Die Diamantbeschichtung ist ein hochentwickeltes Verfahren, bei dem Diamantschichten auf verschiedene Substrate aufgebracht werden. Diese Technik wird eingesetzt, um die Leistung und Haltbarkeit von Werkzeugen und Materialien zu verbessern. Im Folgenden erfahren Sie, wie die Diamantbeschichtung im Detail funktioniert.
Wie wird die Diamantbeschichtung durchgeführt? Die 5 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)
Die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) ist eine der wichtigsten Methoden zur Diamantbeschichtung. Bei diesem Verfahren wird ein Ausgangsmaterial, in der Regel amorpher Diamant, aufgedampft, der dann auf dem Werkzeug oder Substrat kondensiert. Der Prozess dauert in der Regel einige Stunden und führt zu einer einlagigen Beschichtung. Die Dicke der Beschichtung kann variieren, ist aber in der Regel dünn, um die Leistung des Werkzeugs zu optimieren, ohne dass es zu einer wesentlichen Vergrößerung kommt.
2. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist eine weitere fortschrittliche Methode zur Diamantbeschichtung. Bei dieser Technik wird der Diamant bei subatmosphärischem Druck und Temperaturen unter 1000°C abgeschieden. Diese Methode ermöglicht das Wachstum von Diamantschichten auf einer Vielzahl von Substraten und überwindet die Einschränkungen anderer Methoden wie Hochdruck-Hochtemperatur (HPHT) und Detonations-Nanodiamant (DND). Energetische kohlenstoffhaltige Spezies werden unter Bedingungen erzeugt, die eine hohe Mobilität auf der Substratoberfläche unterstützen, was durch die Anwesenheit von atomarem Wasserstoff erleichtert wird.
3. Vorbereitung des Substrats
Vor der Abscheidung muss die Substratoberfläche behandelt werden, um die Keimbildungsdichte zu erhöhen. Zur Vorbereitung der Oberfläche werden Techniken wie Ionenbeschuss, Kratzen mit Diamantpulver und Ultraschallbehandlung mit einer Diamantlösung eingesetzt. Dieser Schritt ist von entscheidender Bedeutung, da er die Rauheit der Schicht und die Bildung von Nadellöchern beeinflusst.
4. Mechanismus des Wachstums
Das Wachstum von Diamantschichten beginnt mit der Keimbildung von Kohlenwasserstoffspezies wie CH3-Radikalen auf der Substratoberfläche, die ein sp3-Tetraedergitter bilden. Nicht-Diamantformen werden durch atomaren Wasserstoff weggeätzt. Zunächst wachsen die Diamantkerne als isolierte Inseln, die später zu kontinuierlichen Schichten zusammenwachsen. Dieser Prozess wird durch Parameter wie die Substrattemperatur, den Vakuumdruck und das Verhältnis von CH4/H2 in der Gasphase beeinflusst.
5. Kontrolle der Filmqualität
Die Qualität des Diamantfilms lässt sich durch die Einstellung verschiedener Abscheidungsparameter wie Substrattemperatur, Druck, Substratzusammensetzung und Gaszusammensetzung steuern. Diese Anpassungen beeinflussen die Wachstumsrate, die Korngröße und die Renukleationsrate und wirken sich auf die Oberflächenrauheit und die Gesamtqualität der Schicht aus.
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