VDI 2840 - Beuth Verlag

– 4 – VDI 2840 Entwurf Alle Rechte vorbehalten © Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf 2004
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
Lizenzierte Kopie von elektronischem Datenträger
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-