CVD-Beschichtung
CVD-Beschichtung verleiht Displays Kratzfestigkeit und Bohrern Härte
Die chemische Gasphasenabscheidung, oder CVD = Chemical Vapour Deposition, ist das Herzstück der CVD-Beschichtung. Diese Abscheidung aus der Gasphase von Hartstoffschichten auf typischerweise Hartmetall ist als Beschichtungsverfahren für unter anderem die zerspanende Industrie von hohem Wert. Aber auch überall, wo es um Verschleißfestigkeit durch hohe Oberflächenhärte und ausgezeichnete Haftwerte der Beschichtung ankommt, bildet CVD-Beschichtung einen Mehrwert für Industrien, wie Medizintechnik, Kraftfahrzeugindustrie, Maschinenbau und viele mehr.
Wir versuchen in diesem Artikel, das Verfahren der CVD-Beschichtung – die chemische Gasphasenabscheidung – einfach zu erklären. Zudem werden Eigenschaften verschiedener möglicher Hartstoffe für die CVD-Beschichtung aufgezeigt. Wer das CVD-Verfahren einfach erklärt bekommen möchte, sollte weiterlesen.
CVD-Beschichtung: Anwendung
Für viele am bekanntesten ist die CVD-Beschichtung durch die sogenannte CVD Diamantbeschichtung geworden. Oder die CVD-Beschichtung vom Handydisplay mit Siliziumoxid für die verbesserte Kratzfestigkeit. Mit CVD-Beschichtung findet aber hauptsächlich die Aufwertung von Werkstück und Bauteils statt: Zerspanungswerkzeug, wie Fräser, werden durch CVD-Beschichtung, je nach aufgebrachten Hartstoff, verschleißarm (kratzfest, abrasionsresistent usw.). Über 80 Prozent aller Schneidwerkzeuge sind Hartstoff-beschichtet.
CVD-Beschichtung mit Siliziumdioxid bietet auch kratzfeste Displays für Smartphones.
Die CVD-beschichtete Oberfläche bietet:
- hohe Mikrohärte,
- hohe Zähigkeit,
- Oxidationsstabilität,
- chemische Reaktionsträgheit,
- exzellente Haftfestigkeit,
- geringe thermische Leitfähigkeit
Hiervon profitieren unter anderem Werkzeugfertigung, Medizintechnik, Kraftfahrzeugindustrie, Maschinenbau und viele mehr. Die erste erfolgreiche CVD-Beschichtung mit Hartmetall war eine Titankarbid-Beschichtung (TiC). Wenig später folgte Titannitrid (TiN). Über CVD zur Diamantherstellung können Sie im Tagesspiegel lesen.
CVD-Beschichtung – Erklärung
Es gibt allerlei Varianten der CVD-Beschichtung, die sich in Arbeitsdruck und weiteren Parametern unterscheiden. Immer wird aber aus zwei gasförmigen Komponenten ein Hartstoff auf das Substrat chemisch abgeschieden. Zur CVD-Beschichtung kommen die folgenden zwei Verfahren am häufigsten zum Einsatz.
Thermische CVD-Beschichtung:
CVD-Beschichtung für Zerspanungswerkzeug gehört zu den häufigen Einsätzen der chemischen Gasphasenabscheidung.
CVD-Beschichtung für Gewindeschneider gehört zu den häufigen Einsätzen der chemischen Gasphasenabscheidung.Die CVD-Beschichtung ist eine sogenannte Gasphasenreaktion bei Temperaturen um 1000 °C.
Zwei vorgeheizte Reaktionsgase (z. B. Metallchlorid und Stickstoff oder Methan) werden gleichzeitig in eine Reaktionskammer mit dem beheizten Substrat gegeben. Wasserstoff wird als unterstützendes Gas beigegeben. Durch das beheizte Substrat werden die beiden Gase chemisch aktiviert. Sie reagieren sodann miteinander, wodurch das Hartstoff-Material abgeschieden und mit der Substratoberfläche chemisch gebunden wird. Aufgrund hoher Reaktionstemperatur ist die Adhäsion unvergleichlich.
Beispiele Hartstoffe: Titancarbid-Titannitrid TiC/TiN
PACVD-Beschichtung Plasmabeschichtung:
Die PA-CVD-Beschichtung (Plasma-assisted Vapour Deposition/ Plasma-gestützte CVD) funktioniert ähnlich wie das CVD-Verfahren. Unter Einbeziehung eines Plasmas ist es möglich, dass die chemische Reaktion bereits ab 500 °C abläuft. Die Plasma-unterstützte CVD-Beschichtung ist somit für hitzeempfindlichere Substrate geeignet. Hitzeempfindliche Substrate halten durch Plasmabeschichtung ihre Grundhärte bei. Durch PACVD ist insbesondere die Kondensierung von Kohlenstoff-Ionen, Molekülradikalen und Atomen auf dem Substrat möglich. Es bildet sich eine diamantähnliche Kohlenstoffverbindung.
Beispiele Plasma-CVD-Hartstoff: DLC (Diamond-like Carbon)
Gegenüberstellung der Eigenschaften CVD-Beschichtung und PVD-Beschichtung
Sowohl durch PCD- als auch CVD-Beschichtung wird eine verschleißarme Hartstoffschicht gebildet. In der Gegenüberstellung beider Verfahren werden Vorteile und Nachteile der CVD-Beschichtung deutlich. Zur Entscheidungsinspiration für eine Technologie beide Verfahren im Überblick:
| Thermische chemische Abscheidung | Physikalische Abscheidung |
|---|---|
| Hinterschneidungen beschichtbar | Hinterschneidungen eingeschränkt beschichtbar |
| Beschichtungstemperatur 1000 °C | Beschichtungstemperatur zwischen 200 °C und 500 °C |
| Nachhärtung von Stahl erforderlich | Keine Nachhärtung von Stahl nötig |
| Geringfügige Maßänderung des Werkstoffs | Keinerlei Maßänderung des Werkstoffs |
| Beste Haftfestigkeitswerte | Gute Haftfestigkeitswerte |
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