DD215922A1 - METHOD FOR THE ION-ASSISTED HARD-PLATED COATING OF SUBSTRATE BODIES - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ionengestuetzten Hartstoffbeschichtung von Substratkoerpern. Dieses Verfahren kann ueberall dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo es, entgegen der einfachen flaechenhaften Hartstoffbeschichtung, darauf ankommt, Substratkoerper allseitig bzw. auf der Mantelflaeche zu beschichten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bewegungsrichtung der Ionen in bezug auf die zu beschichtetenden Substratoberflaechen so zu beeinflussen, dass eine gleichmaessige Beschichtung der Mantelflaeche von Substratkoerpern moeglich ist. Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren geloest, bei dem in Substratnaehe selbstaendig wirkende elektrostatische Felder aufgebaut werden, derart, dass die elektrische Feldstaerke gezielt, gleichmaessig oder spezifisch auf die zu beschichtende Oberflaeche der Substratkoerper wirkt.The invention relates to a method for ion-supported hard coating of Substratkoerpern. This method can be advantageously used wherever it is important, contrary to the simple surface-type hard material coating, to coat substrate bodies on all sides or on the lateral surface. The invention is based on the object of influencing the direction of movement of the ions with respect to the substrate surfaces to be coated in such a way that a uniform coating of the lateral surface of substrate bodies is possible. The object of the invention is achieved by a method in which substrate-independent electrostatic fields are built up in the substrate, such that the electric field strength acts specifically, uniformly or specifically on the surface to be coated of the substrate body.

Description

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Verfahren, zur ionengestützten Hartstoffbescliichtung von SubstratkörpernMethod for ion-assisted hard coating of substrate bodies

Anwendungsgebiet der Erfindung ,Field of application of the invention,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ionengestützten Hartstoffbeschichtung von Substratkörpern· Dieses Verfahren kann überall dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo es, entgegen der einfachen flächenhaften Hartstoffbeschichtung, darauf ankommt, Substratkörper· allseitig bzw. auf der Mantelfläche zu beschichten·The invention relates to a method for the ion-supported hard coating of substrate bodies. This method can be used advantageously wherever, in contrast to the simple planar hard coating, it is important to coat the substrate body on all sides or on the lateral surface.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Die ionengestützte Verfahrenstechnik zur Hartstoffbeöchichtung von Substraten hat sich sehr schnell entwickelt· Die Verfahren sind dabei sehr verschiedenartig· Im DD-WP 133 688 wird in einem Vakuumraum eine kohlenstoffhaltige Atmosphäre erzeugt· Das Substrat wird mit einem Edelgasionenstrahl geätzt und anschließend werden die im Ionenstrahl gebildeten Kohlenstoffionen auf das elektrisch negativ vorgespannte Substrat beschleunigt, so daß sich eine diaraanthaitige Schicht auf dem Substrat abscheidet« Dieses Verfahren hat den großen Nachteil, daß die maximale Substratfläche an den maximalen Ionenstrahldurchmesser gebunden ist· Dieser liegt z. Z· im allgemeinen noch unter 100 mm· Das bedeutet für die industrielle Nutzung eineThe ion-assisted process technology for hard material dressing of substrates has developed very rapidly. The processes are very diverse. In DD-WP 133 688, a carbon-containing atmosphere is generated in a vacuum space. The substrate is etched with a noble gas ion beam and then the carbon ions formed in the ion beam become accelerated to the electrically negatively biased substrate, so that a diaraanthaitige layer on the substrate separates «This method has the major disadvantage that the maximum substrate surface is bound to the maximum ion beam diameter · This is z. Z · generally still less than 100 mm · This means one for industrial use

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starke Einschränkung der Einsetzbarkeit. Eine andere Lösung schlagen die DD-WP 146 307 und DD-WP 146 623 vor. Hier werden in einer Ionisationskammer, bestehe«! aus einer koaxialen Glühkatode und axial angeordneten Absaug- und Reflektorelektroden, Ionen erzeugt, die radial auf die negativ vorgespannten Substrate beschleunigt werden· Mit diesem Verfahren und geeigneter Einrichtung ist es erstmalig möglich, großflächige Beschichtungen durchzuführen. Mit diesen Verfahren und Einrichtungen werden sehr vorteilhaft bereits industriell Hartstoffbeschichtungen < durchgeführt. Als Beispiele können angeführt werden Hart-, metallplättchen'mit Kohlenstoffbeschichten oder auch Plastlinsen mit hartem transparenten Kohlenstoff zu beschichten. Damit können sowohl extreme Härten als auch gute Kor-strong restriction of applicability. Another solution proposed DD-WP 146 307 and DD-WP 146 623. Here are in an ionization chamber, exist «! generated from a coaxial hot cathode and axially arranged suction and reflector electrodes, ions which are accelerated radially on the negatively biased substrates · With this method and suitable means it is possible for the first time to perform large-scale coatings. These methods and devices are already being carried out very advantageous industrially hard coatings. " As examples, it is possible to coat hard metal pellets with carbon coatings or also plastic lenses with hard transparent carbon. This allows extreme hardness as well as good corrosion resistance.

rosionsbeständigkeit erzielt werden. >Resistance to corrosion can be achieved. >

Nachteilig ist bei den genannten Lösungen und allen anderen tangierenden Losungen, daß eine gute und wirksame Beschichtung nur auf flächigen Substraten aufgetragen werden kann. Substratkörper, z. B. Spiralbohrer, die auf der gesamten Mantelfläche beschichtet werden müssen, können damit nicht wirksam beschichtet werden. Spezielle Bewegungseinrichtungen sind meist sehr aufwendig.A disadvantage of the solutions mentioned and all other tangent solutions that a good and effective coating can be applied only to flat substrates. Substrate body, z. As twist drills that need to be coated on the entire surface, so it can not be effectively coated. Special movement devices are usually very expensive.

Ziel der ErfindungObject of the invention

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Das Ziel der Erfindung besteht darin, die ionengestützte Beschichtung mit Hartstoffen auch für Substratkörper einzusetzen.The aim of the invention is to use the ion-supported coating with hard materials also for substrate body.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bewegungsrichtung der Ionen in bezug auf die zu .beschichtenden Substratoberflächen so zu beeinflussen, daß eine gleichmäßige Beschichtung der Mantelfläche von Substratkörpern möglich ist.The object of the invention is to influence the direction of movement of the ions with respect to the substrate surfaces to be coated so that a uniform coating of the lateral surface of substrate bodies is possible.

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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem die ionengestützte Hartstoffbeschichtung von Substratkörpern durch Erzeugung von Ionen und Absaugung derselben in Richtung eines auf negativem Potential liegenden Substrates bzw. Substrathalters erfolgt, wobei in Substratnähe selbständig wirkende elektrostatische Felder aufgebaut werden, derart, daß die elektrische Feldstärke gezielt gleichmäßig oder spezifisch auf die zu beschichtende Oberfläche der Substratkörper wirkt« In der Regel ist davon auszugehen, daß die Feldlinien rechtwinklig zur Substratoberfläche einwirken· An Kanten, Spitzen und z. B. Schneiden kann es auch vorteilhaft sein, den Auftreffwinkel zu verändern, damit keine Brenneffe'kte auftreten. Anwendungs te chni sch kann es auch erforderlich sein, die Schichtdicken unterschiedlich zu gestalt ten. In diesem Fall kann die Beschichtungsrate durch örtlich unterschiedlich wirkende Feldstärken beeinflußt werden.The object of the invention is achieved by a method in which the ion-supported hard coating of substrate bodies by generating ions and suction of the same in the direction of lying at a negative potential substrate or substrate holder, wherein independently of the substrate independently acting electrostatic fields are constructed such that the electric field strength acts uniformly or specifically on the surface of the substrate body to be coated. "As a rule, it can be assumed that the field lines act at right angles to the substrate surface. B. cutting, it may also be advantageous to change the angle of incidence so that no Brenneffe'kte occur. It may also be necessary, depending on the application, to design the layer thicknesses differently. In this case, the coating rate can be influenced by spatially different field strengths.

Je nach Substratmaterial und Einsatzzweck der Hartstoffschicht ist es auch vorteilhaft, die elektrische Feldstärke, die verfahrensgemäß selbständig wirkt, während des Beschichtungsprozesses zu variieren· Zum Beispiel kann es zum Abbau von Spannungen in der Schicht vorteilhaft sein, , mit einem langsamen und weicheren Schichtaufbau zu beginnen und erst im Verfahrensablauf zur härteren Schicht überzugehen.Depending on the substrate material and intended use of the hard material layer, it is also advantageous to vary the electric field strength, which acts independently according to the method, during the coating process. For example, it can be advantageous for reducing stresses in the layer to start with a slower and softer layer structure and only to go to the harder layer in the process.

Wenn spezifisch bedingt die erfindungsgemäßen selbständig wirkenden elektrostatischen Felder so stark gehalten werden müssen, daß durch sie zusätzliche Ionen erzeugt werden, ist es möglich und teils erforderlich, die Ionenerzeugung im zentralen Ionisierungssystem zu verringern.If, due to specific conditions, the self-acting electrostatic fields according to the invention have to be kept so strong that additional ions are generated by them, it is possible and partly necessary to reduce ion generation in the central ionization system.

Bei der Beschichtung von Plastmaterialien, die zur statischen Aufladung neigen, ist es vorteilhaft, das elektrostatische Feld mit einem elektrischen Wechselfeld zu überlagern. .In the coating of plastic materials that tend to static charge, it is advantageous to superimpose the electrostatic field with an alternating electric field. ,

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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die verschiedensten Substratkörper sehr vorteilhaft mit Hartstoffen beschichtet werden können. Praktisch wurden z. B· Hartmetallbohrer mit einer harten Kohlenstoffschicht beschichtet. Da es bei einem Bohrer besonders darauf ankommt, daß er auch nach einem neuen Anschleifen noch die Vorteile der Beschichtung aufweist, muß die gesamte Mantelfläche der Drallnut des Bohrers ausreichend beschichtet sein· Mit bekannten Verfahren könnte nur die Stirnfläche der Schneiden ordnungsgemäß beschichtet werden. Die verfahrensgemäß beschichteten Bohrer weisen demgegenüber eine bedeutend bessere Beschichtung auch in der Hut auf.The particular advantage of the method according to the invention is that the most diverse substrate body can be very advantageously coated with hard materials. Practically z. B · Carbide drills coated with a hard carbon coating. Since it is particularly important for a drill that it still has the advantages of the coating after a new grinding, the entire surface of the twist groove of the drill must be sufficiently coated · With known methods, only the end face of the cutting could be properly coated. In contrast, the drills coated according to the method have a significantly better coating even in the hat.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeisplel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below on a Ausführungsbeisplel.

In bekannter Weise werden in koaxialer Anordnung mit bekannten Mitteln zentrisch Elektronen emittiert, die von einer transparenten Absaugelektrode eine radiale Vorzugsrichtung erhalten und über Reflektorelektroden mit möglichst vielen Gasatomen oder -molekülen des Arbeitsgases kollidieren und Ionen erzeugen« Im Beispiel wird als Gas Benzen verwendet, aus dem Kohlenstoffionen erzeugt werden« Die positiven Kohlenstoffionen (neben hier nicht näher besehriebenen Sdelgasionen, mit denen das Substrat in bekannter Weise vorher geätzt wird) werden in Richtung auf die negativ vorgespannte Substratfläche beschleunigt· Bis zu diesem Verfahrensschritt handelt es sich um den bekannten Stand der Technik. Er&t wenn sich die Ionen dem negativen Substrat nähern, gelangen sie in den erfindungsgemäßen Wirkungsbereich von kleinen selektiv wirkenden selbständigen elektrostatischen Feldern. Diese sind substratspezifisch ausgebildet, wobei die Feldlinien im" we-In known manner, electrons are emitted in a coaxial arrangement by known means, which receive a radial preferred direction from a transparent suction electrode and collide with reflector electrodes with as many gas atoms or molecules of the working gas as possible and generate ions. In the example, benzene is used as the gas The positive carbon ions (in addition to unspecified Sdelgasionen here, with which the substrate is previously etched in a known manner) are accelerated towards the negatively biased substrate surface up to this step, it is the well-known prior art. When the ions approach the negative substrate, they enter the range of action of small selectively acting independent electrostatic fields. These are substrate-specific, whereby the field lines in the "we-

sentlichen rechtwinklig auf die Körperoberfläche, im allgemeinen die Mantelfläche, wirken. Sobald die in der Entladung gebildeten Ionen von diesen elektrostatischen Feldern beeinflußt werden, ändert sich deren Richtung auf die vorbestimmte Substratoberfläche hin. Im Beispiel der Hartmetallbohrer wird der im wesentlichen radiale Ionenstrom, der durch die transparente Absaugelektrode tritt, vor Erreichen der radial angeordneten Substrathalterung glockenförmig über die jeweiligen Bohrer aufgespalten.sentlichen perpendicular to the body surface, in general, the lateral surface, act. Once the ions formed in the discharge are affected by these electrostatic fields, their direction changes towards the predetermined substrate surface. In the example of the carbide drills, the essentially radial ion current which passes through the transparent suction electrode is split into bell-shaped form over the respective drills before reaching the radially arranged substrate holder.

Die derartig erfindungsgemäß abgeschiedenen Kohlenstoffschichten besitzen eine im wesentlichen über den gesamten Spiralbohrer gleichmäßige Schichtdicke.The carbon layers deposited in accordance with the invention have a uniform layer thickness essentially over the entire twist drill.

Claims (5)

6 .«τ ι? a t; x ·,:-.»* Erfindungsanspruch6 "τ ι? a t; x ·,: -. »* Claim for invention 1. Verfahren zur ionengestützten Hartstoffbeschichtung von Substratkörpern durch Erzeugung von Ionen und Absaugung derselben in Richtung eines auf negativem Potential liegenden Substrates bzw· Substrathalters, dadurch gekennzeichnet, daß in Substratnähe selbständig wirkende elektrostatische Felder aufgebaut werden₉ derart, daß die elektrische Feldstärke gezielt gleichmäßig oder spezifisch auf die zu beschichtende Oberfläche der Substratkörper wirkt.1. A method for ion-assisted hard coating of substrate bodies by generating ions and suction thereof in the direction of lying at a negative potential substrate or substrate holder, characterized in that self-acting electrostatic fields are built near the substrate ₉ such that the electric field strength deliberately uniform or specific acts on the surface to be coated of the substrate body. 2· Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektrostatischen Feld ein elektrisches Wechselfeld überlagert wird·2. Method according to item 1, characterized in that an alternating electric field is superimposed on the electrostatic field. 3· Verfahren nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Feldstärke entsprechend der spezifischen Oberfläche der Substratkörper derart verstärkt bzw· abgeschwächt wird, daß eine gleichmäßige Beschichtung des Substratkörpers erfolgt·3 Method according to item 1 or 2, characterized in that the electric field strength is amplified or attenuated in accordance with the specific surface of the substrate body in such a way that a uniform coating of the substrate body takes place. 4· Verfahren nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Feldstärke während des Beschichtungsprozesses variiert wird·4 · Method according to item 1 or 2, characterized in that the electric field strength is varied during the coating process · 5· Verfahren nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung von Ionen im zentralen Ionisierungs-.' system um das Maß reduziert wird, wie durch hohe FeIdstärken der selbständig wirkenden Felder zusätzlich Ionen erzeugt werden·5 Method according to item 1 or 2, characterized in that the generation of ions in the central ionization. ' system is reduced to the extent that additional ions are generated by high fiord strengths of the independently acting fields.