DE3011694C2 - Verfahren zur Beschichtung von Verschleißflächen, z.B. Kontaktflächen für die Schwachstromtechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Verschleißflächen, zum Beispiel Kontaktflächen für die Schwachstromtechnik, die aus einem Träger bestehen, der wenigstens auf einer Oberflächenseite mit einem Kontaktwerkstoff durch Aufstäuben (Sputtern) beschichtet wird, wobei Ionen eines Hochfrequenzplasmas Neutralatome und/Ionen mit Energien, die groß gegenüber der Bindungsenergie sind, aus einem Target auslösen.

Derartige Verfahren sind bereits bekannt (DE-OS 65 363).

Bisher werden Schwachstromkontakte in Edelmetall - bevorzugt Gold - ausgeführt. Diese Werkstoffe verbinden weitgehende Beständigkeit gegen die Einwirkung der Atmosphäre mit guter elektrischer Leitfähigkeit. Die oft angewendete kostensparende Verdünnung des Goldes durch Legierung mit Unedelmetallen oder die galvanische Aufbringung in dünner Schicht beeinträchtigen Leitfähigkeit und Anlauffestigkeit des Kontaktwerkstoffes ohne Verschleißfestigkeit und Klebeverhalten entscheidend zu verbessern. Dies gilt sinngemäß auch für die Gruppe der Platinmetalle, bei denen als störend ihre katalytische Wirksamkeit auf organische Dämpfe (Polymerisation zu isolierenden Deckschichten) hinzukommt

Bei einem weiteren, bekannten Verfahren zur Herstellung elektrischer Schaltkontakte (DE-OS 18 02 932) wird ein metallischer Werkstoff oder eine Legierung mittels einer Hochfrequenz-Piasma-Entladung in einem gasdicht abgeschlossenen Gehäuse, in dem zum Beispiel

ίο eine reine Edelgasatmosphäre aufrechterhalten wird, zerstäubt und auf dem Träger eine Kontaktschicht aus dem zerstäubten Material niedergeschlagen.

Als Ionen des Plasmas bieten sich vorzugsweise Edelgasionen deshalb an, weil Sauerstoffarmut im Hochfrequenzplasma anzustreben ist, wenn die zu zerstäubenden Stoffe leicht oxidierbare Anteile enthalten. Als Anregungsspannungen des Plasmas sind ci-iige tausend Volt für eine ansprechende Ausbeute günstig. Das führt zu Austrittsenergien in der Größenordnung von 10 eV.

Diese Energie wiederum ist groß gegen die Bildungswärme intermetallischer Verbindungen, so daß Unterschiede in der Austrittsarbeit nicht zu einer systematischen Verschiebung der Mischungsverhältnisse vom Targetmaterial zur Beschichtung durch den Zerstäubungsprozeß führen. Das Aufstäubeverfahren bietet bekanntlich den Vorteil, daß die zu beschichtenden Flächen keinen erhöhten Temperaturen ausgesetzt zu werden brauchen. Thermisch empfindliche Werkstoffe: gehärtete Stähle, ausgehärtete Legierungen wie Kupfer-Beryllium und ähnliche, die auf Ausscheidungshärtung beruhen, werden damit einem Beschichtungsprozeß zur Oberflächenvergütung zugänglich. Reine Metalle oder Metallegierungen neigen im Kontakteinsatz zum Verkleben.

Es ist auch bereits ein Verfahren zum Aufbringen von dünnen Schichten bekannt, bei dem die zu beschichtenden Rächen in eine verdünnte Gasatmosphäre eingetaucht werden, die einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird (DE-OS 17 65 850).

Bekannt sind auch Verfahren zum Herstellien dünner Schichten durch Verdampfen oder Absublimieren von Oxiden und Reduktion der Oxide (durch metallisches Zinn) auf der zu beschichtenden Oberfläche bei erhöhter Temperatur (DE-AS 27 22 668).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem Verfahren der eingangs genannten Art das Beschichten solcher Verschleiß- und Kontaktflächen, insbesondere für die Schwachstromtechnik, zu ermöglichen, bei dem die hergestellten Kontakte bei geringem spezifischem Widerstand nicht verschweißen. Diese Aufgabe wird erfhdungsgemäß dadurch gelöst, daß das Target aus homogenen Harnstoffen auf Karbid-, Nitrid-, Borid- oder Silizidbasis der B-Metalle der Gruppen III bis VIII des periodischen Systems besteht.

Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise, daß die Hartstoffe — speziell die genannten Karbide — einen spezifischen Widerstand vergleichbar denen von metallischen Kontaktlegierungen, wie zum Beispiel Hartgold, aufweisen und zusätzlich sehr verschleißfest sind. Dies gilt auch für die Verbindungsgruppen der Nitride, Boride, Silizide, denen nur die extrem hohe Leitfähigkeit für den Einsatz bei elektrischen Kontakten fehlt.

Vorteile ergeben sich auch, wenn das Target aus Mischungen aus Metallen mit Metallen und/oder Nichtmetallen, die sich schmelzmetallurgisch nicht herstellen lassen oder als singulare Verbindungen anfallen und als solche abgetrennt werden können, hergestellt ist.
Vorteilhafterweise dienen als Targetkörper z. B.

Preßlinge, Sinterkörper, mit dem Beschichtungsmaterial galvanisch-, CVD-, chemisch- oder walzplattierte Träger aus Mischkarbiden, auf jxhmelzmetallurgischem Wege nicht herstellbare Mischungen von Metallen mit Metallen und/oder Nichtmetallen und singuläre, intermetallische Verbindungen, die z. B. durch Ausscheiden und Abtrennen aus der Schmelze unter chemischen Freisätzen von Schmeizbadresten gewonnen werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß an die Herstellung des Targetkörpers außer ausreichender mechanischer Stabilität keine besonderen Anforderungen gestellt werden müssen.

Es ist zweckmäßig, wenn Abdeckmasken, z. B. ein gelochtes Metallblech, Kunststoffolien oder Lack, nur die zur beschichtenden Flächen freigeben. Es ist auch vorteilhaft, die zu beschichtenden Teile für den Beschichtungsvorgang so zu stapeln, daß nur die zu beschichtenden Flächen dem Strahl aus Ionen und/oder Neutralatomen ausgesetzt sind. Auf diese Weise können auch fertig gestanzte TeEe — einzeln oder im Band noch ungetrennt partiell — beschichtet werden. Der Vorteil liegt darin begründet, daß Beschichtungsmaterial und in der Beschichtungskammer ungenutzte Freifläche dabei eingespart wird.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn nacheinander eine haftungsvermittelnde Schicht und anschließend der verschleißfeste Kontaktwerkstoff aufgebracht werden. Die haftungsvermittelnde Schicht kann z. B. auch galvanisch, durch Walzplattieren, CVD-Beschichten, Plasmaspritzen, chemische Abscheidung u. a. m. etwa vor einer Wärmebehandlung des Grundwerkstoffs aufgebracht werden. Auf diese Weise wird erreich % daß Hartstoffbeschichtungen auch dann mit Frfolg eingesetzt werden können, wenn sie, direkt auf das Gru· ^material aufgebracht, nur geringe Haftung zeigen wurden. Grundsatz-Hch kann nämiich davon ausgegangen werden, daß bei der Beschichtung mit verhältnismäßig energiereichen Ionenstrahlen (Atomstrahlen) diese Partikel und das Trägermaterial wenigstens einige Atomlagen tief eindringen, so daß es zu einer wirksamen Durchmischung der jeweils obersten Schichten kommt. Sofern nur eine weitreichende Diffusion unter Bildung von Ausscheidungen großer Oberflächenenergien durch Einhalten genügend niedriger Temperaturen ausgeschlossen werden kann, ist allein schon durch den Prozeß des Aufstaubens eine wesentliche Voraussetzung guter Haftung gegeben. Mit dem beschriebenen Verfahren können z. B. auch Oberflächen von Werkzeugen und Verschleißteilen u. U. nach einer Wärmebehandlung zur Verschleißminderung beschichtet werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beschichtung von Verschleißflächen, zum Beispiel Kontaktflächen für die Schwachstromtechnik, die aus einem Träger bestehen, der wenigstens auf einer Oberflächenseite mit einem Kontaktwerkstoff durch Aufstäuben (Sputtern) beschichtet wird, wobei Ionen eines Hochfrequenzplasmas Neutralatome und/Ionen mit Energien, die groß gegenüber der Bindungsenergie sind, aus einem Target auslösen, dadurch gekennzeichnet, daß das Target aus homogenen Hartstoffen auf Karbid-, Nitrid-, Borid- oder Silizid-Basis der B-Metalle der Gruppen Hl bis VIII des periodischen Systems bestehL

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Targetkörper mehr oder weniger stark gesinterte Preßlinge aus Rein- oder Mischkarbiden der Obergangsmetalle der Gruppen IVB bis Viii des periodischen Systems dienen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Targetkörper auch schmelzmetallurgisch nicht herstellbare u. a. körnige Mischungen von Metallen mit Metallen und'oder Nichtmetallen sowie singulare, intermetallische Verbindungen dienen, die z. B. durch Ausscheiden und Abtrennen aus einem Schmelzbad oder Erstarren reiner singulärer Phasen hergestellt werden können.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abdeckmasken nur die zu beschichtenden Flächen freigeben.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschichtenden Teile für den Beschichtungsvorgang so gestapelt sind, daß nur die zu beschichtenden Flächen dem Strahl aus Ionen und/oder Neutralatomen ausgesetzt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander eine haftungsvermittelnde Schicht und anschließend der verschleißfeste Werkstoff unter Zwischenschalten etwaiger Wärmebehandlung zur Vergütung von Grundwerkstoff und/oder Zwischenschicht aufgebracht wird.