Technologie

Die SAM Coating GmbH hat sich mit der Anlagentechnik der Marktführer IHI Hauzer Techno Coating B.V. (Sitz: Venlo, Niederlande), Ecoclean GmbH (Sitz: Frankfurt, Deutschland) und Amsonic-Hamo AG/SA (Sitz: Biel, Schweiz) ausgerüstet. In der Beschichtungsanlage sind verschiedene Beschichtungstechniken vereint, so dass Kunden ein sehr breites Spektrum an hochwertigen PVD-/PACVD-Schichtsystemen angeboten werden kann. Im Folgenden finden Sie einen Überblick zu den eingesetzten Beschichtungstechnologien.

Lichtbogen (Arc) Verdampfung

Die Lichtbogenverdampfung ist eine Form der PVD (Physikalische Dampfabscheidung) Technik. Historisch ist die Technik der Lichtbogenverdampfung aus der elektrischen Schweißtechnik entstanden und wurde dann für die Hartstoffbeschichtung eingesetzt.

Bei diesem Verfahren wird das Verdampfungsmaterial, das immer elektrisch leitend sein muß, als feste Platte in beliebiger Anordnung (horizontal, vertikal, kopfüber) in eine Vakuumkammer eingebracht und als Kathode (negatives Potential) verschaltet. Wie beim elektrischen Schweißen wird mit der Anode kurzzeitig ein Kontakt gemacht, wodurch ein Lichtbogen entsteht. Der Fußpunkt des Lichtbogens konzentriert sich auf einen kleinen Brennfleck von einigen µm Durchmesser und bewegt sich auf der Oberfläche des Verdampfungsmaterials (meist magnetisch begrenzt). Aufgrund der hohen Energiedichte verdampft das Material direkt, ohne eine großflächige Schmelze zu bilden.

Es bildet sich somit ein hochkonzentriertes Plasma in Form einer Dampfkeule. Das zu beschichtende Produkt wird dann – in der Regel mehrfach drehend, um eine allseitige Beschichtung zu erzeugen – durch diese Dampfkeule geführt.

Mit dieser Technik können somit metallische Schichten oder – bei Zugabe von Reaktivgasen wie z.B. Stickstoff (N₂), Sauerstoff (O₂) oder Acetylen (C₂H₂), nitridische, oxidische oder kohlenstoffhaltige Schichten wie z.B. TiN, AlTiN, TiSiN, TiCN, CrCN abgeschieden werden.

Die nitridischen Schichten zeichnen sich durch eine sehr hohe Härte aus (~HV 2500-3500 / Diamant 10.000 HV), weshalb sie sich als Verschleißschutzschichten für Werkzeuge oder Komponenten (im Automobilbau) eignen.

Die Lichtbogentechnik zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

• Hohe Beschichtungsraten (1-3 µm/hr)
• Hohe Ionisation (große Plasmadichte) was zu sehr dichten Schichten mit hervorragender Haftung führt
• Da das Ausgangsmaterial gekühlt wird, entsteht wenig Strahlungswärme, d.h. temperatursensitive Materialien wie z.B. Kunststoff können unter 100°C beschichtet werden
• Eine große Reihe von gemischten Verdampfungsmaterialien (z.B. Al-Ti) können verdampft werden, ohne dass sich das Mischungsverhältnis ändert, da sich keine flüssige Schmelze bildet
• Die Verdampfungsquelle kann in jeder Orientierung (horizontal, vertikal, kopfüber) angeordnet werden was große Freiheiten bei dem Maschinenkonzept erlaubt.

Sputter-Prozess (Zerstäubungstechnik)

Die Zerstäubungstechnik ist eine Methode der PVD-Beschichtungstechnik. Bei dieser Methode wird das Beschichtungsmaterial durch das Ionen-Bombardement aus einem inerten Gas – meistens Argon – zerstäubt, d.h. in eine Dampfphase überführt.

Durch Anlegen einer elektrischen Spannung von einigen 100V zwischen dem Beschichtungsmaterial (Kathode) und einer Anode (meist Kammerwand der Vakuumanlage) zündet eine Gasentladung, die Elektronen und positive Argon Ionen enthält. Die Ionen werden so stark von der Kathode beschleunigt, dass sie beim Aufprallen auf das Beschichtungsmaterial einzelne Atome durch mechanischen Impulsübertrag aus der Oberfläche herausschlagen und somit in die Dampfphase überführt werden. Somit kann man Objekte beschichten, die diesem Dampf ausgesetzt werden.

Um die Ionendichte von dem Beschichtungsmaterial und damit die Beschichtungsrate zu erhöhen, werden in der Kathode starke Magnete eingebaut, die die Ionen magnetisch einsperren. In diesem Fall spricht man von „Magnetron sputtern“. Da das Beschichtungsmaterial selbst während des Prozesses im festen Zustand verbleibt, können auch vielfältige Mischungen von unterschiedlichen Metallen (z.B. AlTi, AlTiV….) abgeschieden werden, ohne dass sich das Mischungsverhältnis über die Zeit verändert.

Zusätzlich zu dem inerten Argon Gas können in geringem Umfang reaktive Gase wie z.B. Sauerstoff, Stickstoff, Acetylen oder andere Gase zugeführt werden, und damit oxidische-, nitridische- oder kohlenstoffhaltige Schichten (z.B. SiO₂, TiN, TiCN….) abgeschieden werden. Somit sind mit dieser Technik eine wesentlich höhere Vielfalt von Beschichtungen möglich als mit jeder anderen (z.B. Lichtbogenverdampfung). Diese Schichten zeigen relativ wenige Defekte, sind sehr glatt und eignen sich daher im besonderen Maße für dekorative Beschichtungen (zB. TiN, CrN, ZrN, TiCN……).

Ebenso wegen der Glattheit der Schichten werden sie in tribologischen Anwendungen z.B. im Automobilmarkt, eingesetzt, z.B. CrN, Cr₂N und verschiedene Kombinationen von diamantartigen Schichten (DLC).

PACVD

PACVD oder PECVD ist die Abkürzung für ‚Plasma Assisted (Enhanced) Chemical Vapour Deposition‘, oder Plasma-unterstützte chemischen Dampfabscheidung.

Während bei der PVD Technik das Beschichtungsmaterial in der Regel in fester Form und ggf. durch Wärmezufuhr verflüssigt wird, erfolgt die Zufuhr bei der CVD Technik in der Gasphase. So kann zur Erzeugung von diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC) ein Kohlenwasserstoff wie beispielsweise Acetylen C₂H₂ zugeführt werden, das im Plasma gecrackt und damit zur Beschichtung zur Verfügung gestellt wird.

Derartige Schichten kommen vorwiegend in tribologischen Anwendungen als reibarme- und verschleißfeste Beschichtungen im Automobilbau zum Einsatz.