Reibungsarme PECVD-Schichten verlängern die Lebensdauer von Produkten
Rahmenbedingungen einer PECVD-Beschichtung für Oberflächen –
reibungsarm
Bei der Auswahl eines Dichtwerkstoffes für einen spezifischen Anwendungsfall
sind nicht nur die Volumeneigenschaften wie Dichte, Festigkeit, Elastizität
oder auch thermische Stabilität, sondern auch reibungsarm
Oberflächeneigenschaften von entscheidender Bedeutung. Es kann nun
vorkommen, dass nicht alle Anforderungen gleichzeitig durch geeignete Wahl
eines Volumenwerkstoffes erfüllt werden können. Hinzu kommt, dass durch die
Wahl eines hochwertigen Volumenwerkstoffes häufig der Preis des Bauteils
unverhältnismäßig in die Höhe getrieben wird, bestimmte Eigenschaften aber
nur an der reibungsarm Oberfläche benötigt werden. An dieser Stelle greifen
die Oberflächentechnologien an.
Es gibt nun viele Methoden, Oberflächen mit definierten Eigenschaften zu
versehen. Eine davon stellt die Niederdruck-Plasmatechnik dar. Diese wird
schon seit längerer Zeit mit Erfolg in der Feinstreinigung,
Kunststoffaktivierung und Beschichtungstechnik eingesetzt. Vor allem
Letzteres soll in diesem Artikel näher beleuchtet werden. Dabei wird nach
einer Einführung in die Prozesstechnik besonderes Augenmerk auf die
unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten in der Dichtungstechnik gelegt.
In einem konventionellen Gas nimmt die Anzahl der reaktiven Spezies (Ionen, Elektronen, angeregte Moleküle, Molekülfragmente etc.) mit der Temperatur zu. Diese Eigenschaft wird nutzbringend in der CVD (Chemical Vapor Deposition) zur Abscheidung dünner Schichten eingesetzt. Dabei wird reaktives Gas über eine heiße zu beschichtende Fläche geleitet. Durch thermisch angeregte Reaktionen an der Oberfläche bildet sich aus den Prozessgasen eine Beschichtung. Bei geeigneter Wahl der Gase können dabei Schichten unterschiedlichster Zusammensetzung und reibungsarme Oberflächen hergestellt werden. Die Einsatzmöglichkeiten dieser klassischen CVD sind allerdings durch die benötigten hohen Bauteiltemperaturen, die i. d. R. mehrere Hundert Grad übersteigen, stark eingeschränkt. So bleibt dieser Technologie die Beschichtung von Kunststoffen und Elastomeren verschlossen.
Schematische Darstellung der Elektronentemperatur (Te) und der
Ionentemperatur (Ti) im Plasma als Funktion des Prozessdrucks
Was tun? Die Physik der Gasentladungen (Niederdruck-Plasmen) weist in diesem
Fall den Weg. In elektrisch getriebenen Plasmen wird ein Teil des Gases
ionisiert, d.h. von den Gasatomen oder Molekülen werden Elektronen
abgespalten. Elektronen sind im Vergleich zu Ionen, Atomen oder Molekülen
sehr viel leichter und beweglicher, wodurch sie deutlich mehr elektrische
Energie aufnehmen können. Im Vakuum ist die freie Weglänge der Ladungsträger
nun derart erhöht, dass die Elektronen ihre Energie nur noch in geringem
Maße mit den Ionen oder Molekülen austauschen. Dies führt zu einem
Nichtgleichgewichtszustand, in dem die Elektronen "heißer" (mehrere Tausend
°C) sind als der Rest des sonst "kalten" Gases (Bild 2).
Die Elektronen sind nun aber genau diejenige Spezies, die chemische
Reaktionen antreiben können. Die Temperatur des Werkstückes dagegen wird
durch Stöße mit den schweren Gasmolekülen oder Ionen bestimmt. Diesem
Umstand ist es zu verdanken, dass bei der PECVD (Plasma Enhanced CVD)
Abscheidungsprozesse auf "kalten" Werkstücken möglich werden, die der
herkömmlichen CVD gar nicht oder nur bei mehreren Hundert Grad Celsius
zugänglich sind. Des Weiteren werden die Werkstücke im Plasma je nach
zugeführter Leistung und Position in der Beschichtungskammer mehr oder
weniger stark mit Ionen beschossen, wodurch sich die Schichteigenschaften
gezielt beeinflussen lassen. Einen weiteren Vorteil bietet die Plasmatechnik
dadurch, dass die der Beschichtung vorgeschaltete Feinstreinigung
PLASMACLEAN© ebenfalls durch Plasma im selben Zyklus durchgeführt werden
kann.
Weitere Informationen zu den reibungsarmen PECVD-Schichten erhalten Sie hier...