1. Zwischenkolloquium des BMBF Projektes PU2000 IMAUF
Industrielle
Prozesse zu Abscheidung binärer Nitrid- und
Karbid-Schichten im System V-C-Al-N
S. Kolozsvari1, P. Pesch1, C. Ziebert2
1Technologiezentrum
für Oberflächentechnik Rheinbreitbach GmbH
2Institut
für Materialforschung I, Forschungszentrum Karlsruhe
Am TZO wurde in einer
Beschichtungsanlage von Typ CC800/8 der Firma CemeCon mit rotatorischer
Substrathalterung zur Aufskalierung der am IMF I entwickelten
V-C-Al-N-Schichten industrielle Beschichtungsprozesse zur reaktiven Abscheidung
der binären Nitrid- und Karbid-Schichten im System V-C-Al-N erarbeitet. Die
entwickelten DC-und HF-Prozesse für metallische Targets erlauben die
Abscheidung von 2-3 mm dicken VN-, und AlN-Schichten auf runden Stahlproben (Werkstoffnummer:
1.2379) und auf (100) orientierten Si-Referenzproben in Ar/N2-Atmosphäre
bei einer Leistung von 3 kW und einer Substrattemperatur von 400 °C. Auf die Herstellung von AlC wurde verzichtet, weil es stark
hygroskopisch wirkt und an Luft Methan entwickelt, was zur Zerstörung der
Schicht führen würde. Die hergestellten Probenserien wurden am TZO mit
Mikrohärtemessung; Ball-on-Disk-Tribometer-Messung zur Reibwertbestimmung;
Profilometer-Messung sowie Kalottenschliff zur Schichtdickenbestimmung und
Scratchtest zur Bestimmung der kritischen Last des Versagens untersucht. Am IMF
I wurden ausgewählte VN- und AlN-Schichten genauer hinsichtlich
der Zusammensetzung mit Hilfe der Mikrosonde und der Kristallstruktur mittels
Röntgenpulverdiffraktometrie untersucht. Die untersuchte VN-Schicht war
annähernd stöchiometrisch und zeigte eine nanokristalline Struktur mit einer
Kristallitgröße von 6 nm.
Die mit unterschiedlichem N2:Ar-Gasfluss
hergestellten AlN-Schichten waren nicht stöchiometrisch und bestanden zumeist
aus einem Gemisch von metallischem Al und wurzitischem AlN. Da diese Schichten
empfindlich auf den Gasfluss reagierten, wurde auf eine weitere Optimierung der
Schichten verzichtet und stattdessen mit der Erarbeitung von Prozessen zur
reaktiven Abscheidung von VC-Schichten in Ar/CH4-Atmosphäre
begonnen. Es konnte erfolgreich Schichten bei unterschiedlichen Biasspannungen
und Gasflüssen hergestellt werden. Der Reibwert zeigte keinen deutlichen
Einfluss der Biasspannung mit Werten von 0,3-0,4. Bemerkenswert war jedoch die
Abhängigkeit des Reibwertes vom Gasfluss. Durch Erhöhung des Gasflusses von 20
mln auf 60 mln ließ sich der Reibwert der VC-Schichten von 0,7 bis auf 0,25
variieren. Einen Ansatzpunkt zur Vereinfachung des Beschichtungsprozesses für
VC-Schichten stellen spezielle
V-Targets, die mit Kohlenstoffstopfen im Bereich des Erosionsgrabens versehen
wurden, dar. Die nächsten Schritte bestehen in der Erarbeitung dieser Prozesse
sowie nachfolgend der ternären und der quaternären Schichten im System
V-C-Al-N.