Schier, Veit (Obere Gärten 21/1, Echterdingen, 70771, DE)
| 1. | Schneidwerkzeug (1) mit einem Grundkörper (2) , der ei¬ nen Schichtaufbau (3) mit wenigstens einer einphasigen metastabilen zumindest ternären Oxidschicht (6) trägt, die eine Hauptkomponente und mindestens eine Neben¬ komponente aufweist, die durch unterschiedliche aus folgenden Gruppe ausgewählte chemische Elemente ge¬ bildet sind: Elemente der IV., V. oder VI. Nebengruppe des periodi¬ schen Systems der Elemente, Aluminium und Silizium. |
| 2. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Oxidschicht (6) ein weiteres chemisches Element enthält. |
| 3. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Oxidschicht (6) ein Substitutionsmisch¬ kristall ist. |
| 4. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Hauptkomponente den überwiegenden Anteil und die Nebenkomponente einen geringeren Anteil aus¬ macht . |
| 5. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Nebenkomponenten einen Anteil von mehr als 1 at% ausmacht. |
| 6. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Hauptkomponente Aluminium ist. |
| 7. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Nebenkomponente Zirkonium oder Chrom ist. |
| 8. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass es zumindest zwei Schichten gemäß Anspruch 1 aufweist, zwischen denen wenigstens eine weitere Schicht angeordnet ist. |
| 9. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich¬ net, dass die weitere Schicht ebenfalls gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist, in ihrer Zusammensetzung jedoch von den benachbarten Schichten verschieden ist. |
| 10. | Schneidwerkzeug (1) mit einem Grundkörper (2) , der ei¬ nen Schichtaufbau (3) mit zumindest einer zwei oder mehrphasigen Schicht (8) trägt, die als erste Phase (9) eine Verbindung in amorpher Matrixphase und als zweite Phase (11) aus einem Oxid bestehende Kristalli te enthält . |
| 11. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Oxid ein Oxid wenigstens eines aus fol¬ genden Gruppe ausgewählte chemische Elementes ist: Elemente der IV., V. oder VI. Nebengruppe des periodi¬ schen Systems der Elemente, Aluminium und Silizium. |
| 12. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Oxid ein binäres Oxid ist. |
| 13. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Oxid ein ternäres Oxid ist. |
| 14. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich¬ net, dass beide in dem Oxid außer Sauerstoff vorhande nen Elemente aus der angegebenen Gruppe ausgewählt sind. |
| 15. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Elemente in stark unterschiedlichen Ge¬ halten vorhanden sind. |
| 16. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich¬ net, dass die amorphe Matrixphase eine kovalent gebun¬ dene Schicht ist . |
| 17. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich¬ net, dass die amorphe Matrixphase eine kovalent gebun¬ dene CNSchicht, eine Oxidschicht, eine metallische HartstoffSchicht oder eine keramische Schicht ist. |
| 18. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich¬ net, dass die metallische HartstoffSchicht eine TiAlN Schicht, eine AlCrSchicht, eine Nitrid, Carbid, Carbonitrid oder Oxocarbonitridschicht eines oder mehrerer Metalle der IV., V. oder VI. Nebengruppe des periodischen Systems der chemischen Elemente ist. |
| 19. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Schichtaufbau (3) weitere Schichten aufweist. |
| 20. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich¬ net, dass der Schichtaufba,u (3) wenigstens eine metal¬ lische HartstoffSchicht enthält, die eine TiAlN Schicht, eine AlCrSchicht, eine Nitrid, Carbid, Carbonitrid oder Oxocarbonitridschicht eines oder mehrerer Metalle der IV., V. oder VI. Nebengruppe des periodischen Systems der chemischen Elemente ist. |
| 21. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich¬ net, dass der Schichtaufbau (3) wenigstens eine Schicht eines ternären oder komplexeren Metalloxid der Zusammensetzung (MeI, Me2, ...)x(O, B, C, N) mit domi¬ nierendem Sauerstoffanteil bei den Nichtmetallen ist, wobei die beteiligten Metalle MeI, Me2, ... einer Gruppe entnommen sind, zu der die IV., V. oder VI. Ne¬ bengruppe des periodischen Systems der chemischen Ele¬ mente, Aluminium und Silizium gehören. |
| 22. | Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Schicht (6, 8) im PVDVerfahren erzeugt ist. |
Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug mit einem Schichtaufbau, zu dem zumindest eine Oxidschicht gehört .
Es ist bekannt, Schneidwerkzeuge zur Erhöhung der Standfestigkeit oder auch zur Verbesserung der Schneidei¬ genschaften mit einem Schichtaufbau zu versehen, der bspw. metallische Hartstoffschichten, Oxidschichten oder derglei¬ chen enthält. Zur Beschichtung werden CVD-Verfahren (chemi- cal vapor deposition) wie auch PVD (physical vapor deposi- tion) angewendet. Auch existieren Hybridverfahren. Die CVD- Verfahren sind im Wesentlichen darauf beschränkt, stabile Phasen gewünschter Verbindungen als Oberflächenschichten abzulagern. Mit PVD-Verfahren oder Hybridverfahren, lassen sich auch metastabile Phasen von Verbindungen als Schicht ablagern.
Aus der DE 196 51 592 Al ist ein beschichtetes Schneidwerkzeug mit einem mehrlagigen Schichtaufbau be¬ kannt. Die in verschiedenen Ausführungsbeispielen angegebe¬ nen Schichtaufbauten enthalten u.a. zumindest eine Alumini¬ umoxidschicht sowie metallische Hartstoffschichten. Die me¬ tallischen Hartstoffschichten sind bspw. in PVD abge¬ schiedene TiAlN-Schichten. Auch die z.B. darauf direkt auf¬ gebrachte Aluminiumoxidschicht ist im PVD-Verfahren abge¬ schieden.
Aluminiumoxidschichten sind binäre Oxidschichten, die in der Praxis gute Ergebnisse liefern. Es wird jedoch ange¬ strebt diese zu verbessern. Aus der EP 1253215 A2 ist ein im PVD-Verfahren mit Aluminiumoxid beschichtetes Schneid¬ werkzeug bekannt, wobei weitere Schichten, wie bspw. TiN- Schichten vorhanden sein können.
Auch hier gilt es die Eigenschaften der Al2O3-Schicht zu verbessern.
Aus der DE 199 42 303 Al ist' ein Schneideinsatz be¬ kannt, der eine mehrphasige Aluminiumoxidschicht enthält. Die im CVD-Verfahren hergestellte Schicht enthält Al2O3 (mehrphasige Aluminiumoxidschicht) . Die im CVD-Verfahren hergestellte Schicht enthält Al2O3 (Aluminiumoxid) ZrO2 (Zirkoniumoxid) sowie eine dritte feindispersive Phase be¬ stehend aus einem Oxid, Oxodkarbid, Oxodnitrit oder Oxocar- bonitrid des Titans.
Die DE 197 37 470 Al offenbart einen Schneidkörper mit einer Beschichtung, zu der wenigstens eine mehrphasige Schicht gehört. Der im CVD-Verfahren erzeugte Schichtaufbau enthält z.B. eine Zirkoniumcarbonitridschicht (kubisches ZrCN) und ZrO2 in monokliner und/oder tetragonaler Form.
Während die kristalline ZrCN-Matrix als harte Be¬ schichtung wirkt, wirkt das eingelagerte ZrO2 als Trocken¬ schmierstoff.
Aus der DE 196 41 468 Al ist ebenfalls ein Verbundkör¬ per, bspw. ein Schneidwerkzeug bekannt, der eine mehrlagige Beschichtung enthält. Die Beschichtung enthält dünnlagige Al2O3-Schichten und/oder ZrO2-Schichten.
Die DE 195 18 927 offenbart Schneideinsätze mit mehr¬ lagigem Schichtaufbau, die im CVD-Verfahren hergestellt sind. Die Schneideinsätze sind mit einem so genannten Ver¬ bundkeramik-Überzug versehen, der eine kontinuierliche Me¬ talloxid-Phase und eine diskontinuierliche Metalloxid-Phase enthält. Es handelt sich somit um eine zweiphasige Metall- oxidschicht, die bspw. aus einer kontinuierlichen Al2O3- Phase besteht, in die diskrete ZrO2-Teilchen oder Y2O3- Teilchen eingelagert sind.
Der kristalline Aufbau der kontinuierlichen Phase be¬ stimmt die Schichteigenschaften und führt somit in der Re¬ gel zu einigermaßen harten dabei aber spröden Schichten.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung das Schneidwerkzeug zu verbessern.
Dieser Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 10 gelöst:
Das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug weist einen Grundkörper auf, der mit einem Schichtaufbau versehen ist, der zumindest eine einphasige, metastabile ternäre Oxid¬ schicht trägt. Die ternäre Oxidschicht enthält, neben Sau¬ erstoff, zumindest zwei andere chemische Elemente, z.B. A- luminium und Chrom. In einer anderen Variante enthält das Oxid Aluminium und Zirkonium. Eines der Elemente, z.B. Alu¬ minium, wird als Hauptkomponente und das andere, z.B. Chrom oder Zirkonium als Nebenkomponente bezeichnet. Jedenfalls aber sind beide Elemente einer Gruppe entnommen, zu der die vierte, die fünfte und die sechste Nebengruppe des periodi¬ schen Systems der chemischen Elemente gehören. Zusätzlich gehören Aluminium und Silizium in diese Gruppe. Beispiels¬ weise ist ein erfindungsgemäße ternäre Oxidschicht eine A- luminiumzirkoniumoxidschicht, die als kristalline Schicht die Kristallstruktur von Aluminiumoxid aufweist, wobei ei¬ nige der Aluminium-Kristallgitterplätze von Zirkoniumatomen besetzt sind. Die Schicht ist dabei jedoch so aufgebaut, dass das Oxid in einer einzigen metastabilen Phase vor¬ liegt, d.h. es sind keine binären Oxidkristalle in die O- xidschicht eingelagert. Die Besetzung einzelner Alumi¬ niumgitterplätze durch Zirkonium führt zu einer Verspannung des Kristallgitters des Oxids, was eine wesentliche Härtung desselben bedeuten kann. Somit erschließt der Merkmalskom¬ plex des Anspruchs 1 den Weg zu oxidischen Schichten mit vergrößerter Härte.
Je nach Wahl der Hauptkomponente und der Nebenkompo¬ nente, kann das Gitter durch positive Druckspannungen oder negative Zugspannungen verspannt sein. Ist Aluminium die Hauptkomponente und Zirkonium die Nebenkomponente, führt dies zu Druckspannungen in dem Kristallgitter. Ist hingegen Zirkonium die Hauptkomponente und Aluminium die Nebenkompo¬ nente, führt dies zu Zugspannungen. Die Wahl der Atompro¬ zente der Hauptkomponente und der Nebenkomponente wird da¬ bei jeweils in Abhängigkeit von dem verwendeten Elementen so getroffen, dass die Oxidschicht in einer einzigen Phase vorliegt, so dass nicht zwei Phasen nebeneinander vorlie¬ gen. Solche metastabilen Schichten lassen sich vorzugsweise im PVD abscheiden. Die Oxidschicht kann außer der Hauptkomponente, der Nebenkomponente und Sauerstoff gemäß Anspruch 2 ein weite¬ res chemisches Element enthalten, bspw. ein aus der genann¬ ten Gruppe ausgewähltes Element. Z.B. kann im Falle von (Al, Zr)2O3) Chrom als zusätzliche Nebenkomponente dienen, was zur Ausbildung einer (Al, Zr,Cr) 2O3) -Schicht führt. Die ist im PVD mit Mischtargets oder gesonderten Targets mög¬ lich. Damit lassen sich gezielt weitere Härteverbesserungen sowie, zumindest bis zu einem gewissen Grad, auch eine Ver¬ ringerung der Sprödigkeit der Oxidschicht erreichen.
Die Oxidschicht ist vorzugsweise ein Substitutions¬ mischkristall in mono- oder polykristalliner Form. Durch geeignete Prozessführung lässt sich das Verhältnis zwischen der Hauptkomponente und der Nebenkomponente innerhalb der Schicht in einer Richtung senkrecht zur Schicht variieren. Beispielsweise kann ein deutlicher Gradient der Nebenkompo¬ nente von einer Seite zu der anderen Seite der Schicht hin gewünscht und erzeugt werden. Damit lassen sich Schichten erzeugen, die bspw. an ihrer Grundfläche einen anderen Spannungszustand haben wie an ihrer Oberseite. Die Schicht lässt sich auch in Subschichten unterteilen, bspw. in dem der prozentuale Anteil der Nebenkomponente von der Grund¬ seite der Schicht bis zur Oberseite hin ein- oder mehrmals zwischen verschiedenen Werten variiert wird. Dadurch lassen sich besondere Zähigkeits- oder Festigkeitseigenschaften erreichen.
Die Nebenkomponente macht eine Anteil an der Gesamt- atomzahl der oxidischen Schicht von größer 1 Atomprozent aus. Sie stellt nicht lediglich eine Verunreinigung dar. Alternativ zu der metastabilen ternären Oxidschicht kann das Schneidwerkzeug auch mit einer Schicht versehen sein, die zweiphasig ist, wobei eine Phase in amorpher Mat¬ rixphase vorliegt und die zweite Phase aus einem Oxid be¬ steht. Die Kombination einer amorphen Phasen mit der oxidi¬ schen kristallinen Phase eröffnet den Weg zu besonderen Ei¬ genschaften, insbesondere hinsichtlich hoher Härte kombi¬ niert mit hoher Zähigkeit .
Das Oxid ist vorzugsweise ein Oxid eines oder mehrerer Elemente der vierten, fünften oder sechsten Nebengruppe des periodischen Systems der Elemente, Aluminium oder Silizium. Es kann ein binäres Oxid sein, das lediglich einen aus der vorgenannten Gruppe ausgewählten Stoff enthält. Vorzugs¬ weise können aber auch ternäre oder noch komplexere Oxide verwendet werden. In den Kristalliten bilden sie dann bspw. Substitutionsmischkristalle, die in die amorphe Phase ein¬ gebettet sind. Wird ein ternäres Oxid verwendet, entstammen die beteiligten Elemente vorzugsweise der oben genannten Gruppe, wobei sie in unterschiedlichen Gehalten vorhanden sind. Alternativ können jedoch auch zwei binäre Oxide ne¬ beneinander als Kristallite eingebettet in die amorphe Pha¬ se vorliegen.
Die amorphe Phase ist vorzugsweise eine kovalent ge¬ bundene Schicht. Sie kann eine CN-Schicht, die nur aus Koh¬ lenstoff und Stickstoff besteht, eine Oxidschicht oder eine keramische Schicht sein. Eine keramische Schicht ist bspw. eine Siliziumkarbidschicht. Alternativ kann als amorphe Phase eine metallische HartstoffSchicht zur Anwendung kom¬ men.
Der Schichtaufbau kann weitere Schichten enthalten, die ebenso wie die Schichten nach Anspruch 1 oder 10 aufge- baut sind. Alternativ oder zusätzlich können weitere Schichten, bspw. metallische Hartstoffschichten gemäß An¬ spruch 20 oder einen Schichtaufbau gemäß Anspruch 21 auf¬ weisen. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Schicht und weiter vorzugsweise der gesamte Schichtaufbau in einem PVD- Verfahren erzeugt .
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin¬ dung veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schneidwerkzeug in perspektivischer schemati- scher Darstellung,
Fig. 2 das Schneidwerkzeug nach Figur 1, in einer aus¬ schnittsweisen geschnittenen Darstellung,
Fig. 3 eine alternative Ausführungsform des Schneidwerk¬ zeugs nach Figur 1 in einer geschnittenen aus¬ schnittsweisen Darstellung und
Fig. 4 eine alternative Ausführungsform eines Schicht- aufbaus eines Schneidwerkzeugs nach Figur 1. In Figur 1 ist eine Schneidplatte 1 als Beispiel für ein Schneidwerkzeug veranschaulicht . Die Schneidplatte 1 besteht aus einem Grundkörper 2, der in Figur 2 angeschnit¬ ten dargestellt ist und bspw. aus Kobalt gebundenem ges¬ interten Wolframcarbid besteht. Der Grundkörper 2 trägt ei¬ nen Schichtaufbau 3, der bspw. mittels PVD-Verfahren aufge¬ bracht worden ist. Er weist vorzugsweise eine Dicke zwi¬ schen 5 μm und 30 μm auf. Der Schichtaufbau besteht vor¬ zugsweise aus mehreren einzelnen Schichten 4, 5, 6, 7, die unterschiedliche Zusammensetzungen haben können. Beispiels¬ weise sind die unteren auf dem Grundkörper 2 haftenden Schichten 4, 5, Schichten auf Titanbasis, wie bspw. Titan¬ nitrid oder Titancarbonitrid oder Ähnliches. Die Schicht 5 kann alternativ als haftungsvermittelnde Schicht für eine darüber liegende oxidische Schicht 6 ausgebildet sein. Die oxidische Schicht 6 besteht aus einem ternären Oxid in me¬ tastabiler Phase. Es handelt sich bspw. um (Al7Zr)2O3, d.h. um ein Aluminiumoxid, bei dem einige Aluminiumatome durch Zirkoniumatome ersetzt sind. Aluminium bildet eine Haupt¬ komponente und Zirkonium eine Nebenkomponente. Sie macht vorzugsweise weniger als 10%, weiter vorzugsweise lediglich 3 oder 4 at% des Metallanteils aus. Es handelt sich um ei¬ nen Substitutionsmischkristall, der in einer einzigen Phase vorliegt. Kristallite von Al2O3 oder ZrO2 sind nicht vorhan¬ den (d.h. keine Spinellstruktur) . Der Zirkoniumgehalt liegt deutlich über ein Atomprozent, wobei er so festgelegt wird, dass die Schicht 6 die gewünschte Festigkeit erhält.
Die Schicht 6 ist in einem PVD-Reaktivprozess erzeugt wor¬ den. Beispielsweise in einer PVD-Beschichtungsanlage mit AlZr-Mischtargets. Ein solches Target kann bspw. im Wesent¬ lichen aus Aluminium bestehen und ungefähr zwei Atomprozent Zirkonium enthalten. In der PVD-Beschichtungsanlage wird in einer geschlossenen Magnetfeldanordnung eine Plasmaat¬ mosphäre mit niedrigem Druck von z.B. 0,8 Pa erzeugt. Sie besteht im Wesentlichen aus Argon mit Sauerstoff. Es wird ein PVD-Magnetronverfahren angewandt, bei dem vor dem Tar¬ get ein Argonplasma gezündet wird. Es kommt zur Hochleis¬ tungskatodenzerstäubung (gepulstes DC-Magnetronsputtern) . Die Pulsfrequenz beim Magnetronsputtern kann z.B. auf 90 kHz mit einer On-Time von 80% (Puls-Pause-Verhältnis von 4 zu 1) festgelegt sein. Vorteilhaft ist eine gepulste Sub¬ stratvorspannung (Bias) von -200 V mit einer Pulsfrequenz von 70 kHz. Die Substrattemperatur kenn bei 6500C gehalten werden. Der so von dem Target mit einer spezifischen Tar¬ getleistung von ca. 6 W/cm2 erzeugte Aluminium- und Zirko¬ niumdampf scheidet sich unter Zugabe des Reaktivgases Sau¬ erstoff als einphasiger metastabiler Mischkristall als Schicht 6 ab. Die Zirkoniumatome werden in eine sich aus¬ bildende γ-Aluminiumoxidschicht (auf Aluminium- Gitterplätzen) eingelagert und erzeugen in dem Al2O3- Kristall Gitterverspannungen. Die Verspannung der Schicht härtet diese. Die Schicht hat eine Dicke von 0,5 bis 10 μm, vorzusweise 2 bis 4 μm. Je nach gewünschter Schichtdicke beträgt die Abscheidedauer 30 min. bis 6 h. Es können auch getrennte Aluminiumtargets und Zirkoni¬ umtargets verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass durch die Steuerung der Katodenzerstäubung an dem jeweili¬ gen Target das Mischungsverhältnis zwischen Aluminium (Hauptkomponente) und Zirkonium (Nebenkomponente) wie ge¬ wünscht eingestellt oder auch innerhalb einer Schicht modu¬ liert werden kann. Die erzeugte mindestens ternäre Oxid¬ schicht kann auch als Multilayerschicht ausgebildet sein. Z.B. kann dies durch periodische Variation des Tar- getbeschusses oder der Zusammensetzung der Prozessatmosphä¬ re erreicht werden, z.B. indem von Zeit zu Zeit geringe Stickstoffanteile eingeleitet werden. Es ergibt sich eine ternäre oxidische Multilayerschicht, in die Oxidnitridlagen eingelagert sind. Es können in die ternäre Oxidschicht auch Lagen binären Oxids eingelagert sein. Ein Beispiel für eine solche Mehrlagenstrukturierung der Schicht 6 ist in Figur 4 veranschaulicht. Die Schicht 6 ist in eine Anzahl von Lagen 6.1 bis 6.n unterteilt, die voneinander unterscheidbar sind. Wenigstens eine dieser Lagen 6.1 bis 6.n ist eine einphasige metastabile, zumindest ternäre Oxidschicht. We¬ nigstens eine der übrigen Lagen unterscheidet sich von die¬ ser Oxidschicht durch ihre chemische Zusammensetzung und/oder strukturell. Sie kann ebenfalls eine einphasige ternäre Oxidschicht mit einer anderen chemischen Zusammen¬ setzung oder lediglich anderen Atomprozentzahlen der be¬ teiligten Elemente sein. Beispielsweise kann die Lage 6.1 eine (Al, Zr) 2O3-Schicht und die Lage 6.2 eine Al2O3-Schicht sein. Auf diese Weise kann sich jeweils eine ternäre (oder höhere) Oxidschicht mit einer binären Oxidschicht abwech¬ seln. Die zwischen den zumindest ternären Oxidlagen können sich jedoch auch durch andere Merkmale von den ternären O- xidlagen unterscheiden. Beispielsweise können sie mehrpha¬ sig sein oder zusätzliche andere chemische Elemente enthal¬ ten oder auch Elemente der metastabilen ternären Oxidlage nicht enthalten. Auf diese Weise können die einzelnen Lagen der Multilayerschicht z.B. gegeneinander verspannt werden, um gezielt mechanische Eigenschaften zu beeinflussen.
Die Targetvorspannung wird vorzugsweise mit 10 bis 100 kHz gepulst. Vorzugsweise wird bipolar gepulst, wobei die negative Spannung zwischen -200 und -400 V liegt und die positive Spannung vorzugsweise um +100 V liegt. Vorzugs¬ weise wird im Gegentakt gepulst. Z.B. können zwei Al-Zr- Mischtargets mit einem Zusammensetzungsverhältnis von 97at% zu 3at% Anwendung finden. Sie werden in Dualmagnetron bi¬ polar gepulst. Es kann mit einer Prozesstemperatur von 6000C oder darüber und einer Substratvorspannung von -80V gearbeitet werden. Der Prozessdruck kann z.B. 0,7 Pa Argon betragen. Als Reaktivgas wird Sauerstoff zugeführt. Es können unter folgenden Bedingungen auch durch Ein¬ lagerung von Chrom in Aluminiuraoxid verspannte und dadurch gehärtete (Al,Cr) 2O3-Schichten (ternäre Oxidschicht) er¬ zeugt werden: - Gepulstes DC Magnetronsputtern (z.B. bipolar, 80 kHz, On-Time 80%) , - Druck: 0,8 Pa Gepulste Substratvorspannung (Bias) :-150V (bipolar, 70 kHz) Temperatur: 6000C Target: Aluminium-Chrom-Mischtarget mit 1 bis 6 at% Cr Spezifische Targetleistung: ca. 6 W/cm2 Geschlossene Magnetfeldanordnung Abscheidungsdauer: je nach gewünschter Schichtdicke 30 min bis 6 h Schichtdicke: 0,5 bis 10 μm, vorzusweise 2 bis 4 μm.
Aluminium bildet die Hauptkomponente und Chrom die Ne¬ benkomponente. Sie macht vorzugsweise weniger als 10%, wei¬ ter vorzugsweise lediglich 3 oder 4 at% des Metallanteils aus .
Auf der Schicht 6 kann eine weitere Schicht z.B. die Schicht 7 als Dekorschicht aufgebracht werden. Diese kann farbig sein, als Verschleißindikator wirken oder Reibeigen¬ schaften ändern. Der Schichtaufbau 3 kann auch abweichend gestaltet werden. Beispielsweise können zwischen die Schicht 4 und die Schicht 6 weitere Schichten eingefügt werden, die bspw. als metallische Hartstoffschichten ausge¬ bildet sind. Dies können TiAlN-Schichten, TiCN-Schichten, AlCr(0,N) -Schichten, eine Nitrid-, Karbid-, Karbonnitrid¬ oder Oxocarbonitridschicht eines oder mehrerer Metalle der vierten, fünften oder sechsten Nebengruppe des periodischen Systems der chemischen Elemente sein. Außerdem können ein oder mehrere zusätzliche Schichten der Zusammensetzung (MeI, Me2, ...) * (O,B,C,N) mit dominierendem Sauerstoff¬ anteil bei den Nichtmetallen vorgesehen werden, wobei die beteiligten Metalle MeI, Me2, ... bei einer Gruppe entnom¬ men sind zu der die vierte, fünfte oder sechste Nebengruppe des Periodensystems sowie Aluminium und Silizium gehören. Es handelt sich dann um eine ternäre oder komplexere, vor¬ wiegend oxidische, Schicht.
In Figur 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Schichtaufbaus 3 veranschaulicht. Dieser enthält zumindest eine Schicht 8, die als zweiphasige Schicht ausgebildet ist. Darüber oder darunter kann eine weitere Schichte 4 vorgesehen sein, die z.B. Als TiN-Schicht oder als sonstige Schicht ausgebildet sit.
Die zweiphasige Schicht 8 enthält eine amorphe Matrix 9, die bspw. durch eine kovalent gebundene, d.h. nichtme¬ tallische und im Wesentlichen auch kein Metall enthaltende CN-Schicht gebildet ist. In diese kovalent gebundene amor¬ phe Matrix sind Kristallite 11 eingelagert, die oxidisch sind. Sie bestehen bspw. aus Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder einem anderen binären Oxid. Das oxidierte Metall ist vorzugweise der vierten, fünften oder sechsten Nebengruppe des Periodensystems entnommen oder es handelt sich um Alu¬ minium oder Silizium. Diese Kristallite 11 bilden eine zweite Phase. Es können weitere Phasen während der dritte, vierte, fünfte Phase usw. aus anderen Oxiden oder anderen Stoffen vorgesehen sein. Des weiteren können die Kristalli¬ te 11 durch ternäre Oxide gebildet sein, wie sie oben im Zusammenhang mit der Schicht 6 beschrieben worden sind. Das Zusammenspiel zwischen der amorphen Matrixphase und einer zweiten oxidischen Phase eröffnet die Möglichkeit zur Schaffung von Beschichtungen, die sowohl hart als auch zäh sind. Die eingelagerten Kristallite können ternäre Oxide der vorbeschiebenen Art sein.
Im PVD-Verfahren werden Schneidwerkzeuge mit einer Schicht versehen, die ein einphasiges ternäres oder kom¬ plexeres Oxid ist. Durch geeignete Festlegung der Atompro¬ zente der beteiligten Hauptkomponente und der beteiligten Nebenkomponente lassen sich Verspannungen des gebildeten Oxids gezielt steuern und zur Beeinflussung seiner Eigen¬ schaften ausnutzen. Alternativ kann die Schicht eine amor¬ phe Matrixphase und darin eingebettete Oxidkristallite auf¬ weisen. Die Oxidkristallite können binär, ternär oder kom¬ plexer sein. Es können ein oder mehrere verschiedene Kris- tallitsorten nebeneinander vorliegen.
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