Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

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2. Stand der Forschung
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Eigenspannungszustand in Zugrichtung verschoben wird, um so mehr sinkt die Adhäsion der
Schichten zum Substrat sowie die innere Festigkeit, so dass die Verschleißbeständigkeit
herabgesetzt wird. Die Änderung der Schichteigenschaften muss berücksichtigt werden, wenn
PECVD SiC Schichten bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden.
PECVD SiC Schichten weisen eine zu konventionellen TiN CVD Schichten vergleichbare
Bruchzähigkeit (4 MPa·m 0,5 ) bei einer um drei Größenordnungen verbesserten Korrosionsbeständigkeit
auf [Ger93]. Somit besitzen diese Schichten eine vorzügliche Eignung für den
kombinierten Verschleiß- und Korrosionsschutz. Die Härte hängt wesentlich von der Stöchiometrie
der Schichten ab. Insbesondere führt überschüssiger Kohlenstoff zu einer starken Abnahme
der Härte [Lel91]. Allerdings kann Kohlenstoff in einigen Verschleißfällen als Festschmierstoff
wirken und durch einen reduzierten Reibungskoeffizienten die tribologischen
Eigenschaften eines Systems verbessern.
2.2.6 Thermische Plasmaverfahren
Bislang ist die Synthese von SiC Schichten mittels DC Plasmajet CVD aus gasförmigem
SiCl4 und CH4 auf Graphit und mit Kohlefasern verstärktem Kohlenstoff untersucht worden
[Koj95]. Die kolumnaren Schichten, die ohne Relativbewegung von Brenner und Substrat
hergestellt wurden, weisen im Beschichtungszentrum die höchsten Depositionsraten auf, da
die Dichte der schichtbildenden Spezies von der Plasmaachse zum Rand abnimmt. In Folge
der veränderten Abscheidebedingungen ändert sich die Schichtstruktur ebenso wie die chemische
Zusammensetzung mit dem Abstand von der Plasmaachse.
Die Synthese nanoskaliger SiC Pulver im HF Plasmajet gelingt mit Methan als Kohlenstoffund
gasförmigem SiH4 oder SiCl4 sowie feinem Siliciumpulver als Siliciumlieferant [Guo95].
Die Struktur der Pulver hängt wesentlich von der Plasmagaszusammensetzung ab. Während
in reinen Argonplasmen ausschließlich β-SiC synthetisiert wird, kann durch den Einsatz von
Wasserstoff im Hüllgas die Hochtemperaturphase α-SiC eingestellt werden. Allerdings ver-
schiebt der Einsatz von Wasserstoff das Reaktionsgleichgewicht in Richtung der Ausgangsstoffe
Silicium und Methan, wodurch die Pulverausbeute sinkt [Guo97]. Die Pulver lassen
sich durch Sintern zu Bauteilen mit hervorragenden Eigenschaften verarbeiten.
Ein neuer Ansatz zur SiC Schichtsynthese nutzt die Bildung nanoskaliger Partikel im Plasmastrahl
aus, um diese mit hoher Geschwindigkeit auf einem Substrat zu kompakten Schichten
zu verdichten. Der HPPD (Hypersonic Plasma Particle Deposition) Prozess nutzt zum Erzeugen
des Plasmastrahls einen herkömmlichen Gleichstromplasmabrenner, in dessen Plasmastrahl
die gasförmigen Ausgangsstoffe injiziert werden. Bei der anschließenden Überschall-