IAK Werkzeugbeschichtungen und Schneidstoffe

Zwischenschichten für CVD-Diamant

Hartmetallwerkzeuge werden heute vor der CVD-Diamantbeschichtung einer Ätzvorbehandlung unterzogen, um den Bindergehalt in der Randzone zu verringern. Cobalt begünstigt im CVD-Prozess die Abscheidung von Graphit, so dass ohne Vorbehandlung eine ungenügende Schichthaftung vorliegen würde. Diese Ätzvorbehandlung weist eine Reihe von Nachteilen auf: Die nasschemische Vorbehandlung ist zum einen sehr zeitaufwändig und damit kostenintensiv. Zum anderen muss für jede Hartmetallsorte eine unterschiedliche Ätzrezeptur entwickelt werden. Unbekannte Hartmetalle oder Hartmetalle mit sehr hohem Cobaltgehalt können daher nicht standardmäßig beschichtet werden. Schließlich kann die Randzonenätzung die Bruchfestigkeit der Werkzeuge deutlich herabsetzen.

Am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST werden Beschichtungstechnologien entwickelt, die eine haftfeste Diamantbeschichtung von Hartmetallen ohne nasschemische Vorbehandlung möglich machen. Hierfür werden unterschiedliche Zwischenschichtsysteme eingesetzt, die die Wachstumszone des Diamant vom Cobaltbinder des Hartmetalls abschirmen und somit eine Cobaltdiffusion an die Oberfläche des Hartmetalls verhindern. Die Zwischenschichten werden, wie auch der Diamant, in einem heißdrahtaktivierten CVD-Prozess abgeschieden.

Ziel der Entwicklung ist es, durch den Einsatz der Zwischenschichten Hartmetalle mit beliebigen Cobaltgehalten und Zusammensetzungen haftfest mit Diamant beschichten zu können. Die aufwändige Entwicklung von substratspezifischen Vorbehandlungsmethoden und deren Anwendung wird durch das Einbringen einer Zwischenschicht überflüssig. Es können verschiedene Arten von Zwischenschichten wie zum Beispiel Siliciumcarbid oder Siliciumnitrid abgeschieden werden, so dass eine Anpassung der Schichtsysteme an unterschiedliche Anforderungsprofile erfolgen kann.

Am Fraunhofer IST beschäftigen sich zurzeit mehrere öffentlich geförderte Projekte mit dem Thema Zwischenschichten für CVD-Diamant auf Hartmetall.

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