2. Statuskolloquium des BMBF Projektes
PU2000 IMAUF
Industrielle
Prozesse zur reaktiven Abscheidung von
superharten VAlN-Schichten
S. Kolozsvari1, P. Pesch1,
C. Ziebert2, M. Stüber2, S. Ulrich2
1Technologiezentrum für Oberflächentechnik Rheinbreitbach
GmbH
2Institut
für Materialforschung I, Karlsruher Institut für Technologie
Am
TZO wurde in einer Beschichtungsanlage von Typ CC800/8 der Firma CemeCon industrielle Beschichtungsprozesse zur Abscheidung von
ternären V-Al-N-Schichten erarbeitet. Die entwickelten Prozesse für ein metallisches
V-Target mit 20 Aluminumstopfen
erlauben die Abscheidung von 2-3 mm
dicken VAlN-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 350 °C. Durch
Untersuchung des Einflusses des Ar/N2-Verhältnisses und der
Substratvorspannung auf die Härte und die Kristallstruktur gelang es geeignete
Parameter zur Herstellung von superharten VAlN-Schichten
zu erarbeiten. Bei hohen Substratvorspannungen von -200 V konnten Härtewerte
von bis zu 4200 HV0,001 erzielt werden, die sich durch Optimierung des Ar/N2-Verhältnisses
auf 4600 HV0,001 bei Ar/N2 = 3,5 steigern ließen. Diese superharten
Schichten zeigten in den am IMF I aufgenommenen Röntgendiffraktogrammen eine nanoristalline metastabile
Struktur mit einer (111)-Vorzugsorientierung und einer Kristallit-größe
von 4 nm. Es wurde eine deutliche Korrelation zwischen den
Herstellungsparametern und der Kristallstruktur gefunden. Beispielsweise wies
eine bei einer niedrigeren Substratorspannung von
-110 V abgeschiedene VAlN-Schicht statt der
metastabilen Struktur eine Nanokompositstruktur mit
10 nm großen AlN-Kristalliten und 150 nm großen VN-Kristalliten auf.
Die nächsten Schritte bestehen in der Erarbeitung von Prozessen für das
quaternäre
V-C-Al-N-Schichtsystem und der anschließenden Abscheidung auf Modellwerkzeugen
der Thyssen Krupp Steel Europe AG und der Volkswagen AG.