[发明专利]用于在基体上制造金属-硼碳化物层的方法

说明书

本发明涉及用于涂敷带有层的基体的PVD方法，所述层至少含有微晶金属硼碳化物相。在PVD方法的过程中，所述源输出是脉冲的，使得在600℃以下的基体温度在由此产生的层的x‑射线光谱中，至少一个峰可以确定，其半峰宽允许得出结论：存在所述金属‑硼碳化物的微晶相。

本发明涉及金属硼碳化物层通过脉冲PVD方法在基体上的沉积。由此，其优选强调了脉冲阴极溅射法，其中由阴极溅射出的材料由气相作为涂敷材料沉积在基体上。

金属硼碳化物材料由于它们突出的机械和化学性能而被用作基础材料。为此，已知不同的制造方法，下面对其不作详细说明。但是，这些材料在制造上昂贵和在加工上是有问题的。

一种可能的途径是改善组分，其基础体是常规的材料，如例如金属陶瓷、钢、硬金属或高速钢。该类改善由此也可包括带有金属硼碳化物层的涂层。由此，可以借助PVD方法。在本文中PVD是指物理气相沉积和强调了由气相沉积。Schier在申请WO2012/052437中强调了溅射PVD方法和尤其是HIPIMS方法。由此HIPIMS是指高能脉冲磁控管溅射，其是一种溅射方法，其中来自阴极的溅射在磁控管帮助下和通过高的电流密度进行。Schier强调了溅射是不利的，因为所述必需的工艺气流被认为是难以控制的。除了在实现针对涂敷所需的结晶相方面产生的此困难之外，还如Schier关于氧化铝的实例的描述。

因此，WO2012/052437中描述了用于沉积该类层的电弧蒸发法。在此方法中电弧一直持续，针对涂敷材料提供的其在所谓的靶上的入射点移动，由此靶材料蒸发。作为靶材料，使用包含至少两种不同金属的靶，其中靶的至少具有最低金属化温度的金属以陶瓷化合物存在。这样，在电弧PVD中常常遭遇的微滴生成将会受到抑制。但是，这不完全成功。如果需要以基本上无微滴的方式涂敷，则在电弧PVD方法中常常需要艰苦的过滤技术，其显著降低了涂敷速率和使得该类技术常常是不经济的。

稀土硼碳化物如今被称为有趣的超导材料。在Iavarone等的文章“Borocarbide“Thin Films and Tunneling Measurement”（2000年在Dresden的NATO研讨会的范围中发表）中，描述了磁控管溅射作为用于制造Re-Ni₂B₂C的方法，其中Re代表来自由Y、Er、Lu形成的组的一种元素。所述溅射方法在大约800℃应用和必须使用镶人造钻石的基体。

因此，希望的是有可行的方法，其允许在中温下经济地将金属硼碳化物层沉积到基体上，其中该层应当含有（至少明显的一部分）优选地希望的微晶-和/或纳米-晶体相。

因此，本发明的目的是提供该类方法。

根据本发明，解决所述目的的是应用脉冲PVD-方法。在所述电弧PVD-方法方面，脉冲增加了工艺稳定性和明显减少了微滴形成。在溅射方面，与常规溅射相比，电离程度明显增加。本发明人已经认识到通过脉冲可以在基体温度在600℃以下就已经令人惊奇地形成金属硼碳化物的微晶相。如果应用其中金属以陶瓷化合物存在的靶，在导致小于或等于100W/cm²的中等电流密度的脉冲溅射功率下，在一定程度上情况已经如此了。

但是，优选应用所谓的HIPIMS技术，在大于100W/cm²的其电流密度下施加在所述靶的表面。所述电流密度以脉冲形式良好地施加使得不过分加热所述靶。通过HIPIMS方法和如本发明人所认识到的，金属硼碳化物的晶体相也可以由其中金属不是以陶瓷化合物形式存在的靶实现。优选地同样当应用HIPIMS方法时，由靶发生溅射，其中所述金属以陶瓷化合物的形式和尤其是作为金属硼碳化物存在。

根据本发明尤其优选的实施方案，在HIPIMS操作过程中对基体施加负偏压。此偏压为-30V至-400V，其中除了其它考虑因素之外的绝对值上限由以下事实决定：基体表面的温度随着偏压值增加，这是由于被加速的离子和其导致增加的能量输入(impute)。