CVD-Verfahren

Dieses Infoblatt soll den Anwendern als kurzer, praxisnaher Leitfaden für das CVD-Verfahren dienen

1. Beschreibung

CVD steht als Abkürzung für chemical vapour desposition. Es handelt sich dabei um die Abscheidung von Feststoffen aus der Gasphase, wobei die Gasphase im Gegensatz zu den PVD-Verfahren, auf chemischem Weg erzeugt wird. Man macht sich dabei zunutze, dass flüchtige Verbindungen unter Zuführung von Wärme chemisch reagieren und als Schicht kondensieren.

Seit 1960 wird die relativ aufwendige Verfahrenstechnik zur industriellen Herstellung, insbesondere von Verschleißschutzschichten, angewendet.

Chemische Reaktionen, die zur Erzeugung der Verschleißschutzschichten genutzt werden, sind zum Beispiel:

Titankarbid TiC aus Titantetrachlorid TiCl4 und Methan CH4
Titannitrid TiN aus Titantetrachlorid TiCl4 und Stickstoff N2
Aluminiumoxid Al2O3 aus Aluminiumchlorid AlCl3, Kohlendioxid CO2 und Wasserstoff H2

Bei Titankarbid lassen sich Schichthärten über 3000 HV0,05 erreichen, bei Titannitrid bis 2300 HV0,05, bei Aluminiumoxid bis 2100 HV0,05. Damit diese Reaktionen ablaufen, sind Temperaturen von 800 bis 1100°C notwendig.

Der Fertigungslauf für die Herstellung von CVD-beschichteten Werkzeugen und Bauteilen kann wie folgt beschrieben werden:

  1. Zerspanung
  2. Spannungsarmglühen (Vorbeugung von Verzug)
  3. Ersthärtung in Vakuum oder Schutzgas
  4. Fertigstellen der Werkzeuge (Schleifen, evtl. Polieren, R z < 1 µm) auf Korrekturmaße, um nach Beschichtung und Zweitwärmebehandlung die gewünschten Maße einzuhalten
  5. CVD-Beschichtung zwischen 800 und 1100°C, abhängig von Trägerwerkstoff und CVD-Schichtsystem
  6. Zweithärtung im Vakuum unter Berücksichtigung der Soll-Maße
  7. eventuelle Nachpolitur / Finish der CVD-Schicht

2. Geeignete Werkstoffe

Mit dem CVD-Verfahren beschichtbare Trägerwerkstoffe sind:

  • Schnellarbeitsstähle
  • Kaltarbeitsstähle
  • Warmarbeitsstähle
  • Hartmetall-P-Sorten
  • 3. Standardprüfverfahren

CVD-beschichtete Werkzeuge und Bauteile werden visuell auf Schichtfehler überprüft.

4. Vorzüge dieser Wärmebehandlung

Vorteile von CVD-Schichten sind insbesondere ihre sehr gute Haftung aufgrund ihrer Verankerung durch Diffusion im Trägerwerkstoff. Durch das Einbringen der Beschichtungsstoffe in den CVD-Ofen als Gase ergibt sich eine sehr gute Konturenfolgung der Schicht auch auf komplizierten Geometrien.

Anwendungsbereiche von CVD-Schichten sind insbesondere

  • Werkzeuge für die Massivumformung
  • Großwerkzeuge für die Blechbearbeitung
  • Hartmetall-Wendeschneidplatten

5. Kundenangaben zur CVD-Beschichtung

Zur Bearbeitung eines Beschichtungsauftrages benötigt der Lohnbeschichter folgende Angaben:

  1. Werkstoffbezeichnung
  2. Härte, Anlasstemperatur und Zahl der Anlassvorgänge
  3. gewünschte Schicht
  4. letzte Oberflächenbearbeitungsschritte
  5. Angabe der Flächen, die beschichtet werden sollen; Flächen, die nicht beschichtet werden dürfen

Weitere, für das CVD-Verfahren notwendige Angaben, sind dem Lohnbeschichter mitzuteilen.

Als Orientierung kann das Infoblatt „Angaben zum Wärmebehandlungsauftrag“ herangezogen werden.