Bei der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) wird eine Vielzahl von Materialien wie Metalle, Halbleiter und Verbundwerkstoffe zur Herstellung dünner, haltbarer Beschichtungen verwendet. Das Verfahren umfasst die Umwandlung eines festen Vorläufermaterials in einen Dampfzustand und seine anschließende Abscheidung auf ein Substrat.
Bei PVD verwendete Materialien:
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Metalle: Bei der PVD-Beschichtung werden in der Regel Metalle als Hauptmaterial für die Abscheidung verwendet. Diese können eine breite Palette von Elementen aus dem Periodensystem umfassen, z. B. Aluminium, Titan und Kupfer. Die Verwendung von Metallen ist aufgrund ihrer Leitfähigkeit und Langlebigkeit weit verbreitet, so dass sie sich für verschiedene industrielle Anwendungen eignen.
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Halbleiter: Materialien wie Silizium und Germanium werden ebenfalls mit PVD-Techniken abgeschieden. Diese Materialien sind in der Elektronikindustrie von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei der Herstellung von Mikrochips und anderen elektronischen Bauteilen.
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Verbundwerkstoffe und Verbindungen: Neben den reinen Elementen können mit PVD auch Verbundwerkstoffe und Verbindungen wie Oxide und Nitride abgeschieden werden. Diese Werkstoffe werden häufig aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften, wie z. B. ihrer hohen Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, verwendet. So wird beispielsweise Titannitrid aufgrund seiner Härte und Verschleißfestigkeit häufig zur Beschichtung von Schneidwerkzeugen verwendet.
Details zum Verfahren:
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Thermisches Aufdampfen: Bei diesem Verfahren werden die Materialien in einem Vakuum erhitzt, bis sie verdampfen. Der Dampf kondensiert dann auf dem Substrat und bildet eine dünne Schicht. Diese Technik ist vielseitig und kann für eine Vielzahl von Materialien eingesetzt werden, darunter sowohl Metalle als auch Nichtmetalle.
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Elektronenstrahlverdampfung: Hierbei handelt es sich um eine kontrolliertere Methode, bei der ein Elektronenstrahl zum Erhitzen und Verdampfen des Ausgangsmaterials verwendet wird. Es eignet sich besonders für die Abscheidung von Materialien, die höhere Temperaturen zum Verdampfen benötigen, wie z. B. bestimmte Oxide und Halbleiter.
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Sputtern: Eine weitere gängige PVD-Technik besteht darin, ein Zielmaterial mit hochenergetischen Teilchen zu beschießen, wodurch Atome herausgeschleudert werden und sich auf dem Substrat ablagern. Diese Methode eignet sich für die Abscheidung einer Vielzahl von Materialien, einschließlich solcher, die sich nur schwer verdampfen lassen.
Anwendungen und Überlegungen:
- PVD-Beschichtungen sind bekannt für ihre hohe Temperaturtoleranz und ihre Beständigkeit gegen die Ablösung vom Substrat, was sie ideal für Anwendungen in rauen Umgebungen macht.
- Das Verfahren gilt als umweltfreundlich, da es ohne gefährliche Chemikalien auskommt und nur wenig Abfall erzeugt.
- Die Mikrostruktur der abgeschiedenen Schichten kann sich aufgrund der geringen Energie der auf das Substrat auftreffenden Ionen von der des Grundmaterials unterscheiden, so dass hohe Substrattemperaturen (250°C bis 350°C) erforderlich sind, um eine gute Haftung und Struktur zu gewährleisten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass PVD ein vielseitiges und umweltfreundliches Verfahren ist, um eine breite Palette von Materialien - von einfachen Metallen bis hin zu komplexen Verbindungen - auf verschiedenen Substraten abzuscheiden und deren Eigenschaften für bestimmte Anwendungen zu verbessern.
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