硬質(zhì)碳層的脫層方法
【專利摘要】基材表面的碳層、尤其是工具和部件的ta-C層的脫層方法。與此相應(yīng)地，將待脫層的基材布置在真空室中的基材夾具上，該真空室進料有至少一種輔助帶走氣態(tài)碳的反應(yīng)性氣體，并且在該真空室中產(chǎn)生低壓等離子放電用于激發(fā)反應(yīng)性氣體和支持被涂覆基材的脫層所需的一種或多種化學反應(yīng)。在此，該低壓等離子放電是直流-低壓電弧放電，待脫層的基材表面基本上僅被電子轟擊并且使用氧、氮和氫作為所述反應(yīng)性氣體。
【專利說明】硬質(zhì)碳層的脫層方法
[0001]本發(fā)明涉及基材表面的碳層或碳涂層、尤其是工具和部件的ta-c層的脫層方法。本方法允許以大量簡單且工業(yè)適用地處理這樣的基材，其中本方法可以在能重新涂覆經(jīng)脫層的基材的同一真空室中進行。本發(fā)明的方法尤其用于昂貴的工具和部件的ta-C層的工業(yè)脫層以重新涂覆它們。該方法可特別有利地用于具有尖銳邊緣和復雜幾何形狀的表面的
基材O
[0002]表面的涂覆和脫層
給工具和部件配備薄層，以改善其性能，例如磨損方面的性能是現(xiàn)有技術(shù)。用于防止部件-和工具表面磨損的硬質(zhì)材 料層通常沉積有至少0.1 μ m的層厚。在許多領(lǐng)域中，這種工具和部件由昂貴的材料制成并且生產(chǎn)工藝非常復雜。這就是為什么在開發(fā)層和涂覆工藝時也必須已經(jīng)考慮開發(fā)合適的脫層方法的原因。
[0003]合適的脫層方法應(yīng)基本上能夠完全脫除基材表面的涂層，而不會對基材表面造成損傷或?qū)е禄膸缀涡螤畹母淖?。由此該?jīng)脫層的工具或部件應(yīng)能夠再涂覆并再利用，這既有利于降低成本又有助于充分利用自然資源。
[0004]碳層
在本發(fā)明范圍內(nèi)，如下定義碳層:
碳層是主要由化學元素碳構(gòu)成的薄層。其包括等離子聚合物層、非晶類金剛石碳層(DLC,英語diamond-like carbon)、CVD_金剛石層和石墨層。用碳涂層可實現(xiàn)多種表面功能，尤其在摩擦學領(lǐng)域中和在針對防磨損的所有領(lǐng)域的應(yīng)用中，即例如用于切削工具、用于沖壓和成型的工具，也用于保護部件。
[0005]石墨層是僅由SP2-雜化碳原子構(gòu)成的碳層。其例如可在飛機的盤式制動器上用作加熱元件或燃燒元件(Brennelementen)的涂層或者，由于它們的生物相容性可用于許多生物醫(yī)學制品,例如植入物中。
[0006]金剛石層是具有最大磨損阻力的碳層。如果原子的SP3-雜化軌道重疊，它們就能形成牢固的共價鍵，其具有四面體結(jié)構(gòu)。它們形成金剛石晶格的基礎(chǔ)骨架。其通?？梢酝ㄟ^特殊的化學氣相沉積法制備。由此產(chǎn)生微米晶層或納米晶層，其可通過有針對性地改變工藝參數(shù)而具有某種結(jié)構(gòu)，并因此具有非常小的摩擦系數(shù)和磨損。
[0007]被稱為DLC-層的已知為類金剛石碳層的非晶或X射線非晶碳層根據(jù)VDI2840被如下劃分為:
?無氫非晶碳層，a-C，主要由SP2-雜化鍵構(gòu)成，并因此也被稱為類石墨碳層。
[0008].四面體無氫非晶碳層，ta-C，是完全非晶的，也就是說，其沒有明顯的晶體結(jié)構(gòu)。這些層主要由SP3-雜化鍵構(gòu)成，因此其可等同于金剛石層。
[0009].含金屬的無氫非晶碳層，a_C:Me,主要由sp2-雜化鍵構(gòu)成。
[0010].含氫非晶碳層，a-c: H,由SP2-雜化鍵和sp3-雜化鍵構(gòu)成。
[0011].四面體含氫非晶碳層，ta_C:H主要具有sp3-雜化碳原子。
[0012].含金屬的含氫非晶碳層，a_C:H:Me主要具有sp2-雜化碳原子。
[0013].用非金屬改性的含氫非晶碳層，a- C:H:X (X = Si, O, N, F，B,...)主要具有sp3-雜化碳原子。
[0014]在ta-C層的情況中的脫層難點
ta-C層具有最大85 GPa的硬度并因此明顯優(yōu)于常規(guī)的用等離子體輔助的CVD沉積的具有氫含量最高為30原子％的類金剛石碳層，尤其是在層硬度和溫度穩(wěn)定性方面。ta-C層中四面體類金剛石鍵的比例(最高85%)對于這些層中特別高的硬度而言是決定性的參數(shù)。
[0015]ta-C層可通過各種方法來制備。但優(yōu)選激光脈沖沉積法(見例如den Berichtiiber Forschung an Fachhochschulen, der im Jahr 2006 durch das 30 deutscheBundesministerium fiir Bildung und Forschung herausgegeben wurde,頁 21-22)和陰極火花蒸發(fā)法(參見，例如，US6331332, EP0652301, US20070187229 和 EP0666335)。
[0016]ta-C層可能的應(yīng)用領(lǐng)域是在汽車_、工具-和機械制造中需要超硬的表面涂層的部件和機械零件(來源:Bericht iiber Forschung an Fachhochschulen, den imJahr 2006 durch das 30 deutsche Bundesministerium fiir Bildung und Forschungherausgegeben wurde,頁21-22)。在工具涂層領(lǐng)域中，ta_C層尤其應(yīng)用在Al和Al-合金、銅及貴金屬的切削工具中。對于成型-和沖壓工具而言也存在廣闊的應(yīng)用前景。
[0017]盡管ta-C-層非常令人感興趣，但迄今其僅能在較小的市場環(huán)節(jié)立足。在使用ta-C層時的一個問題是它們對某些材料(例如對各種類型的鋼，且特別是在較大的ta-C層厚或>1 μ m的情況中)的層附著不足，這基本上是由于其非常高的層內(nèi)應(yīng)力。此外，這些ta-C層的合成應(yīng)在通常低于150°C的低的基材溫度(Ts)下進行，以獲得其特有的高的層硬度。這意味著，將取消或大幅度減少使用為改善層附著而進行的用于預(yù)處理的通常使用的加熱-和蝕刻工藝，因為這將導致更高的基材溫度。
[0018]由于這些原因，使用金屬離子蝕刻(MIE:金屬離子蝕刻)作為預(yù)處理工藝用于改進ta-C-層的層附著。所述金屬離子蝕刻如此進行，使得基材表面被金屬離子(例如被鉻離子)轟擊，但恰好沒有出現(xiàn)顯著的金屬層生長，即在基材和層之間沒有產(chǎn)生金屬界面。所以，良好附著的硬ta-C-層通常幾乎沒有或僅有非常薄的金屬界面。因為通常使用的濕法化學脫層是以攻擊和移除金屬界面(并因此也攻擊和移除該層)為基礎(chǔ)，所以ta-C層在脫層方面是迄今尚未解決的問題。
現(xiàn)有技術(shù)
[0019]當今由現(xiàn)有技術(shù)已知多種脫除硬質(zhì)材料層體系的脫層方法，所述硬質(zhì)材料層體系例如用電鍍法、PVD-或CVD-法施加在不同的表面上。
[0020]由W02005073433、W02009132758和EP1725700已知例如一些用于脫層的濕化學法，但是(如上所述)這些方法的前提條件是在基材和該涂層之間存在金屬中間層。
[0021]也經(jīng)常使用機械方法作為脫層方法。例如，在JP2003200350中公開了脫除硬碳層系統(tǒng)的機械方法。其涉及借助固體的噴射方法(Strahlverfahren)。作為噴射顆粒使用細粒的磨料粉(例如細粒的氧化鋁-或細粒的金剛石粉末)和使用空氣作為載體介質(zhì)。通過使磨料射流介質(zhì)撞擊在涂覆的基材上來去除硬碳涂層。
[0022]激光束也可以用于材料分離，如DE19831914中所公開的。
[0023]也可以使用組合的方法去除基材(例如半導體晶片)上的耐腐蝕保護層和聚合物殘留物，例如如CN101308764中所示般。在那里描述的脫層方法采用濕化學方法結(jié)合蝕刻法，其中，首先在真空室中蝕刻涂覆過的基材，然后送入脫層室中以脫除耐腐蝕保護層，并最終又送入真空室中以進行第二次蝕刻。
[0024]EP2180499公開了一種保護基材的脫除基材的硬質(zhì)材料層，尤其是工具表面的碳層的方法，和施行該方法的裝置。那里所公開的脫層方法使用具有250V至1000V的放電電壓的低壓等離子體放電，其中借助低頻率發(fā)生器以20-60kHz范圍的脈沖頻率產(chǎn)生所述低壓等離子體放電。
[0025]在EP0510340中公開了一種氫等離子體方法用于在真空室中從例如工具或半導體的基材表面剝蝕材料，之后以真空法涂覆這些基材表面。但是在EP0510340中，表面的材料的剝蝕僅被認為是基材表面的清潔，僅適合非常薄的層或具有層厚約IOnm的層。在EP0510340中的清潔方法中，使用低壓電弧放電以激發(fā)反應(yīng)性氣體或氫氣。作者報道了至55V的等尚子電壓值。
[0026]在US6902774中公開了一種處理基材表面的等離子體法，其是集成電路裝配過程的一部分，其中使用氫_、或氮-或氫-氮-等離子體，以在基材表面積聚氫和/或氮并由此長時間保存該經(jīng)處理的基材表面的事后的鍵合(Bonden)或粘合的能力，即使該經(jīng)處理的基材表面在剛進行等離子體處理之后，或者在鍵合或粘合之前在空氣氣氛中進行了長時間的儲存。為激發(fā)反應(yīng)性氣體，推薦使用具有10V-100V放電電壓的低壓等離子放電，由此使得基材上的溫度負荷最小化。
[0027]難點
為成功使用濕化學法脫除ta-C層，將如上所述，在ta-C層和基材之間需要存在至少一層作為界面的金屬層。但是，如已經(jīng)解釋過的，為了 ta-C層在例如軟鋼基材上的令人滿意的層附著，必須進行優(yōu)化的MIE-預(yù)處理，其沒有金屬界面或具有過薄的金屬界面，以能使用這種方法。此外，這樣的化學方法需要與涂覆不同的基礎(chǔ)設(shè)施并在環(huán)保處置殘余化學品時造成高的成本。
[0028]使用機械方法，如上述的噴射法用于硬碳層體系的脫層通常用于類金剛石和金剛石涂層的脫層。然而，當必須使具有尖銳邊緣和/或復雜幾何形狀的昂貴的基材脫層時，機械方法是不適合或不利的，因為通過這類處理會產(chǎn)生切削角(在切削工具或沖壓工具的情況中)或甚至基材幾何形狀的不希望的變形。此外，通過這樣的處理經(jīng)常在疊層(einschichteten)基材中產(chǎn)生不期望的內(nèi)應(yīng)力。此外，當涉及具有復雜幾何形狀的基材的脫層時，所需的基材的夾持體系的成本會是很大的。在極端的情況下，為了確保出現(xiàn)在基材表面的力的最佳分布，必須將每個基材單獨對準，夾持和可能甚至以特殊的方式移動。
[0029]因此，在本發(fā)明人看來優(yōu)選可使用等離子輔助方法用于ta-C層的脫層。
[0030]在根據(jù)EP2180499 (上文中已述及)的基材保護性脫除基材硬質(zhì)材料層的等離子體輔助法中，將待脫層的基材布置在真空室中兩個壁天線之間的基材支架上，向該真空室進料輔助帶走氣態(tài)碳的反應(yīng)性氣體，在這兩根天線和任選的基材支架上借助于NF-發(fā)生器(NF:低頻)接通20至60kHz的250至1000V的脈沖電壓，最后用等離子體加載該基材足夠長的時間。
[0031]EP2180499的作者指出，用其公開的方法可以脫除任何種類的碳層，或除了非晶碳和石墨而外還有金剛石以及尤其還有具有變化的至高含量的sp3-雜化碳的DLC-層。
[0032]此外，EP2180499的作者公開了，該基材的脫除在碳反應(yīng)性氣體的存在下進行。該作者提到，作為這樣的反應(yīng)性氣體尤其合適的是氧和任何來源的含氧氣體，氫和含氫混合氣體，以及以較小腐蝕性的鹵素化合物形式的鹵素(例如具有氮和碳的鹵素化合物(NF3,CF4, C2F6, CH2F2),擬鹵素化合物(例如HCN, (CN)2)和氮氧化物(例如N2O, NO)。
[0033]另外，在EP2180499的實施例中已經(jīng)指出，溫度敏感的基材的DLC-和金剛石層在100-250°C的溫度下脫層。使用氧作為反應(yīng)性氣體。含氫DLC-層例如借助雙極激發(fā)的等離子體和單極激發(fā)的等離子體(脈沖直流電壓等離子體放電)在500-900 V的放電電壓和30-40kHz的激發(fā)頻率下脫層。脫層時間取決于層厚-和脈沖調(diào)制。例如，金剛石層借助單極激發(fā)的等離子體在800V的放電電壓和40kHz的激發(fā)頻率下脫層。脫層時間為14-20小時。此外，在EP2180499中指出，經(jīng)脫層的基材隨后可直接在相同的工作壓力下用氫等離子體(例如也用氫-氬-等離子體)進一步清潔，以在脫層處理后脫除基材的變色。
[0034]在EP2180499中描述的用于工業(yè)脫除部件和工具的ta_C層的方法主要有以下缺
點
?必須將高能量輸入等離子體中并可以以單極和/或雙極工作的NF-發(fā)生器比簡單的DC-發(fā)生器昂貴得多。NF-發(fā)生器的易受干擾性較高，特別是當應(yīng)實現(xiàn)系統(tǒng)的載荷差別非常大的等離子體操作并不應(yīng)進行進一步的調(diào)整時。
[0035]?所需的用于產(chǎn)生等離子體的天線系統(tǒng)經(jīng)常不能便宜和容易地整合到傳統(tǒng)的涂覆設(shè)備中，因此也許可以將此方法與一個新的裝置綁定使用。
[0036].所描述的天線配置通常產(chǎn)生濺射等離子體。這種類型的等離子體的特征在于相對低的電流密度，這相應(yīng)表示相 對低的電子密度。
[0037].因為天線浸沒在等離子體中，有可能使天線的材料被濺射，并且該濺射的材料會污染基材表面。在再涂覆時，這種表面的污染對ta-C層的層附著而言是非常有問題的。
[0038]?用于脫層具有通常使用的層厚的金剛石層的脫層時間與報道的脫層具有通常使用的層厚的DLC-層的脫層時間(約I小時)相比是非常長的(約14至20小時)。這可以由金剛石層高得多的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性來解釋。由于在ta-C層中sp3雜化鍵或四面體類金剛石鍵的比例非常高( 85 % )并且層中缺乏氫的引入，因此在使用這種方法用于具有通常層厚的ta-C層的脫層時可以預(yù)期非常長的脫層時間(理論上至少約12至17小時)。但是，這有悖于用于ta-C層脫層的該方法的工業(yè)適用性，因為較長的剝離時間必然與較差的經(jīng)濟性相關(guān)聯(lián)。
[0039]?具有氧或具有含氧氣體作為反應(yīng)性氣體的等離子體層還造成金屬基材的表面不希望的氧化過程。所得到的薄的氧化層必須在以后例如用含氫等離子體蝕刻除去。
[0040].通過使用氧氣，不僅氧化了基材表面，而且氧化了天線表面，并因此可能導致脫層過程中等離子體脫層參數(shù)的改變，即在脫層過程期間等離子體中的電流密度且因此電子密度改變，即該過程難以控制。
[0041]發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于，通過用于碳涂層，尤其是CVD-和/或PVD-沉積的碳層(CVD:chemical vapour deposition 或化學氣相沉積，PVD:physical vapor deposition 或物理氣相沉積)的脫層的工業(yè)適用的方法實現(xiàn)相對于現(xiàn)有技術(shù)的改進。具體地，該方法應(yīng)確保以工業(yè)適用的方法脫除任何類型的基材的ta-C層。該方法還應(yīng)允許快速處理大量的基材。優(yōu)選地，本發(fā)明的方法應(yīng)在能在之后再涂覆該被脫層的基材的同一真空室中進行。本發(fā)明提出的方法應(yīng)優(yōu)選地用于工業(yè)或商業(yè)脫除昂貴的工具和部件的ta-C層，所述工具和部件例如也可具有帶有尖銳邊緣和/或復雜幾何形狀的表面。此外，在該方法中，ta-C層的脫層應(yīng)基本上通過等離子體輔助的化學反應(yīng)進行，并且避免任何濺射，即避免通過離子轟擊剝蝕材料。
[0042]所述目的的解決方案
所述目的通過基材的碳層的反應(yīng)性脫層得以實現(xiàn)，所述碳層沉積在該基材上，尤其是部件-和工具表面的ta-C層，其中將該待脫層的基材布置在真空室中的基材夾具上，該真空室進料有至少一種輔助帶走氣態(tài)碳的反應(yīng)性氣體，并且在該真空室中產(chǎn)生低壓等離子體放電用于激發(fā)所述反應(yīng)性氣體，從而支持被涂覆基材的脫層所需的一種或多種化學反應(yīng)，其中:
.1.所述低壓等離子體放電是直流-低壓電弧放電，其特征為最大120V，優(yōu)選最大80V的放電電壓，
. 2.待脫層的基材表面基本上僅被電子轟擊，由于它們小的質(zhì)量而不能進行濺射，或被能量低于濺射閾值，即小于20eV的離子轟擊，
.3.為了從基材去除至少部分碳涂層，并且至少在反應(yīng)性脫層的步驟中，優(yōu)選在反應(yīng)性脫層的最后步驟中，使用包含氮、優(yōu)選主要包含氮、優(yōu)選基本上包含氮作為反應(yīng)性氣體的氣體。
[0043]
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明以直流低壓電弧放電激發(fā)反應(yīng)性氣體，尤其是氮氣為基礎(chǔ)，所述直流低壓電弧放電用高的電子電流或放電電流(通常為20 A-1000 A)，而在低的放電電壓(通常為20V-80V)下工作。
[0044]本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，盡管直流-低壓電弧放電小的放電電壓(至最高120V，但通常至約80V)，其不僅適合用于進行通常必須剝蝕僅約IOnm數(shù)量級的層厚的經(jīng)濟的清潔操作(如在EP0510340中)，而且可以實現(xiàn)原則上和基本上具有明顯大于IOnm或〉0.1 um的層厚的碳層或碳涂層的經(jīng)濟的脫層方法。
[0045]此外，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，令人驚訝地，氮與ta-C反應(yīng)非常強烈，并因此非常適合于ta-C層的反應(yīng)性脫層。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，通過氮與ta-C的反應(yīng)沒有不希望的副產(chǎn)物殘留在基材表面上，并且沒有發(fā)生氮與基材的不希望的反應(yīng)，而是，如果有的話，發(fā)生基材表面上的氮的富集，這有利于重新涂覆的基材表面的穩(wěn)定化。
[0046]根據(jù)本發(fā)明，基本上僅具有碳化合物的碳層或碳涂層，尤其是CVD-和或PVD-碳層的去除可通過氮和/或氧與碳的反應(yīng)以下述方式實現(xiàn)，即借助直流低壓電弧放電激發(fā)氮氣和/或氧氣，其中，所述直流低壓電弧放電用高的電子電流或放電電流(通常為20 A-1000A)，但在低的放電電壓(通常在20V-80 V下工作。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)性脫層可以以一步或以多步進行。
[0048]下面描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，借助這些實施方式避免了可能損壞具有尖銳邊緣和/或復雜幾何形狀的昂貴的基材的任何濺射(通過離子轟擊剝蝕材料):
工藝方案A:
根據(jù)工藝方案A，優(yōu)選將基材作為陽極連接在直流低壓電弧放電中。此工藝方案A在圖1中示意性示出。直流低壓電弧放電(未示出)通過等離子體源I供給，其由作為陰極連接在所述直流低壓電弧中的加熱燈絲2構(gòu)成,并且位于燈絲室(Filamentkammer )3中，該燈絲室經(jīng)由一個較小的開口 4 (通常2mm-10mm直徑)與真空室6相連，其中該燈絲室對真空室是電絕緣的。將工作氣體導入該燈絲室3中。這里不應(yīng)限制工作氣體的類型，在實驗中描述為氬氣。但例如也可以使用氮或氖。通過泵系統(tǒng)將工作氣體泵送至真空室(未示出)，這導致燈絲室3中由于小的開口 4產(chǎn)生比真空室6中高的氣體壓力。通過小的開口 4，在真空室6中產(chǎn)生高的電子電流，在基材夾具10中的待脫層的基材(未示出)位于該室中。反應(yīng)性氣體通過閥或流量調(diào)節(jié)器(兩者都未示出)直接引入真空室6中。
[0049]由于在方法A中基材連接陽極，所以基材表面被電子轟擊，由于其小的質(zhì)量這排除了濺射。為此它們在放電區(qū)域中并直接在基材表面上激發(fā)反應(yīng)性氣體(這里基本上為氮氣)。可能分子氮分解/激發(fā)成已知在低溫下比分子氮反應(yīng)性高很多的原子氮。由此導致與ta-C層反應(yīng)并形成碳與氮之間的揮發(fā)性化合物，其是足夠穩(wěn)定的，以便它們可以通過真空系統(tǒng)被抽出，或者它們積聚在真空裝置內(nèi)部的其它(冷的)位置上。
[0050]所使用的方法A的放電電流可以很容易地調(diào)整達到待脫層的基材表面的尺寸，因為可借助直流發(fā)電機8調(diào)節(jié)電流和基材上的電流密度。也存在這樣的可能性，尤其是在溫度敏感的基材的情況中，減去真空室上的部分放電電流。這可以通過借助開關(guān)11將直流電源陽極接地(例如真空室)，通過例如以在圖1中繪出的裝置閉合開關(guān)11來實現(xiàn)。
[0051]也還可以將另外的反應(yīng)性氣體添加到氮反應(yīng)性氣體中，以一方面尤其在非常厚的層的情況中加速反應(yīng)，或者在脫除ta-C的同時通過化學反應(yīng)甚至脫除其它不希望的層-或界面成分。添加氫減少了層中的氧成分和不希望的在脫層基材表面上的氧的殘余。如果將氧添加到放電中，則可以加快ta-C的脫除。然而，在完全脫除ta-C層和消除與之相關(guān)聯(lián)的脫層基材表面和通過脫層暴露的基材表面被氧化的危險之前足夠早地關(guān)閉氧氣是明智的。
[0052]工藝方案B:
在另一工藝方案B中，如在圖2中示意性示出的，直流低壓電弧放電相對于作為陽極的接地工作，而基材僅浸入等離子體中，即在脫層過程中保持懸浮電位。這導致基材輕微帶負電。但該基材的電壓小于20V，低于濺射閾值電壓。因此，在這個過程中也避免了濺射。
[0053]工藝方案C:
最后的工藝方案C于圖3中示意性地示出。在這種裝置中，直流低壓電弧放電相對于在腔室中的連接作為陽極的額外的電極15工作。該輔助陽極15的位置優(yōu)選在基材裝置內(nèi)，即例如在真空室的中心。該基材再次處于懸浮電位，并如在方案B中一般，又未發(fā)生濺射，因為基材的負電壓對于濺射而言太小。但也可以用額外的電源20給基材加載負電壓，如果該基材在脫層后還應(yīng)當需要額外進行濺射蝕刻的話。
[0054]與濺射等離子體放電(例如在EP2180499中描述的)相比，使用根據(jù)圖1至3中描繪的裝置或工藝方案A至C之一的直流低壓放電的優(yōu)點是例如以下內(nèi)容:
1.可將放電電流設(shè)定得如此高，使得對于任意氣體流而言足夠分離和激發(fā)氣體，以盡可能有效地進行基材表面上的ta-C脫層的化學反應(yīng)。此外，也可經(jīng)由放電電流調(diào)芐基材上的電流-和功率密度。
[0055]2.所述直流低壓電弧放電可任意放置在真空室中，使得用于脫層的同一真空室也可用于涂覆。相同的基材支架既可以用于脫層也可以用于涂覆。
[0056]3.選擇合適的陽極(陽極結(jié)構(gòu)，陽極材料，等等)，也可使用用氧等離子體的方法，該方法可以經(jīng)長時間穩(wěn)定進行。
[0057]現(xiàn)在下文中列舉了脫層方法的一些例子。但僅探討了(如果沒有另外明確說明)具有打開的開關(guān)11的工藝方案A，盡管該氣體混合物同樣良好適用于其他方案，最多可以以脫層持續(xù)時間進行調(diào)整。本領(lǐng)域技術(shù)人員也清楚，放電電流的增加和與之相關(guān)的電子密度的增加對脫層持續(xù)時間有影響，至少具有足夠長的時間以使反應(yīng)性氣體活化。在至約5 Pa的壓力范圍內(nèi)適用的是:電弧電流越高和氣流越大，脫層速率越大。也非常普遍適用的是，在較高的基材溫度下，脫層速率增加。對此在實施例中不作詳細討論，但本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，硬質(zhì)合金基材可以比HSS鋼或鋁制的基材能承受更強的熱負荷，由此可以有針對性地影響脫層速率。
[0058]表1中列出了一些可能的氣流組合，其中在下面的實施例中對部分進行了進一步詳細解釋。例如在表1中給出的氣流以及后續(xù)根據(jù)本發(fā)明給出的用于碳層脫層的實施例可根據(jù)需要任意調(diào)整(例如考慮待脫層的表面的整體大小、層厚、基材材料和幾何形狀，碳化合物的類型)。此外應(yīng)考慮到，本發(fā)明并不局限于這些實施例，而是允許另外的未在這里列出的實施方式。
[0059]表1:過程方 案
【權(quán)利要求】
1.用于反應(yīng)性脫層基材的碳層，尤其是反應(yīng)性脫層部件-和工具表面的ta-C層的方法，在所述方法中將待脫層的基材布置在真空室中的基材夾具上，該真空室進料有至少一種輔助帶走氣態(tài)碳的反應(yīng)性氣體，并且在該真空室中引發(fā)等離子體放電用于支持被涂覆基材的脫層所需的一種或多種化學反應(yīng)，并且所述反應(yīng)性脫層在一步或多步中進行，其特征在于，產(chǎn)生等離子體放電作為直流-低壓電弧放電，其具有20 A-1000 A，優(yōu)選50 A-300 A的放電電流和最大120V，優(yōu)選在20 V-80 V的放電電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，連接所述基材作為直流-低壓電弧放電的陽極，并且由此該基材表面基本上僅被電子轟擊，由于電子小的質(zhì)量而排除了濺射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將所述基材絕緣地引入到所述直流-低壓電弧放電中，由此到達該基材上的離子基本上具有低于20 eV并因此在濺射閾值以下的能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，使用與基材支架和室壁不同的電極作為陽極用于所述直流-低壓電弧放電，并且使該基材保持在懸浮電位上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，為了至少部分脫除基材的碳涂層，在反應(yīng)性脫層的至少一個步驟期間，優(yōu)選在反應(yīng)性脫層的最后一個步驟期間，使用含氮的氣體作為反應(yīng)性氣體，其中優(yōu)選所使用的含氮氣的反應(yīng)性氣體主要包含氮氣，并且特別優(yōu)選所使用的含氮氣的反應(yīng)性氣體基本上包含氮氣。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，為了至少部分脫除基材的碳層，在反應(yīng)性脫層的至少一個步驟期間，但不是在反應(yīng)脫層的最后一個步驟期間，優(yōu)選在反應(yīng)性脫層的第一步驟期間使用含氧 氣的氣體作為反應(yīng)性氣體，其中優(yōu)選所使用的含氧氣的反應(yīng)性氣體主要包含氧氣，并且特別優(yōu)選所使用的含氧氣的反應(yīng)性氣體基本上包含氧氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，在通過與氧的反應(yīng)被完全除去在任意基材位置的ta-C層并且因此避免脫層過的基材表面也通過與氧的反應(yīng)開始氧化之前關(guān)閉所述含氧的反應(yīng)性氣體流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，在關(guān)閉含氧氣的反應(yīng)性氣體的氣流之后將氫氣引入脫層室中，由此減少該層中的氧成分和基材表面上不希望的氧的殘余。
9.用于反應(yīng)性脫層基材的碳層，尤其是部件-和工具表面的ta-C層的方法，其中將待脫層的基材布置在真空室中的基材夾具上，該真空室進料有至少一種輔助帶走氣態(tài)碳的反應(yīng)性氣體，并且在該真空室中引發(fā)等離子體放電用于支持被涂覆基材的脫層所需的一種或多種化學反應(yīng)，其中所述反應(yīng)性脫層在一步或多步中進行，其特征在于，為脫除基材的碳層的至少部分，至少在所述反應(yīng)性脫層的最后一步中使用包含氮氣作為反應(yīng)性氣體的氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，所述含氮氣的反應(yīng)性氣體主要包含氮氣，優(yōu)選基本上包含氮氣。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一用于脫層被碳層涂覆的基材的方法，其中所述碳層除碳而外也包含另外的非金屬元素，尤其是氫(H)、硼(B)、硅(Si)和/或鍺(Ge)。
【文檔編號】C23G5/00GK103717788SQ201280038683
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月7日
【發(fā)明者】J.拉姆, B.維德里希 申請人:歐瑞康貿(mào)易股份公司(特呂巴赫)