Entwicklung von gradierten PVD-Si/(X)/C/N-Beschichtungen für thermisch höchst beanspruchte Bauteile

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Zum Verschleißschutz von Werkstoffen kommen in der Regel PVD-Beschichtungen zum Einsatz, deren Eigenschaften sich mit steigender Temperatur verschlechtern. Stand der Technik sind ternäre oder quaternäre Hartstoffschichten auf Basis von TiAl(Y)N oder CrAl(Y)N, die bis 1000°C relativ stabil sind. Für höhere Einsatztemperaturen existieren keine geeigneten Konzepte auf Basis konventioneller Schichtsysteme. Daraus ergibt sich die Forderung nach der Entwicklung neuer Schichtkonzepte, die auch bei extremen (thermischen) Beanspruchungen den Grundwerkstoff zuverlässig schützen. In diesem Zusammenhang haben sich amorphen aus dem System Si/C/N als vielversprechend erwiesen. Es konnten Schichten synthetisiert werden, die bis 1300°C eine hervorragende Beständigkeit gegen Oxidation, chemische Zersetzung und Strukturänderungen aufwiesen. Durch gezielte Variation der chemischen Zusammensetzung konnten darüber hinaus im Hinblick auf die Trockenbearbeitung reibungsmindernde Schichten durch den Einbau von sp2-hybridisiertem Kohlenstoff abgeschieden werden. Die Schichteigenschaften sind sehr stark von der Zusammensetzung abhängig und der damit verbundenen Struktur des amorphen Netzwerkes. In diesem Vorhaben sollen daher durch die Gradierung von SiCN Schichten die guten mechanisch-technologischen Eigenschaften von siliziumreicheren SiCN-Schichten mit den niedrigen Reibwerten kohlenstoffreicher SiCN-Schichten kombiniert werden. Durch die Legierung mit Bor wird eine weitere Verbesserung des Hochtemperaturverhaltens angestrebt, um durch die Bildung von BN niedrigste Reibwerte auch bei sehr hohen Temperaturen zu gewährleisten.