Growth evolution and interface modification of sputtered cBN films

Kubisches Bornitrid (cBN) weist eine Reihe attraktiver Eigenschaften, z. B. außergewöhnliche Härte und chemische Beständigkeit auf. Diese Eigenschaften machen cBN zu einem Kandidaten für Werkzeugbeschichtungen, speziell für die Stahlbearbeitung. Jedoch ergaben intensive Forschungen über mehr als zwei Jahrzehnte, daß noch zahlreiche technische Probleme gelöst werden müssen, um mehr als 1 µm dicke und stabile cBN-Schichten abzuscheiden. Die Hauptaufgabe der Arbeit war die Optimierung des cBN Beschichtungsprozesses zur Erzielung dicker und beständiger Schichten. Die cBN-Schichten wurden mit einer Hochfrequenz-Diodensputteranlage mit einem B4C Target hergestellt. Drastische Verbesserungen der Filmstabilität und eine substantielle Vergrößerung der Schichtdicke wurde durch die Optimierung der Interface-Struktur ermöglicht. Ein Gradientenschichtsystem aus B, C und N ermöglichte, auf Siliziumsubstraten beständige cBN-Schichten von mehr als 2 µm Dicke abzuscheiden. Das Gradientenschichtsystem beginnt mit einer reinen B4C-Schicht auf dem Substrat. Die erfolgreiche Abscheidung bis 2.5 µm dicker cBN-Schichten ermöglichte eine exakte Bestimmung der mechanischen und tribologischen Eigenschaften von cBN-Schichten. Die Härte der Schichten betrug 55 bis 60 GPa. Diese Schichten erwiesen sich auch als außerordentlich verschleißbeständig.