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Title:
HARD-MATERIAL-COATED BODIES COMPOSED OF METAL, CEMENTED HARD MATERIAL, CERMET OR CERAMIC AND PROCESSES FOR PRODUCING SUCH BODIES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/083447
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to hard-material-coated bodies composed of metal, cemented hard material, cermet or ceramic, coated with a TiSiCN composite layer or with a multilayer layer system which contains at least one TiSiCN composite layer, where the TiSiCN composite layer is, according to the invention, a nanocomposite layer which has been produced by means of a thermal CVD process without additional plasma excitation and contains a nanocrystalline phase composed of TiCxN1-x having a crystallite size in the range from 5 nm to 150 nm and a second phase composed of amorphous SiCxNy. The layer according to the invention is characterized by a high hardness, a high oxidation and heat resistance and a high adhesive strength. To produce this TiSiCN nanocomposite layer, the invention comprises a process in which the layer is deposited from a gas mixture containing one or more titanium halides, one or more silicon-containing precursors, hydrogen and reactive compounds having carbon and nitrogen atoms and/or nitrogen compounds and/or hydrocarbons and/or inert noble gases by means of a thermal CVD process at temperatures in the range from 700°C to 1100°C and pressures in the range from 10 Pa to 101.3 kPa without additional plasma excitation, where the molar ratio of the titanium halides to the silicon-containing precursors is selected so that an atomic ratio of Si to Ti of greater than 1 is present in the gas mixture. The process of the invention also permits inexpensive production of such coatings under industrial conditions.

Inventors:
ENDLER INGOLF (DE)
SCHOLZ SEBASTIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/073766
Publication Date:
June 13, 2013
Filing Date:
November 28, 2012
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
International Classes:
C23C16/34; C23C16/36; C23C28/04
Domestic Patent References:
WO1997007260A11997-02-27
WO2008130316A12008-10-30
Foreign References:
DE3811907C11989-08-03
DE102005049393A12007-04-19
US20100215951A12010-08-26
DE3811907C11989-08-03
US20080261058A12008-10-23
Other References:
MA ET AL: "Synthesis and characterization of super hard, self-lubricating Ti-Si-C-N nanocomposite coatings", ACTA MATERIALIA, ELSEVIER, OXFORD, GB, vol. 55, no. 18, 10 October 2007 (2007-10-10), pages 6350 - 6355, XP022294961, ISSN: 1359-6454, DOI: 10.1016/J.ACTAMAT.2007.07.046
WEI ET AL: "Plasma enhanced magnetron sputter deposition of Ti-Si-C-N based nanocomposite coatings", SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 203, no. 5-7, 25 December 2008 (2008-12-25), pages 538 - 544, XP025656869, ISSN: 0257-8972, [retrieved on 20080522], DOI: 10.1016/J.SURFCOAT.2008.05.019
KUO D-H ET AL: "A new class of Ti-Si-C-N coatings obtained by chemical vapor deposition, Part II: low-temperature process", THIN SOLID FILMS, ELSEVIER-SEQUOIA S.A. LAUSANNE, CH, vol. 419, no. 1-2, 1 November 2002 (2002-11-01), pages 81 - 89, XP005505550
J.-H. JEON; S.R. CHOI; W.S. CHUNG; K.H. KIM, SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, vol. 188-189, 2004, pages 415
D. MA; S. MA; H. DONG; K. XU; T. BELL, THIN SOLID FILMS, vol. 496, 2006, pages 438
P. JEDRZEYOWSKI; J.E, KLEMBERG-SAPIEHA; L. MARTINU, SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, vol. 188-189, 2004, pages 371
D.-H. KUO; K.-W. HUANG, THIN SOLID FILMS, vol. 394, 2001, pages 72
D.-H. KUO; K.-W. HUANG, THIN SOLID FILMS, vol. 394, 2001, pages 81
D.-H. KUO; W.-C. LIAO, THIN SOLID FILMS, vol. 419, 2002, pages 11
Attorney, Agent or Firm:
RAUSCHENBACH, DIETER (DE)
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Claims:
ANSPRÜCHE

Hartstoffbeschichtete Körper aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik, beschichtet mit einer TiSiCN-Kompositschicht oder mit einem mehrlagigen Schichtsystem, das mindestens eine TiSiCN-Kompositschicht enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die TiSiCN-Kompositschicht eine mittels thermischem CVD-Verfahren ohne zusätzliche Plasmaanregung hergestellte

Nanokompositschicht ist, die eine nanokristalline Phase aus TiCxNi-x mit einer Kristallitgröße zwischen 5 nm und 150 nm und eine zweite Phase aus amorphem SiCxNy enthält.

Hartstoffbeschichtete Körper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die nanokristalline Phase aus TiCxNi-x mit einem Anteil von 60 Ma.% bis 99 Ma.% und die amorphe SiCxNy-Phase mit einem Anteil von 1 Ma.%. bis 40 Ma.% enthalten sind.

Hartstoffbeschichtete Körper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die nanokristalline TiCxNi-x-Phase mit 0,1 < x < 0,99 und die amorphe SiCxNy - Phase mit 0,1 < x < 0,95 und 0,05 < y < 0,9 in der Nanokompositschicht enthalten sind.

Hartstoffbeschichtete Körper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff-Gehalt der TiSiCN-Kompositschicht mehr als 8 At.% beträgt.

Hartstoffbeschichtete Körper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die TiSiCN-Nanokompositschicht als weiteren Bestandteil bis zu 5 Ma.% amorphen Kohlenstoff enthält. Hartstoffbeschichtete Körper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die TiSiCN-Nanokompositschicht einen Halogengehalt < 1 At.% und einen Sauerstoffgehalt < 4 At.% aufweist.

Hartstoffbeschichtete Körper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die TiSiCN-Nanokonnpositschicht aus TiSiCN-Einzellagen mit unterschiedlichen Titan/Silicium-Verhältnissen besteht.

Hartstoffbeschichtete Körper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die TiSiCN-Nanokompositschicht einen Gradienten hinsichtlich des Silicium- und Titan-Gehaltes aufweist.

Hartstoffbeschichtete Körper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die TiSiCN-Nanokompositschicht in einem mehrlagigen Schichtsystem mit einer oder mehreren Deckschichten und/oder Anbindungsschichten zum Substratkörper kombiniert ist, wobei diese Schichten aus einem oder mehreren Nitriden, Carbiden, Carbonitriden, Oxynitriden, Oxycarbiden, Oxycarbonitriden, Oxiden von Ti, Hf, Zr, Cr und/oder AI oder aus Mischphasen mit diesen Elementen bestehen.

Verfahren zur Herstellung hartstoffbeschichteter Körper aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik beschichtet mit einer TiSiCN-Kompositschicht oder mit einem mehrlagigen Schichtsystem, das mindestens eine TiSiCN-Kompositschicht enthält, wobei die TiSiCN-Kompositschicht eine Nanokompositschicht ist, die eine nanokristalline Phase aus TiCxNi-x mit einer Kristallitgröße zwischen 5 nm und 150 nm und eine zweite Phase aus amorphem SiCxNy enthält , nach

Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die TiSiCN-Nanokompositschicht in einer Gasmischung, die ein oder mehrere Titanhalogenide, einen oder mehrere siliciumhaltige Precursoren, Wasserstoff, sowie reaktive Verbindungen mit Kohlenstoff- und Stickstoffatomen und/oder Stickstoffverbindungen und/oder Kohlenwasserstoffen und/oder inerte Edelgase enthält, mit einem thermischen CVD-Prozess bei Temperaturen zwischen 700 °C und 1 100 °C und bei Drücken zwischen 10 Pa und 101 ,3 kPa ohne zusätzliche Plasmaanregung auf dem Körper abgeschieden wird, wobei das Molverhältnis der Titanhalogenide und der siliciumhaltigen Precursoren so gewählt wird, dass in der Gasmischung ein Atomverhältnis von Si zu Ti größer 1 vorliegt.

1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als reaktive Verbindungen mit Kohlenstoff- und Stickstoffatomen ein oder mehrere Nitrile oder Amine verwendet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als reaktive Verbindung mit Kohlenstoff- und Stickstoffatomen Acetonitril eingesetzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Stickstoffverbindungen N2 und/oder NH3 und als Kohlenwasserstoffe C2H und/oder C2H2 verwendet werden.

Description:
Hartstoff beschichtete Körper aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Körper

TECHNISCHES GEBIET Die Erfindung betrifft hartstoffbeschichtete Körper aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik, beschichtet mit einer TiSiCN-Schicht oder einem Schichtsystem, das mindestens eine TiSiCN-Schicht enthält, sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Körper. Die auf den Körpern erzeugte erfindungsgemäße Hartstoffschicht zeichnet sich durch eine hohe Härte, hohe Oxidations- und Temperaturbeständigkeit sowie eine hohe Haftfestigkeit aus und ist als Verschleißschutzschicht auf vielen Hartmetall- und Keramikwerkzeugen einsetzbar.

STAND DER TECHNIK Viele Hartmetall- und Keramikwerkzeuge weisen heute Verschleißschutz- beschichtungen auf, die die Standzeit entscheidend erhöhen. Durch ihre besonderen Eigenschaften, wie z.B. hohe Härte, gute Oxidations- und Temperaturbeständigkeit, wird das Werkzeug geschützt und die Leistungsfähigkeit deutlich erhöht. So sind unter anderem Ti-basierte Hartstoffschichten, wie TiN und TiCN, bekannt. Derartige Hartstoffschichten weisen jedoch eine unzureichende

Oxidationsbeständigkeit auf, so dass diese bei der Zerspanung aufgrund der hohen Temperaturen an der Schneidkante nicht ohne Kühlschmierstoff eingesetzt werden können.

Die Oxidationsbeständigkeit und die Härte dieser Schichten kann durch den Einbau weiterer Elemente wie Aluminium oder Silicium verbessert werden. Ein Weg ist die Entwicklung von siliciumhaltigen Nanokompositschichten, die aus einer nanokristallinen TiCN-Phase und einer amorphen siliciumhaltigen Phase bestehen.

Komposite oder Nanokomposite des Systems Ti-Si-C-N können bereits mit verschiedenen physikalischen und plasmaunterstützten chemischen

Gasphasenabscheidungsverfahren abgeschieden werden. Diese Schichten zeichnen sich durch eine hohe Härte und verringerte Reibwerte aus (siehe J.-H. Jeon, S.R. Choi, W.S. Chung, K.H. Kim, Surface & Coatings Technology 188-189 (2004) 415 und R. Wei, C. Rincon, E. Langa, Journal of Vacuum Science and Technology A 28 (2010) 1 126).

Bei den PVD-Techniken werden Magnetronsputterverfahren oder Are-Prozesse angewendet, wie in DE 381 1907 C1 , WO 2008/130316 A1 und von J.-H. Jeon, S.R. Choi, W.S. Chung, K.H. Kim, Surface & Coatings Technology 188-189 (2004) 415 beschrieben. Durch die Anwendung der plasmaunterstützten CVD (PECVD) können ebenfalls TiSiCN-Schichten mit oder ohne Nanokompositstruktur hergestellt werden (siehe D. Ma, S. Ma, H. Dong, K. Xu, T. Bell, Thin Solid Films 496 (2006) 438 und P. Jedrzeyowski, J.E, Klemberg-Sapieha, L. Martinu, Surface & Coatings Technology 188-189 (2004) 371 ). Die mittels PECVD hergestellten TiSiCN-Nanokomposit- schichten weisen ähnlich hohe Härten und Eigenschaften wie die PVD-Schichten auf.

Bisher gab es nur wenige Versuche Hartstoffschichten im System Ti-Si-C-N mittels der thermischen chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) herzustellen. Kuo et. al. haben in drei wissenschaftlichen Publikationen über ihre diesbezüglichen

Untersuchungen berichtet (siehe D.-H. Kuo, K.-W. Huang, Thin Solid Films 394 (2001 ) 72 sowie D.-H. Kuo, K.-W. Huang, Thin Solid Films 394 (2001 ) 81 und D.-H. Kuo, W.-C. Liao, Thin Solid Films 419 (2002) 1 1 ). Sie konnten aber bei

Temperaturen bis 800°C nur TiSiCN-Kompositschichten mit einem Kohlenstoffgehalt kleiner als 8 At.% herstellen. Bei der kristallinen Phase handelt es sich um TiN oder TiN 0 ,3 aber nicht um TiC x Ni -x . Bei Temperaturen zwischen 800 °C und 1 100 °C wurden keine Kompositschichten, sondern einphasige (Ti,Si)(C,N)-Schichten mit Härten zwischen 10 GPa und 27,5 GPa erzeugt. Die Härte dieser Schichten ist also vergleichsweise gering, im Gegensatz zu den oben erwähnten superharten

Nanokompositschichten, die mittels PVD- und PECVD-Verfahren hergestellt wurden.

Aus der US 2008/0261058 A1 ist auch bereits eine Schicht bekannt, die aus TiC, TiN oder Ti(C,N) und den Legierungselementen Si, Cr, V besteht. Die Schicht besteht entweder aus einer kristallinen Mischphase mit den Legierungselementen oder einer Kompositschicht aus zwei oder mehr Phasen. Dabei liegt eine Phase in Form von TiCN-Körnern im Mikrometerbereich vor und die andere Phase besteht aus Nitriden und Karbiden der Legierungselemente Si, Cr, V.

Nachteilig bei der vorgestellten Kompositschicht ist, dass diese nur eine geringe Härte und eine unzureichende Oxidationsbeständigkeit aufweist.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Körper aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik ein Schichtsystem zu entwickeln, das ein- oder mehrlagig ist und das mindestens eine TiSiCN-Hartstoffschicht enthält, die sich durch eine hohe Härte, eine hohe Oxidations- und Temperaturbeständigkeit sowie eine hohe Haftfestigkeit auszeichnet. Eingeschlossen in diese Aufgabe ist die Entwicklung eines Verfahrens, das auch unter industriellen Bedingungen kostengünstig eine Erzeugung derartiger Beschichtungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Ansprüche im Sinne einer UN D-Verknüpfung mit einschließt.

Gegenstand der Erfindung sind hartstoffbeschichtete Körper aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik, beschichtet mit einer TiSiCN-Kompositschicht oder mit einem mehrlagigen Schichtsystem, das mindestens eine TiSiCN-Kompositschicht enthält, wobei die TiSiCN-Kompositschicht erfindungsgemäß eine mittels thermischem CVD- Verfahren ohne zusätzliche Plasmaanregung hergestellte Nanokompositschicht ist, die eine nanokristalline Phase aus TiC x Ni -x mit einer Kristallitgröße zwischen 5 nm und 150 nm und eine zweite Phase aus amorphem SiC x N y enthält. Dabei sind die nanokhstalline Phase aus TiC x Ni -x mit einem Anteil von 60 Ma.% bis 99 Ma.% und die amorphe SiC x N y -Phase mit einem Anteil von 1 Ma.%. bis 40 Ma.% enthalten.

Die Zusammensetzung der nanokristallinen TiC x Ni -x -Phase liegt im Bereich von 0,1 < x < 0,99 und die der amorphen SiC x Ny-Phase im Bereich von 0,1 < x < 0,95 und 0,05 < y < 0,9. Der Kohlenstoff-Gehalt der TiSiCN-Nanokompositschicht beträgt vorteilhaft mehr als 8 At.%.

Die TiSiCN-Nanokompositschicht kann erfindungsgemäß als weiteren Bestandteil bis zu 5 Ma.% amorphen Kohlenstoff enthalten.

Die erfindungsgemäße TiSiCN-Nanokompositschicht weist vorteilhaft einen

Halogengehalt < 1 At.% und einen Sauerstoffgehalt < 4 At.% auf.

Erfindungsgemäß kann die TiSiCN-Nanokompositschicht aus TiSiCN-Einzellagen mit unterschiedlichen Titan/Silicium-Verhältnissen bestehen und/oder einen Gradienten hinsichtlich des Silicium- und Titan-Gehaltes aufweisen.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung kann die TiSiCN-Nanokompositschicht in einem mehrlagigen Schichtsystem mit einer oder mehreren Deckschichten und/oder Anbindungsschichten zum Substratkörper kombiniert sein, wobei diese Schichten aus einem oder mehreren Nitriden, Carbiden, Carbonitriden, Oxynitriden,

Oxycarbiden, Oxycarbonitriden, Oxiden von Ti, Hf, Zr, Cr und/oder AI oder aus Mischphasen mit diesen Elementen bestehen. Der mittels thermischer CVD hergestellte erfindungsgemäße Verbund einer nanokristallinen Phase aus TiC x Ni -x mit einer amorphen SiC x N y -Phase stellt eine neue Kombination dar. Durch die Kombination dieser beiden Phasen tritt ein

Synergieeffekt ein, der zu unerwartet sehr guten Schichteigenschaften führt, nämlich zu einer hohen Haftfestigkeit, einer hohen Oxidations- und Temperaturbeständigkeit und einer hohen Härte von bis über 4000 HV[0.01 ].

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen TiSiCN-Nanokompositschicht beinhaltet die Erfindung ein Verfahren, bei dem die Schicht in einer Gasmischung, die ein oder mehrere Titanhalogenide, einen oder mehrere siliciumhaltige Precursoren,

Wasserstoff, sowie reaktive Verbindungen mit Kohlenstoff- und Stickstoffatomen und/oder Stickstoffverbindungen und/oder Kohlenwasserstoffen und/oder inerte Edelgase enthält, mit einem thermischen CVD-Prozess bei Temperaturen zwischen 700 °C und 1 100 °C und bei Drücken zwischen 10 Pa und 101 ,3 kPa ohne

zusätzliche Plasmaanregung abgeschieden wird, wobei das Molverhältnis der Titanhalogenide und der siliciumhaltigen Precursoren so gewählt wird, dass in der Gasmischung ein Atomverhältnis von Si zu Ti größer 1 vorliegt. Als reaktive Verbindungen mit Kohlenstoff- und Stickstoffatomen können dabei vorteilhaft ein oder mehrere Nitrile, vorzugsweise Acetonitril, oder Amine verwendet werden.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schichten gegenüber mittels PVD hergestellten Schichten ist die höhere Haftfestigkeit. Ein weiterer, erheblicher Vorteil bei der Nutzung ist die Einbeziehung dieser Schicht in komplexere, mehrlagige CVD- Schichtsysteme.

Gegenüber der im Stand der Technik erwähnten plasmagestützten CVD (PECVD) ist das thermische CVD-Verfahren ein einfacheres und in der Industrie etabliertes Verfahren. PECVD-Verfahren spielen in der Werkzeugbeschichtung außer für die Herstellung harter Kohlenstoffschichten keine Rolle. PECVD-Schichten erreichen auch nicht die hohen Haftfestigkeiten der mittels thermischer CVD hergestellten Schichten.

BEISPIELE ZUR AUSÜHRUNG DER ERFINDUNG

Nachstehend ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Abbildungen näher erläutert. Die Abbildungen zeigen: Abb. 1 : das Röntgendiffraktogramm der mittels CVD hergestellten TiSiCN- Nanokompositschicht gemäß Ausführungsbeispiel 1 ,

Abb. 2: eine REM-Aufnahme des Querschliffs eines Schichtsystems aus zwei TiN- Schichten (C) und (B) und der TiSiCN-Nanokompositschicht (A) gemäß Ausführungsbeispiel 3.

Beispiel 1

Auf WC/Co-Harmetallwendeschneidplatten, die mit einem 5 μιτι dicken TiN/TiCN/TiN- Schichtsystem vorbeschichtet sind, wird eine TiSiCN-Nanokompositschicht mittels des erfindungsgemäßen thermischen CVD-Verfahrens als Deckschicht

abgeschieden.

Dazu wird für die Abscheidung der TiSiCN-Nanokompositschicht in einen

horizontalen Heißwand-CVD-Reaktor mit einem Innendurchmesser von 75 mm eine Gasmischung von 4,2 ml/min TiCI 4 , 20,4 ml/min SiCI 4 , 7,9 ml/min Acetonitril (CH 3 CN) und 2400 ml/min Wasserstoff bei 800 °C und 6 kPa eingeleitet.

Nach einer Beschichtungszeit von 120 min zeigt sich eine graue Beschichtung, welche eine Schichtdicke von 4,3 μιτι aufweist.

Bei der im streifenden Einfall durchgeführten röntgenographischen

Dünnschichtanalyse wird nur das kristalline TiC x Ni -x gefunden (siehe

Röntgendiffraktogramm in Abb. 1 ). Silicium ist in einer zweiten, amorphen SiC x N y - Phase enthalten, analog der im Beispiel 3 durchgeführten XPS-Analyse. Die mittlere Korngröße der nanokristallinen Phase des TiC x Ni -x wurde mittels Rietveld-Analyse auf 19 ± 0,4 nm bestimmt.

Die Elementanalyse mittels WDX ergab folgende Elementgehalte:

36,86 At.% Ti,

1 1 ,74 At.% Si,

27,39 At.% C,

20,82 At.% N,

0,39 At.% Cl und

2,80 At.% O. Für diese TiSiCN-Nanokompositschicht wurde eine Mikrohärte von 4080 HV[0,01 ] gemessen.

Beispiel 2

Auf einer mit 1 μιτι TiN und 3 μιτι TiCN vorbeschichteten WC/Co-Wendeschneidplatte wird zunächst eine weitere TiN-Schicht mit einer Dicke von 0,5 μιτι aufgebracht, gefolgt von der erfindungsgemäßen TiSiCN-Nanokompositschicht.

Dazu wird in den im Beispiel 1 genannten CVD-Reaktor eine Gasmischung aus 8,3 ml/min TiCI 4 , 10 ml/min Si 2 CI 6 , 10,6 ml/min CH 3 CN und 2400 ml/min Wasserstoff bei 850 °C und 6 kPa eingeleitet. Nach einer Beschichtungszeit von 90 min wird eine graue Beschichtung erhalten, die eine Schichtdicke von 7,6 μιτι aufweist.

Bei der im streifenden Einfall durchgeführten röntgenographischen

Dünnschichtanalyse wird ebenso wie beim Beispiel 1 nur das kristalline TiC x Ni -x gefunden. Silicium ist in einer zweiten, amorphen SiC x N y -Phase enthalten, analog der im Beispiel 3 durchgeführten XPS-Analyse. Mittels Rietveld-Analyse wurde eine mittlere Korngröße für die nanokristallinen TiC x Ni -x -Phase von 39 ± 2 nm erhalten. Die WDX-Analyse ergab folgende Elementgehalte:

41 ,70 At.% Ti,

4,30 At.% Si,

28,07 At.% C,

23,15 At.% N,

0,01 At.% Cl und

2,77 At.% O.

Für diese TiSiCN-Nanokompositschicht wurde eine Mikrohärte von 3840 HV[0,01 ] gemessen.

Beispiel 3

Auf einer mit 3 μιτι TiN vorbeschichteten WC/Co-Wendeschneidplatte wird zunächst eine weitere TiN-Schicht mit einer Dicke von 0,5 μιτι aufgebracht, gefolgt von der erfindungsgemäßen Nanokompositschicht aus TiSiCN. Dazu wird in den im Beispiel 1 genannten CVD-Reaktor eine Gasmischung aus 4,2 ml/min TiCI 4 , 10 ml/min Si 2 CI 6 , 10,6 ml/min CH 3 CN und 2400 ml/min Wasserstoff bei 850 °C und 6 kPa eingeleitet. Nach einer Beschichtungsdauer von 90 min wurde eine graue Beschichtung abgeschieden, welche eine Schichtdicke von 3,5 μιτι aufweist.

Bei der im streifenden Einfall durchgeführten röntgenographischen

Dünnschichtanalyse wird ebenso wie in Beispiel 1 nur das kristalline TiC x Ni -x gefunden. Eine kristalline siliciumhaltige Phase ist röntgenographisch nicht nachweisbar. Durch die XPS-Analyse der TiSiCN-Schicht wurden nach Auswertung des Si2p-Spektrums jedoch eindeutig Si-N-Bindungen bei 101 ,8 eV und Si-C- Bindungen bei 100,7 eV nachgewiesen, die das Vorhandensein einer amorphen SiCxNy-Phase anzeigen. Die mittlere Korngröße der nanokristallinen Phase des TiC x Ni -x wurde mittels Rietveld-Analyse bestimmt und ein Wert von 12 ± 4 nm erhalten. Die

Nanokompositstruktur ist aus dem Querschliff in Abb. 2 ersichtlich. Die TiSiCN- Deckschicht (A) zeigt eine Nanokompositstruktur, bei der hellere nanokristalline TiCxNi -x -Kristallite in einer dunkleren amorphen Matrix eingebettet sind. Unterhalb der TiSiCN-Deckschicht sind die mikrokristallinen Anbindungsschichten TiN (C) und (B) zu sehen.

Die WDX-Analyse der TiSiCN-Deckschicht ergab folgende Elementgehalte:

32,75 At.% Ti,

12,72 At.% Si,

27,15 At.% C,

23,62 At.% N,

0,51 At.% Cl und

3,25 At.% O.

Für diese TiSiCN-Nanokompositschicht wurde eine Mikrohärte von 3610 HV[0,01] gemessen.