Gradierte Substrat-Schicht-Übergänge zur Realisierung von hochbelastbaren Stoffverbunden mit multifunktionalen, kovalent gebundenen Schichtmaterialien aus dem System B-C-N

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Im Dreistoffsystem B-C-N liegen die vorwiegend kovalent gebundenen Phasen Diamant, c-BN, und B4C mit herausragenden physikalischen, chemischen und tribologischen Eigenschaften. Die Existenz weiterer Phasen wie b-C3N4 und kubisches BCN wird diskutiert. Ein bedeutender potentieller Einatzbereich dieser Stoffe liegt im Verschleißschutz bei Werkzeugen und in der Reibungsminderung bei Bauteilen. Die Materialien können mittels CVD (Chemical Vapour Deposition) oder PVD (Physical Vapour Deposition) Verfahren als Schichten abgeschieden werden, wobei die Schichthaftung auf den meist metallischen Substraten ein großes noch nicht gelöstes Problem darstellt. Die beispielsweise bei c-BN erzielbare Schichtdicke ist meist auf etwa 300 nm begrenzt. Der Grund hierfür ist die hohe Eigenspannungen von über 10 GPa und den schroffen Übergang vom metallisch gebundenen Substrat zur kovalent gebundenen Schicht, die zur vorzeitigen Delamination im Grenzflächenbereich, oft in der hexagonalen Übergangszone führen. Die hohen Eigenspannungen sind jedoch günstig für die Ausbildung von Schichten mit hoher Härte und im Falle von BN notwendig für die Ausbildung der kubischen Phase. In BN-Schichten mit niederen Eigenspannungen steigt der Anteil von h-BN auf Kosten des c-BN-Anteils. Ein vielversprechender Ansatz zur Lösung der Haftungsproblematik ist der Einsatz eines gradierten Substrat-Schicht Übergangs, durch Gradierung der Eigenschaften und/oder der Zusammensetzung. Durch einen Spannungsgradienten der aufwachsenden Schicht, durch eine Gradierung der Materialzusammensetzung und durch die Kombination beider Konzepte soll eine Erhöhung des Widerstands gegen adhäsives Versagen realisiert werden.