Diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen (DLC) sind eine Klasse von Materialien, die für ihre einzigartige Kombination von Eigenschaften bekannt sind, darunter hohe Härte, geringe Reibung sowie hervorragende Verschleißfestigkeit und chemische Beständigkeit.Diese Beschichtungen bestehen in erster Linie aus Kohlenstoff, aber ihre spezifische chemische Zusammensetzung kann je nach Abscheidungsmethode und der Anwesenheit von Wasserstoff variieren.Der Schlüssel zum Verständnis von DLC-Beschichtungen liegt in ihrer Bindungsstruktur, die eine Mischung aus sp3- (diamantähnlichen) und sp2- (graphitähnlichen) Kohlenstoffbindungen enthält.Der Anteil dieser Bindungen sowie das Vorhandensein von Wasserstoff beeinflussen die mechanischen und tribologischen Eigenschaften der Beschichtung erheblich.
Die wichtigsten Punkte werden erklärt:
-
Primäre Zusammensetzung:Kohlenstoff
- DLC-Beschichtungen bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoffatomen.Die Kohlenstoffatome in DLC können verschiedene Arten von Bindungen eingehen, die für die Eigenschaften der Beschichtung entscheidend sind.
- Der Kohlenstoff in DLC kann sowohl in sp3 (tetraedrisch, diamantähnlich) als auch in sp2 (trigonal, graphitähnlich) Bindungskonfigurationen vorliegen.Die sp3-Bindungen tragen zur Härte und Verschleißfestigkeit bei, während die sp2-Bindungen für ein gewisses Maß an Flexibilität und geringere Reibung sorgen.
-
Bindungsstruktur: sp3- und sp2-Bindungen
- Die sp3-Bindungen sind charakteristisch für Diamant und verleihen DLC seine hohe Härte und Verschleißfestigkeit.
- Die sp2-Bindungen ähneln denen von Graphit und tragen zur geringen Reibung und einem gewissen Grad an elektrischer Leitfähigkeit bei.
- Das Verhältnis von sp3- zu sp2-Bindungen kann je nach Abscheidungstechnik und -bedingungen stark variieren, was zu verschiedenen Arten von DLC-Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften führt.
-
Wasserstoffgehalt
- Viele DLC-Beschichtungen sind hydriert, d. h. sie enthalten einen erheblichen Anteil an Wasserstoff.Der Wasserstoffgehalt kann je nach Beschichtungsmethode zwischen einigen Prozent und über 50 % liegen.
- Wasserstoff in DLC-Beschichtungen trägt zur Stabilisierung der amorphen Struktur bei und kann die mechanischen Eigenschaften, wie Härte und Reibungskoeffizient, beeinflussen.
-
Amorphe Struktur
- DLC-Beschichtungen sind im Allgemeinen amorph, d. h. sie weisen keine weitreichende kristalline Ordnung auf.Diese amorphe Natur trägt zu ihren isotropen Eigenschaften und ihrer gleichmäßigen Leistung in verschiedenen Richtungen bei.
- Die amorphe Struktur ermöglicht auch eine breite Palette möglicher Zusammensetzungen und Eigenschaften, was DLC-Schichten sehr vielseitig macht.
-
Arten von DLC-Beschichtungen
- ta-C (Tetraedrischer Amorpher Kohlenstoff): Diese Art von DLC zeichnet sich durch einen hohen Anteil an sp3-Bindungen aus, was sie sehr hart und diamantähnlich macht.
- a-C (Amorpher Kohlenstoff): Dieser Typ hat einen geringeren Anteil an sp3-Bindungen und kann mehr sp2-Bindungen enthalten, wodurch er weniger hart, aber immer noch sehr verschleißfest ist.
- H-terminiertes DLC: Diese Beschichtungen enthalten Wasserstoff, der dazu beitragen kann, die Reibung zu verringern und die chemische Beständigkeit zu verbessern.
-
Eigenschaften, die durch die Zusammensetzung beeinflusst werden
- Härte: Die Härte von DLC-Beschichtungen kann zwischen 1500 und 3000 HV (Vickers-Härte) liegen, je nach sp3/sp2-Verhältnis und Wasserstoffgehalt.
- Reibungskoeffizient: DLC-Beschichtungen sind bekannt für ihre niedrigen Reibungskoeffizienten, die bis zu 0,05 betragen können, was sie ideal für Gleitanwendungen macht.
- Verschleißfestigkeit und chemische Beständigkeit: Durch die Kombination von hoher Härte und geringer Reibung sind DLC-Beschichtungen äußerst verschleiß- und korrosionsbeständig und für raue Umgebungen geeignet.
-
Anwendungen
- DLC-Beschichtungen sind in der Automobil- und Maschinenindustrie weit verbreitet, insbesondere in Komponenten wie Antriebssträngen, Lagern und Nockenwellen, wo ihre geringe Reibung und Verschleißfestigkeit zu erheblichen Energieeinsparungen und einer längeren Lebensdauer der Komponenten führen können.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die chemische Zusammensetzung von DLC-Beschichtungen in erster Linie aus Kohlenstoff besteht, mit einer Mischung aus sp3- und sp2-Bindungen und oft einem erheblichen Anteil an Wasserstoff.Die spezifische Zusammensetzung und Bindungsstruktur bestimmen die mechanischen und tribologischen Eigenschaften der Beschichtung und machen DLC-Beschichtungen äußerst vielseitig und für eine breite Palette von Anwendungen geeignet.
Zusammenfassende Tabelle:
| Hauptaspekt | Einzelheiten |
|---|---|
| Primäre Zusammensetzung | Hauptsächlich Kohlenstoffatome mit sp3- (diamantartig) und sp2-Bindungen (graphitartig) |
| Wasserstoffgehalt | Liegt zwischen einigen Prozent und über 50 % und stabilisiert die amorphe Struktur |
| Bindungsstruktur | Mischung aus sp3- (Härte) und sp2-Bindungen (geringe Reibung) |
| Amorphe Struktur | Keine weitreichende kristalline Ordnung, was vielseitige Eigenschaften ermöglicht |
| Arten von DLC-Beschichtungen | ta-C (hohe sp3), a-C (niedrige sp3), H-terminiert (hydriert) |
| Eigenschaften | Hohe Härte (1500-3000 HV), geringe Reibung (bis zu 0,05), Verschleißfestigkeit |
| Anwendungen | Automobilindustrie, Maschinenbau (Lager, Nockenwellen, Antriebsstränge) |
Entdecken Sie, wie DLC-Beschichtungen Ihre Anwendungen verbessern können. Kontaktieren Sie unsere Experten noch heute !
