Diamantähnliche Kohlenstoffschichten: Herstellung, Eigenschaften und Anwendungen

Abstract Das wissenschaftliche und technische Interesse an verschleiß‐ und reibungsmindernden amorphen Kohlenstoffschichten zur Oberflächenveredlung von Werkzeugen und Verschleißteilen ist in den letzten Jahren ständig gewachsen. Dieses Material wird in der Fachliteratur als „DLC (diamond‐like carbon)”, „a‐C:H” oder „i‐Kohlenstoff” bezeichnet. In der vorliegenden Arbeit wurden DLC‐Schichten in einer unselbständigen Kohlenwasserstoff‐Gleichstromentladung, die mittels einer Glühkatoden‐Anodengitter‐Anordnung bei Drücken von 0,005 bis 0,05 Pa erzeugt werden kann, auf negativ vorgespannten, gekühlten Umformwerkzeugen (Hartmetall‐Rohrzugdorne, ‐Drahtziehsteine, ‐Tiefziehstempel und ‐Abstreckringe) und weiteren Maschinen‐ und Geräteteilen für Praxisuntersuchungen sowie auf ebenen, polierten Hartmetall‐ und Stahlproben für Schichteigenschaftsbestimmungen abgeschieden. Neben der Beschreibung des Schichtsyntheseverfahrens wird eine Übersicht über die damit erzielbaren Schichteigenschaften wie Härte, Reibungskoeffizienten, kritische Lasten u. a. gegeben. Die Schichteigenschaften sind überaus sensibel von den äußeren Prozeßparametern abhängig und somit über diese einstellbar. Auf dieser Basis wurde in der Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung e.V. Schmalkalden (GFE e.V.) für den gesamten DLC‐Prozeß (Pumpregime — Ionenätzen — Gaswechsel — Beschichten — Chargenwechsel) eine automatische Steuerung entwikkelt und in einer technischen Versuchsanlage mit einem Plasmareaktorvolumen von 65 Litern und einer homogen beschichtbaren, ebenen Fläche von 1600 cm 2 eingesetzt und erfolgreich erprobt. Die für eine nochmalige Skalierung der Verfahrenstechnik notwendige Plasmadiagnostik erfolgt durch Langmuir‐Sondenmessungen. Erste dabei erzielte Ergebnisse werden vorgestellt. Die Kenntnis der Plasmaeigenschaften ist des weiteren Voraussetzung für eine gezielte räumliche Anpassung des Plasmas an die zu beschichtende Werkstückgeometrie.