VDI 2840 - Beuth Verlag

Lizenzierte Kopie von elektronischem Datenträger 

Zu beziehen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin – Alle Rechte vorbehalten ©Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf 2004 

ICS 25.220 VDI-RICHTLINIEN Januar 2004 

VEREIN 

DEUTSCHER 

INGENIEURE 

Carbon coatings – Basic knowledge, 

coating types and properties 

Kohlenstoffschichten 

Grundlagen, Schichttypen und Eigenschaften 

Einsprüche bis 2004-04-30 

VDI 2840 

Entwurf 

• vorzugsweise in Tabellenform als Datei per E-Mail an 

adb@vdi.de 

Die Vorlage dieser Tabellen kann abgerufen werden unter 

http://www.vdi-richtlinien.de/einsprueche 

• in Papierform an 

VDI-Gesellschaft Produktionstechnik (ADB) 

Postfach 10 11 39 

40002 Düsseldorf 

Inhalt Seite 

Vorbemerkung.............................................................................................2 

1 Einleitung und Zielsetzung...................................................................2 

2 Geltungsbereich ...................................................................................3 

3 Grundlagen ...........................................................................................4 

3.1 Kristallgitter des Kohlenstoffs ........................................................4 

3.2 Bindungstypen ...............................................................................4 

3.3 Atomnetzwerke der amorphen Kohlenstoffschichten.......................5 

3.4 Beschichtungsverfahren..................................................................5 

4 Schichttypen.........................................................................................6 

4.1 Plasmapolymerschichten ................................................................6 

4.2 Amorphe Kohlenstoffschichten.......................................................6 

4.2.1 Wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschichten...................7 

4.2.2 Wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten................7 

4.3 Kristalline Kohlenstoffschichten...................................................10 

4.3.1 Diamantschichten ..............................................................10 

4.3.2 Graphitschichten................................................................13 

5 Schichteigenschaften.........................................................................13 

5.1 Hinweise für die Bestimmung der Schichteigenschaften................13 

5.1.1 Adhäsiv-Verschleißschutz..................................................16 

5.1.2 Abrasiv-Verschleißschutz ..................................................16 

5.1.3 Schutz gegen Oberflächenzerrüttung..................................16 

5.1.4 Schutz gegen tribochemischen Verschleiß und Korrosion...17 

5.1.5 Reibungsreduzierung .........................................................17 

5.1.6 Benetzbarkeit.....................................................................17 

5.1.7 Sonderfunktionen ..............................................................17 

5.1.8 Schichtdicke......................................................................17 

5.1.9 Schichtrauheit....................................................................18 

5.1.10 Farbeindruck und Helligkeit...............................................19 

5.1.11 Menge Dotierung/Zusatzstoffe...........................................19 

5.1.12 Temperaturbeständigkeit....................................................19 

5.1.13 Wärmeleitfähigkeit............................................................20 

5.1.14 Wärmeausdehnung ............................................................20 

5.1.15 Härte und Elastizitätsmodul ...............................................20 

5.1.16 Spezifischer elektrischer Widerstand..................................21 

5.2 Beschichtbare Substratmaterialien ................................................21 

Schrifttum..................................................................................................22 

Glossar ......................................................................................................24 

VDI-Gesellschaft Produktionstechnik (ADB) 

Ausschuss CVD-Diamant-Werkzeuge 

VDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 3 

VDI-Handbuch Werkstofftechnik 

Vervielfältigung – auch für innerbetriebliche Zwecke – nicht gestattet

– 2 – VDI 2840 Entwurf Alle Rechte vorbehalten © Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf 2004 

Vorbemerkung 

Diese Richtlinie ist das Ergebnis einer Gemeinschaftsarbeit 

des VDI-Ausschusses „CVD-Diamantwerkzeuge“. 

Allen ehrenamtlichen Mitarbeitern 

sowie ihren Unternehmen sei für ihr 

konstruktives Engagement und die Bereitstellung 

von Fachwissen, Tabellen- bzw. Bildmaterial herzlich 

gedankt. An der Fertigstellung dieser Richtlinie 

waren beteiligt: 

Dr.-Ing. Ingo Barzen, EITEC GmbH & Co. KG, 

Bochum 

Dr.-Ing. Jochen Brand, Fraunhofer IST, Institut für 

Schicht- und Oberflächentechnik, Braunschweig 

Dr. Dipl.-Ing. (FH) Karl-Heinz Dittrich, Roth + 

Rau Oberflächentechnik AG, Hohenstein 

Dr. Knut Enke, IKOS GmbH, Stockstadt 

Peter Feuchter, Mößner Diamantwerkzeuge 

GmbH, Pforzheim 

Dr. Fréderic Fontaine, G-ELIT GmbH, Berlin 

Martin Frank, CemeCon AG, Würselen 

Dr.-Ing. Jan Gäbler, Fraunhofer IST, Institut für 


Dipl.-Ing. Jörg Grams, Werkzeugmaschinenlabor 

WZL der RWTH Aachen 

Dr. Michael Griepentrog, Bundesanstalt für 

Materialforschung und -prüfung, Berlin 

Dr.-Ing. Ralf Häring, VDI-Gesellschaft 

Produktionstechnik (ADB), Düsseldorf 

Dr. Lutz Höhne, Volkswagen AG, Salzgitter 

Dipl.-Ing. Andreas Hoppe, IWF Institut für Werkzeugmaschinen 

und Fabrikbetrieb, TU Berlin 

Dr. Thorsten Kacsich, METAPLAS GmbH, 

Bergisch Gladbach 

Dipl.-Ing. Rouven Kott, IWF Institut für Werkzeugmaschinen 

und Fabrikbetrieb, TU Berlin 

Dr.-Ing. Toni Leyendecker, CemeCon AG, 

Würselen 

Dr. Susanne Meyer, Eifeler Werkzeuge GmbH, 

Düsseldorf 

Dr. Yashar Musayev, H-O-T Härte- und Oberflächentechnik 

GmbH & Co. KG, Nürnberg 

Dr. Marlies Patz, Gesellschaft für Fertigungstechnik 

und Entwicklung e. V., Schmalkalden 

Dr. Lothar Schäfer, Fraunhofer IST, Institut für 


Dr. Jörg Vetter, Sulzer Metaplas Ionon GmbH, 

Bergisch Gladbach 

Dr.-Ing. Harald Zimmermann, Balzers AG, 

Balzers, FL 


1 Einleitung und Zielsetzung 

Diese VDI-Richtlinie behandelt Beschichtungen 

aus Kohlenstoff, die mit den Verfahren der Vakuumbeschichtungstechnik 

(PVD oder CVD) abgeschieden 

werden. Diese modernen Schichtsysteme 

reichen von den extrem harten Diamantschichten 

über die große Vielfalt der meist wasserstoffhaltigen 

amorphen Kohlenstoffschichten bis zu den 

weichen Graphitschichten. Die Richtlinie verfolgt 

zwei Ziele: Sie soll zum einen eine einheitliche 

Einteilung und Nomenklatur der Kohlenstoffschichten 

schaffen. Zum anderen soll sie dem potenziellen 

Nutzer von beschichteten Werkstücken 

eine Vorauswahl von geeigneten Kohlenstoff- 

Schichttypen ermöglichen. 

Aus vielen Bereichen sind Hartstoffschichten nicht 

mehr wegzudenken. Sie erfüllen vielfältige Zwecke 

in tribologisch hochbelasteten Anwendungen, 

z. B. zur Verschleiß- und Reibungsreduzierung. 

Die „klassischen“ Hartstoffschichten, wie z. B. die 

titanbasierten Schichten TiN, TiCN und TiAlN, 

sind in der Industrie bereits weit verbreitet. Darüber 

hinaus existieren auch kohlenstoffbasierte 

Schichtsysteme, die noch nicht so bekannt sind. 

Erschwerend kommt hinzu, dass diese Schichten 

zum Teil einen sehr komplexen Aufbau haben. 

Außerdem existiert eine Vielzahl von verwirrenden 

Begriffen und Markennamen, die ein leichtes Verständnis 

für Nichtfachleute erschwert. Besonders 

schwierig ist dies bei Mehrlagenschichten, die unter 

einem Schichtnamen angeboten werden. Teilweise 

werden auch Schichten unter einer falschen 

Bezeichnung angeboten (z. B. amorphe Kohlenstoffschichten 

als „Diamantschichten“). 

Die vorliegende Richtlinie wendet sich in erster 

Linie an potenzielle Anwender von Beschichtungen 

für tribologische Belastungsfälle und stellt für 

diese Nutzergruppe das grundlegende Fachwissen 

über Kohlenstoffschichten zur Verfügung. Sie 

kommt damit dem Wunsch nach, Informationen zu 

erhalten, um die verschiedenen auf dem Markt angebotenen 

Kohlenstoffschichten eindeutig identifizieren 

und vergleichen zu können. Die Richtlinie 

enthält dazu eine Klassifikation aller Kohlenstoffschichten, 

mit der alle bekannten Schichttypen auf 

der Basis der physikalischen und chemischen Beschaffenheit 

eingeteilt werden. Ein potenzieller 

Anwender kann so im Gespräch mit Beschichtern 

den konkreten Typ der angebotenen Schicht bzw. 

bei Schichtsystemen die Typen der Einzelschichten 

klären. Den Beschichtern wird empfohlen, bei der 

Darstellung ihrer Produkte neben dem Verkaufsnamen 

auch die Bezeichnung gemäß dieser Klassifikation 

anzugeben. Es sollte vermieden werden, 

bei amorphen Kohlenstoffschichten nur den Gat-

Alle Rechte vorbehalten © Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf 2004 Entwurf VDI 2840 – 3 – 

tungsbegriff DLC (Diamond-like-carbon) anzugeben. 

Vielmehr sollte stets der konkrete 

Schichttyp, z. B. „a-C:H:Me“ oder „ta-C“ genannt 

werden. 

Um darüber hinaus dem Nutzer zusätzlich eine 

Auswahl des geeigneten Schichttyps für seine spezifische 

tribologische Anwendung zu ermöglichen, 

enthält die Richtlinie einen charakterisierenden 

Teil, in dem wichtige Eigenschaften der einzelnen 

Schichttypen aufgeführt sind. 

2 Geltungsbereich 

Unter den Kohlenstoffschichten, die im klassifizierenden 

Teil dieser Richtlinie aufgeführt sind, werden 

diejenigen Schichten verstanden, in denen 

Kohlenstoff der überwiegende Bestandteil ist und 

die mit PVD- oder CVD-Verfahren abgeschieden 

werden. Dazu gehören die Schichten aus den beiden 

kristallinen Kohlenstoffvarianten Graphit und 

Diamant, die amorphen Kohlenstoffschichten sowie 

die Plasmapolymerschichten. Bei den beiden 

letzteren Schichtklassen sind in der Schicht teilweise 

auch nennenswerte Anteile anderer Elemente, 

z. B. Wasserstoff, enthalten. 

Der Richtlinienteil mit den charakterisierenden 

Schichteigenschaften (Abschnitt 5) enthält die Diamantschichten 

und die amorphen Kohlenstoffschichten. 

Die Graphitschichten und die Plasmapolymerschichten 

sind dort nicht enthalten. Die 

Plasmapolymerschichten sind so vielfältig, dass sie 

im Rahmen dieser Richtlinie nicht erschöpfend behandelt 

werden können. Die Graphitschichten wiederum 

sind industriell nicht sehr stark vertreten, so 

dass eine Berücksichtigung nicht möglich ist. 

Es sind in dieser Richtlinie im Wesentlichen die 

Schichten behandelt, die industriell hergestellt 

werden. Nicht enthalten sind daher z. B. die a-C:X- 

und die ta-C:X-Schichten, die sich noch in der industriellen 

Entwicklung befinden oder zurzeit nur 

eine sehr eingeschränkte Verwendung finden. 

Bei den Anwendungen werden alle bekannten tribologischen 

Einsatzfälle der behandelten Kohlenstoffschichten 

berücksichtigt, also diejenigen, bei 

denen Verschleißschutz und/oder Reibung im Vordergrund 

stehen. Es sind somit sowohl Werkzeugbeschichtungen 

als auch Bauteilbeschichtungen 

einbezogen. Kohlenstoffschichten werden darüber 

hinaus auch für andere Zwecke eingesetzt, z. B. in 

optischen Anwendungen als Antireflexschicht. 

Alle Angaben in dieser Richtlinie beziehen sich 

auf typische Ausprägungen der Schichttypen. Reale 

Schichten können individuell davon abweichen, 

da es eine Vielzahl von Parametern gibt, die die 

Schichteigenschaften beeinflussen. Die Angaben 


beziehen sich weiterhin auf Einschichtsysteme. 

Gerade bei den amorphen Kohlenstoffschichten 

gibt es oftmals Mehrschichtsysteme (Multilagen, 

Multilayerschichten). Deren Eigenschaften können 

von denen der Einschichtsysteme abweichen. 

Ebenfalls unberücksichtigt bleiben Zwischenschichten 

(z. B. Haftvermittlerschichten), die oft 

vor den amorphen Kohlenstoffschichten abgeschieden 

werden. Die Angaben gelten außerdem 

nur für Erstbeschichtungen. Eine Entschichtung 

und Wiederbeschichtung der Kohlenstoffschichten 

ist zwar prinzipiell möglich. Es kann jedoch bei einer 

Wiederbeschichtung zu Einbußen der Leistungsfähigkeit 

gegenüber einer Erstbeschichtung 

kommen. Gleiches gilt für eine Nachbeschichtung, 

das heißt für eine erneute Beschichtung ohne vorherige 

Entschichtung. 

Nicht zu den Kohlenstoffschichten gezählt werden 

Lacke und thermische Spritzschichten, die zwar 

auch zum überwiegenden Teil aus Kohlenstoff bestehen 

können, aber nicht mit PVD- oder CVD- 

Verfahren abgeschieden werden. Weiterhin nicht 

behandelt werden Oberflächenmodifikationsverfahren. 

Hierbei gibt es Verfahren, bei denen Kohlenstoff 

auf das Substrat gelangt, z. B. das Karburieren. 

Jedoch wird in diesem Fall der Kohlenstoff 

nicht abgeschieden, sondern dringt in die Randzone 

ein und stellt somit keine Beschichtung im eigentlichen 

Sinne dar. 

Zu den Kohlenstoffschichten im weiteren Sinne 

kann man auch Schichten zählen, die Verbindungen 

von Kohlenstoff und Stickstoff enthalten, die 

so genannten CNx-Schichten. Sie werden hier ebenfalls 

nicht behandelt. Literatur dazu siehe [1] 

bis [3]. 

Über die Kohlenstoffschichten hinaus bieten die 

vier Blätter der Richtlinie VDI 3824 „Qualitätssicherung 

bei der PVD- und CVD- 

Hartstoffbeschichtung“ einen generellen Überblick 

über verschiedene Aspekte der Hartstoffbeschichtung. 

Im Einzelnen behandeln die einzelnen Blätter 

folgende Gesichtspunkte: 

• VDI 3824 Blatt 1 beschreibt die „Eigenschaften 

und Anwendungsgebiete von Hartstoffbeschichtungen“. 

• VDI 3824 Blatt 2 „Anforderungen an zu beschichtende 

Werkzeuge und Bauteile“ behandelt 

die beschichtbaren Werkstoffe und die Anforderungen 

an Werkzeuge und Bauteile aus 

diesen Werkstoffen. 

• VDI 3824 Blatt 3 „Fertigungsabläufe und 

-tätigkeiten“ bietet Informationen über die notwendigen 

Voraussetzungen für das erfolgreiche 

Qualitätsmanagement bei der PVD-/CVD-


Hartstoffbeschichtung einschließlich vorangehender 

und nachfolgender Arbeitsschritte und 

Prozesse. 

• VDI 3824 Blatt 4 „Prüfplanung für Hartstoffschichten“ 

geht auf die Planung qualitätssichernder 

Prüfungen und die Verfahren zur Prüfung 

und Kontrolle grundlegender Eigenschaften 

von Hartstoffschichten ein. 

Speziell auf das „Beschichten von Werkzeugen der 

Kaltmassivumformung – CVD- und PVD-Verfahren“ 

ist die Richtlinie VDI 3198 ausgerichtet. 

Neben beschichtungstechnischen Anforderungen 

hinsichtlich der Vorbehandlung sowie konstruktiven 

Forderungen an diese Werkzeuge gibt sie 

Hinweise zur Prüfung der beschichteten Umformwerkzeuge. 

Diese Aspekte lassen sich auch für das 

Beschichten anderer Werkzeuge und Bauteile anwenden. 

In Vorbereitung ist die Richtlinie VDI 3823 „Qualitätssicherung 

bei der Vakuumbeschichtung von 

Kunststoffen“, in deren Blättern neben anderen 

Schichten auch Polymerschichten behandelt werden, 

die durch Vakuumbeschichten auf Kunststoffen 

abgeschieden werden. Die verschiedenen Blätter 

umfassen die Teilbereiche „Eigenschaften, 

Anwendungen und Verfahren“, „Anforderungen an 

die zu beschichtenden Kunststoffe“, „Fertigungsabläufe 

und -tätigkeiten“ sowie „Prüfungen an vakuumbeschichteten 

Kunststoffteilen“. 

3 Grundlagen 

Zum Verständnis der Unterscheidungsmerkmale 

der Kohlenstoffschichten werden hier die grundlegenden 

physikalischen und chemischen Zusammenhänge 

dargestellt. 

3.1 Kristallgitter des Kohlenstoffs 

Kohlenstoff kann in reiner Form in verschiedenen 

Modifikationen vorkommen: in amorpher Form, 

also mit regelloser Anordnung der Atome (siehe 

Abschnitt 3.3) und in zwei verschiedenen Kristallmodifikationen, 

Diamant und Graphit. Diese 

beiden Kristallmodifikationen unterscheiden sich 

durch den Gitteraufbau. Das Kristallgitter bestimmt 

die wesentlichen Materialeigenschaften, 

wie z. B. Härte, Elastizität und Dichte. 

Beim Graphit ordnen sich um jedes Kohlenstoffatom 

drei weitere Atome an, wobei die vier Atome 

in einer Ebene liegen (Bild 1). Es bildet sich so ein 

Aufbau von aus Sechsecken bestehenden Atomlagen, 

die auf Grund eines geringen Atomabstandes 

(0,142 nm) eine sehr hohe innere Festigkeit besitzen. 

Zwischen den Atomlagen befindet sich jedoch 

ein relativ großer Abstand (0,333 nm). Die Atomlagen 

können daher untereinander bei Einwirken 


von äußeren Kräften leicht verschoben werden. 

Diese Gleitebenen sind verantwortlich für die weiche, 

schmierende Wirkung von Graphit. 

Bild 1. Kristallgitter von Graphit 

Bild 2. Kristallgitter von Diamant 

Beim Diamant bildet jedes Kohlenstoffatom mit 

vier benachbarten Atomen eine tetraederförmige 

Anordnung (Bild 2). Bei dieser räumlichen Anordnung 

sind alle Atomabstände gleich gering 

(0,154 nm). Es wirken daher sehr hohe Bindungskräfte 

zwischen den Atomen, und zwar in allen 

Raumrichtungen. Daraus resultiert die hohe Festigkeit 

und die extreme Härte des Diamanten. 

3.2 Bindungstypen 

Die zu den beiden Kristallgittern zugehörigen 

Atombindungen kennzeichnet man mit den Bezeichnungen 

sp 2 und sp 3 . Die Buchstaben s und p 

bezeichnen dabei die Orbitale, auf denen sich die 

Elektronen befinden. Gegenüber der Grundverteilung 

beim einzelnen Kohlenstoffatom sind die 

Elektronen bei den Gitteranordnungen des Graphit 

und des Diamanten in so genannten „Hybridzuständen“ 

auf die Orbitale verteilt. Sie werden durch 

die hochgestellten Zahlen unterschieden. Die sp 2 - 

Hybridisierung entspricht dem Graphit, jedes Koh-


lenstoffatom ist also mit drei weiteren Atomen 

verbunden. Diamant ist in der sp 3 -Hybridisierung 

gebunden, bei der vier Atome um jedes Kohlenstoffatom 

angeordnet sind. 

Diese Bindungen können nicht nur bei Kristallen 

auftreten, also bei Festkörpern mit einer Fernordnung, 

sondern auch in amorphen Festkörpern, bei 

denen die Atome regellos angeordnet sind. Die 

Bindungen bestehen dann nur zwischen einzelnen, 

wenigen Atomen und nicht in einer Fernordnung 

über eine Vielzahl von Atomen. Die Bindungsarten 

beeinflussen die Materialeigenschaften der amorphen 

Kohlenstoffschichten wesentlich. Überwiegt 

der sp 2 -Bindungsanteil, ist die Schicht weicher, 

überwiegt der sp 3 -Anteil, ist die Schicht härter. Die 

extreme Härte des Diamanten wird mit einer 

amorphen Anordnung – selbst bei sehr hohen sp 3 - 

Anteilen – nicht erlangt. Sie erreicht man nur, 

wenn die Atome zusätzlich kristallin angeordnet 

sind. 

Diamantschichten und Graphitschichten sind von 

polykristalliner Natur (siehe Abschnitt 4.3). Bei 

Graphitschichten sind die Atome der Kristallite 

sp 2 -hybridisiert. Beim Diamant sind die Atome der 

Kristallite zu 100 % sp 3 -gebunden. Die Kristallitgrenzen 

des Diamanten (Korngrenzen) bestehen 

jedoch überwiegend aus sp 2 -hybridisiertem Kohlenstoff. 

Daher weisen Diamantschichten – unabhängig 

von der Kristallitgröße – stets einen geringen 

sp 2 -Anteil auf. 

Um Diamantschichten zu identifizieren und von 

anderen Kohlenstoffschichten zu unterscheiden, 

müssen zwei Bedingungen nachgewiesen werden: 

1. Die Schicht muss kristallin sein. 

2. Die Atome der Kristallite müssen sp 3 -gebunden 

sein. 

Die Kristallinität lässt sich durch Röntgenbeugung 

nachweisen. Die Klärung, ob es sich um das Graphit- 

oder das Diamantgitter handelt, lässt sich 

ebenfalls mit dem Röntgenbeugungsdiagramm 

durchführen. Die Anteile der sp 2 - und sp 3 - 

Hybridisierungen bei kristallinen und amorphen 

Kohlenstoffschichten können mit der Raman- 

Spektroskopie abgeschätzt werden. 

3.3 Atomnetzwerke der amorphen Kohlenstoffschichten 

In Bild 3 sind schematisch die Netzwerke von zwei 

verschiedenen amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoffschichten 

dargestellt. Man erkennt, dass 

mit zunehmendem Wasserstoffgehalt der Vernetzungsgrad 

abnimmt. Dies führt zu weicheren 

Schichten. 


schwarz: Kohlenstoffatom 

weiß: Wasserstoffatom 

oben: stark vernetzt, Wasserstoffanteil 

15 bis 25 At-%, harte Schicht 

unten: gering vernetzt, polymerartig, Wasserstoffanteil 

30 bis 50 At-%, weiche Schicht 

Bild 3. Schematische Darstellung der Netzwerke 

von amorphen Kohlenstoffschichten, zweidimensionale 

Projektion der dreidimensionalen Netzwerke 

3.4 Beschichtungsverfahren 

Die in Tabelle 1 zur Abscheidung der Kohlenstoffschichten 

angegebenen PVD- und CVD-Verfahren 

sind in der Richtlinie VDI 3198 beschrieben (siehe 

auch Glossar). Deshalb erfolgen an dieser Stelle 

nur einige ergänzende Hinweise. 

Die bei den Kohlenstoffschichten verwendeten 

chemischen Prozesse entsprechen oftmals nicht 

exakt der Definition der chemischen Gasphasenabscheidung, 

wie sie z. B. in der VDI 3198 gegeben 

ist. Es hat sich jedoch in der Fachwelt etabliert, 

den Begriff für diese Prozesse zu verwenden. 

Die zur Abscheidung der amorphen Kohlenstoffschichten 

eingesetzten CVD-Prozesse erfordern eine 

Plasma-Anregung der Gasphase. Diese Prozesse 

werden durch die Abkürzung PA für „plasma assisted“ 

gekennzeichnet (plasma-unterstützt). In der 

Fachliteratur sind dafür auch die Begriffe „plasma 

activated“ (ebenfalls PA abgekürzt) und „plasma 

enhanced“ (PE) verbreitet. 

Die a-C:H:Me- (Nr. 2.6) und die a-C:H:X- 

Schichten (Nr. 2.7) werden üblicherweise mit einem 

Verfahren erzeugt, das pysikalische und chemische 

Anteile enthält. Es stellt damit eine Kombination 

aus PVD und PA-CVD dar. Sie können 

jedoch auch mit reinen PA-CVD-Verfahren hergestellt 

werden. 

Anmerkung: Bei den Nummerangaben handelt es sich um 

die Ordnungsnummern laut Tabelle 1.


4 Schichttypen 

Die systematische Einteilung der Kohlenstoffschichten 

mit den empfohlenen Abkürzungen ist in 

Tabelle 1 enthalten. Die Palette der Kohlenstoffschichten 

teilt sich in die folgenden drei Gruppen 

auf: 

1 Plasmapolymerschichten 

2 Amorphe Kohlenstoffschichten 

3 Kristalline Kohlenstoffschichten 

Die einzelnen Gruppen unterscheiden sich durch 

die Anordnung der Atome. So liegen bei den 

Plasmapolymerschichten die Atome in verketteter 

Form vor, wobei es zwischen den Ketten Quervernetzungen 

gibt. Bei den amorphen Kohlenstoffschichten 

liegen die Atome in vernetzter, regelloser 

Anordnung vor (Bild 3). Kristalline Kohlenstoffschichten 

sind durch eine regelmäßige Anordnung 

der Atome gekennzeichnet, so dass sie 

Kristalle bilden: das Graphit- oder das Diamantgitter 

(siehe Bild 1 und Bild 2). 

Der Wasserstoffgehalt und das Kristallgitter sind 

von generellem Einfluss auf die Eigenschaften der 

Kohlenstoffschichten, speziell auf die Härte. In 

Bild 4 ist eine grobe, schematische Einteilung der 

Kohlenstoffschichten nach diesen beiden Faktoren 

dargestellt. Die Linien kennzeichnen, dass dort 

Übergänge zwischen den jeweiligen Schichttypen 

vorhanden sind. Eine ähnliche Beziehung wie zur 

Härte besteht zum E-Modul der Schichten. 

Härte 

Diamant 

Graphit 

amorpher 

Kohlenstoff 

(DLC) 

Wasserstoffgehalt 

Plasmapolymer 

Bild 4. Schematische Einteilung der Kohlenstoffschichten 

nach Wasserstoffgehalt und Härte 

Die Vielfalt der Plasmapolymerschichten und der 

amorphen Kohlenstoffschichten wird in Bild 5 

deutlich, in dem die Kohlenstoffschichten in Abhängigkeit 

vom Wasserstoffgehalt und vom Verhältnis 

sp 2 -sp 3 -Hybridisierungen der C-C-Bindungen 

dargestellt sind. Exakte Abgrenzungen der 

Schichttypen sind nicht immer möglich. 

C(sp 

[at%] 

3 ) 

C(sp 2 ) + C(sp 3 C(sp 

0 [at%] 100 

) 

3 ) 

C(sp 2 ) + C(sp 3 C(sp 

0 [at%] 100 

) 

3 ) 

C(sp 2 ) + C(sp 3 ) [at%] 

C(sp 3 ) 

C(sp 2 ) + C(sp 3 ) [at%] 

C(sp 3 ) 

C(sp 2 ) + C(sp 3 0 100 

) 


Diamant 

ta-C:H 

ta-C 

a-C:H 

a-C:H:Me 

a-C:H:X 

Graphit 

Plasmapolymer 

a-C 

a-C:Me 

0 H H [at [at%] %] 

100 

C(sp 

100 [at%] 0 

2 ) 

C(sp 2 ) + C(sp 3 C(sp 

100 [at%] 0 

) 

2 ) 

C(sp 2 ) + C(sp 3 C(sp 

100 [at%] 0 

) 

2 ) 

C(sp 2 ) + C(sp 3 ) [at%] 

C(sp 2 ) 

C(sp 2 ) + C(sp 3 ) 

Bild 5. Übersicht der Kohlenstoffschichten in Abhängigkeit 

vom Wasserstoffgehalt und vom Verhältnis 

der sp 2 -sp 3 -Hybridisierungen der C-C- 

Bindungen (siehe auch [4 bis 6]) 

Die Einteilung der Schichttypen in Dünnschichten 

und Dickschichten in Tabelle 1 ist für die Diamantschichten 

wichtig (siehe Abschnitt 4.3.1) 

4.1 Plasmapolymerschichten 

Wasserstoffhaltige Kohlenstoffschichten mit einem 

Wasserstoffgehalt von über 40 At-% nennt man 

Plasmapolymerschichten. Sie entsprechen vom 

Material her den Polymeren (Kunststoffen). Die 

Abscheidung erfolgt mittels Plasma-Vakuumabscheideverfahren. 

Der Übergang zu den amorphen 

Kohlenstoffschichten (Wasserstoffgehalt unter 

40 At-%) ist jedoch fließend und eine 

Zuordnung daher nicht immer eindeutig durchzuführen. 

4.2 Amorphe Kohlenstoffschichten 

Die amorphen Kohlenstoffschichten haben typische 

Schichtdicken von 1 bis 5 µm und werden bei 

Beschichtungstemperaturen von Raumtemperatur 

bis ca. 300 °C abgeschieden. Sie werden in sieben 

Schichttypen eingeteilt, die mit der Abkürzung 

„a-C“ gekennzeichnet werden (a: amorph, C: chemisches 

Zeichen für Kohlenstoff). Diese Abkürzung 

wird zur Abgrenzung der sieben Schichttypen 

mit zusätzlichen Buchstaben (z. B. „Me“) versehen. 

Die Gruppe der amorphen Kohlenstoffschichten 

kann auch mit der englischen Bezeichnung „Diamond-like-carbon 

(DLC)“ bezeichnet werden. Die 

Bezeichnung „diamantähnlicher Kohlenstoff“ sollte 

ursprünglich auf die dem Diamanten ähnliche 

Härte dieser Schichten im Gegensatz zum Graphit 

hinweisen. Diese Bezeichnung ist jedoch in vielen 

Fällen nicht zutreffend, wenig aussagekräftig und 

unwissenschaftlich. Stattdessen sollte daher die 

Bezeichnung „amorphe Kohlenstoffschichten“ 

verwendet werden.


Es können zwei Untergruppen gebildet werden: die 

wasserstofffreien und die wasserstoffhaltigen 

amorphen Kohlenstoffschichten. Da auch ohne Zusatz 

von Wasserstoffgas geringe Mengen Wasserstoff, 

z. B. aus Restgasen, in die Schichten eingebaut 

werden, kann eine Grenze von ca. 3 At-% 

Wasserstoffanteil als Übergang von den wasserstofffreien 

zu den wasserstoffhaltigen Kohlenstoffschichten 

angesehen werden. 

4.2.1 Wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschichten 

Die in Tabelle 1 mit den Nummern 2.1 bis 2.3 gekennzeichneten 

wasserstofffreien amorphen Kohlenstoffschichten 

unterscheiden sich durch die 

Bindungsart der Kohlenstoffatome, die in den 

Schichten überwiegt, und durch eventuelle Zusatzstoffe. 

Nr. 2.1: Wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschichten 

a-C 

Je nachdem, wie viel Energie man den Teilchen 

bei der Abscheidung gibt, bilden sich die Kohlenstoffatome 

auf der Substratoberfläche überwiegend 

in einem der beiden Hybridzustände aus. Bei geringen 

Energien ergeben sich überwiegend sp 2 - 

Hybridisierungen. Die Schichten sind also weicher. 

Diese wasserstofffreien amorphen Kohlenstoffschichten 

erhalten die Abkürzung „a-C“ ohne Zusatzbuchstaben. 

Nr. 2.2.: Tetraedrische wasserstofffreie 

amorphe Kohlenstoffschichten 

ta-C 

Bei hohen Abscheideenergien bilden sich überwiegend 

sp 3 -Hybridisierungen der Tetraederanordnung, 

die zu höheren Härten und außerdem zu einer 

Zunahme der Druck-Eigenspannungen führen. 

Diese tetraedrischen wasserstofffreien amorphen 

Kohlenstoffschichten erhalten dann die Abkürzung 

„ta-C“. 

Nr. 2.3: Metallhaltige wasserstofffreie amorphe 


a-C:Me 

Die dritte Variante unterscheidet sich von den 

a-C-Schichten durch den Zusatz von metallischen 

Elementen. Für tribologische Zwecke werden Metalle 

verwendet, bei denen das Metall als Verbindung 

mit dem Kohlenstoff in Form von Carbiden 

in die Schichten eingelagert wird. Typisch werden 

die Metalle der 4. bis 6. Nebengruppe des Periodensystems 

der Elemente verwendet. Durch den 

Einbau der Metallcarbide kann z. B. die Schichthaftung 

verbessert und die Reibung modifiziert 

werden. Außerdem werden die Schichten dadurch 


elektrisch leitfähig. Diese metallhaltigen wasserstofffreien 

amorphen Kohlenstoffschichten werden 

mit „a-C:Me“ bezeichnet, wobei „Me“ für „Metall“ 

steht. Es können stattdessen auch die konkreten 

Metalle bezeichnet werden, z. B. bei Wolfram 

a-C:W oder bei Titan a-C:Ti. 

4.2.2 Wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten 

Zur Kennzeichnung der wasserstoffhaltigen amorphen 

Kohlenstoffschichten (Nr. 2.4 bis Nr. 2.7) 

wird an die Abkürzung a-C ein H als chemisches 

Zeichen für Wasserstoff mit einem Doppelpunkt 

angehängt. Der Doppelpunkt deutet die chemische 

Bindung der beiden Elemente an. Die Bezeichnung 

„Kohlenwasserstoffschichten“ wird für diese 

Schichten nicht empfohlen. In der Chemie wird 

damit eine Stoffklasse bezeichnet, die nur aus Kohlenstoff 

und Wasserstoff besteht und eine definierte 

Struktur aufweist. Bei den wasserstoffhaltigen 

amorphen Kohlenstoffschichten kann man jedoch 

keine Strukturformel angeben. Die C-H-Bindungen 

können nur statistisch erfasst werden. 

Diese Schichten können weiter unterteilt werden in 

nicht modifizierte und modifizierte wasserstoffhaltige 

amorphe Kohlenstoffschichten. Modifizierte 

Schichten enthalten zusätzlich zum Wasserstoff 

noch weitere Elemente. 

Nr. 2.4: Wasserstoffhaltige amorphe 

Kohlenstoffschichten a-C:H 

Die nicht modifizierten wasserstoffhaltigen amorphen 

Kohlenstoffschichten, die neben dem Kohlenstoff 

nur Wasserstoff enthalten, werden mit 

„a-C:H“ abgekürzt (Bild 6). Die Menge des enthaltenen 

Wasserstoffs variiert stark und beeinflusst 

die Eigenschaften der Schicht. Je geringer der 

Wasserstoffanteil, desto stärker sind die Kohlenstoffatome 

vernetzt (siehe Bild 3) und desto härter 

ist die Schicht. Bei diesem Schichttyp kann entweder 

die sp 2 - oder die sp 3 -Bindung zwischen den 

Kohlenstoffatomen überwiegen. 

Bild 6. REM-Aufnahme der präparierten Bruchfläche 

einer a-C:H-Schicht (hell: metallische Zwischenschicht)


Tabelle 1. Einteilung der Kohlenstoffschichten (linker Tabellenteil), Erläuterung siehe Textteil 

Bezeichnung 

(englischer 

Name) 

Dünnschicht/ 

Dickschicht 

1 Plasmapolymerschichten(plasmapolymer 

films) 


2 Amorphe Kohlenstoffschichten 

(amorphous carbon films, diamond-like-carbon (DLC) films) 

Dünnschicht Dünnschicht 

Dotierung, wasserstofffrei wasserstoffhaltig 

Zusatzstoffe modifiziert modifiziert 

Kristallgröße 

auf der Wachstumsseite 

Überwiegende 

C-C- 

Bindungsart 

sp 2 oder sp 3 , lineare 

Bindung 

sp 2 sp 3 sp 2 sp 2 oder 

sp 3 

mit Metall mit Metall mit Nichtmetall 

sp 3 sp 2 sp 2 

Schicht-Nr. 1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 

Bezeichnung Plasmapolymerschicht 

Empfohlene 

Abkürzung 

Weitere verbreitete, 

nicht 

mehr zu verwendendeBezeichnungen 

Englischer 

Name 

Abscheideverfahren 

wasserstofffreie 

amorphe 

Kohlenstoffschicht 

Tetraedrischewasserstofffreie 

amorphe 


metallhaltigewasserstofffreie 

amorphe 


WasserstoffhaltigeamorpheKohlenstoffschicht 

Tetraedrischewasserstoffhaltige 

amorphe 

Kohlenstof 

fschicht 

Metallhaltigewasserstoffhaltige 

amorphe 

Kohlenstoffschicht 

– a-C ta-C a-C:Me a-C:H ta-C:H a-C:H:Me 

(Me = W, 

Ti ...) 

plasma-polymer 

film 

DLC, 

graphitartigerKohlenstoff 

hydrogen 

free 

amorphous 

carbon film 

DLC, i-C, 

Diamant, 

amorpher 

Diamant 

tetrahedral 

hydrogen 

free 

amorphous 

carbon film 

Me-DLC, 

DLC 

metal 

containing 

hydrogen 

free 

amorphous 

carbon film 

DLC, Hartkohlenstoff 

hydrogenated 

amorphous 

carbon film 

DLC DLC, 

Me-DLC, 

Me-C:H, 

MeC:H 

tetrahedral 

hydrogenated 

amorphous 

carbon film 

PA-CVD PVD PVD PVD PA-CVD PVD, 

PA-CVD 


metal containinghydrogenated 

amorphous 

carbon film 

PVD + PA- 

CVD, 

PA-CVD 

Modifiziertewasserstoffhaltige 

amorphe 


a-C:H:X 

(X = Si, O, 

N, F, B ...) 

DLC 

modified 

hydrogenated 

amorphous 

carbon film 

PVD + PA- 

CVD, 

PA-CVD

1 bis 500 nm, 

nanokristallin 


Tabelle 1. Einteilung der Kohlenstoffschichten (rechter Tabellenteil), Erläuterung siehe Textteil 


3 Kristalline C-Schichten 

(crystalline carbon films) 

Diamantschichten 

(diamond films) 

Graphitschichten 

(graphite films) 

Dünnschicht Dickschicht (freitragend) Dünnschicht 

undotiert dotiert undotiert dotiert undotiert 

0,5 bis 10 µm, 

mikrokristallin 

0,1 bis 5 µm (5 µm bis) 80 bis 500 µm 80 bis 500 µm 

sp 3 sp 3 sp 3 sp 3 sp 3 sp 2 

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 

nanokristalline 

CVD-Diamantschicht 

mikrokristalline 


dotierte 


CVD-Diamant dotierter 

CVD-Diamant 

Graphitschicht 

– – – – – – 

PCD, PD, NCD PCD, PD PCD, PD Diamantkeramik Diamantkeramik 

nanocrystalline 

CVD diamond 

film 

microcrystalline 

CVD diamond 

film 

doped CVD diamond 

film 

CVD diamond doped CVD diamond 

graphite film 

aktivierte CVD aktivierte CVD aktivierte CVD aktivierte CVD aktivierte CVD CVD, PVD 

Lizenzierte Kopie von elektronischem Datenträger


Nr. 2.5: Tetraedrische wasserstoffhaltige 


ta-C:H 

Auch bei den wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschichten 

können sich überwiegend sp 3 - 

Hybridisierungen zwischen den Kohlenstoffatomen 

ausbilden [7]. Diese ta-C:H-Schichten werden 

zurzeit noch nicht industriell eingesetzt. Da sie jedoch 

bereits weit erforscht sind und ihre Eigenschaften 

bekannt sind, wurden sie in diese Richtlinie 

aufgenommen. 

Die modifizierten wasserstoffhaltigen amorphen 

Kohlenstoffschichten teilen sich nach den Modifizierungselementen 

in zwei weitere Gruppen auf: 

die metallhaltigen und die mit Nichtmetallen modifizierten 

wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschichten. 

Die zusätzlich eingebauten Elemente 

werden mit ihren Kürzeln ebenfalls mit 

Doppelpunkt an die Abkürzung a-C:H angehängt 

(z. B. a-C:H:Si:O). 

Nr. 2.6: Metallhaltige wasserstoffhaltige 


a-C:H:Me 

Die metallhaltigen wasserstoffhaltigen amorphen 

Kohlenstoffschichten enthalten metallische Elemente, 

z. B. Wolfram (a-C:H:W) oder Titan 

(a-C:H:Ti). Die Motivation besteht, wie bei den 

metallhaltigen wasserstofffreien amorphen Kohlenstoffschichten, 

darin, die tribologischen Eigenschaften 

der Schicht zu beeinflussen (siehe Abschnitt 

4.2.1, Nr. 2.3). 

Nr. 2.7: Modifizierte wasserstoffhaltige 


a-C:H:X 

Die mit Nichtmetallen modifizierten wasserstoffhaltigen 

amorphen Kohlenstoffschichten enthalten 

nichtmetallische Elemente, wie z. B. Silicium (Si), 

Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Fluor (F) oder Bor 

(B), die teilweise auch Carbide bilden können 

(z. B. Si und B). Damit lassen sich spezielle Eigenschaften 

der Schicht, z. B. die Oberflächenenergie 

(Adhäsionsneigung, Benetzung), verändern. Weitere 

Eigenschaften, die mit diesen Zusatzelementen 

beeinflusst werden können, sind Temperaturbeständigkeit, 

Transluzenz, Farbe und UV- 

Beständigkeit. 

4.3 Kristalline Kohlenstoffschichten 

Die kristallinen Kohlenstoffschichten teilen sich 

auf in Diamantschichten und in Graphitschichten. 

Unterscheiden lassen sie sich, wie in Abschnitt 3.2 

erläutert, durch die Hybridisierung der Kohlenstoffbindungen. 

Die Kohlenstoffatome der Graphitschichten 

sind sp 2 -hybridisiert, die der Dia- 


mantschichten sind sp 3 -hybridisiert. Beide 

Schichten enthalten neben dem Kohlenstoff an den 

Korngrenzen auch sehr geringe Mengen Wasserstoff. 

4.3.1 Diamantschichten 

Die Diamantschichten weisen einen sehr großen 

Schichtdickenbereich von typisch 1 µm bis 2 mm 

auf und werden bei Beschichtungstemperaturen 

von ca. 600 bis 1000 °C abgeschieden. 

Die CVD-Diamantschichten sind polykristallin, 

das heißt, die Schicht stellt einen Vielkristall bestehend 

aus einzelnen, direkt aneinandergrenzenden 

Kristalliten dar. Abzugrenzen sind sie gegen 

den Schneidstoff „Polykristalliner Diamant“, den 

man „PKD“ abkürzt (englisch „PCD“, „polycrystalline 

diamond“). Hierbei handelt es sich um 

einen Verbundwerkstoff, der Diamant enthält. Zu 

seiner Herstellung werden Diamantkristallkörner 

mit Größen im Mikrometerbereich zusammen mit 

einem metallischen Binder, z. B. Cobalt, gemischt, 

gepresst und gesintert. PKD stellt keine Schicht 

dar, sondern wird als massiver Schneidstoff, meist 

in Plattenform verarbeitet. Nach DIN ISO 513 wird 

PKD mit den Kennbuchstaben DP bezeichnet. 

Bei den Diamantschichten unterscheidet man die 

Diamantdünnschichten und die Diamantdickschichten. 

Unter einer Diamantdünnschicht versteht 

man üblicherweise eine Schicht mit maximal 

ca. 40 µm Dicke (siehe Tabelle 2). Diamantdickschichten 

haben typischerweise Dicken von 0,3 bis 

2,0 mm, können in bestimmten Fällen jedoch auch 

Schichtdicken bis hinunter zu ca. 20 µm aufweisen. 

Im Dickenbereich zwischen ca. 20 und 40 µm 

gibt es also sowohl Diamantdünnschichten als auch 

Diamantdickschichten. 

Als zusätzliches Unterscheidungsmerkmal wird 

daher die weitere Verarbeitung der Schicht herangezogen. 

Diamantdünnschichten dienen der direkten 

Beschichtung von Bauteilen, z. B. Werkzeugen. 

Diamantdickschichten werden dagegen in der 

Regel auf einem Hilfssubstrat abgeschieden und 

anschließend von diesem Substrat abgelöst. Diese 

Diamantplatten werden dann als freistehender Diamant, 

z. B. als Strahlungsfenster, eingesetzt oder 

auf Träger montiert, in der Regel durch Vakuumlöten, 

um daraus z. B. Werkzeuge herzustellen. Da es 

sich dann nicht mehr explizit um eine Schicht handelt, 

spricht man dann oft nicht mehr von CVD- 

Diamantschichten, sondern von CVD-Diamant. 

Technologisch gibt es keine prinzipiellen Unterschiede 

zwischen der Abscheidung von Diamantdünnschichten 

und der Abscheidung von Diamantdickschichten. 

Im Unterschied zu konventionellen 

CVD-Verfahren muss bei der CVD-Abscheidung


von Diamant eine Aktivierung der Gasphase erfolgen. 

Es werden dazu sehr hohe Gastemperaturen 

von über 2500 °C erzeugt, um bestimmte chemische 

Reaktionen in der Gasphase zu initiieren. Die 

Aktivierung kann mit einem Plasma (PA-CVD), 

mit durch Widerstandsheizung elektrisch aufgeheizten 

Drähten (Heißdraht-Verfahren, Hot- 

Filament-Verfahren), mit einer Flamme oder mit 

einem Laserstrahl erfolgen. 

Prinzipiell können mit allen Aktivierungsverfahren 

sowohl Dünnschichten als auch Dickschichten 

hergestellt werden. Für Dickschichten hat die 

plasmaaktivierte Abscheidung die größte Verbreitung. 

Für Dünnschichten sind Plasmaaktivierung 

und Heißdrahtaktivierung ungefähr gleich stark 

verbreitet. 

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal der Diamantschichten 

besteht in der Dotierung. Neben den 

üblicherweise undotierten Schichten gibt es sowohl 

bei den Dünnschichten als auch bei den Dickschichten 

dotierte Varianten (Nr. 3.3 und Nr. 3.5), 

um eine elektrische Leitfähigkeit zu erzeugen. Bei 

den Diamantdickschichten kann man so außerdem 

eine Farbgebung erreichen. (Mit Bor erreicht man 

eine Blaufärbung des Diamanten, mit Stickstoff eine 

gelbe oder braune Farbe.) 

Die Diamantdünnschichten haben in der Regel 

aufgrund der Schichtrauheit und der Korngrenzen 

ein graues Aussehen. Abgelöste Diamantdünnschichten 

zeigen wie die Diamantdickschichten eine 

gewisse Transluzenz. 

Zum Aufwachsen von Diamantschichten müssen 

sich im Allgemeinen Diamantkeime auf der Substratoberfläche 

befinden, die als Startkristalle dienen 

und von denen aus die Schicht wächst. Das 

kann entweder dadurch geschehen, dass kleine, nanometergroße 

Diamantkristalle aufgebracht werden, 

oder in-situ durch das Auftreffen von beschleunigten 

Kohlenstoffmolekülen im Vakuum, 

z. B. durch das Anlegen einer Spannung an das 

Substrat (Bias-Bekeimung). 

Nr. 3.1: Nanokristalline CVD-Diamantschichten 

Die undotierten Diamantdünnschichten werden 

aufgeteilt nach ihrer Kristallitgröße. Zur Herstellung 

von nanokristallinen Diamantschichten (Bild 

7) werden die Wachstumsbedingungen so eingestellt, 

dass ständig neue Keime entstehen. Ein Größenwachstum 

einzelner Kristallite ist so nicht möglich. 

Die Kristallitgröße bleibt über die gesamte 

Schichtdicke stets im Nanometerbereich, so dass 

die Schichten im Vergleich zu den statistisch orientierten, 

mikrokristallinen Diamantschichten keine 

erkennbare Struktur und eine wesentlich glattere 


Oberfläche aufweisen (Bild 8). Als Maßstab zur 

Unterscheidung dient die sichtbare laterale Kristallitgröße 

an der Schichtoberseite. 

Bild 7. Schematisches Wachstumsmodell einer 

nanokristallinen Diamantschicht unten: Substratseite; 

oben: Wachstumsseite; Schwarz sind die 

Keime dargestellt, unten: vor der Beschichtung 

aufgebrachte Keime; in der Schicht bilden sich 

während des Wachstums Sekundärkeime. 


einer nanokristallinen Diamantschicht auf 

Hartmetall 

Nr. 3.2: Mikrokristalline CVD-Diamantschichten 

Die standardmäßigen Diamantschichten werden 

mikrokristallin abgeschieden. Die Kristallite wachsen 

dabei, ausgehend von den Keimen, je nach ihrer 

Kristallorientierung unterschiedlich schnell, so 

dass langsam wachsende von schnell wachsenden 

Kristalliten überwachsen werden (Bild 9). Dadurch 

wird die Kristallitgröße an der Oberfläche der 

Schicht mit zunehmender Schichtdicke stetig größer 

und es bildet sich das typische Aussehen einer 

mikrokristallinen CVD-Diamantschicht mit scharfkantigen 

Kristallflächen (Bild 10). Wenn alle Kristallorientierungen 

zufällig und gleichmäßig verteilt 

vorkommen, nennt man diese Schichten statistisch 

orientiert.



mikrokristallinen Diamantschicht unten: Substratseite; 

oben: Wachstumsseite; schwarz: vor der 

Beschichtung aufgebrachte Diamantkristalle als 

Keime 

Bild 10. REM-Aufnahme einer mikrokristallinen, 

statistisch orientierten CVD-Diamantschicht 

Die genannten Schichttypen können auch kombiniert 

werden, z. B. eine mikrokristalline Schicht als 

Unterlage mit einer nanokristallinen Schicht als 

Abschluss oder Multilayer-Schichten, bei denen 

sich die beiden Schichttypen mehrfach abwechseln 

(Bild 11). 


einer Multilayer-Diamantschicht 


Durch bestimmte Wachstumsbedingungen kann 

man gezielt einzelne Kristallorientierungen und 

Kristallformen (Habitus) während des Schichtwachstums 

bevorzugen. Man erhält dann so genannte 

texturierte Schichten. Wenn z. B. bei cubooktahedrischem 

Kristallhabitus die Vierecke der 

einzelnen Kristallite bevorzugt nach oben zeigen, 

bilden sich im Gegensatz zu den statistisch orientierten 

Diamantschichten nach einiger Wachstumszeit 

sehr glatte Schichten (Bild 12). Diese Schichtausprägung 

nennt man „{001}-Textur“. 


{001}-texturierten Diamantschicht [8] 

a) niedrige Schichtdicke 

b) Schichtdicke 60-mal so hoch 

d Längeneinheit 

Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, 

dass CVD-Diamantschichten in weiteren Kristallausprägungen 

und Topographien auftreten können, 

die jedoch für tribologische Zwecke zurzeit 

nicht verwendet werden. Ein Beispiel dafür ist eine 

Struktur, die in der englischsprachigen Fachliteratur 

als „Ball-like“, „Ballas“ oder „Cauliflower“ bezeichnet 

wird.


Nr. 3.3: Dotierte CVD-Diamantschichten 

Die dotierten Diamantdünnschichten können sowohl 

nano- als auch mikrokristallin ausgeführt 

werden. Eine Farbigkeit wie bei den dotierten Diamantdickschichten 

lässt sich nicht beobachten. 

Nr. 3.4: CVD-Diamant und 

Nr. 3.5: Dotierter CVD-Diamant 

Da die Abscheidung prinzipiell gleich verläuft, unterscheiden 

sich die Diamantdickschichten, „CVD- 

Diamant“ genannt, nicht prinzipiell von den Diamantdünnschichten. 

Sie werden in der Regel unter 

Bedingungen abgeschieden, die zu mikrokristallinen 

Schichten führen, da dabei die Schichtrate 

deutlich höher ist als für nanokristalline Schichten. 

Außerdem lassen sich so Schichten mit höherer 

Transparenz erzeugen. Bei den sehr hohen 

Schichtdicken von bis zu 2 mm ist es allerdings 

nicht mehr sinnvoll, von Mikrokristallinität zu 

sprechen (Bild 13). 

Bild 13. REM-Aufnahme des Querschliffs durch eine 

Diamantdickschicht 

unten: Substratseite; oben: Wachstumsseite 

4.3.2 Graphitschichten 

Im Bereich der tribologischen Anwendungen werden 

Graphitschichten als Deckschichten eingesetzt 

und erfüllen dann – über einer tragenden Hartstoffschicht 

– eine Festschmierstofffunktion. Graphitschichten 

werden außerdem angewendet als Widerstandsschichten 

für die Elektronik oder zum 

Bedampfen von Proben für die Rasterelektronenmikroskopie. 


5 Schichteigenschaften 

Die wichtigsten tribologischen Schichteigenschaften 

der verschiedenen Kohlenstoffschichttypen 

sind in Tabelle 2 enthalten. 

Alle Angaben gelten, wenn nicht anders angegeben, 

für übliche Bedingungen und typische 

Schichtausprägungen. Die Eigenschaften beeinflussen 

sich gegenseitig. Bestimmte Eigenschaften 

sind z. B. stark von der Temperatur, der Schichtdicke 

oder der Luftfeuchte abhängig. Die Angaben 

sind daher nicht als allgemeingültige Festwerte zu 

verstehen. Ebenso können bestimmte Funktionseigenschaften 

durch individuelle Randbedingungen 

schlechter oder gar nicht erfüllt werden. 

Eine zentrale Eigenschaft von Beschichtungen ist 

die Schichthaftung. Da sie eine komplexe Systemeigenschaft 

ist, das heißt von Substrat, Schicht, 

Vorbehandlung, Beschichtungsprozess und Belastung 

abhängt, können in dieser Richtlinie keine 

allgemeingültigen Aussagen dazu gemacht werden. 

Ohne weiteres ist die Schichthaftung, das heißt die 

Kraft zur Ablösung der Schicht, nicht zu messen. 

Zur Bewertung der Schichthaftung erzeugt man 

daher mit standardisierten Verfahren eine lokale 

Ablösung der Schicht. Die Bewertung der Schichthaftung 

erfolgt entweder über den Zeitpunkt oder 

über die Ausprägung der Schichtablösung, siehe 

auch VDI 3198, VDI 3824 Blatt 4 und [9]. 

5.1 Hinweise für die Bestimmung der 

Schichteigenschaften 

Bei den folgenden Ausführungen handelt es sich 

nicht um Prüfvorschriften im normativen Sinne. 

Sie sind vielmehr als Hinweise gedacht, die helfen 

sollen, die in der Tabelle 2 enthaltenen Daten und 

Bewertungen auf ihre konkrete Gültigkeit für spezifische 

Anwendungen einschätzen zu können. Die 

erwähnten Analysemethoden sind außerdem geeignet, 

vorliegende Kohlenstoffschichten so zu 

charaktierisieren, dass sie einem Schichttyp zugeordnet 

werden können. 

Normative Prüfvorschriften für Hartstoffschichten 

sind mit Verweisen auf andere Normen u. a. in der 

Richtlinie VDI 3824 Blatt 4 zusammengefasst 

(siehe Abschnitt 2). Im Folgenden wird stets auf 

diese und weitere vorhandene Normen verwiesen. 

Ergänzungen sind nur aufgeführt, wenn die Ausführungen 

der vorhandenen Normen nicht ausreichend 

für die spezifischen Verhältnisse der Kohlenstoffschichten 

sind oder die betreffende 

Schichteigenschaft dort nicht behandelt ist. 

Die ersten vier Schichteigenschaften beziehen sich 

auf die verbreitete Gliederung des Verschleißes in 

vier Haupt-Verschleißmechanismen: Adhäsion, 

Abrasion, Oberflächenzerrüttung und tribochemi-


Tabelle 2. Schichteigenschaften (linker Tabellenteil), Erläuterung siehe Textteil 

Schicht-Nr. 1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 

Bezeichnung 

Empfohlene 

Abkürzung 

Plasmapolymerschicht 


amorphe 



amorphe 



amorphe 



TetraedrischewasserstoffhaltigeamorpheKohlenstoffschicht 


amorphe 



(Me = W, 

Ti ...) 


amorphe 


a-C:H:X 

(X = Si, O, 

N, F, B ...) 

Adhäsiv-Verschleißschutz ++++ ++++ +++ ++++ ++++ +++ ++ bis ++++ 

Abrasiv-Verschleißschutz ++ +++ ++ ++ +++ + + bis ++ 

Schutz gegen 

Oberflächenzerrüttung 

++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++++ 

Schutz gegen Korrosion kein Schutz 

Reibungsreduzierung +++ +++ ++++ ++++ +++ +++ ++++ 

Benetzbarkeit ++ + bis ++++ 1 ) 

Sonderfunktionen Dekoration Dekoration Dekoration Diffusionsbarriere, 

Dekoration 

Typische Schichtdicke 

(Sonderfälle) 

1 bis 5 µm (1 nm bis) 

1 bis 3 µm 

Dekoration Dekoration Dekoration 

1 bis 5 µm 1 bis 5 µm 1 bis 5 µm 1 bis 5 µm 

(1 nm bis 

15 µm) 

Schichtrauheit Ra 0,2 bis 5 nm 

Farbeindruck und 

Helligkeit 

Menge Dotierung/Zusatzstoffe: 

schwarz schwarzgrau 

schwarzgrau 

schwarzgrau,dunkelbraun 

schwarzgrau,dunkelbraun 

schwarzgrau 

1 bis 5 µm 

transparent, 

schwarzgrau 

bis 

gelbbraun 

Wasserstoff in At-% > 40 0 bis 3 3 bis 40 3 bis 30 3 bis 40 3 bis 40 

Sonstiges in At-% – – Metall: 

– – Metall: 1 bis 20 

5 bis 30 

10 bis 30 

Max. Temperaturbeständigkeit 

in °C 

450 500 400 bis 600 400 500 350 bis 500 350 bis 500 

Wärmeleitfähigkeit bei 

RT in W/(m K) 

0,1 bis 10 

Wärmeausdehnung in 

2 · 10 

1/K 

–6 bis 3 · 10 –6 (Mittelwert für 25 bis 150 °C) 

Härte in GPa 10 bis 29 40 bis 90 8 bis 27 20 bis 40 ≤ 50 1 bis 20 7 bis 40 

Elastizitätsmodul in GPa 100 bis 290 200 bis 820 100 bis 200 25 bis 400 ≤ 300 150 bis 200 1 bis 400 

Spez. elektrischer Widerstand 

in Ωm 

Derzeitige Anwendungsgebiete 

10 bis 10 7 10 bis 10 7 10 –2 bis 10 10 4 bis 10 8 10 4 bis 10 8 10 –2 bis 10 > 10 4 

Maschinenelemente, 

Bauteile, Zerspanungs-, 

Schneid- und Umformwerkzeuge, 

biologische 

Anwendungen 


Bauteile, 

Stanz-, Umform-,Spritzgusswerkzeuge 


Bauteile, 

Zerspanungs-, 

Schneid-, 

Umformwerkzeuge 

biologische 

Anwendungen 

+, ++, +++, ++++ Ausprägung der Funktionseigenschaft RT ≡ Raumtemperatur 


noch keine 

Maschinenelemente, Bauteile, 

Zerspanungs-, 

Schneid- und Umformwerkzeuge 

biologische 

Anwendungen 

1 ) auch Haftwirkung möglich


Tabelle 2. Schichteigenschaften (rechter Tabellenteil), Erläuterung siehe Textteil 

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 





dotierte 



CVD-Diamant 


– – – – – – 

++++ 

++++ 

++++ 

++++ 

++++ 

+++ 

Dekoration Dekoration elektrochemische 

Überspannung 

1 bis 20 µm 

(60 nm bis 40 µm) 

4 bis 20 µm 

(bis 40 µm) 

Wärmeleitung, 

Transparenz (IR, 

VIS, UV, Röntgen), 

Dekoration 

0,1 bis 10 µm (20 µm bis) 

0,3 bis 2 mm 

elektrische 

Leitfähigkeit, Dekoration 

0,3 bis 2 mm 

0,01 bis 0,05 µm 0,05 bis 0,3 µm 0,01 bis 0,1 µm 0,005 bis 0,05 µm 

grau grau grau transluzent bis 

schwarz 

transluzent-blau bis 

schwarz, 

gelb, braun 

– – 

< 1 

B: 0,1 bis 0,6 – B: 0,05 bis 1 % 

N: bis 0,1 % 

600 650 700 650 700 

500 bis 2000 1000 bis 2200 1000 bis 1100 

0,8 · 10 –6 (RT) bis 6,8 · 10 –6 (500 °C) 

60 bis 100 

800 bis 1100 1000 bis 1100 

10 9 bis 10 13 10 9 bis 10 13 10 –2 bis 10 3 10 9 bis 10 13 10 –2 bis 10 3 

Zerspanungs- und 

Schneidwerkzeuge, 

Schutz vor aggressiven 

chemischen 

Stoffen 

Zerspanungswerkzeuge 

(auch zum 

Schleifen), 



Bauteile, Mikrosystemtechnik, 


chemischen 

Stoffen 

Elektrochemie, 

Zerspanungs- und 



chemischen 

Stoffen 

Wärmespreizer, Fenster für hohe 

Strahlungsintensitäten, Abricht-, Zerspanungs-, 

Schneid- und Umformwerkzeuge, 

Bauteile, Detektoren, akustische Bauteile 



sche Reaktionen [10; 11]. Die Bewertungen in der 

Tabelle beziehen sich darauf, wie gut die verschiedenen 

Schichten das Substrat gegen diese Verschleißmechanismen 

schützen. 

5.1.1 Adhäsiv-Verschleißschutz 

Adhäsion ist die Ausbildung und Trennung von 

Grenzflächen-Haftverbindungen (z. B. „Kaltverschweißungen“, 

„Fressen“). 

Von entscheidender Bedeutung für die Ausbildung 

von adhäsivem Verschleiß sind stoffliche Wechselwirkungen 

auf atomarer und molekularer Ebene. 

Der Verschleißmechanismus beruht darauf, dass 

bei tribologischer Beanspruchung – besonders bei 

erhöhten Temperaturen – infolge hoher lokaler 

Pressungen an einzelnen Rauheitsspitzen schützende 

Deckschichten durchbrochen werden und 

lokale Grenzflächenbindungen entstehen (bei Metallen 

auch Kaltverschweißungen). Weisen diese 

eine höhere Festigkeit gegenüber den eigentlichen 

Kontaktpartnern auf, so erfolgt die Trennung bei 

Relativbewegung der Kontaktpartner nicht in der 

ursprünglichen Kontakt-Grenzfläche, sondern im 

angrenzenden Volumen eines Partners. 

Der Adhäsiv-Verschleißschutz ist bei vielen Anwendungen 

ähnlich wichtig wie der Abrasiv- 

Verschleißschutz (siehe Abschnitt 5.1.2). Vor allem 

im Kontakt mit weichen oder klebrigen Gegenkörpern 

kommt es oft zu Problemen mit Anhaftungen 

oder Aufbauschneiden, die zum 

Herausreißen von Material führen können. 

Generell ist das Niveau des Adhäsivverschleißschutzes 

aller Kohlenstoffschichten gegenüber den 

klassischen Hartstoffschichten, z. B. den nitridischen 

oder carbidischen Schichten, deutlich höher. 

Daher werden Kohlenstoffschichten bevorzugt dort 

eingesetzt, wo nicht nur ein Abrasiv-, sondern auch 

ein Adhäsiv-Verschleißschutz gefordert wird. 

Adhäsivverschleiß lässt sich mit Tribometern testen, 

siehe VDI 3824 Blatt 4. 

5.1.2 Abrasiv-Verschleißschutz 

Abrasion ist definiert als Materialabtrag durch ritzende 

Beanspruchung (Mikrozerspanungsprozess). 

Dieser Verschleiß tritt nicht nur auf, wenn z. B. lose 

oder gebundene Partikel mit einer Kraft über die 

Oberfläche gleiten (analog zum Schleifen oder 

Läppen). Abrasivverschleiß findet auch statt, wenn 

in dem Gegenkörper, der mit einer Kraft über die 

Oberfläche gleitet, unterschiedlich harte Bestandteile 

enthalten sind. Beispiele sind Metall-Matrix- 

Komposite, bei denen Keramikpartikel in der Metallmatrix 

eingebunden sind, aber auch kristalline 

Werkstoffe, wie Metalle oder Keramiken, bei denen 

unterschiedliche Phasen enthalten sind, z. B. 

Eisencarbide im Stahl. 


Der Abrasivverschleiß wird mit Tribometern gemessen, 

siehe VDI 3824 Blatt 4. Eine verbreitete 

Methode zur Messung des Abrasivverschleißes 

von dünnen Schichten ist der Kalottenschleiftest 

(Calotest). Er basiert auf der Methode der Kalottenschliff-Vermessung 

zur Ermittlung der Schichtdicke 

(VDI 3824 Blatt 4). Eine Kugel mit definiertem 

Durchmesser drückt gegen den Prüfkörper und 

wird in Rotation versetzt. Unter Zugabe einer Poliersuspension 

wird eine Kalotte in die Schicht geschliffen. 

Zur Beurteilung des Verschleißschutzes 

wird das gemessene Kalottenvolumen herangezogen. 

Es laufen auf EU-Ebene Normungsaktivitäten 

(Europäisches Komitee für Normung CEN, Technical 

Comittee TC 184 Advanced technical ceramics, 

Working Group WG5 [12 bis 14]). 

Die hochharten Kohlenstoffschichten, wie ta-C und 

Diamant, lassen sich mit Tribometern oder dem 

Kalottenschleiftest nicht sinnvoll auf ihren Verschleiß 

hin bewerten, da die Prüfzeit zu lange wäre. 

Der Verschleißwiderstand von CVD- 

Diamantschichten gegen Abrasion wird oftmals 

mit Hilfe von Partikelstrahltests (Strahlverschleißtest) 

ermittelt [15 bis 19]. Dazu werden 

Hartstoffpartikel aus z. B. Korund, Quarz, Siliciumcarbid 

oder Glas mit einem Druckluftstrahl unter 

definierten Bedingungen schräg auf die beschichtete 

Oberfläche gestrahlt und der 

Masseverlust oder das Verschleißvolumen bewertet. 

Mit dem Partikelstrahltest kann auch der 

Schutz gegen Oberflächenzerrüttung und die 

Schichthaftung beurteilt werden (siehe Abschnitt 

5.1.3). 

5.1.3 Schutz gegen Oberflächenzerrüttung 

„Oberflächenzerrüttung“ ist definiert als Ermüdung 

und Rissbildung in Oberflächenbereichen 

durch tribologische Wechselbeanspruchungen, die 

zu Materialtrennungen führen (z. B. „Grübchen“). 

Die Oberflächenzerrüttung lässt sich mit der Methode 

der Kavitationserosion messen (siehe 

ASTM G32-98). Dabei nutzt man den Effekt, dass 

beim Einbringen von Ultraschallschwingungen in 

eine Flüssigkeit Kavitationsblasen entstehen. Lokal 

wird durch die Druckschwankungen der Dampfdruck 

unterschritten. Die entstehende Gasblase 

schnürt ein und teilt sich. Dabei entsteht ein kurzzeitiger 

Flüssigkeitsstrahl mit sehr hohen Geschwindigkeiten 

von bis zu 200 m/s. Dieser Strahl 

übt eine Erosionswirkung auf die in der Nähe befindlichen 

Festkörperoberflächen aus. Die Erosion 

wird als Masseverlust oder als Verschleißvolumen 

bewertet [20; 21]. 

Bei Diamantschichten benötigt man mit dem Kavitationserosionstest 

sehr lange Testzeiten oder er-


reicht gar keine Schädigung. Daher wird für diese 

Schichten ebenfalls der Partikelstrahltest angewendet, 

mit dem auch der Abrasiv-Verschleiß gemessen 

wird (siehe Abschnitt 5.1.2). Im Gegensatz 

zu dem dort verwendeten schrägen Einfallswinkel 

wird zur Bewertung der Oberflächenzerrüttung der 

Strahl senkrecht zur Probe ausgerichtet. Durch die 

Auftreffimpulse entsteht so eine ermüdende Wechselbeanspruchung. 

Mit der gleichen Versuchsmethode 

wird außerdem die Schichthaftung von Diamantschichten 

beurteilt, da auch das Interface 

zwischen Schicht und Substrat auf Ermüdung belastet 

wird und zum lokalen Abplatzen der Schicht 

führen kann. 

5.1.4 Schutz gegen tribochemischen 

Verschleiß und Korrosion 

Der vierte tribologische Haupt-Verschleißmechanismus 

der tribochemischen Reaktionen beinhaltet, 

dass die Schicht chemisch angegriffen wird. Dieser 

Verschleißmechanismus wird hier mit der Korrosion 

zusammen behandelt, also dem chemischen 

oder elektrochemischen Angriff ohne zusätzliche 

tribologische Einwirkung. 

Alle Kohlenstoffschichten sind generell chemisch 

sehr resistent. Ihre Schutzwirkung ist abhängig von 

der Porosität der Schicht. An den Poren kann es 

zur Ausbildung lokaler galvanischer Elemente und 

dadurch zur Lochkorrosion kommen. Speziell bei 

den amorphen Kohlenstoffschichten ist der Schutz 

nur mit erhöhtem Mehraufwand erreichbar, da diese 

Schichten oft eine gewisse Porosität aufweisen. 

Ergänzend wird darauf verwiesen, dass die Diamantschichten 

ab ca. 600 °C in Anwesenheit von 

Sauerstoff zu oxidieren beginnen (siehe Abschnitt 

5.1.12). 

Messverfahren sind in VDI 3824 Blatt 4 genannt. 

5.1.5 Reibungsreduzierung 

Der Reibbeiwert lässt sich durch Messung der 

Tangentialkraft mit den Tribometern bestimmen, 

die zur Ermittlung des Verschleißschutzes benutzt 

werden (VDI 3824 Blatt 4). Zahlenwerte lassen 

sich hier nicht angeben, da die Reibbeiwerte stark 

vom Material des Gegenkörpers und von den Umgebungsbedingungen, 

z. B. der Luftfeuchtigkeit, 

abhängen. Generell lässt sich jedoch sagen, dass 

alle Kohlenstoffschichten im Vergleich zu den 

konventionellen Hartstoffschichten (Nitride, Carbide, 

Oxide) sehr geringe Reibbeiwerte mit allen 

Gegenkörperwerkstoffen aufweisen. 

Die in der Tabelle enthaltene Bewertung bezieht 

sich auf Stahl als Gegenkörperwerkstoff, die Umgebungsbedingungen 

sind Raumtemperatur und 


maximal 50 % Luftfeuchtigkeit. 

Bei den Diamantschichten muss beachtet werden, 

dass die Reibung stark abhängig von der Schichtrauheit 

ist. Die Rauheit kann eine zusätzliche mechanische 

Verklammerung oder auch eine Zerspanung 

des Gegenkörpers bewirken, die die 

Reibkraft erhöht. Die Rauheit bewirkt auch ein 

ausgeprägtes Einlaufverhalten, das heißt, die Reibkraft 

sinkt nach einem höheren Anfangswert auf 

einen gleichmäßigen, niedrigeren Dauerwert. 

5.1.6 Benetzbarkeit 

Hohe Werte bei dieser Eigenschaft bedeuten gute 

Benetzbarkeit, also schlechte Antihafteigenschaft. 

Der physikalische Parameter, der die Benetzbarkeit 

beschreibt, ist die freie Oberflächenenergie, die 

man bei Flüssigkeiten auch „Oberflächenspannung“ 

nennt. Berechnet wird die freie Oberflächenenergie 

im Allgemeinen auf Basis von Kontaktwinkelmessungen. 

Hierbei werden die 

Benetzungswinkel unterschiedlicher Lösemittel auf 

der Oberfläche eines Festkörpers gemessen. Ein 

Kontaktwinkel von 0° bedeutet vollständige Benetzung, 

bei einem theoretischen Winkel von 180° 

findet gar keine Benetzung statt. Aus den Kontaktwinkeln 

lassen sich anhand verschiedener verbreiteter 

Modelle die Oberflächenenergien berechnen. 

Normen zur Messung der Oberflächenenergie liegen 

nicht vor, siehe auch [22 bis 24]. 

5.1.7 Sonderfunktionen 

In der Zeile „Sonderfunktionen“ der Tabelle werden 

Schichtfunktionen genannt, die außerhalb der 

davor aufgeführten tribologischen Funktionen liegen. 

Da sich die Richtlinie auf den tribologischen 

Einsatz der Schichten beschränkt, werden diese 

Funktionseigenschaften nicht näher charakterisiert. 

5.1.8 Schichtdicke 

Eine sehr objektive, direkt messende, allerdings 

zerstörende Prüfmethode besteht im Ausmessen 

der Schichtdicke an Abbildern von Querschnitten 

bzw. präparierten Bruchflächen, die im Lichtmikroskop 

(DIN EN ISO 1463) oder im Rasterelektronenmikroskop 

(DIN EN ISO 9220) aufgenommen 

werden. Diese Methoden sind zwar nur für metallische 

und/oder oxidische Schichten genormt, lassen 

sich aber für Schichten aus allen Werkstoffen anwenden. 

Für Diamantschichten lässt sich diese Methode 

nur mit sehr viel Aufwand anwenden. 

Bei transparenten und in gewissem Maße auch bei 

transluzenten Dünnschichten lässt sich die 

Schichtdicke mit einer Reihe von optischen Verfahren 

zerstörungsfrei bestimmen. Sowohl die 

amorphen Kohlenstoffschichten als auch die Dia-


mantschichten können transparent oder transluzent 

vorkommen. Die optischen Messverfahren beruhen 

auf der Interferenz von Lichtstrahlen, die von der 

Schichtoberfläche und von der Substratoberfläche 

reflektiert werden. 

Ein Beispiel zur optischen Bestimmung der 

Schichtdicke besteht in der Anwendung des Lichtschnittverfahrens 

(ISO 2128). Die für Eloxalschichten 

geltende Norm kann auch auf andere 

transparente Schichten übertragen werden. Als 

weiteres optisches Verfahren kommt die Weißlichtinterferometrie 

in Frage. Weißlichtinterferometer 

können für die Schichtdickenmessung mit 

Lichtleitfaserbündeln ausgestattet sein, um den 

Messfleck auf die Probe zu lenken. Das Messprinzip 

beruht auf der rechnerischen Auswertung der 

Interferenzmuster mit Hilfe der Fresnel'schen Gleichungen. 

Dazu muss der Brechungsindex der 

Schicht bekannt sein. Es lassen sich nur einlagige 

Schichten vermessen. Der Messbereich beträgt ca. 

10 nm bis 50 µm, die angezeigte Auflösung liegt 

bei 1 nm. 

Als weitere optische Verfahren sind die Ellipsometrie 

(PAS 1022, ASTM F 576) und die Photometrie 

zu nennen, die jedoch nur für sehr glatte 

Substratoberflächen und vorzugsweise für Schichtdicken 

unterhalb von einem Mikrometer eingesetzt 

werden können. 

Das in der VDI 3824 Blatt 4 aufgeführte Verfahren 

der Kalottenschliff-Vermessung lässt sich nicht 

sinnvoll für Diamantschichten anwenden, da die 

Schleifzeit auf Grund der hohen Schichthärte sehr 

hoch ist. 

Die beiden dort genannten Verfahren der Röntgenfluoreszenz 

(X-ray fluorescence XRF; 

(DIN EN ISO 3497) und der Beta-Rückstreuung 

(DIN EN ISO 3543) messen die Schichtdicke indirekt 

auf Basis der flächenbezogenen Masse. Zum 

einen sind daher Referenzproben notwendig. Zum 

anderen muss die exakte Dichte der Schicht bekannt 

sein. Während CVD-Diamantschichten stets 

die gleiche Dichte (3,52 · 10 3 kg/m 3 ) aufweisen, 

variiert diese bei den amorphen Kohlenstoffschichten 

jedoch auf Grund des veränderlichen Wasserstoffgehalts 

sehr stark (ca. 1,5 · 10 3 bis 

2,2 · 10 3 kg/m 3 ). Daher sind diese Verfahren bei 

unbekannten amorphen Kohlenstoffschichten oder 

schwankender Schichtzusammensetzung nicht einsetzbar. 

Mit der Beta-Rückstreumethode lassen 

sich Schichtdicken von Diamantschichten zuverlässig 

und zerstörungsfrei messen. 

Eine weitere zerstörungsfreie Methode 

der Schichtdickenmessung arbeitet mit laser- 

induzierten Ultraschall-Oberflächenwellen 


(DIN 50 992-1). 

Eine Übersicht über Schichtdickenmessverfahren 

mit Anwendungshinweisen wird in dem Norm- 

Entwurf DIN EN ISO 3882 „Metallische und andere 

anorganische Schichten; Übersicht von Verfahren 

der Schichtdickenmessung“ gegeben. Außerdem 

wird verwiesen auf die DIN EN ISO 2064 

„Definitionen und Festlegungen, die die Messung 

der Schichtdicke betreffen“. 

5.1.9 Schichtrauheit 

Die Angaben für die Schichtrauheit beziehen sich 

ausschließlich auf die inhärente Rauheit der 

Schicht. Bei beschichteten Substraten wird die 

messbare Rauheit nahezu immer zusätzlich durch 

die Substratrauheit beeinflusst. Eine Bestimmung 

der inhärenten Schichtrauheit ist nur auf Substraten 

möglich, die eine Rauheit aufweisen, die mindestens 

eine Größenordnung geringer ist als die inhärente 

Schichtrauheit (z. B. ein polierter Siliciumwafer). 

Keine der Kohlenstoffschichten hat eine rauheitsausgleichende 

Eigenschaft, wie sie z. B. bei der 

galvanischen Nickelabscheidung erzielt werden 

kann (Glanznickel). Eine Ausgleichung, das heißt 

Verringerung der Rauheit, die im Substrat vorgegeben 

ist, geschieht nur auf Grund der geometrischen 

Verhältnisse, da die Schichtoberseite als 

Äquidistanzfläche zur Substratoberfläche angesehen 

werden kann (Bild 14). 

Bild 14. Verringerung der Rauheit durch Schichtabscheidung; 

Darstellung anhand der REM- 

Aufnahme einer Multilayerschicht 

Die Rauheitsangaben beziehen sich auf die Seite 

der Schichten, die im Einsatz verwendet wird. Bei 

den amorphen Kohlenstoffschichten und den Diamantdünnschichten, 

die auf dem Substrat verbleiben, 

ist dies die Wachstumsseite. Bei den Diamantdickschichten 

wird in der Regel die 

Substratseite der abgelösten Schicht verwendet. 

Bei diesen Schichten beziehen sich daher die Rauheitsangaben 

auf die Substratseite. Die Wachs-


tumsseite der Diamantdickschichten erreicht, je 

nach Schichtdicke, Rauhtiefen bis zu Rt = 300 µm 

(Bild 13). 

Alle Angaben gelten für unbehandelte Schichtoberflächen. 

Durch ein nachträgliches Polieren, 

wie es z. B. bei den Diamantdickschichten üblich 

ist, kann die Rauheit verringert werden. 

Die extrem geringe Schichtrauheit der amorphen 

Kohlenstoffschichten kann mit hochauflösenden 

Tastschnittgeräten, so genannten "Surface- 

Profilern", wie sie in der Mikroelektronikfertigung 

eingesetzt werden, oder mit Rastersondenmikroskopen 

(z. B. dem Rasterkraftmikroskop, Atomicforce-microscope 

AFM) gemessen werden. 

Zur Rauheitsmessung gibt es zahlreiche ISO- 

Normen, siehe z. B. DIN EN ISO 4288. Eine 

Übersicht findet man beim Technical Commitee 

TC 213 der ISO [25], siehe außerdem AS- 

ME B 46.1 und Grundlagen siehe [26]. 

5.1.10 Farbeindruck und Helligkeit 

Da die Kohlenstoffschichten mit dem Auge betrachtet 

sehr ähnlich aussehen, ist eine eindeutige 

Identifizierung auf diese Weise nicht möglich. 

Auch andere Hartstoffschichten ähneln einigen 

Kohlenstoffschichten. In Bild 15 ist ein Foto beispielhafter 

Kohlenstoffbeschichtungen gezeigt. 

Bild 15. Foto beispielhafter Kohlenstoffbeschichtungen 

auf Wendeschneidplatten oben links: unbeschichtet 

Die amorphen Kohlenstoffschichten können 

schwarz-grau oder dunkelbraun aussehen. Sie lassen 

auf Grund der geringen Schichtdicke und der 

extrem niedrigen Schichtrauheit noch den Glanz 

des Substrates erkennen. Auch ein farbiges Aussehen 

ist möglich, wenn bei niedriger Schichtdicke 

Interferenzen in den transluzenten Schichten entstehen. 

Mikrokristalline Diamantschichten haben eine 

graue Farbe und oft ein mattes Aussehen, da bei 

hohen Schichtdicken eine hohe inhärente Schichtrauheit 

entsteht. Nanokristalline Diamantschichten 

besitzen eine geringere inhärente Schichtrauheit, so 


dass sie bei glänzenden Substraten glatter sind als 

mikrokristalline Diamantschichten. Sie können daher 

bei bestimmtem Lichteinfall leicht schimmern 

oder sogar, bei entsprechend glattem Substrat, 

Spiegelglanz aufweisen. 

5.1.11 Menge Dotierung/Zusatzstoffe 

Der Nachweis von Wasserstoff in Kohlenstoffschichten 

erfolgt in der Regel mit der Sekundärionen-Massenspektroskopie 

(SIMS) [27]. Für den 

Nachweis aller übrigen Elemente in Kohlenstoffschichten 

wird neben SIMS insbesondere die 

Elektronenstrahl-Mikrosonde (Electron Probe 

Microanalysis, EPMA) als Standardmethode eingesetzt. 

Während EPMA sich durch eine sehr einfache 

und genaue Quantifizierung auszeichnet, ist 

die Tiefenauflösung bei SIMS erheblich besser. 

Daher wird bei einer vollständigen Analyse der tiefenabhängigen 

Schichtzusammensetzung häufig 

die Kombination beider Methoden genutzt. 

Die u. a. zur Qualitätskontrolle von metallischen 

Beschichtungen, nitrierten Substraten und Hartstoffschichten 

eingesetzte Methode der Glow- 

Discharge Optical Emission Spectroscopy 

(GD-OES) arbeitet sowohl im Niederdruckbereich 

als auch bei Normaldruck unter Verwendung von 

kalibrierten Referenzproben. Es handelt sich um 

eine zerstörende Methode mit relativ hohen Abtragraten, 

wodurch sich die Methode insbesondere 

für die Analyse von dicken Schichten und Substratmaterialien 

eignet. Mit erhöhtem Aufwand lassen 

sich allerdings auch dünnere Schichten und 

Multilagen analysieren. 

Die in der Tabelle angegebenen Minimalwerte sind 

unter Berücksichtigung der jeweiligen Nachweisgrenzen 

der Messverfahren zu betrachten, siehe 

auch [28]. 

5.1.12 Temperaturbeständigkeit 

Die angegebenen Werte gelten in Luft. Es liegen 

unterschiedliche Versagensmechanismen bei den 

verschiedenen Kohlenstoffschichten vor. Die 

amorphen Kohlenstoffschichten graphitisieren, 

während die Diamantschichten bei der angegebenen 

Temperatur oxidieren. Die Raten der Diamantoxidation 

betragen einige Hundertstel bis 

Zehntel Mikrometer pro Stunde. Bei kurzen Beanspruchungszeiten 

von nur einigen Minuten machen 

sich Oxidationsvorgänge erst bei höheren Temperaturen 

bemerkbar. Ist kein Sauerstoff vorhanden, 

ist Diamant bis ca. 1200 °C stabil, ab dann zerfällt 

er zu Graphit. 

Mit zusätzlicher tribologischer Belastung können 

die angegebenen Temperaturen niedriger liegen. 

Speziell erfolgt bei Diamant im Kontakt mit eisenhaltigen 

Stoffen schon bei 300 °C eine katalytische 

Graphitisierung.


Versuche zur Temperaturbeständigkeit lassen sich 

durch Heizen der Proben in Öfen durchführen. 

Masseverluste werden durch Gravimetrie gemessen, 

siehe auch [29]. 

5.1.13 Wärmeleitfähigkeit 

Diamant besitzt mit großem Abstand die höchste 

Wärmeleitfähigkeit aller bekannten Stoffe. Daher 

ist er für thermische Anwendungen ein sehr interessantes 

Material, z. B. als Wärmespreizer für die 

Mikroelektronik. Bei den zurzeit vorhandenen 

Anwendungen der amorphen Kohlenstoffschichten 

spielt die Wärmeleitfähigkeit keine Rolle. Es sind 

daher keine Werte angegeben. 

Zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von CVD- 

Diamantschichten kommen mehrere Verfahren 

zum Einsatz. Als Beispiele lassen sich Festkörpermethoden, 

wie die Heizbalkenmethode, Methoden, 

die die Ausbreitung von Wärmewellen 

akustisch (photoakustisches Verfahren) oder optisch 

mit einem Laser (Mirage-Technik) detektieren, 

Puls-Verfahren, wie die Konvergenz- 

Wärmewellen-Technik, das Laser-Flash- 

Verfahren oder die laserinduzierte thermische 

Gitterspektroskopie, oder auch die holographische 

Interferometrie nennen, siehe auch 

DIN 30 905, [30; 31]. 

Es muss beachtet werden, dass die Wärmeleitfähigkeit 

parallel zur Oberfläche auf Grund der zahlreicheren 

Korngrenzen geringer ist als senkrecht 

dazu. Die Wärmeleitfähigkeit von Diamant hat ihr 

Maximum bei 100 bis 200 K, siehe auch: [32; 33]. 

5.1.14 Wärmeausdehnung 

Die Wärmeausdehnung von abgelöstem CVD- 

Dickschicht-Diamant lässt sich mit Differential- 

Dilatometern bestimmen [34]. Die Werte können 

auch auf Dünnschicht-Diamant übertragen werden. 

Tabelle 3. Substrate (linker Tabellenteil), Erläuterung siehe Textteil 

Literatur zur Wärmeausdehnung der amorphen 

Kohlenstoffschichten siehe [35]. 

5.1.15 Härte und Elastizitätsmodul 

Härte und Elastizitätsmodul (E-Modul) an beschichteten 

Teilen werden mit der Universalhärteprüfung 

bestimmt (ISO 14 577-1). Es handelt 

sich dabei um eine registrierende Eindruckprüfung 

unter Prüfkrafteinwirkung. Das heißt, die Bestimmung 

der Größe des Eindrucks erfolgt nicht nachträglich 

optisch wie bei Brinell, Vickers oder 

Rockwell, sondern es wird während der Belastung 

die Eindringtiefe als Näherungswert gemessen. 

Die Eindringtiefe darf maximal ein Zehntel der 

Schichtdicke der zu prüfenden Schichten betragen, 

da sonst die Eigenschaften des Grundwerkstoffs 

die Messung beeinflussen. Mit so genannten Nanoindentorgeräten, 

die z. B. auch als Vorsatzgeräte 

für Rastersondenmikroskope erhältlich sind, kann 

diese Voraussetzung erreicht werden. Die registrierende 

Härtemessung, das heißt die kontinuierliche 

Aufzeichnung von Kraft und Eindringtiefe, hat bei 

dünnen Schichten den Vorteil, dass man den Beginn 

der Messverfälschung durch den Grundwerkstoff 

in einem Absinken des Härtewertes erkennt 

[36]. 

Diamantschichten lassen sich auf Grund der annähernd 

gleichen Härte zwischen Indentor und Probe 

mit diesem Verfahren nicht messen; anwendbare 

Verfahren sind in [37; 38] beschrieben. 

Die E-Moduln aller Kohlenstoffschichttypen lassen 

sich außerdem mit laserinduzierten Ultraschall- 

Oberflächenwellen bestimmen (DIN 50 992-1), 

siehe auch [39]. 

Schicht-Nr. 1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 

Bezeichnung 

Empfohlene 

Abkürzung 

Plasmapolymerschicht 


amorphe 



amorphe 



amorphe 



TetraedrischewasserstoffhaltigeamorpheKohlenstoffschicht 


amorphe 



(Me = W, 

Ti ...) 

Beschichtbare Materialien alle vakuumtauglichen 

Beschichtungstemperatur 

in °C 


Raumtemperatur bis 300 


amorphe 


a-C:H:X 

(X = Si, O, 

N, F, B ...)


5.1.16 Spezifischer elektrischer Widerstand 

Die Messung des elektrischen Flächenwiderstandes 

erfolgt üblicherweise mit der Vier-Punkt-Sonden- 

Methode. Hierbei werden vier Messspitzen in einer 

linearen Anordnung auf die Schicht gedrückt 

(DIN 50 431, ASTM F 1711). Durch Differentialmessungen 

der Einzelwiderstände lässt sich dann 

der Flächenwiderstand berechnen. 

5.2 Beschichtbare Substratmaterialien 

Hinweise zu den beschichtbaren Substraten gibt 

Tabelle 3. 

Die amorphen Kohlenstoffschichten lassen sich auf 

allen Substratwerkstoffen abscheiden, wenn diese 

vakuumtauglich sind, das heißt nicht ausgasen. 

Durch die hohen Abscheidetemperaturen und auf 

Grund von chemischen Randbedingungen können 

Diamantschichten dagegen nur auf der angegebenen, 

sehr eingegrenzten Palette von Substratwerkstoffen 

abgeschieden werden. Generell ist es bei 

Diamantschichten weitaus schwieriger als bei den 

amorphen Kohlenstoffschichten, anwendungsgerechte 

Haftfestigkeiten zu erzielen. 

Die wichtigste Voraussetzung für Substratwerkstoffe 

zur Diamantbeschichtung ist, dass sie eine 

ausreichend hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen. 

Weiterhin müssen sie der Gaszusammenset- 

Tabelle 3. Substrate (rechter Tabellenteil), Erläuterung siehe Textteil 

zung widerstehen können, die bei der Diamantschicht 

vorherrscht. Meistens wird mit sehr 

reaktionsfreudigen Wasserstoffradikalen gearbeitet, 

die viele Werkstoffe angreifen. Außerdem 

muss die Löslichkeit von Kohlenstoff im Substratwerkstoff 

beachtet werden. Bei hoher Löslichkeit, 

z. B. bei Eisenwerkstoffen wie Stahl, ist eine befriedigende 

Diamantbeschichtung nicht möglich. 

Bei Hartmetallen, also gesintertem Wolframcarbid, 

müssen zahlreiche Werkstoffparameter, u. a. der 

Gehalt an Cobaltbinder, beachtet werden, um haftfeste 

Diamantschichten zu erhalten. Im Bereich der 

Metalle laufen zurzeit FuE-Arbeiten zur Abscheidung 

auf Niob, Titan, Molybdän, Wolfram, Tantal, 

Nickel, Kupfer, Platin, Iridium, Chrom und anderen. 

Am weitesten entwickelt als metallische Substratmaterialien 

sind Niob und Titan. 

Die Diamantdickschichten werden nur abgelöst 

weiterverarbeitet, daher sind hier keine Substratmaterialien 

angegeben. Hergestellt werden sie 

durch Abscheidung auf z. B. Molybdän oder Silicium. 

Bei allen Beschichtungswerkstoffen müssen neben 

der chemischen Zusammensetzung stets weitere 

Eigenschaften wie Rauheit und Verschmutzung 

beachtet werden, um gute Haftfestigkeiten zu erreichen. 

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 





dotierte 



CVD-Diamant 


– – – – – – 

Hartmetalle, Silicium, Keramiken, Kohlenstoff-Werkstoffe, 

Gläser, Metalle (Einschränkungen siehe Textteil) 

800 bis 1000 

(siehe Textteil) 



Schrifttum 

Technische Regeln 

VDI 3198 Blatt 1 : 1992-08 Beschichten von Werkzeugen der 

Kaltmassivumformung; CVD- und PVD-Verfahren. Berlin: 

Beuth Verlag 

VDI 3823 Blatt 1 : Vakuumbeschichtung von Kunststoffen – 

Eigenschaften, Anwendungen und Verfahren (in Vorbereitung) 


Anforderungen an die zu beschichtenden Kunststoffe (in Vorbereitung) 


Fertigungsabläufe und -tätigkeiten (in Vorbereitung) 


Prüfungen an vakuumbeschichteten Kunststoffteilen (in Vorbereitung) 

VDI 3824 Blatt 1 : 2002-03 Qualitätssicherung bei der PVDund 

CVD-Hartstoffbeschichtung – Eigenschaftsprofile und 

Anwendungsgebiete von Hartstoffbeschichtungen. Berlin: 



CVD-Hartstoffbeschichtung – Anforderungen an zu beschichtende 

Werkzeuge und Bauteile. Berlin: Beuth Verlag 


CVD-Hartstoffbeschichtung – Fertigungsabläufe und 

-tätigkeiten. Berlin: Beuth Verlag 


CVD-Hartstoffbeschichtung - Prüfplanung für Hartstoffschichten. 

Berlin: Beuth Verlag 

DIN 30 905 : 1998-01 (Entwurf) Thermophysikalische Eigenschaften 

von Hartmetallen – Messung der Temperaturleitfähigkeit 

mit der Laserflash-(Wärmepuls-)Methode. Berlin: 


DIN 50 320 : 1979-12 Verschleiß – Begriffe, Systemanalyse 

von Verschleißvorgängen, Gliederung des Verschleißgebietes 

(ohne Ersatz zurückgezogen) 

DIN 50 359-1 : 1997-11 Prüfung metallischer Werkstoffe – 

Universalhärteprüfung – Teil 1: Prüfverfahren (2003-05 zurückgezogen, 

Ersatz DIN EN ISO 14 577-1) 

DIN 50 431 : 1988-05 Prüfung von Materialien für die Halbleitertechnologie 

– Messung des spezifischen elektrischen Widerstandes 

von Einkristallen aus Silicium oder Germanium mit 

dem Vier-Sonden-Gleichstrom-Verfahren bei linearer Anordnung 

der Sonden. Berlin: Beuth Verlag 

DIN 50 992-1 : 2002-05 Schichtdickenmessung und Charakterisierung 

von Oberflächen mittels Oberflächenwellen – Teil 1: 

Bestimmung von elastischen Konstanten, Dichte und Dicke 

von Schichten mittels laserinduzierten Ultraschall- 

Oberflächenwellen. Berlin: Beuth Verlag 

DIN EN ISO 1463 : 1995-01 Metall- und Oxidschichten – 

Schichtdickenmessung – Mikroskopisches Verfahren 

(ISO 1463:1982); Deutsche Fassung EN ISO 1463:1994. Berlin: 


DIN EN ISO 2064 : 2000-06 Metallische und andere anorganische 

Schichten – Definitionen und Festlegungen, die die 

Messung der Schichtdicke betreffen (ISO 2064:1996); Deutsche 

Fassung EN ISO 2064:2000. Berlin: Beuth Verlag 

DIN EN ISO 3497 : 2001-12 Metallische Schichten – Schichtdickenmessung 

– Röntgenfluoreszenz-Verfahren (ISO 3497: 

2000); Deutsche Fassung EN ISO 3497:2000. Berlin: Beuth 

Verlag 

DIN EN ISO 3543 : 2001-12 Metallische und nichtmetallische 


Schichten – Dickenmessung – Betarückstreu-Verfahren 

(ISO 3543:2000); Deutsche Fassung EN ISO 3543:2000. Berlin: 


DIN EN ISO 3882 : 2003-10 Metallische und andere anorganische 

Schichten – Übersicht von Verfahren der Schichtdickenmessung 

(ISO 3882:2003); Deutsche Fassung 

EN ISO 3882:2003. Berlin: Beuth Verlag 

DIN EN ISO 4288 : 1998-04 Geometrische Produktspezifikation 

(GPS) – Oberflächenbeschaffenheit: Tastschnittverfahren 

– Regeln und Verfahren für die Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit 

(ISO 4288:1996); Deutsche Fassung 

EN ISO 4288:1997. Berlin: Beuth Verlag 

DIN EN ISO 9220 : 1995-01 Metallische Überzüge – Messung 

der Schichtdicke – Verfahren mit Rasterelektronenmikroskop 

(ISO 9220:1988); Deutsche Fassung EN ISO 9220: 

1994. Berlin: Beuth Verlag 

DIN EN ISO 14 577-1 : 2003-05 Metallische Werkstoffe – Instrumentierte 

Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und 

anderer Werkstoffparameter (ISO 14 577-1:2002); Deutsche 

Fassung EN ISO 14 577-1:2002 Prüfverfahren. Berlin: Beuth 

Verlag 

DIN ISO 513 : 1992-06 Anwendung der harten Schneidstoffe 

zur Zerspanung – Bezeichnung der Zerspanungs- 

Hauptgruppen und der Anwendungsgruppen; identisch mit 

ISO 513:1991. Berlin: Beuth Verlag 

ISO 2128 : 1976-11 Anodizing of aluminium and ist alloys – 

Determination of thickness of anodic oxide coatings – Nondestructive 

measurement by split-beam microscope (Anodisieren 

(Eloxieren) von Aluminium und Aluminiumlegierungen – 

Bestimmung der Dicke der anodisch erzeugten Oxidschichten 

– Zerstörungsfreie Messung mit Lichtschnittmikroskop) 

ASME B 46.1 : 1995 Oberflächentextur (Oberflächenrauheit, 

-welligkeit und -struktur) (Surface texture (surface roughness, 

waviness and lay)) 

ASTM G32-98 Standard Test Method for Cavitation Erosion 

Using Vibratory Apparatus 

ASTM F 576 : 2001 Standard Test Method for Measurement 

of Insulator Thickness and Refractive Index on Silicon Substrates 

by Ellipsometry 

ASTM F 1711 : 1996 Messung des Flächenwiderstandes von 

Dünnfilmleitern für die Herstellung von Displays für Flachbedienungsfelder 

mit Hilfe einer Vier-Punkt-Sonden-Methode 

PAS 1022 Ellipsometrie: Bestimmung von optischen und dielektrischen 

Materialeigenschaften sowie von Schichtdicken 

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Glossar 

kursiv: englische Übersetzung 

amorph Festkörperzustand mit regelloser Anordnung der Atome bzw. Moleküle; siehe 

auch �kristallin, �polymer; amorphous 

Beschichtungstemperatur Temperatur des �Substrats während der Beschichtung; deposition temperature 

chemische Gasphasen- ein Beschichtungsverfahren, bei dem Feststoffe aus einer �Gasphase 

abscheidung chemisch abgeschieden werden, zwei oder mehr gasförmige Komponenten umströmen 

das zu beschichtende Werkstück bei �Beschichtungstemperaturen von 

800 bis 1050 °C; die Komponenten werden unter Einbeziehung der Werkstückoberflächen 

des Trägerwerkstoffes zur Reaktion gebracht und bilden auf diesen 

Oberflächen fest haftende Schichten; chemical vapour deposition, CVD 

CVD Abkürzung für englisch: chemical vapour deposition, �chemische 

Gasphasenabscheidung 

Diamant eine �kristalline Form des Kohlenstoffs, die Atome sind �sp 3 -hybridisiert; diamond 

Diamond-like-carbon aus dem Englischen (diamantähnlicher Kohlenstoff), Bezeichnung für die 

amorphen �Kohlenstoffschichten 

� 

DLC Abkürzung für �Diamond-like-carbon 

(Diamant-)Dickschicht Beschichtung mit einer Schichtdicke von üblicherweise mehr als 0,3 mm; diese 

Schichten werden in der Regel vom �Substrat abgelöst und freistehend verwendet; 

abgelöste Diamantschichten gibt es auch schon ab wenigen Mikrometern Dicke; 

(diamond) thick film 

dotiert bezeichnet �Kohlenstoffschichten, die zusätzliche Elemente, z. B. Wasserstoff 

oder Bor, in geringen Anteilen enthalten; Metalle und nichtmetallische Elemente, 

die in Anteilen bis zu 40 At-% vorhanden sind, werden üblicherweise nicht als 

Dotierung bezeichnet; siehe auch �modifiziert; doped 

Dünnschicht Beschichtung mit einer Schichtdicke von üblicherweise weniger als 20 µm; Diamantdünnschichten 

können auch bis zu 40 µm dick sein; thin film 

Gasphase gasförmiger Zustand; bezeichnet bei �CVD- und �PVD- 

Beschichtungsprozessen auch die gasförmigen Stoffe, die das �Substrat umgeben; 

gas phase 

Graphit eine �kristalline Form des Kohlenstoffs, die Atome sind �sp 2 -hybridisiert; graphite 

in-situ hier: innerhalb des Beschichtungsreaktors; in situ 

Kohlenstoffschicht Beschichtung, die zu einem überwiegenden Teil aus dem chemischen Element 

Kohlenstoff besteht; carbon film 

Korngrenze amorphe Festkörperphase zwischen benachbarten �Kristalliten in �polykristallinen 

Schichten; grain boundary 

kristallin Festkörperzustand mit regelmäßiger Anordnung der Atome bzw. Moleküle; siehe 

auch �amorph, �polykristallin, �polymer; crystalline 

Kristallit jedes einzelne Kristallkorn eines Kristallaggregats (�Vielkristall); siehe auch 

�polykristallin; crystallite 

mikrokristallin �polykristalline Form mit einer Kristallitgröße im Bereich von 0,5 bis 10 µm 

(gilt für Diamant), an der Wachstumsseite gemessen; microcrystalline 

modifiziert bezeichnet �Kohlenstoffschichten, die zusätzliche nichtmetallische Elemente 

enthalten; modified 

nanokristallin �kristalline Form mit einer Kristallitgröße im Bereich von 1 bis 500 nm (gilt für 

Diamant), an der Wachstumsseite gemessen; nanocrystalline 

PA Abkürzung für „plasma activated“ und „plasma assisted“, englische Bezeichnungen 

für �plasma-unterstützt 



PE Abkürzung für „plasma enhanced“, englische Bezeichnung für �plasma-unterstützt 

physikalische Gasphasen- ein Beschichtungsverfahren, bei dem das Beschichtungsmaterial aus 

abscheidung einer Schmelze (Verdampfen) oder einem Feststoff atomar in die �Gasphase 

überführt wird; physical vapour deposition, PVD 

PKD; PCD Abkürzung für einen Schneidstoff, der �„polykristalliner Diamant“ genannt 

wird; PCD 

Plasma Gas, in dem ein Teil der Moleküle in positive Ionen und negative Elektronen zerlegt 

ist; plasma 

Plasmapolymerschicht �polymere �Kohlenstoffschicht, die mehr als 40 At-% Wasserstoff enthält und 

mit �plasma-unterstützten Beschichtungsverfahren abgeschieden wird; plasma 

polymer film 

plasma-unterstützt ergänzende Bezeichnung für Beschichtungsprozesse, die eine Anregung der Gasphase 

durch ein �Plasma erfordern; plasma assisted, PA (auch verbreitet: plasma 

activated, plasma enhanced, PE) 

Polykristall siehe �Vielkristall 

polykristallin Schichtstruktur, bei der die Schicht aus vielen, durch �Korngrenzen getrennten 

�Kristalliten besteht. �Mikrokristalline und �nanokristalline Diamantschichten 

sind polykristalline Schichten; polycrystalline 

polykristalliner Diamant a) Diamant in �polykristalliner Form, z. B. CVD-Diamantschichten; polycrystalline 

diamond 

b) Bezeichnung für einen Schneidstoff, der aus einem Verbund von metallischer 

Matrix mit Diamantkristallkörnen besteht, PKD; PCD 

polymer Festkörperanordnung, bei der die Atome in verketteter Form angeordnet sind; polymer 

PVD Abkürzung für englisch: physical vapour deposition; �physikalische Gasphasenabscheidung 

Sputtern auch: Aufstäuben, ein �PVD-Verfahren; sputtering 

sp 2 -Hybridisierung Ausprägung der Elektronenzustände von kovalent gebundenen Festkörpern, bei 

denen jedes Atom mit drei weiteren angeordnet ist; die drei Atome liegen dabei in 

einer Ebene; s und p bezeichnen Elektronenorbitale; siehe auch �Graphit; sp 2 - 

hybridisation 

sp 3 -Hybridisierung Ausprägung der Elektronenzustände von kovalent gebundenen Festkörpern, bei 

denen jedes Atom mit vier weiteren in räumlicher Form �tetraedrisch angeordnet 

ist; s und p bezeichnen Elektronenorbitale; siehe auch �Diamant; sp 3 - 

hybridisation 

Substrat zu beschichtendes Werkstück; substrate 

tetraedrisch in Tetraederanordnung; tetrahedral 

Textur Vorzugsrichtung bei �polykristallinen Festkörpern, z. B. bei Diamantschichten; 

texture 

transluzent lichtdurchlässig; translucent 

transparent durchsichtig; transparent 

Vakuum Gasdruck unterhalb des atmosphärischen Drucks; vacuum 

Vielkristall aus einer Vielzahl von unterschiedlich orientierten �Kristalliten (Kristallkörnern) 

aufgebautes Kristallaggregat, auch Polykristall genannt; polycrystal 



Deutsche Übersetzung englischer Begriffe 

amorphous amorph 

carbon Kohlenstoff 

chemical vapour deposition chemische Gasphasenabscheidung 

crystalline kristallin 

crystallite Kristallit 

depositon temperature Beschichtungstemperatur 

diamond Diamant 

diamond-like-carbon diamantähnlicher Kohlenstoff, DLC 

doped dotiert 

film Schicht 

gas phase Gasphase 

grain Kristallit, Korn 

grain boundary Korngrenze 

graphite Graphit 

hybridisation Hybridisierung 

hydrogenated wasserstoffhaltig 

in situ in-situ 

microcrystalline mikrokristallin 

modified modifiziert 

nanocrystalline nanokristallin 

physical vapour deposition physikalische Gasphasenabscheidung 

plasma Plasma 

plasma activated plasma-unterstützt 

plasma assisted plasma-unterstützt 

plasma enhanced plasma-unterstützt 

plasma polymer film Plasmapolymerschicht 

polycrystal Vielkristall 

polycrystalline polykristallin 

polycrystalline diamond Polykristalliner Diamant, PKD 

polymer polymer 

sputtering Sputtern, Aufstäuben 

substrate Substrat 

tetrahedral tetraedrisch 

texture Textur 

thick film Dickschicht 

thin film Dünnschicht 

translucent transluzent 

transparent transparent 

vacuum Vakuum

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