserstrahlpulsdauer unter Verwendung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 , wobei das Substrat in einem vorgegebenem Abstand zu mindestens einem Target angeordnet ist von dem der schichtbildende Teilchenstrom insbesondere durch Laserpulsablation erzeugt wird und des weiteren das Substrat und das Target in einer evakuierbaren Bearbeitungskammer mit Einrichtungen für die Einkopplung von Laserstrahlen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Target (3) und Substrat (1) wenigstens eine über eine Steuereinrichtung sowohl mit einem ersten
Antrieb relativ und vorwiegend parallel zur Substratoberfläche bewegbare als auch mit wenigstens einem zweiten Antrieb in ihrer Öffnungsfläche und ihrer Öffnungsform veränderbare Blende (4) angeordnet ist, dass der Laser, die Antriebe und die Steuereinrichtung so miteinander verbunden sind, dass durch Variation der Targeüaserstrahlpulsfluenz und damit der mittleren Energie und der Energieverteilung der ablauerten Targetteilchen während der Laserpulsabscheidung eine diamantartige Kohlenstoffschicht, insbesondere eine ta-C-Schicht, mit einem durch die vorgegebene Variation der Targetlaserstrahlpulsfluenz bestimmten Verlauf des Elastizitätsmoduls und der Härte sowohl über die Schichtdicke als auch in unterschiedlichen lateralen Richtungen parallel zur Schichtoberfläche abgeschieden wird und somit vorgegebene Elastizitätsmodul- und Härteverlaufskurven in den drei Raumdimensionen des Schichtvolumens eingestellt werden.
7. Vorrichtung zur Abscheidung von diamantartigen Kohlenstoffschichten, vorzugsweise von ta-C-Schichten, mit vorgegebenem Härteverlauf auf Substrate mittels Bogenverdampfung (Are- Verfahren) mit wenigstens einem Bogenverdampfer mit wenigstens einer Bogenentladung, vorzugsweise einer gepulsten Hochstrombogenentladung, mit einer für die Erzeugung des schichtbildenden Teilchenstromes durch Verdampfen eines Targets geeigneten Ionenenergie, Ionen stromdichte und Ionenmasse unter Verwendung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, wobei das Substrat in einem vorgegebenem Abstand zu mindestens einem Target angeordnet ist von dem der schichtbildende Teilchenstrom durch Bogenverdampfung erzeugt wird und des weiteren das Substrat, das Target und der
Bogenverdampfer in einer evakuierbaren Bearbeitungskammer angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Target (3) und Substrat (1) wenigstens eine über eine Steuereinrichtung sowohl mit einem ersten Antrieb relativ und vorwiegend parallel zur Substratoberfläche bewegbare als auch mit wenigstens einem zweiten Antrieb in ihrer Öffnungsfläche und ihrer Öffnungsform veränderbare Blende (4) angeordnet ist, dass der Bogenverdampfer (10), die Antriebe und die Steuereinrichtung so miteinander verbunden sind, dass durch Variation der Ionenenergie und der Ionenstromdichte und damit der mittleren Energie und der Energieverteimng der verdampften/abgelösten Targetteilchen während der Bogenverdampfung eine diamantartige Kohlenstoffschicht, insbesondere eine ta-C-Schicht, mit einem durch die vorgegebene Variation der lonenenergie und der Ionenstromdichte bestimmten Verlauf des Elastizitätsmoduls und der Härte sowohl über die Schichtdicke als auch in unterschiedlichen lateralen Richtungen parallel zur Schichtoberfläche abgeschieden wird und somit vorgegebene Elastizitätsmodul- und Härteverlaufskurven in den drei Raumdimensionen des Schichtvolumens eingestellt werden.
8. Voirichtung nach einem der Patentansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (4) eine Schlitz- oder eine Lochblende ist.
9. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (4) eine in ihrer Öffnungsfläche und Öffnungsform steuerbare Schlitz- oder Lochblende ist und dass der Antrieb für die Schlitz- oder Lochblende so mit der Steuereinrichtung zusammengeschaltet ist, dass eine spiralförmige Relativbewegung mit vorgegebener Vektorgeschwindigkeit realisierbar ist.
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