[发明专利]硬质碳层的脱层方法

说明书

本发明涉及基材表面的碳层或碳涂层、尤其是工具和部件的ta-C层的脱层方法。本方法允许以大量简单且工业适用地处理这样的基材，其中本方法可以在能重新涂覆经脱层的基材的同一真空室中进行。本发明的方法尤其用于昂贵的工具和部件的ta-C层的工业脱层以重新涂覆它们。该方法可特别有利地用于具有尖锐边缘和复杂几何形状的表面的基材。

表面的涂覆和脱层

给工具和部件配备薄层，以改善其性能，例如磨损方面的性能是现有技术。用于防止部件-和工具表面磨损的硬质材料层通常沉积有至少0.1 μm的层厚。在许多领域中，这种工具和部件由昂贵的材料制成并且生产工艺非常复杂。这就是为什么在开发层和涂覆工艺时也必须已经考虑开发合适的脱层方法的原因。

合适的脱层方法应基本上能够完全脱除基材表面的涂层，而不会对基材表面造成损伤或导致基材几何形状的改变。由此该经脱层的工具或部件应能够再涂覆并再利用，这既有利于降低成本又有助于充分利用自然资源。

碳层

在本发明范围内，如下定义碳层：

碳层是主要由化学元素碳构成的薄层。其包括等离子聚合物层、非晶类金刚石碳层 (DLC, 英语diamond-like carbon)、CVD-金刚石层和石墨层。用碳涂层可实现多种表面功能， 尤其在摩擦学领域中和在针对防磨损的所有领域的应用中，即例如用于切削工具、用于冲压和成型的工具，也用于保护部件。

石墨层是仅由sp²-杂化碳原子构成的碳层。其例如可在飞机的盘式制动器上用作加热元件或燃烧元件（Brennelementen）的涂层或者，由于它们的生物相容性可用于许多生物医学制品，例如植入物中。

金刚石层是具有最大磨损阻力的碳层。如果原子的sp³-杂化轨道重叠，它们就能形成牢固的共价键，其具有四面体结构。它们形成金刚石晶格的基础骨架。其通常可以通过特殊的化学气相沉积法制备。由此产生微米晶层或纳米晶层，其可通过有针对性地改变工艺参数而具有某种结构，并因此具有非常小的摩擦系数和磨损。

被称为DLC-层的已知为类金刚石碳层的非晶或X射线非晶碳层根据VDI2840被如下划分为：

· 无氢非晶碳层，a-C，主要由sp²-杂化键构成，并因此也被称为类石墨碳层。

· 四面体无氢非晶碳层，ta-C，是完全非晶的，也就是说，其没有明显的晶体结构。这些层主要由sp³-杂化键构成，因此其可等同于金刚石层。

· 含金属的无氢非晶碳层，a-C:Me，主要由sp²-杂化键构成。

· 含氢非晶碳层，a-C:H，由sp²-杂化键和sp³-杂化键构成。

· 四面体含氢非晶碳层，ta-C:H主要具有sp³-杂化碳原子。

· 含金属的含氢非晶碳层，a-C:H:Me主要具有sp²-杂化碳原子。

· 用非金属改性的含氢非晶碳层，a- C:H:X (X = Si, O, N, F, B, ...) 主要具有sp³-杂化碳原子。

在ta-C层的情况中的脱层难点

ta-C层具有最大85 GPa的硬度并因此明显优于常规的用等离子体辅助的CVD沉积的具有氢含量最高为30原子％的类金刚石碳层，尤其是在层硬度和温度稳定性方面。ta-C层中四面体类金刚石键的比例（最高85％）对于这些层中特别高的硬度而言是决定性的参数。

ta-C层可通过各种方法来制备。但优选激光脉冲沉积法（见例如den Bericht über Forschung an Fachhochschulen, der im Jahr 2006 durch das 30 deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung herausgegeben wurde，页21-22）和阴极火花蒸发法（参见，例如，US6331332，EP0652301，US20070187229和EP0666335）。