Hauzer Techno Coating

Lichtbogen Verdampfung

Die Lichtbogenverdampfung ist eine Form der PVD (Physikalische Dampfabscheidung) Technik.

Was ist Lichtbogen (Arc) Verdampfung? 
Die Lichtbogenverdampfung ist eine Form der PVD (Physikalische Dampfabscheidung) Technik. Historisch ist die Technik der Lichtbogenverdampfung aus der elektrischen Schweißtechnik entstanden und wurde dann für die Hartstoffbeschichtung eingesetzt.

Bei diesem Verfahren wird das Verdampfungsmaterial, das immer elektrisch leitend sein muß, als feste Platte in beliebiger Anordnung (horizontal, vertikal, kopfüber) in eine Vakuumkammer eingebracht und als Kathode (negatives Potential) verschaltet.
Wie beim elektrischen Schweißen wird mit der Anode kurzzeitig ein Kontakt gemacht, wodurch ein Lichtbogen entsteht. Der Fußpunkt des Lichtbogens konzentriert sich auf einen kleinen Brennfleck von einigen µm Durchmesser und bewegt sich auf der Oberfläche des Verdampfungsmaterials (meist magnetisch begrenzt). Aufgrund der hohen Energiedichte verdampft das Material direkt, ohne eine großflächige Schmelze zu bilden.

Es bildet sich somit ein hochkonzentriertes Plasma in Form einer Dampfkeule. Das zu beschichtende Produkt wird dann - in der Regel mehrfach drehend, um eine allseitige Beschichtung zu erzeugen - durch diese Dampfkeule geführt.

Mit dieser Technik können somit metallische Schichten oder - bei Zugabe von Reaktivgasen wie z.B. Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2) oder Acetylen (C2H2), nitridische, oxidische oder kohlenstoffhaltige Schichten wie z.B. TiN, AlTiN, TiSiN, TiCN, CrCN abgeschieden werden.
Die nitridischen Schichten zeichnen sich durch eine sehr hohe Härte aus (~HV 2500-3500 (Diamant 10,000 HV), weshalb sie sich als Verschleißschutzschichten für Werkzeuge oder Komponenten (im Automobilbau) eignen.

Die Lichtbogentechnik zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

  • Hohe Beschichtungsraten (1-3 µm/hr)
  • Hohe Ionisation (große Plasmadichte) was zu sehr dichten Schichten mit hervorragender Haftung führt
  • Da das Ausgangsmaterial gekühlt wird, entsteht wenig Strahlungswärme, d.h. temperatursensitive Materialien wie z.B. Kunststoff können unter 100°C beschichtet werden
  • Eine große Reihe von gemischten Verdampfungsmaterialien (z.B. Al-Ti) können verdampft werden, ohne dass sich das Mischungsverhältnis ändert, da sich keine flüssige Schmelze bildet
  •  Die Verdampfungsquelle kann in jeder Orientierung (horizontal, vertikal, kopfüber) angeordnet werden was große Freiheiten bei dem Maschinenkonzept erlaubt


Nachteile:

  • Begrenzte Auswahl der Verdampfungsmaterialien, d.h. nur Metalle mit relativ hoher Verdampfungstemperatur, keine Oxide
  • Aufgrund der hohen Stromdichte am Fußpunkt des Lichtbogens, werden immer eine gewisse Anzahl von kleinen Tröpchen des Materials erzeugt, die sich ebenfalls auf dem Produkt niederschlagen und zu Schichtfehlern und einer gewissen Rauhigkeit führen
     

Disclaimer