WO2022195054A1 - Aln-basierte hartstoffschicht auf körpern aus metall, hartmetall, cermet oder keramik und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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    • C30B29/403—AIII-nitrides

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of materials technology and relates to an AlN-based hard material layer on bodies made of metal, hard metal, cermet or ceramic and a method for producing it.
  • the AlN-based hard material layer according to the invention is highly textured and oxygen-doped and can be used, for example, as wear protection layers for cutting tools, as protective layers for turbine blades or as diffusion barriers in microelectronics.
  • AION layers are known from the prior art, which are mainly used as dielectric layers and for resistive memories in microelectronics.
  • the layers are produced using a wide variety of CVD (thermal CVD, RTP-MOCVD) and PVD processes.
  • JP 2001 287 104 A1 discloses a coating of one or more layers containing aluminum oxynitride.
  • Each of the aluminum oxynitride layers consists of an Al-O-N solid solution, a crystalline Al-O-N compound, or a mixture of both.
  • AIN can be mixed with this.
  • DE 10 2010 052 687 A1 discloses a multilayer, oxynitride layer system with cubic AIN and AION on substrates such as preferably HSS and hard metal.
  • a layer structure consisting of several layers is disclosed, with an oxynitride layer, preferably made of the elements Cr, Al, O and N, with a layer thickness of between 0.3 and 2.5 micrometers.
  • US Pat. No. 4,336,305 A1 discloses a ceramic indexable insert on the surface of which a thin coating of at least one layer of Al 2 O 3 or AION is arranged using CVD processes.
  • a combination of a TiAIN layer with a second layer consisting of AION and optionally carbon is known from WO 2012 126 031 A1, it being possible for Al to be partially replaced by another metal.
  • a disadvantage of the solutions known from the prior art is that the hardness and wear resistance of the AlN hard material layers produced are insufficient. State-of-the-art AlN-based hard coatings have a hardness of around 2000 HV. Another disadvantage is that the production of such AlN-based hard material layers is time-consuming and expensive.
  • the object is to provide an AlN hard coating which has improved hardness and wear resistance.
  • the invention is also based on the object of providing a time-saving and cost-effective thermal CVD method for producing AlN hard material layers.
  • the object is achieved by an AlN-based hard material layer on bodies made of metal, hard metal, cermet or ceramic, which is an individual layer or a multi-layer layer system produced by means of CVD processes without plasma excitation, with at least one layer or at least one layer of the multi-layer Layer system is an AIN-based hard material layer with a hexagonal lattice structure, which has a texture formed in ⁇ 002> that is oxygen-doped, the oxygen doping in the range from 0.01 at% to 15 at% without direct lattice bonding in the hexagonal structure is present.
  • the texture advantageously has a texture coefficient TC of >2.5 to 8. Also advantageously, the texture is columnar.
  • the AlN-based hexagonal hard material layer advantageously has an Al content of >45 at %. Furthermore advantageously, the h-AlN-based hard material layer has a layer thickness of between 5 and 40 ⁇ m.
  • At least one h-AlN-based hard material layer is nanocrystalline, with the crystallite size being particularly advantageously 5 nm to 100 nm.
  • the nanocrystalline h-AlN-based hard material layer can particularly advantageously have amorphous components, with an oxygen doping of 0.01 at % to 25 at % being present very particularly advantageously.
  • At least one h-AlN-based hard material layer has a hardness of 2500 HV [0.01] to 2800 HV [0.01].
  • the h-AlN-based hard material layer has dopings of Zr, Si, Hf, Ta and/or Ti.
  • At least one bonding, intermediate and/or covering layer is present, which particularly advantageously consists of nitrides, carbides, carbonitrides, oxycarbides, oxycarbonitrides of the elements of the 4th-6th Subgroup of PSE or consist of oxides of Al or Zr.
  • the connection, intermediate and/or cover layer is particularly advantageous TiN, TiCN, TiAIN and/or combinations thereof.
  • a method for producing an AlN-based hard material layer on bodies made of metal, hard metal, cermet or ceramic in which a textured, oxygen-doped h-AlN-based hard material layer is produced by means of a thermal CVD method without plasma excitation in a CVD reactor a gas phase of AlC, H2, N2, NH3, CO and/or CO2 and at temperatures between 850°C and 1050°C and at pressures between 0.1 kPa and 30 kPa is deposited, with CO and/or CO2 being separated via a separate Gas supply is fed separately to the CVD reactor.
  • NH 3 is advantageously fed separately to the CVD reactor to produce the gas phase, a gas phase with 0.2% by volume to 2% by volume of CO and/or CO2 being particularly advantageously separated.
  • an AlN-based hard material layer is deposited from a gas phase with 0.30% by volume to 2% by volume NH3.
  • an oxygen-doped, textured h-AlN-based hard material layer is provided, which is produced in a time- and cost-effective manner by a thermal CVD method without plasma excitation and has improved hardness and wear resistance.
  • pure AlN-based hard material layers are provided, which always have a texture of a hexagonal lattice structure formed in the ⁇ 002> direction.
  • CO and/or CO2 be introduced separately and specifically by a CVD process without plasma excitation into the CVD coating chamber via separate gas supply lines, in order to dope oxygen into the hexagonal lattice structure and there in a targeted manner to install There is no direct lattice bonding of the oxygen.
  • the h-AlN-based hard material layer does not have any oxygen content due to impurities and leaks in the CVD reactor, but rather a targeted oxygen doping that influences the morphological properties without direct lattice bonding exclusively at interstitial sites.
  • a novel, highly textured, oxygen-doped h-AlN hard material layer which has a high hardness of up to 2800 HV [0.01] and a high has wear resistance.
  • the targeted incorporation of a specific proportion of oxygen during the deposition of the layer has a positive influence on the structure and the properties of the h-AlN-based hard material layer according to the invention.
  • the AIN-based hard material layer is provided and produced with a hexagonal lattice structure, which has a texture and contains oxygen doping in the range from 0.01 at.% to 15 at.%, and thus high hardness and has excellent wear resistance.
  • a texture should be understood to mean a crystallographic orientation of the crystallites of the oxygen-doped h-AlN-based hard material layer, which have grown on the substrate using the CVD method according to the invention without plasma excitation.
  • the texture is advantageously formed in the manner of a column, with each column having an essentially hexagonal and therefore honeycomb-like shape.
  • At least one layer of an oxygen-doped AlN-based layer system has a hexagonal lattice structure with a texture formed in ⁇ 002>.
  • the texture according to the invention of the individual layer or layers can be expressed by a texture coefficient TC.
  • the texture coefficient TC is calculated according to the following formula according to JCPDS 0-25-1133: The following 8 network levels are used for the calculation: ⁇ 100, ⁇ 002>, ⁇ 101>, ⁇ 102>, ⁇ 110>, ⁇ 103>, ⁇ 200>, ⁇ 112>.
  • the TC of the highly textured and oxygen-doped h-AlN-based hard material layer according to the invention is advantageously >2.5 to 8.
  • a new oxygen-doped h-AlN-based hard material layer is provided on bodies made of metal, hard metal, cermet or ceramic, the h-Aln-based hard material layer being a single layer or a multi-layer layer system.
  • At least one h-AlN-based hard material coating of the coating system can be nanocrystalline.
  • the nanocrystalline layer is particularly fine-grained and has a
  • Such a nanocrystalline AlN-based hard material layer can also have amorphous components and advantageously one
  • Oxygen doping from 0.01 at% to 25 at% have.
  • one or more bonding layers, intermediate layers and/or top layers are present between the body to be coated and the oxygen-doped h-AlN-based hard material layer according to the invention.
  • Cover layers can be realized in particular a much better adhesion of the oxygen-doped h-AlN-based hard material layer according to the invention on the body made of metal, hard metal, cermet or ceramic.
  • connection, intermediate or cover layers consist of nitrides, carbides, carbonitrides, oxycarbides, oxycarbonitrides of the elements of the 4th -6th Subgroup of PSE or from oxides of Al or Zr.
  • connection, intermediate and/or cover layers made of TiN, TiCN, TiAIN and/or combinations thereof can be particularly advantageous.
  • the connection layer can consist of TiN, for example.
  • an intermediate layer made of TiCN for example, can be present, which is deposited on the connection layer.
  • an additional cover layer made of TiN can be provided on the intermediate layer.
  • the h-AlN-based hard material layer has additional dopings of Zr, Si, Hf, Ta and/or Ti.
  • Zr, Si, Hf, Ta and/or Ti By introducing small amounts of Zr, Si, Hf, Ta and/or Ti, impurity atoms are introduced into the hexagonal lattice structure and thereby the hardness and wear resistance of the h-AlN-based hard material layer is improved.
  • the improved wear properties of the h-AlN-based hard material layer with texture and oxygen doping according to the invention are achieved by a thermal CVD process without plasma excitation by this layer in a CVD reactor a gas phase of AlC, H2, N2 and NH3 with targeted addition of CO and /or CO2, at temperatures between 850°C and 1050°C and at pressures between 0.1 kPa and 30 kPa.
  • the separate supply of the components of the gas phase has the advantage that the gas phase has a significantly higher reactivity at the moment of separation in the reactor and thus the risk of a premature reaction in the gas supply device is reduced.
  • the composition of the gas phase can be adjusted individually and easily, and in particular the feed of NH 3 , CO 2 and/or CO can be controlled.
  • the gas phase can additionally have dopings of Zr, Si, Hf, Ta and/or Ti, which are built into the hexagonal lattice structure of the h-AlN-based hard material layer during the deposition of the hard material layer.
  • a novel, highly textured, oxygen-doped h-AlN-based hard material layer is provided, which has a high hardness of up to 2800 HV [0.01] and a high wear resistance.
  • the targeted incorporation of a specific proportion of oxygen during the deposition of the layer has a positive influence on the structure and the properties of the h-AlN-based hard material layer according to the invention.
  • the new LPCVD process allows layers to be produced in the temperature range of 850°C - 1050°C.
  • Fig. 1 X-ray diffractogram of the highly textured, oxygen-doped h-AlN layer produced by means of CVD according to exemplary embodiment 1,
  • Fig. 2 TEM image of the highly textured, oxygen-doped h-AlN-based hard material layer according to exemplary embodiment 1
  • Fig. 3 TEM-EDX analysis of the highly textured, oxygen-doped h-AlN-based hard material layer according to exemplary embodiment 1
  • 5 TEM image of the highly textured, oxygen-doped h-AlN-based hard material layer according to exemplary embodiment 2
  • Fig. 6 TEM-EDX analysis of the highly textured, oxygen-doped h-AlN-based hard material layer according to embodiment 2
  • Fig. 7 SEM cross-section of a 40 ⁇ m thick, highly textured, oxygen-doped h-AlN-based hard material layer according to embodiment 3
  • Fig. 8 EDX analysis of the highly textured, oxygen-doped h-AlN-based hard material layer produced by CVD and doped with silicon according to exemplary embodiment 4
  • Fig. 9 EDX analysis of the highly textured, oxygen-doped h-AlN-based hard material layer produced by CVD and doped with zirconium according to exemplary embodiment 5
  • Fig. 10 Wear test of a highly textured, oxygen-doped h-AlN-based hard material layer according to exemplary embodiments 1, 4 and 5
  • a highly textured and oxygen-doped h-AlN-based hard material layer is applied using thermal CVD processes without plasma excitation as a Top layer deposited.
  • the coating process is carried out in a hot-wall CVD reactor with an inner diameter of 75 mm.
  • the CVD coating is carried out with a gas phase of 0.46% by volume AlCIs, 0.31% by volume NH 3 , 0.72% by volume CO 2 , 4.80% by volume N 2 and 93 71% by volume H 2.
  • the deposition temperature is 900°C and the process pressure is 6 kPa. After a coating time of 90 minutes, a 5.2 ⁇ m thick, highly textured and oxygen-doped h-AlN-based hard material layer is obtained.
  • WC/Co hard metal indexable inserts which are pre-coated with a 5 ⁇ m thick TiN/TiCN/TiN layer system as a connection, intermediate and top layer a highly textured and oxygen-doped h-AlN-based hard material layer, which is nanocrystalline with amorphous parts, deposited as a top layer using thermal CVD processes.
  • the coating process is carried out in a hot-wall CVD reactor with an internal diameter of 75 mm.
  • the CVD coating is carried out with a gas phase of 0.46% by volume AlC, 0.42% by volume NH3, 0.61% by volume CO2, 4.68% by volume N2 and 93.83% by volume. -% H2.
  • the deposition temperature is 850°C and the process pressure is 6 kPa. After a coating time of 90 minutes, a 6.0 ⁇ m thick, highly textured and oxygen-doped h-AlN-based hard material layer is obtained, which is present in nanocrystalline form with amorphous portions.
  • an h-AlN phase is detected by means of an X-ray diffractogram as shown in Figure 4, the crystallites of which have grown in a strongly textured manner in the ⁇ 002> direction.
  • the texture coefficient TC is 4.2.
  • a highly textured, oxygen-doped h-AlN-based hard material layer is deposited as a top layer using a thermal CVD process on WC/Co hard metal indexable inserts, which are pre-coated with a 1 ⁇ m thick TiN bonding layer.
  • the coating process is carried out in a hot-wall CVD reactor with an inner diameter of 75 mm.
  • the CVD coating is carried out with a gas phase of 0.46% by volume AlCIs, 0.45% by volume NH 3 , 0.58% by volume CO2, 4.80% by volume N2 and 93.71% by volume % H2.
  • the deposition temperature is 1000°C and the process pressure is 6 kPa.
  • a 40.0 ⁇ m thick, highly textured and oxygen-doped h-AlN-based hard material layer is obtained.
  • an h-AlN phase is detected, the crystallites of which are strongly textured and grown in the ⁇ 002> direction.
  • the texture coefficient TC is 5.4.
  • the SEM examination of the cross-section according to Fig. 7 shows a 40 pm thick, highly textured h-AlN-based hard material layer. A microhardness of 2760 HV [0.01] was measured using a Vickers indenter.
  • a highly textured and oxygen-doped h-AlN-based hard material layer is doped with silicon using a thermal CVD process on WC/Co carbide indexable inserts, which are pre-coated with a 5 ⁇ m thick TiN/TiCN/TiN layer system as a connecting, intermediate and top layer deposited as a top layer.
  • the coating process is carried out in a hot-wall CVD reactor with an inner diameter of 75 mm.
  • the CVD coating is carried out with a gas phase of 0.46% by volume AlCIs, 0.06% by volume SiCU, 0.31% by volume NH 3 , 0.72% by volume CO 2 , 4.80 vol% N 2 and 93.65 vol% H 2 .
  • the deposition temperature is 900°C and the process pressure is 6 kPa. After a coating time of 90 minutes, a 4.8 ⁇ m thick, highly textured and oxygen-doped h-AlN-based hard material layer doped with silicon is obtained.
  • a highly textured and oxygen-doped h-AlN-based hard material layer is doped with zirconium using a thermal CVD process on WC/Co carbide indexable inserts, which are pre-coated with a 5 ⁇ m thick TiN/TiCN/TiN layer system as a connecting, intermediate and top layer deposited as a top layer.
  • WC/Co carbide indexable inserts which are pre-coated with a 5 ⁇ m thick TiN/TiCN/TiN layer system as a connecting, intermediate and top layer deposited as a top layer.
  • the CVD coating is carried out with a gas phase of 0.46% by volume AlCIs, 0.04% by volume ZrCU, 0.31% by volume NH 3 , 0.72% by volume CO 2 , 4.80 vol% N 2 and 93.67 vol% H 2 .
  • the deposition temperature is 1030°C and the process pressure is 6 kPa. After a coating time of 90 minutes, a 4.5 ⁇ m thick, highly textured and oxygen-doped h-AlN-based hard material layer doped with zirconium is obtained.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkstofftechnik und betrifft eine AlN-basierte Hartstoffschicht auf Körpern aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer AlN-Hartstoffschicht, die eine verbesserte Härte und Verschleißbeständigkeit aufweist und zeit- und kostengünstiges herstellbar ist. Erfindungsgemäß wird eine AlN-basierte Hartstoffschicht bereitgestellt, die eine einzelne Schicht oder ein mehrlagiges Schichtsystem ist, wobei mindestens die eine Schicht oder mindestens eine Schicht des mehrlagigen Schichtsystem eine AlN-basierte Hartstoffschicht mit hexagonaler Gitterstruktur ist, die eine in <002> ausgebildete Textur aufweist, sauerstoffdotiert ist, wobei die Sauerstoffdotierung im Bereich von 0,01 At.-% bis 15 At.-% vorliegt. Die Hartstoffschicht kann als Verschleißschutzschicht für Schneidwerkzeuge eingesetzt werden.

Description

AIN-basierte Hartstoffschicht auf Körpern aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik und Verfahren zu deren Herstellung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Werkstofftechnik und betrifft eine AIN-basierte Hartstoffschicht auf Körpern aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die erfindungsgemäße AIN-basierte Hartstoffschicht ist hochtexturiert und sauerstoffdotiert und kann beispielsweise als Verschleißschutzschichten für Schneidwerkzeuge, als Schutzschichten für Turbinenschaufeln oder als Diffusionsbarrieren in der Mikroelektronik eingesetzt werden.
Aus dem Stand der Technik sind AION-Schichten bekannt, die vorwiegend als dielektrische Schichten und für resistive Speicher in der Mikroelektronik eingesetzt werden. Dabei werden die Schichten mittels unterschiedlichster CVD- (thermisches CVD, RTP-MOCVD) und PVD-Verfahren hergestellt.
Die JP 2001 287 104 A1 offenbart eine Beschichtung aus einer oder mehreren Schichten, die Aluminiumoxynitrid enthalten. Jede der Aluminiumoxynitridschichten besteht aus einer festen Al-O-N-Lösung, einer kristallinen Al-O-N-Verbindung oder einer Mischung aus beiden. Zusätzlich kann AIN mit dieser gemischt werden.
Die DE 10 2010 052 687 A1 offenbart ein mehrlagiges, oxinitridisches Schichtsystem mit kubischem AIN und AION auf Substraten wie vorzugsweise HSS und Hartmetall. Dabei wird ein Schichtaufbau bestehend aus mehreren Lagen offenbart, wobei eine Oxinitrid-Schicht, vorzugsweise aus den Elementen Cr, AI, O und N mit einer Schichtdicke zwischen 0,3 und 2,5 Mikrometern enthalten ist.
Die US 4 336 305 A1 offenbart eine keramische Wendeschneidplatte, auf deren Oberfläche eine dünne Beschichtung aus mindestens einer Schicht von AI2O3 oder AION mittels CVD-Verfahren angeordnet ist. Aus der WO 2012 126 031 A1 ist eine Kombination einer TiAIN-Schicht mit einer zweiten Schicht bestehend aus AION sowie optional Kohlenstoff bekannt, wobei AI teilweise durch anderes Metall ersetzt sein kann.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist, dass die Härte und Verschleißbeständigkeit der hergestellten AIN-Hartstoffschichten unzureichend sind. AIN-basierten Hartstoffschichten nach dem Stand der Technik zeigen eine Härte von rund 2000 HV. Weiterhin ist nachteilig, dass die Herstellung derartiger AIN- basierten Hartstoffschichten zeit- und kostenaufwendig ist.
Die Aufgabe besteht darin, eine AIN-Hartstoffschicht bereitzustellen, die eine verbesserte Härte und Verschleißbeständigkeit aufweist. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zu Grunde, ein zeit- und kostengünstiges thermischen CVD-Verfahren zur Herstellung von AIN-Hartstoffschichten bereitzustellen.
Die Aufgaben werden mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Patentansprüche im Sinne einer UND-Verknüpfung einschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine AIN-basierte Hartstoffschicht auf Körpern aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik gelöst, die eine mittels CVD- Verfahren ohne Plasmaanregung hergestellte einzelne Schicht oder ein mehrlagiges Schichtsystem ist, wobei mindestens die eine Schicht oder mindestens eine Schicht des mehrlagigen Schichtsystem eine AIN-basierte Hartstoffschicht mit hexagonaler Gitterstruktur ist, die eine in <002> ausgebildete Textur aufweist, die sauerstoffdotiert ist, wobei die Sauerstoffdotierung im Bereich von 0,01 At.-% bis 15 At.-% ohne direkte Gitterbindung in der hexagonalen Struktur vorliegt.
Vorteilhafterweise weist die Textur einen Texturkoeffizienten TC von >2,5 bis 8 auf. Auch vorteilhafterweise ist die Textur säulenartig ausgebildet.
Vorteilhafterweise weist die AIN-basierte hexagonale Hartstoffschicht einen Anteil von Al-Gehalt von > 45 At.-% auf. Weiterhin vorteilhafterweise weist die h-AIN-basierte Hartstoffschicht eine Schichtdicke zwischen 5 und 40 pm auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine h-AIN-basierte Hartstoffschicht nanokristallin ausgebildet, wobei besonders vorteilhaft die Kristallitgröße 5 nm bis 100 nm beträgt.
Zudem kann besonders vorteilhaft die nanokristalline h-AIN-basierte Hartstoffschicht amorphe Anteile aufweisen, wobei ganz besonders vorteilhaft eine Sauerstoffdotierung von 0,01 At.-% bis 25 At.-% vorhanden ist.
Vorteilhafterweise weist mindestens eine h-AIN-basierte Hartstoffschicht eine Härte von 2500 HV [0,01] bis 2800 HV [0,01] auf.
Weiterhin kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die h-AIN-basierte Hartstoffschicht Dotierungen von Zr, Si, Hf, Ta und/oder Ti aufweist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens eine Anbindungs-, Zwischen- und/oder Deckschicht vorhanden, die besonders vorteilhaft aus Nitriden, Karbiden, Karbonitriden, Oxykarbiden, Oxykarbonitride der Elemente der 4.-6. Nebengruppe des PSE oder aus Oxiden des AI oder Zr bestehen. Ganz besonders vorteilhaft ist die Anbindungs-, Zwischen- und/oder Deckschicht TiN, TiCN, TiAIN und/oder Kombinationen davon.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer AIN-basierten Hartstoffschicht auf Körpern aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik bereitgestellt, bei dem mittels eines thermischen CVD-Verfahrens ohne Plasmaanregung in einem CVD-Reaktor eine texturierte, sauerstoffdotierte h-AIN- basierte Hartstoffschicht aus einer Gasphase aus AlC , H2, N2, NH3, CO und/oder CO2 und bei Temperaturen zwischen 850°C und 1050°C und bei Drücken zwischen 0,1 kPa und 30 kPa abgeschieden wird, wobei CO und/oder CO2 über eine separate Gaszuführung getrennt dem CVD-Reaktor zugeführt wird. Vorteilhafterweise wird NH3 getrennt dem CVD-Reaktor zur Herstellung der Gasphase zugeführt, wobei besonders vorteilhaft eine Gasphase mit 0,2 Vol.-% bis 2 Vol.-% CO und/oder CO2 abgeschieden wird.
Ebenfalls vorteilhafterweise wird eine AIN-basierte Hartstoffschicht aus einer Gasphase mit 0,30 Vol.-% bis 2 Vol.-% NH3 abgeschieden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vor der Abscheidung der h- AIN-basierten Hartstoffschicht mindestens eine Anbindungs-, Zwischen- und/oder Deckschicht aus Nitriden, Karbiden, Karbonitriden, Oxykarbiden, Oxykarbonitride der Elemente der 4.-6. Nebengruppe des PSE oder aus Oxiden des AI oder Zr abgeschieden, die ganz besonders vorteilhaft als Anbindungs-, Zwischen- und/oder Deckschicht mit TiN, TiCN, TiAIN und/oder Kombinationen davon abgeschieden wird.
Mit der Erfindung wird eine sauerstoffdotierte, texturierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht bereitgestellt, die zeit- und kostengünstig durch ein thermisches CVD- Verfahren ohne Plasmaanregung hergestellt ist und eine verbesserte Härte und Verschleißbeständigkeit aufweist.
Erfindungsgemäß werden reine AIN-basierte Hartstoffschichten bereitgestellt, die stets eine in <002> Richtung ausgebildete Textur einer hexagonalen Gitterstruktur aufweisen. Zum Erhalt der hexagonalen Gitterstruktur der AIN-Hartstoffschicht wird vorgeschlagen, speziell durch ein CVD-Verfahren ohne Plasmaanregung gezielt und separat CO und/oder CO2 über getrennte Gaszuführungen in die CVD- Beschichtungskammer einzuleiten, um dadurch Sauerstoff in die hexagonale Gitterstruktur zu dotieren und dort gezielt einzubauen. Eine direkte Gitterbindung des Sauerstoffs findet dabei nicht statt. Entgegen dem Stand der Technik weist die h-AIN- basierte Hartstoffschicht somit keine auf Verunreinigungen und Leckagen im CVD- Reaktor herzuführenden Sauerstoffanteile auf, sondern vielmehr eine gezielte und die morphologischen Eigenschaften beeinflussende Sauerstoffdotierung ohne direkte Gitterbindung ausschließlich auf Zwischengitterplätzen.
Im Ergebnis wird eine neuartige hochtexturierte, sauerstoffdotierte h-AIN- Hartstoffschicht bereitgestellt, die eine hohe Härte bis 2800 HV [0,01 ] und eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweist. Überraschenderweise hat der gezielte Einbau eines konkreten Anteils an Sauerstoff bei der Abscheidung der Schicht einen positiven Einfluss auf die Struktur und die Eigenschaften der erfindungsgemäßen h-AIN- basierten Hartstoffschicht.
Erreicht wird dies dadurch, dass die AIN-basierte Hartstoffschicht mit hexagonaler Gitterstruktur bereitgestellt und hergestellt wird, die eine Textur aufweist sowie eine Sauerstoffdotierung im Bereich von 0,01 At.-% bis 15 At.-% enthält und dadurch eine hohe Härte und eine exzellente Verschleißfestigkeit aufweist.
Unter einer Textur soll im Rahmen der Erfindung eine kristallographische Orientierung der Kristallite der sauerstoffdotierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht verstanden werden, die auf dem Substrat durch das erfindungsgemäße CVD-Verfahren ohne Plasmaanregung aufgewachsen sind. Die Textur ist dabei vorteilhafterweise säulenartig ausgebildet, wobei jede Säule eine im Wesentlichen sechseckige und damit wabenähnliche Form aufweist.
Durch die säulenartige Ausbildung der Textur der sauerstoffdotierten, hochtexturierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht werden durch den direkten Kontakt der nebeneinanderstehenden Säulen innerhalb der erfindungsgemäßen AIN-basierten Hartstoffschicht Eigenspannungen erzeugt, die zu einer Verspannung der Hartstoffschicht und damit zu einer wesentlichen Verbesserung der Härte und Verschleißbeständigkeit führen.
Erfindungsgemäß weist mindestens eine Schicht eines sauerstoffdotierten AIN- basierten Schichtsystems eine hexagonale Gitterstruktur mit einer in <002> ausgebildeten Textur auf.
Die erfindungsgemäße Textur der einzelnen Schicht oder Schichten lässt sich durch einen Texturkoeffizienten TC ausdrücken.
Der Texturkoeffizient TC wird dabei gemäß folgender Formel berechnet gemäß JCPDS 0-25-1133: Für die Berechnung werden die folgenden 8 Netzebenen verwendet: <100, <002>, <101 >, < 102 > , <110>, <103>, <200>, <112>.
DerTC der erfindungsgemäß hochtexturierten und sauerstoffdotierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht liegt vorteilhafterweise bei > 2,5 bis 8.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine neue sauerstoffdotierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht auf Körpern aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik bereitgestellt, wobei die h-AIN-basierte Hartstoffschicht eine einzelne Schicht oder ein mehrlagiges Schichtsystem ist.
Bei einem mehrlagigen Schichtsystem kann mindestens eine h-AIN-basierte Hartstoffschicht des Schichtsystems nanokristallin ausgebildet sein. Die nanokristalline Schicht ist besonders feinkörnig ausgebildet und weist eine
Kristallitgröße von 5 nm bis 100 nm auf. Eine derartige nanokristalline AIN-basierte Hartstoffschicht kann zudem amorphe Anteile und vorteilhafterweise eine
Sauerstoffdotierung von 0,01 At.-% bis 25 At.-% aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem zu beschichtenden Körper und erfindungsgemäßer sauerstoffdotierter h-AIN-basierter Hartstoffschicht eine oder mehrere Anbindungsschichten, Zwischen- und/oder Deckschichten vorhanden sind. Durch das Vorabscheiden einer oder mehrerer Anbindungs-, Zwischen- oder
Deckschichten kann insbesondere eine wesentlich bessere Haftung der erfindungsgemäßen sauerstoffdotierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht auf dem Körper aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik realisiert werden.
Durch das Abscheiden einer oder mehrerer Zwischenschichten zwischen der Anbindungs- und Deckschicht wird eine verbesserte Härte des gesamten Schichtsystems und insbesondere der Anbindungsschicht erreicht. Das Aufbringen einer oder mehrerer Deckschichten ermöglicht eine weitere Steigerung der Oxidationsbeständigkeit sowie die verbesserte Anbindung der nachfolgend darauf angeordneten h-AIN-basierten Hartstoffschicht. Zudem wird erreicht, dass die Reibung zwischen der hochtexturierten, sauerstoffdotierten h-AIN- basierten Hartstoffschicht und dem zu bearbeitenden Werkstoff verringert wird, wodurch beispielsweise eine wesentlich verbesserte Standzeit der Verschleißschutzschicht erreicht wird. Vorteilhafterweise bestehen die Anbindungs-, Zwischen- oder Deckschichten aus Nitriden, Karbiden, Karbonitriden, Oxykarbiden, Oxykarbonitride der Elemente der 4. -6. Nebengruppe des PSE oder aus Oxiden des AI oder Zr.
Besonders vorteilhaft können die Anbindungs-, Zwischen- und/oder Deckschichten aus TiN, TiCN, TiAIN und/oder Kombinationen davon sein. Für eine gute Haftung auf dem zu beschichtenden Körper kann beispielsweise die Anbindungsschicht aus TiN bestehen. Zur Verbesserung der Härte kann eine Zwischenschicht beispielsweise aus TiCN vorhanden sein, die auf der Anbindungsschicht abgeschieden wird. Zusätzlich kann zur weiteren Verbesserung der Haftung der erfindungsgemäßen h-AIN-basierten Hartstoffschicht eine zusätzliche Deckschicht aus TiN auf der Zwischenschicht vorgesehen sein.
Mit der erfindungsgemäßen hexagonalen Gitterstruktur der AIN-basierten Hartstoffschicht sowie dem gezielten Einsatz von CO und/oder CO2 als zusätzliche Sauerstoff-Quelle in der CVD-Beschichtungsvorrichtung in Kombination mit der erfindungsgemäßen Textur werden besonders hohe Härtewerte von 2500 HV [0,01] bis 2800 HV [0,01] mit hohen Elementanteilen des AI von > 45 At.-% erreichen. Mit einem möglichst hohen Elementanteil von AI wird die Oxidationsbeständigkeit erhöht und damit insbesondere bei hohen Temperaturen die Verschleißbeständigkeit positiv beeinflusst.
Von Vorteil ist es, wenn die h-AIN-basierte Hartstoffschicht zusätzliche Dotierungen von Zr, Si, Hf, Ta und/oder Ti aufweist. Durch das Einbringen geringer Mengen von Zr, Si, Hf, Ta und/oder Ti werden Fremdatome in die hexagonale Gitterstruktur eingebracht und dadurch die Härte und Verschleißbeständigkeit der h-AIN-basierten Hartstoffschicht verbessert. Die verbesserten Verschleißeigenschaften der erfindungsgemäßen h-AIN-basierten Hartstoffschicht mit Textur und Sauerstoffdotierung werden durch ein thermisches CVD-Verfahren ohne Plasmaanregung erreicht, indem diese Schicht in einem CVD- Reaktor eine Gasphase aus AlC , H2, N2 und NH3 mit gezielter Zugabe von CO und/oder CO2, bei Temperaturen zwischen 850°C und 1050°C und bei Drücken zwischen 0,1 kPa und 30 kPa abgeschieden wird.
Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die für die Beschichtung benötigte reaktive Gasphase erst innerhalb des CVD-Reaktors gemischt und dort direkt auf dem Substrat abgeschieden wird.
Zur Bereitstellung der Gasphase im CVD-Reaktor ist es von Vorteil, wenn NH3 über separate Gaszuführeinrichtungen in die Reaktorkammer geführt wird.
Die getrennte Zuführung der Bestandteile der Gasphase hat den Vorteil, dass die Gasphase im Moment der Abscheidung im Reaktor eine wesentlich höhere Reaktivität aufweist und damit die Gefahr einer vorzeitigen Reaktion in der Gaszuführeinrichtung verringert wird. Zudem lässt sich durch die getrennte Zuführung der Reaktionsgase in den CVD-Reaktor die Zusammensetzung der Gasphase individuell und in einfacher Weise einstellen und insbesondere die Zufuhr von NH3, CO2 und/oder CO steuern.
Ebenfalls als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn eine Gasphase mit 0,2 Vol.-% bis 2,0 Vol.-% CO und/oder CO2 abgeschieden wird. Die gezielte Zugabe von CO und/oder CO2 führt zu einer gezielten Einlagerung von Sauerstoff in die AIN-basierten Hartstoffschicht ohne direkte Gitterbindung in die hexagonale Gitterstruktur. Dies führt insbesondere zu einer verbesserten Oxidationsbeständigkeit der h-AIN-basierten Hartstoffschicht. Vorteilhafterweise kann die Gasphase zusätzlich Dotierungen von Zr, Si, Hf, Ta und/oder Ti aufweisen, die in die hexagonale Gitterstruktur der h-AIN- basierte Hartstoffschicht während der Abscheidung der Hartstoffschicht eingebaut werden.
Überraschenderweise konnte herausgefunden werden, dass eine starke Texturierung mit einem hohen Texturkoeffizient TC von > 2,5 bis 8 dann erreicht wird, wenn die abzuscheidende Gasphase einen Anteil an NH3 von 0,3 Vol.-% bis 2,0 Vol.-% aufweist. In der Zusammenfassung der Erfindung wird eine neuartige hochtexturierte, sauerstoffdotierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht bereitgestellt, die eine hohe Härte bis 2800 HV [0,01] und eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweist. Überraschenderweise hat der gezielte Einbau eines konkreten Anteils an Sauerstoff bei der Abscheidung der Schicht einen positiven Einfluss auf die Struktur und die Eigenschaften der erfindungsgemäßen h-AIN-basierten Hartstoffschicht. Das neue LPCVD-Verfahren erlaubt die Herstellung der Schichten im Temperaturbereich von 850°C - 1050°C.
Nachstehend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Abbildungen näher erläutert. Die Abbildungen zeigen:
Abb. 1 : Röntgend iffraktogramm der mittels CVD hergestellten hochtexturierten, sauerstoffdotierten h-AIN-Schicht gemäß Ausführungsbeispiel 1 ,
Abb. 2: TEM-Aufnahme der hochtexturierten, sauerstoffdotierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht gemäß Ausführungsbeispiel 1 Abb. 3: TEM-EDX Analyse der hochtexturierten, sauerstoffdotierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht gemäß Ausführungsbeispiel 1 Abb. 4: Röntgend iffraktogramm der mittels CVD hergestellten hochtexturierten, sauerstoffdotierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht Ausführungsbeispiel 2 Abb. 5: TEM-Aufnahme der hochtexturierten, sauerstoffdotierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht gemäß Ausführungsbeispiel 2 Abb. 6: TEM-EDX Analyse der hochtexturierten, sauerstoffdotierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht gemäß Ausführungsbeispiel 2 Abb. 7: REM-Querschliff-Aufnahme einer 40pm dicken hochtexturierten, sauerstoffdotierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht gemäß Ausführungsbeispiel 3
Abb. 8: EDX-Analyse der mittels CVD hergestellten hochtexturierten, sauerstoffdotierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht dotiert mit Silizium gemäß Ausführungsbeispiel 4
Abb. 9: EDX-Analyse der mittels CVD hergestellten hochtexturierten, sauerstoffdotierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht dotiert mit Zirkon gemäß Ausführungsbeispiel 5 Abb. 10: Verschleißtest einer hochtexturierten, sauerstoffdotierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht gemäß Ausführungsbeispiel 1 , 4 und 5
Ausführungsbeispiel 1
Auf WC/Co-Hartmetallwendeschneidplatten, die mit einem 5 pm dicken TiN/TiCN/TiN- Schichtsystem als Anbindungs-, Zwischen- und Deckschicht vorbeschichtet sind, wird eine hochtexturierte und sauerstoffdotierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht mittels thermischen CVD-Verfahrens ohne Plasmaanregung als Deckschicht abgeschieden. Der Beschichtungsprozess wird in einem Heißwand-CVD-Reaktor mit einem Innendurchmesser von 75 mm durchgeführt. Die CVD-Beschichtung erfolgt mit einer Gasphase aus 0,46 Vol.-% AICIs, 0,31 Vol.-% NH3, 0,72 Vol.-% C02, 4,80 Vol.-% N2 und 93,71 Vol.-% H2. Die Abscheidungstemperatur beträgt 900°C und der Prozessdruck ist 6 kPa. Nach einer Beschichtungszeit von 90 min wird eine 5,2 pm dicke hochtexturierte und sauerstoffdotierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht erhalten.
Bei der durchgeführten röntgenographischen Schichtanalyse wird eine h-AIN-Phase nachgewiesen, deren Kristallite stark texturiert in <002>-Richtung aufgewachsen sind. Der Texturkoeffizient TC beträgt 7,2. TEM-Untersuchungen kombiniert mit einer Elementanalyse gemäß den Abb. 2 und Abb. 3 ergaben, dass die h-AIN-Phase mit 13 At.-% Sauerstoff dotiert ist. Mittels Vickersindenter wurde eine Mikrohärte von 2690 HV [0,01] gemessen.
Die Elementanalyse im TEM ergab folgende Elementgehalte:
47 At.-% AI,
39,5 At.-% N,
13 At.-% 0, und 0,5 At.-% CI.
Ausführungsbeispiel 2
Auf WC/Co-Hartmetallwendeschneidplatten, die mit einem 5 pm dicken TiN/TiCN/TiN- Schichtsystem als Anbindungs-, Zwischen- und Deckschicht vorbeschichtet sind, wird eine hochtexturierte und sauerstoffdotierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht, die nanokristallin mit amorphen Anteilen vorliegt, mittels thermischen CVD-Verfahrens als Deckschicht abgeschieden. Der Beschichtungsprozess wird in einem Heißwand-CVD- Reaktor mit einem Innendurchmesser von 75 mm durchgeführt. Die CVD- Beschichtung erfolgt mit einer Gasphase aus 0,46 Vol.-% AlC , 0,42 Vol.-% NH3, 0,61 Vol.-% CO2, 4,68 Vol.-% N2 und 93,83 Vol.-% H2. Die Abscheidungstemperatur beträgt 850°C und der Prozessdruck ist 6 kPa. Nach einer Beschichtungszeit von 90 min wird eine 6,0 pm dicke hochtexturierte und sauerstoffdotierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht erhalten, die nanokristallin mit amorphen Anteilen vorliegt.
Bei der durchgeführten röntgenographischen Schichtanalyse wird mittels Röntgendiffraktogramm gemäß Abbildung 4 eine h-AIN-Phase nachgewiesen, deren Kristallite stark texturiert in <002>-Richtung aufgewachsen sind. Der Texturkoeffizient TC beträgt 4,2. TEM-Untersuchungen kombiniert mit einer Elementanalyse gemäß Abb. 5 und Abb. 6 ergaben, dass die h-AIN-Phase mit 24 At.-% Sauerstoff dotiert ist. Mittels Vickersindenter wurde eine Mikrohärte von 2580 HV [0,01] gemessen.
Die Elementanalyse im TEM ergab folgende Elementgehalte:
45 At.-% AI,
30,5 At.-% N,
24 At.-% O, und 0,5 At.-% CI.
Ausführungsbeispiel 3
Auf WC/Co-Hartmetallwendeschneidplatten, die mit einem 1 pm dicken TiN- Anbindungsschicht vorbeschichtet ist, wird eine hochtexturierte, sauerstoffdotierte h- AIN-basierte Hartstoffschicht mittels thermischen CVD-Verfahrens als Deckschicht abgeschieden. Der Beschichtungsprozess wird in einem Heißwand-CVD-Reaktor mit einem Innendurchmesser von 75 mm durchgeführt. Die CVD-Beschichtung erfolgt mit einer Gasphase aus 0,46 Vol.-% AICIs, 0,45 Vol.-% NH3, 0,58 Vol.-% CO2, 4,80 Vol.- % N2 und 93,71 Vol.-% H2. Die Abscheidungstemperatur beträgt 1000°C und der Prozessdruck ist 6 kPa. Nach einer Beschichtungszeit von 150 min wird eine 40,0 pm dicke hochtexturierte und sauerstoffdotierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht erhalten. Bei der durchgeführten röntgenographischen Schichtanalyse wird eine h-AIN-Phase nachgewiesen, deren Kristallite stark texturiert in <002>-Richtung aufgewachsen sind. Der Texturkoeffizient TC beträgt 5,4. Die REM-Untersuchung des Querschliffes gemäß Abb. 7 zeigt eine 40pm dicke hochtexturierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht. Mittels Vickersindenter wurde eine Mikrohärte von 2760 HV [0,01] gemessen.
Ausführunqsbeispiel 4
Auf WC/Co-Hartmetallwendeschneidplatten, die mit einem 5 pm dicken TiN/TiCN/TiN- Schichtsystem als Anbindungs-, Zwischen- und Deckschicht vorbeschichtet sind, wird eine hochtexturierten und sauerstoffdotierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht dotiert mit Silizium mittels thermischen CVD-Verfahrens als Deckschicht abgeschieden. Der Beschichtungsprozess wird in einem Heißwand-CVD-Reaktor mit einem Innendurchmesser von 75 mm durchgeführt. Die CVD-Beschichtung erfolgt mit einer Gasphase aus 0,46 Vol.-% AICIs, 0,06 Vol.-% SiCU, 0,31 Vol.-% NH3, 0,72 Vol.-% C02, 4,80 Vol.-% N2 und 93,65 Vol.-% H2. Die Abscheidungstemperatur beträgt 900°C und der Prozessdruck ist 6 kPa. Nach einer Beschichtungszeit von 90 min wird eine 4,8 pm dicke hochtexturierte und sauerstoffdotierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht dotiert mit Silizium erhalten.
Bei der durchgeführten röntgenographischen Schichtanalyse wird eine h-AIN-Phase nachgewiesen, deren Kristallite stark texturiert in <002>-Richtung aufgewachsen sind. Der Texturkoeffizient TC beträgt 3,7. Gemäß Abbildung 8 zeigt die EDX-Untersuchung des Querschliffes eine Dotierung der hochtexturierten h-AIN-Schicht mit Sauerstoff und Silizium. Mittels Vickersindenter wurde eine Mikrohärte von 2610 HV [0,01] gemessen.
Ausführunqsbeispiel 5
Auf WC/Co-Hartmetallwendeschneidplatten, die mit einem 5 pm dicken TiN/TiCN/TiN- Schichtsystem als Anbindungs-, Zwischen- und Deckschicht vorbeschichtet sind, wird eine hochtexturierte und sauerstoffdotierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht dotiert mit Zirkon mittels thermischen CVD-Verfahrens als Deckschicht abgeschieden. Der Beschichtungsprozess wird in einem Heißwand-CVD-Reaktor mit einem Innendurchmesser von 75 mm durchgeführt. Die CVD-Beschichtung erfolgt mit einer Gasphase aus 0,46 Vol.-% AICIs, 0,04 Vol.-% ZrCU, 0,31 Vol.-% NH3, 0,72 Vol.-% C02, 4,80 Vol.-% N2 und 93,67 Vol.-% H2. Die Abscheidungstemperatur beträgt 1030°C und der Prozessdruck ist 6 kPa. Nach einer Beschichtungszeit von 90 min wird eine 4,5 pm dicke hochtexturierte und sauerstoffdotierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht dotiert mit Zirkon erhalten.
Bei der durchgeführten röntgenographischen Schichtanalyse wird eine h-AIN-Phase nachgewiesen, deren Kristallite stark texturiert in <002>-Richtung aufgewachsen sind. Der Texturkoeffizient TC beträgt 4,1. Gemäß Abbildung 9 zeigt die EDX-Untersuchung des Querschliffes eine Dotierung der hochtexturierten h-AIN-basierten Hartstoffschicht mit Sauerstoff und Zirkon. Mittels Vickersindenter wurde eine Mikrohärte von 2650 HV [0,01] gemessen.

Claims

Patentansprüche
1. AIN-basierte Hartstoffschicht auf Körpern aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik, die eine mittels CVD-Verfahren ohne Plasmaanregung hergestellte einzelne Schicht oder ein mehrlagiges Schichtsystem ist, wobei mindestens die eine Schicht oder mindestens eine Schicht des mehrlagigen Schichtsystems eine AIN-Schicht mit hexagonaler Gitterstruktur ist, die eine in <002> ausgebildete Textur aufweist, die sauerstoffdotiert ist, wobei die Sauerstoffdotierung im Bereich von 0,01 At.-% bis 15 At.-% ohne direkte Gitterbindung in der hexagonalen Gitterstruktur vorliegt.
2. Hartstoffschicht nach Anspruch 1 , bei der die Textur einen Texturkoeffizienten TC von >2,5 bis 8 aufweist.
3. Hartstoffschicht nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Al-Gehalt > 45At.-% beträgt.
4. Hartstoffschicht nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Textur säulenartig ausgebildet ist.
5. Hartstoffschicht nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die h-AIN-basierte Hartstoffschicht eine Schichtdicke zwischen 5 und 40 pm aufweist.
6. Hartstoffschicht nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens eine h-AIN-basierte Hartstoffschicht nanokristallin ausgebildet ist.
7. Hartstoffschicht nach Anspruch 6, bei der die Kristallitgröße 5 nm bis 100 nm beträgt.
8. Hartstoffschicht nach Anspruch 6, bei der die nanokristalline h-AIN-basierte Hartstoffschicht amorphe Anteile aufweist.
9. Hartstoffschicht nach Anspruch 8, bei der eine Sauerstoffdotierung von 0,01 At.- % bis 25 At.-% vorhanden ist.
10. Hartstoffschicht nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die h-AIN-basierte Hartstoffschicht Dotierungen von Zr, Si, Hf, Ta und/oder Ti aufweist.
11 . Hartstoffschicht nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens eine h-AIN-basierte Hartstoffschicht eine Härte von 2500 HV [0,01] bis 2800 HV [0,01] aufweist.
12. Hartstoffschicht nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens eine Anbindungs-, Zwischen- und/oder Deckschicht vorhanden ist.
13. Hartstoffschicht nach Anspruch 12, bei der die Anbindungs-, Zwischen- und/oder Deckschicht aus Nitriden, Karbiden, Karbonitriden, Oxykarbiden, Oxykarbonitride der Elemente der 4. -6. Nebengruppe des PSE oder aus Oxiden des AI oder Zr bestehen.
14. Hartstoffschicht nach Anspruch 12 oder 13, bei der die Anbindungs-, Zwischen- und/oder Deckschicht TiN, TiCN, TiAIN und/oder Kombinationen davon ist.
15. Verfahren zur Herstellung einer AIN-basierten Hartstoffschicht auf Körpern aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik, bei dem mittels eines thermischen CVD-Verfahrens ohne Plasmaanregung in einem CVD-Reaktor eine texturierte, sauerstoffdotierte h-AIN-basierte Hartstoffschicht aus einer Gasphase aus AlC , H2, N2, NH3, CO und/oder CO2 und bei Temperaturen zwischen 850°C und 1050°C und bei Drücken zwischen 0,1 kPa und 30 kPa abgeschieden wird, wobei CO und/oder CO2 über eine separate Gaszuführung getrennt dem CVD- Reaktor zugeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem NH3 über eine separate Gaszuführung getrennt dem CVD-Reaktor zur Herstellung der Gasphase zugeführt wird.
17. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 15 oder 16, bei dem ein Gasphase mit 0,30 Vol.-% bis 2 Vol.-% NH3 eingesetzt wird.
18. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, bei dem vor der Abscheidung der h-AIN-basierten Hartstoffschicht mindestens eine Anbindungs-, Zwischen- und/oder Deckschicht aus Nitriden, Karbiden, Karbonitriden, Oxykarbiden, Oxykarbonitride der Elemente der 4.- 6. Nebengruppe des PSE oder aus Oxiden des AI oder Zr abgeschieden wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem eine Anbindungs-, Zwischen- und/oder Deckschicht mit TiN, TiCN, TiAIN und/oder Kombinationen davon abgeschieden wird.
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JP2023557205A JP2024510283A (ja) 2021-03-18 2022-03-18 金属、超硬合金、サーメットまたはセラミックスから構成される物体上のＡｌＮ基硬質材料層およびその製造方法
CN202280022065.9A CN117062938A (zh) 2021-03-18 2022-03-18 金属、硬质金属、金属陶瓷或陶瓷体上的AlN基硬材料层及其制造方法
KR1020237035553A KR20230157483A (ko) 2021-03-18 2022-03-18 금속, 초경합금, 서멧 또는 세라믹 바디 상의 AlN-기반 경질 재료층 및 그 제조 방법
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4336305A (en) 1978-12-19 1982-06-22 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic throw-away tips and process for producing the same
EP0310043A2 (de) * 1987-10-01 1989-04-05 Gte Laboratories Incorporated Gegen Oxydation und thermischen Zyklus bei hoher Temperatur resistente Beschichtung für Silicium enthaltende Substrate und Verfahren zur Herstellung
JP2001287104A (ja) 2000-04-04 2001-10-16 Toshiba Tungaloy Co Ltd 被覆ｃＢＮ含有焼結体切削工具
DE102010052687A1 (de) 2010-11-26 2012-05-31 GFE Gesellschaft für Fertigungstechnik u. Entwicklung Schmalkalden e.V. Hartstoff-Beschichtung für Maschinenteile und Werkzeuge zum Verschleißschutz und zur Wärmedämmung
DE102012004367A1 (de) * 2011-03-15 2012-09-20 Kennametal Inc. Mit Aluminiumoxynitrid beschichteter Gegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2012126031A1 (de) 2011-03-18 2012-09-27 Boehlerit Gmbh & Co. Kg. Beschichteter körper, verwendung desselben und verfahren zu dessen herstellung
DE112012003571T5 (de) * 2011-08-30 2014-06-12 Kyocera Corp. Schneidwerkzeug
US20140208662A1 (en) * 2013-01-25 2014-07-31 Kennametal, Inc. Green colored refractory coatings for cutting tools
JP2019084671A (ja) * 2017-07-18 2019-06-06 三菱マテリアル株式会社 硬質被覆層が優れた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する表面切削工具

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4336305A (en) 1978-12-19 1982-06-22 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic throw-away tips and process for producing the same
EP0310043A2 (de) * 1987-10-01 1989-04-05 Gte Laboratories Incorporated Gegen Oxydation und thermischen Zyklus bei hoher Temperatur resistente Beschichtung für Silicium enthaltende Substrate und Verfahren zur Herstellung
JP2001287104A (ja) 2000-04-04 2001-10-16 Toshiba Tungaloy Co Ltd 被覆ｃＢＮ含有焼結体切削工具
DE102010052687A1 (de) 2010-11-26 2012-05-31 GFE Gesellschaft für Fertigungstechnik u. Entwicklung Schmalkalden e.V. Hartstoff-Beschichtung für Maschinenteile und Werkzeuge zum Verschleißschutz und zur Wärmedämmung
DE102012004367A1 (de) * 2011-03-15 2012-09-20 Kennametal Inc. Mit Aluminiumoxynitrid beschichteter Gegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2012126031A1 (de) 2011-03-18 2012-09-27 Boehlerit Gmbh & Co. Kg. Beschichteter körper, verwendung desselben und verfahren zu dessen herstellung
DE112012003571T5 (de) * 2011-08-30 2014-06-12 Kyocera Corp. Schneidwerkzeug
US20140208662A1 (en) * 2013-01-25 2014-07-31 Kennametal, Inc. Green colored refractory coatings for cutting tools
JP2019084671A (ja) * 2017-07-18 2019-06-06 三菱マテリアル株式会社 硬質被覆層が優れた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する表面切削工具

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEN D ET AL: "High temperature properties of AlN coatings deposited by chemical vapor deposition for solar central receivers", SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY, ELSEVIER, NL, vol. 377, 3 August 2019 (2019-08-03), XP085813058, ISSN: 0257-8972, [retrieved on 20190803], DOI: 10.1016/J.SURFCOAT.2019.07.083 *
GASPAROTTO PIERO ET AL: "Mapping the Structure of Oxygen-Doped Wurtzite Aluminum Nitride Coatings from Ab Initio Random Structure Search and Experiments", APPLIED MATERIALS & INTERFACES, vol. 13, no. 4, 19 January 2021 (2021-01-19), US, pages 5762 - 5771, XP055937528, ISSN: 1944-8244, Retrieved from the Internet <URL:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.0c19270> DOI: 10.1021/acsami.0c19270 *
IRENE E A ET AL: "SOME PROPERTIES OF CHEMICALLY VAPOR DEPOSITED FILMS OF AlxOyNz ON SILICON", JOURNAL OF ELECTRONIC MATERIALS, 1 June 1975 (1975-06-01), pages 409 - 427, XP055937900, Retrieved from the Internet <URL:https://link.springer.com/article/10.1007/BF02666227> [retrieved on 20220704] *
SIGNORE M A ET AL: "Role of oxygen contaminant on the physical properties of sputtered AlN thin films", JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS, ELSEVIER SEQUOIA, LAUSANNE, CH, vol. 649, 17 July 2015 (2015-07-17), pages 1267 - 1272, XP029266875, ISSN: 0925-8388, DOI: 10.1016/J.JALLCOM.2015.05.289 *
SILVESTRI V J ET AL: "CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF AlxOyNz FILMS", JOURNAL OF ELECTRONIC MATERIALS, 1 June 1975 (1975-06-01), pages 429 - 444, XP055937897, Retrieved from the Internet <URL:https://link.springer.com/article/10.1007/BF02666228> [retrieved on 20220704] *

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