硬材料层的制作方法

专利名称：硬材料层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的作为氧化的电弧
PVD功能层(32)沉积在工件(30)上的硬材料层，以及如权利要求 21的前序部分所述的一种用硬材料层对工件涂层的方法。
背景技术：
通过馈给电脉沖运行的也称为电火花阴极的电弧蒸发源长期以来 为所属技术领域所公知。用电弧蒸发源可以经济地达到高的蒸发速度 并且从而在涂层时达到高的沉积速度。此外， 一个这样的源的结构在 技术上实现起来相对简单。所述源在典型地约IOOA或以上的电流和几 伏至几十伏的电压条件下工作，这可以用相对成本合算的直流电源实 现。这样的源的一个明显的缺点在于，在阴极斑的区域中发生非常快 速变化的靶表面熔融，由此形成熔滴，即所谓的微滴，然后所述熔滴 被作为飞溅物甩脱并且凝结在所述工件上，从而不期望地影响层特 性。例如由此使得层结构不均匀并且劣化表面粗糙度。在对层质量高 要求的情况下往往在商业上不能够采用这样产生的层。因此人们已经 偿试了减轻所述问题，其中用电源的纯脉冲运行来运行电弧蒸发源。 然而到目前为止由此在飞'减物形成方面只达到有限的改善。
采用反应气体在反应等离子中将化合物沉积在金属耙上直到现在 都只限于制造导电层。在制造不导电的、也就是介电层时，例如在采 用氧作为反应气体情况下的氧化物加重了飞溅物形成的问题。在这种 情况下所述过程固有的用不导电层重新覆盖所述电孤蒸发源的靶表面 和反电极譬如阳极以及所述真空处理设备的其它部分，会导致完全不 稳定的特性并且甚至导致熄弧。在这种情况下必须总要重新触发电 弧，不然由此会使得完全不能够进行所述处理。
在EPO "6 33SB1中提出为了用电弧蒸发器沉积纯金属材料， 向所述直流电流迭加脉冲式电流以便能够由此降低DC基础电流，以减 少所述飞溅物形成。在此需要达5000A的脉沖电流，所述脉冲电流要
在100Hz至50kHz范围内的相对低的脉冲频率时用电容器放电产生
下阻止微滴形成。然而在该文献中没有说明沉积不导电的、介电层的 技术方案。
在借助于电弧蒸发源反应涂层的情况下存在不足的反应和过程稳 定性，尤其是在制造绝缘层的情况下。与其它PVD过程(例如喷溅) 相反，借助于电弧蒸发的绝缘层到目前为止只能够用导电靶制造。一 种用高频的工作，譬如在喷溅的情况那样，直到现在都不成功于缺乏 用高频运行大电流电源的技术。用脉冲式电源工作是一个选择。然而， 如前所说明的那样就总是要重新触发电弧，或者要把脉沖频率选择得 大到不会熄灭火花。在应用特定的材料譬如石墨时这看来是起作用 的，如在DE3901401中所说明的。然而要注意的是，石墨不是绝缘体
而是导电的，即使导电性低于一般的金属。
在靶表面氧化的情况下不能够通过机械接触和借助于DC电源进行
再触发。在所述反应电弧蒸发中的真正的问题是在靶上和在所述阳极 上或者在作为阳极接入的涂层腔上覆盖绝缘层。这种绝缘层在其形成 的过程中提高了火花放电的点火电压，导致飞賊物和飞弧的增加，这 是一种以火花放电中断结束的不稳定的过程。随着所述靶的涂层而来 的岛生长减少了导电的表面。 一种强稀释的反应气体(例如氩/氧混合 气体)可以延迟这种在所述耙上的生长，但是过程稳定性的基本问题 没有得到解决。根据US5103766的提议，即用相应的再次触发交替地 运行阴极和阳极，尽管对过程稳定性起作用，但是却导致飞濺物的增 加。
通过一种脉冲式电源譬如在反应喷溅中可能的那样的出路在一个 传统电火花蒸发的情况下行不通。这是因为如果中断电源供给，辉光 放电比电弧的"寿命长"。
为了能够克服用绝缘层覆盖靶的所述问题，在制造绝缘层的反应 过程中要么把反应气体入口在位置上与所述靶分隔开(于是所述过程 的反应性只是在基底上的温度使得可以进行氧化/反应时才得到保 证)，要么采取飞溅物与电离的部分之间的分隔(所谓过滤了的电弧)， 并且在过滤以后向所述电离了的蒸汽添加所述反应气体。
此外还希望可以进一步减少或缩放所述基底的热负荷以及存在在
阴极火花涂层中进行低温处理的可能性。
在WO-03018862中把等离子源的脉冲运行描述为一种降低基底上 的热负荷的可能途径。然而在此说明的理由可能对喷溅过程的领域还 成立。它对于火花蒸发不产生任何关系。
对于硬材料涂层的应用范围，尤其是长期以来存在能够制造具有 对应的硬度、附着强度并且按照所希望的磨擦特性控制的氧化硬材料 的需要。在此铝氧化物，尤其是铝铬氧化物可以起重要的作用。在PVD (物理蒸发沉积)领域中的迄今为止的现有技术多数只用于制造珈玛 及阿尔法铝氧化物。多数所述方法是双磁控喷'减，这种方法在这种应 用中在过程可靠性和成本方面有很大的缺点。日本专利只专注于与工 具关联的层系统并且例如把电弧离子镀过程用作制造方法。人们普遍 希望能够沉积阿尔法铝氧化物。然而当前的PVD方法却为此需要约700 r或者更高的基底温度以得到这种结构。 一些使用者希望通过成核作 用层完美地避免这种高温(TiAlN的氧化、Al-Cr-0-系统)。然而这 不一定使得所述过程便宜和快速。当前看来不可能借助于电弧蒸发满 意地制造阿尔法铝氧化物层。
在现有技术方面归结有以下的缺点，尤其是涉及用反应过程制造 氧化层
1. 如果在电孤蒸发器阴极或者电弧放电的阳极与带有反应气体入 口的基底区域之间没有给出空间上的分隔，就不能够稳定地进行用于 沉积绝缘层的过程。
2. 没有解决飞溅物问题的基本方案不能够完全反应透聚结物(飞 溅物)，其中在所述层中出现金属成分，提高了层表面的粗糙性，并 且干扰层结构和化学计量的均匀性。
3. 实现低温过程的可能性不充分，因为用高温相制造氧化物时的 基底热负荷过大。
4. 到目前为止还不能够借助于电弧蒸发制造绝缘层的平坦梯度的 中间层。
与喷賊相反的是，借助于阴极电火花的涂层实质上是一种蒸发过 程。人们设想，在热的阴极斑与其边缘之间的过渡中吸引了不在原子 大小范围的部分。这种聚结物作为不能够在飞'减物中反应透的聚结物 而出现在基底上并且造成粗糙的层。这种飞溅物的避免和分散至目前
为止不成功，甚至于对于反应涂层过程完全不成功。在此，例如在氧 气环境中于电弧蒸发器源的阴极上附加地还构成薄的氧化层，所述薄 氧化层导致飞溅物形成的增加。

发明内容
本发明的任务在于克服上述现有技术的缺点。本发明的任务尤其
是，用至少一个电弧蒸发源经济地沉积具有更好特性的层，其方式是 通过更较好地电离所蒸发的材料和参与所述过程的反应气体提高过程 中的反应。在这种反应过程中应当显著降低所述飞溅物的频度和大 小，尤其是在制造绝缘层的反应过程的情况下。此外还应当实现较好 的过程控制，譬如控制蒸发速度、提高层的质量、层特性的可调节性、 改善反应的均匀性以及减低所沉积的层的表面粗糙性。这些改善还在 制造梯度层和/或合金的情况下有意义。在制造绝缘层的反应过程的情 况下所述过程稳定性应当普遍地提高。
尤其是应当使得能够有一种使得能够经济地沉积氧化的硬材料 层，即铝氧化物层和/或铬铝氧化物层的电弧蒸发过程，所述层优选地 主要具有阿尔法和/或珈玛结构。
此外即使在所述方法的经济性较高的情况下也应当能够实现一种 低温过程，所述温度优选地在700TC以下。此外还应当把装置以及是尤 其是脉冲式运行用的功率耗费保持得很低。以上说明的任务既可以单 个地出现也可以依据相应要求的使用范围以其组合出现。
根据本发明所述任务通过权利要求1所述的用一种电弧蒸发PVD
方法制造的硬材料层完成，并且通过采取权利要求n的在工件上制造
这样一种层的方法完成。从属权利要求确定其它有利的实施方式。
根据本发明所述任务的解决是通过在工件上沉积一种硬材料层 作为电弧PVD功能层，其中该功能层基本上构成为由金属(Me) Al、 Cr、 Fe、 Ni、 Co、 Zr、 Mo、 Y至少之一组成的电绝缘的氧化物，并且 所述功能层具有低于2%的惰性气体和/或卣素的含量。其中惰性气体的 含量优选地低于0.1%，尤其是低于0. 05%，或者更好地是零，和/或卣 素的含量优选地低于0. 5%，尤其是低于0. 1%，或者更好地是零。这些 气体应当以尽可能小的规模出现在所述层中，因此只用纯的反应气体 或者没有惰性气体譬如He、 Ne、 Ar的纯反应气体混合物或者卣素气体
譬如Fh Cl2、 Br2、 L或者含卣素的化合物譬如CF6或者类似物进行所
述电弧蒸发过程。
公知的CVD过程用卣素气体在约11001C的不希望高温条件下沉积
一个层。公知的喷溅过程在反应处理条件下也用高含量的惰性气体譬 如氩运行。这样的气体在所述层中的含量应当在前述的值之下或者优 选地是零。如本发明所述的脉冲电弧蒸发过程不用这样的过程气体也 能够胜任。
申请号为CH00518/05的在先专利申请基本上已经为解决该问题
提出了一个技术方案组。该申请提出了一个第一技术方案，所述第一 技术方案尤其良好地适于完全反应的靶表面并且相对于DC驱动的蒸发
器耙来说明显减少了飞溅物的形成。在该申请中提出对所述电孤蒸发 源的DC馈电用一个脉沖电源迭加高电流脉冲，如在图2中示意地示出。
在较高的经济性的同时进一步地减少飞溅物和降低其大小通过下 面的专利申请CH01289/05的做法达到，该专利要求CH00518/05的优 先权并且形成其扩展。在该申请中， 一种用于对工件进行表面处理的 真空处理设备具有至少一个电弧蒸发源，所述至少一个电弧蒸发源包 含与一个DC电源连接的第一电极，其中附加地设置一个与所述电弧蒸 发源分开安放的第二电极，并且这两个电极都与一个脉冲电源连接。 从而在这两个电极之间仅用一个单个的脉冲电源运行一个附加的放电 路段，所述脉沖电源在非常良好的过程可控制性的同时实现所参与材 料的特别高的电离。
在此所述第二电极可以是另一个电弧蒸发源、 一个工件固定装置 或者所述工件本身，由此在这种情况下把所述笫二电极作为偏置电极 运行，或者所述第二电极也可以构成为蒸发钵，所述蒸发钵构成一个 低电压电弧蒸发器的阳极。
一个尤其优选的实施方式在于，这两个电极各是一个电弧蒸发源 的阴极，并且这两个电弧蒸发源各直接与一个DC电源连接以维持保持 电流，并且其中这两个阴极都与一个单个的脉沖电源连接，其连接方 式是使得所述电弧或者说这两个源的电弧放电在运行中不会熄灭。 从而在该配置中只需要一个脉冲电源，因为该脉冲电源直接地接在电 孤蒸发器的这两个阴极之间。除了所述过程的高电离度和良好的可控制性以外还设置了所述配置的较高的功效。在这两个电极与由此附加 地产生的脉冲—放电路段之间，在该放电路段对面构成一个有负的部 分和正的部分的双极脉冲，由此可以把馈入的交变电压的整个周期长 度都用于所述过程。实际上不出现不被利用的脉冲间歇，并且不论是 负脉沖还是正脉冲都无间断地一起用于所述过程。由此另外提高了沉 积速度，而不必使用附加的昂贵的脉沖电源。这种具有两个电弧蒸发
1。用这种配置甚至可以完全地l欠弃支"的惰性气体，譬如氩，并且 可以用纯反应气体工作，甚至以令人吃惊的方式用纯氧气工作。通过 由此可达到的不论是蒸发的材料还是反应气体譬如氧气的高电离度， 产生具有较高的质量的不导电层，所述质量几乎够得上散装材料的质 量。在此所述过程进行得非常稳定，并且令人吃惊的是急剧地降低或 者近乎完全避免了飞'减物形成。然而上述的优点还可以通过用其它的 源作第二电极达到，譬如用一个偏置电极或者一个低压电弧蒸发钵， 尽管所述有利作用不会达到用两个电弧蒸发器的配置所达到的同样的 程度。
本申请要求这两个上述的申请CH00518/05和01289/05的优先 权，这两个在先申请基本上为本发明沉积不导电的氧化层的任务展示 出一个第一技术方案组。在本申请中提出的发明在过程进行和应用方 面形成一种扩展。因此这两个申请都是本申请的集成的组成部分。


下面参照附图用实施例详细地说明本发明。在附图中
图1示出对应于现有技术的一种电弧蒸发器涂层设备的一个示意
图2示出在用迭加的大电流脉冲运行的情况下具有一个DC馈电的
电弧蒸发源的如本发明第一配置；
图3示出根据本发明的具有两个DC馈电的电弧蒸发源和接于其间 的大电流电源的第二配置，即一种双脉冲电弧蒸发配置；
图4示出根据本发明作为多重层的沉积层的橫截面；
图5示出根据图4的层放大了的横截面。
具体实施例方式
图1中示出一个真空处理设备，所述真空处理设备具有用一个DC 电源13运行一个电弧蒸发源5的由现有技术公知的配置。所述设备l 配备一个泵系统2，用于在所述真空处理设备1的腔内产生所需要的真 空。所述泵系统2使得能够在< 101亳巴的压力下运行所述涂层设备并 且还用典型的反应气体譬如02、 N2、 SiH4、氢气等等确保运行。所述反 应气体通过一个气体入口 11 i丈入腔1中并且在所述腔中对应地分布。 此外还可以通过另一个气体入口放入附加的反应气体，或者还在例如 对蚀刻过程或者对沉积非反应层需要时放入惰性气体，譬如氩气，以 单个地和/或混合地使用所述气体。安放在所述设备中的工件固定装置 3起容纳和电连接在此不再示出的工件的作用，所述工件通常用金属的 材料制造，并且用于用这样的过程沉积硬材料层。 一个偏置电源4与 工件固定装置3电连接，用于在所述工件上施加基底电压或者说偏置 电压。所述偏置电源4可以是一个DC或者AC电源或者是一种双极脉 沖或者单极脉冲基底电源。通过一个过程气体入口 ll可以放入一种惰 性气体或者一种反应气体，以在所述处理腔中预先给定和控制过程压 力和气体组成。
电弧蒸发源5的组成部分是一个靶5 、以及置于其下方的冷却板， 和一个安放在所述靶表面的周边区域中的火花塞7以及一个包围所述 耙的阳极6。用一个开关l4可以在所述电源13的正极的阳极6的浮动
运行与用确定的零电位或者接地电位的运行之间进行选择。用所述火 花塞7例如在触发所述电弧蒸发源5的电弧时产生与所述阴极的短暂 接触并且然后再把它拿开，由此触发电火花。例如为此火花塞7通过 一个限流电阻与阳极电位连接。
如果所述过程做法需要，所述真空处理设备1可以附加地配备一 个附加的等离子源9。在这种情况下，等离子源9构成用热阴极产生低 电源电弧的源。所述热阴极例如可以构成为安放在一个小的电离腔中 的丝极，在所述小的电离腔中用一个气体入口 8放入一种工作气体， 例如氩气，以产生在真空处理设备1的主腔中展开的低压电弧放电。 一个用于构成所述低压电弧放电的阳极15对应定位地设置在真空设备 1的所述腔中并且以7>知的方式和方法用一个在离子源9的阴极和阳 极15之间的DC电源运行。在需要时可以设置附加的线團10、 10、，
例如围绕空间处理设备1放置的斧柄木那样(helmholzartig)的配 置，用于磁聚焦或者引导所述低压电弧等离子。
对应地根据本发明，如图2所示附加地用一个脉冲大电流电源16、 馈电也就是运行第一电弧蒸发源5。该脉沖电源16、有利地直接迭加所 述DC电源。当然必须相互电退耦地运行这两个电源，以对其加以保护。 这可以通常地用滤波器进行，譬如用电感，如电子领域内普通技术人 员熟知的那样。对应于本发明在这样的配置中已经可以只用纯反应气 体或者反应气体混合物来沉积层，譬如氧化物、氮化物等等，而不需 要不受欢迎的支持气体成分，譬如在PVD喷溅过程中的氩或者CVD过 程中的卣素前体。尤其是因此实现了非常难于经济地达到的、以所希 望的结晶形式产生不导电的纯氧化物并作为层沉积。这种反应的脉沖 电弧蒸发方法在本文中称为RPAE方法。
在本发明真空处理设备的另一个更好的实施方式中，除了一个具 有靶电极5、的笫一电弧蒸发源5以外还设置具有第二靶电极20、的第 一电孤蒸发源20，如在图3中所示。这两个电弧蒸发源5、 20各用一 个DC电源13、 13、运行，运行的方式是所述DC电源用一个基础电 流确保维持所述电弧放电。DC电源13、 13、对应于当今的现有技术并 且可以成本合算地实现。构成这两个电弧蒸发源5、 20的阴极的两个 电极5、、 20、对应于本发明地各与一个脉冲电源16连接，所述脉冲电 源能够在这两个电极5 、、20、上输出具有一定脉冲波形和升降沿陡度的 大脉冲电流。在图3所示的配置中这两个电弧蒸发源5、 20的阳极6 与处理设备1的地电位关联。由此也称为双脉冲式电弧蒸发(DPAE )。
还可以接地或者无接地运行所述电弧放电。在优选无接地的情况 下第一 DC电源13以其负极与第一电弧蒸发源5的阴极5 、连接，并以 其正极与第二电弧蒸发源"的对置的阳极连接。类似地运行第二电弧 蒸发源"并且第二电源13、与第一电弧蒸发源5的阳极的正极连接。 这种对置地运行所述电弧蒸发源的阳极导致在过程中更好地电离所述 材料。所述不接地的运行或者说悬浮或者浮动地运行电弧蒸发源5、 20 还可以不采用对置的阳极馈电地进行。此外还可以设置一个开关14， 以有选择地在不接地的和接地运行之间切换，如在图1中所示。
这种"双脉冲模式"的电源必须能够覆盖不同的阻抗区域，并且 即使如此在电压上也是"硬"的。这意味着，所述电源必须提供大的
电流，并且在此还有在很大程度上可以电压稳定地运行。这样的电源
的一个例子在与前述专利申请CH1289/05的同一日以CH518/05号并 列地提出了申请。
本发明的第一且优选的应用范围是利用两个脉冲式电弧蒸发源 5、 20的阴极电火花蒸发，如其在图3中所示。在该应用中阻抗在约 0. OIQ至1Q的区间内。在此还必须注意，通常在其间"双脉沖"的所 述源的阻抗是不同的。这可能由于该源由不同的材料或者合金构成、 所述源的磁场不同或者所述源的材料损坏处于不同的阶段。现在所述 "双脉冲模式"使得能够这样地通过调节脉冲宽度进行平衡使得两 个源吸收相同的电流。结果在所述源上导致不同的电压。当然还可以 在电流方面不对称地加栽所述电源，如果对于所述过程进行是值得追 求的话，这例如对不同材料的梯度层是这样。相应离子的阻抗越小， 电源的电压稳定性就越难于实现。因此电源对不同的输出阻抗的可切
换性或者受控的可跟踪性是尤其有利的，如果想要充分地利用其功率 的全部范围的话，所述功率范围例如也就是在500V/100A至50V/1000A
的范围，或者如同在并列申请CH518/05中实现的那样。
这样一种双脉冲式阴极配置并且尤其是由两个电弧蒸发源构成的
双脉沖式阴极配置的优点综合如下
1. 在陡直脉冲情况下提高的电子发射产生较大的电源(还有基 底电流)和所述蒸发的材料和反应气体的较高的电离；
2. 较高的电子密度还对较快速的基底表面放电起作用，在制造 绝缘层的情况下，就是说在基底上的再充电时间比较小(或者还只是 偏压的脉冲间歇)就足以放电所述构成的绝缘层；
3. 在两个阴极的电弧蒸发源之间的双极运行使得能够有近于 100%的脉冲-间歇比例(占空比)，而仅用一个源的脉沖总是需要一 个间歇并且因此效率不是太高；
4. 相互对置的两个阴极火花源的双脉沖式运行把所述基底区域 浸入密集的等离子中并且提高了该区域中的反应，也提高了反应气体 的反应。事实表明还提高了基底电流；
5. 在氧气环境中的反应处理可以在脉冲式运行中达到更高的电 子发射值，并且看来在很大程度上避免了在传统蒸发金属靶的情况下 所出现的电火花区域熔融。在没有其它杂质气体或者支持气体的纯氧 化反应模式的工作现在毫无问题地实现了 。
为了在以上说明的本发明的各种可能的实施方式的情况下能够达
到所阐述的有利的过程特性，所述脉冲电源16、 16、必须满足各种条 件。在双极的脉冲形成的情况下必须能够在从10Hz至500kHz范围内 的一种频率下运行所述过程。由于电离性能，在此重要的是脉冲的可 规定的升降沿陡度。不论是上升沿U2 (U-tl) 、 Ul/(t6-t5)还是下 降沿U2 ( t4-t3) 、 Ul/(t8-t7都应当具有在0. 02V/ns至2. 0V/ns的 范围内的陡度，并且至少在空栽运行的情况下也就是说无负荷的情况 下是这样的，优选的是有负荷时也在所述范围内。视对应的负荷大小 或者所施加的阻抗或者对应的设定而异，在运行时所述升降沿陡度当 然起作用。在双极的图示中的脉沖宽度对t4至tl和t8至t5有利的 是》l^is，其中，间歇"至t4和t9至"有利地可以是基本上为0, 但是在一定的前提条件下也可以》Ops。如果所述脉沖间歇>0，就把 这种运行称为有间隙的，并且可以例如通过脉冲间隙宽度的可变的时
间推移调节输入到等离子中的能量并且调节其稳定性。尤其有利是， 这样地设计所述脉沖电源使得在1000V的电压下可以实现达到500A
的脉冲运4亍，其中，在此脉冲间歇比例(占空比)必须对应地加以考 虑或者必须针对所设计的电源的可能功率匹配脉冲间歇比例(占空 比)。除了所述脉沖电压的升降沿陡度以外优选地还要注意，所述脉 冲电源16能够在至少ljus的时间把电流上升到500A。
随着以上说明的用DC馈电和迭加的大电流脉沖馈电运行电弧蒸发 源(RPAE、 DPAE)，能够高质量地用反应气体环境从一个或者多个金 属靶向一个工件30沉积对应的金属化合物。这尤其适于产生纯氧化 层，因为该方法完全不需要附加的支持气体，譬如惰性气体，这一般 是氩。从而电弧蒸发器5、 20的等离子放电可以例如并且优选地在所 希望的工作压力下于纯氧气的环境中进行，而不会不稳定放电、防碍 放电或者得出不需要的结果，譬如过强的飞溅物形成或者差的层特 性。还不需要如在CVD方法中那样必须使用卣素化合物。这首先是实 现了在低的过程温度，优选地是在5001C以下，经济地制造高质量的耐 磨损的氧化硬材料层，所述硬材料层在结果上却是耐高温的，优选地 耐> 8 0(TC的温度并且所述硬材料层化学上非常稳定，例如有高的氧化 稳定性。此外为实现一种稳定的层系统应当尽可能地避免氧气随着与
此关联的氧化在底部的层系统中和/或在工件上的渗透。
现在可以亳无困难地用元素周期表的副族IV、 V、 VI的过渡金属 和A1、 Si、 Fe、 Co、 Ni、 Y在纯氧气作为反应气体的环境中产生氧化 层，其中优选A1、 Cr、 Mo、 Zr以及Fe、 Co、 Ni、 Y。功能层应当是一 种或者多种这些金属的氧化物不含气体和/或卤素譬如Cl ，但是至少含 有低于0. 1%或最好低于0. 05%的惰性气体和低于0. 5%或者最好是低于 0.1%的卣素，以达到所述希望的层质量。
这样的功能层32或者多层系统33 (Multilayer)尤其是作为硬 材料层应当有0. 5至Upm范围，优选地1. 5至5. 0pm的厚度。所述 功能层可以直接沉积在工件30上，所述工件是一个工具、 一个机器部 件，优选的是一个刀具，譬如一个转向刀板。在该层与工件30之间还 可以沉积至少一个其它层或者层系统，尤其是构成一个中间层31,所 述中间层构成一个附着层并且优选地包含元素周期表的副族IVa、 Va 和Via的金属和/或Al或者SI或者其混合物。良好的附着特性用这些 金属与N、 C、 0、 B或者其混合物的化合物达到，其中所述化合物优选 地包含N。中间层31的层厚应当在0. 05至5 pm的范围，优选地在0. 1 至0. 5 Mm的范围。功能层32和/或中间层31的至少一个可以有利地 构成为演化层34，由此造成各个层的特性更好的过渡。所述演化可以 从金属开始，经过氮化物至氮氧化物并且一直演化到纯氧化物。也就 是构成一种演化区域34，在此相互接触的层的材料相互混合，或者如 果没有中间层的话则工件材料相互混合。
在需要时，在功能层32上可以沉积另一个层或者层系统35作为 覆盖层。 一个覆盖层35可以沉积成为附加的减磨擦层，以进一步提高
被覆盖的工件的磨擦性能。
视要求而异上述的层或者层系统的一个或者多个层可以在它们相 邻界的区域中构成为演化层34，或者在各个层内部产生任意方式的浓 度梯度。在本发明中这通过在真空设备1中受控制地放入反应气体实 现，以调节反应电弧等离子过程所需的各气体类型和气体量。
现在还可以毫不困难地用所希望的硬材料特性制造铝氧化物层 (A 1203 )作为功能层32，所述铝氧化物层甚至主要具有化学计量的组 成。作为功能层32特别有利的硬材料层主要由一种(A"Me卜x) A形 式的铝金属(Me)混合氧化层组成，其中Me是Cr、 Fe、 Ni、 Co、 Zr、
Mo、 Y的一种，单个或者混合的，可以视参与材料的期望成分x、 y和 z而异地调节。另外特别优选的是铬作为金属Me构成在(Al,Me卜J y0z 的金属混合氧化物中，这从而构成(AlxCri-x) y(h或者(AlCr) 702的形 式。在此在层5中金属铬的成分l-x应当有5-80At%，优选地是10到 60At% (原子％)。
非常适于作硬材料功能层32的还有一种金属氮化物，尤其是铝铬 氮化物(AlCr) yNz或者还可以是(AlTi) yNz。
通过过程进行的有针对性的手段，现在还可以在铝氧化物和铝铬 氧化物的情况下达到特别希望的阿尔法和/或珈玛结构。
由于上述通过控制反应气体的输送而简单地以层组成调节层条件 并且由于稳定的过程进行，第一次可以制造有任意多层的并且有任意 组成以及甚至有演化的多层系统(Multilayer) 33。在此可以用不同 的材料制造多层，并且往往有利的是用交替的相同材料制造成一种夹 层方式。对于硬材料功能层32， 一种材料组成周期性改变的具有重复 的层序列对33的层系统是有利的。首先一个从Mei至Me2氧化物和/或 从Mei氮化物到Me!氧化物和/或从Mei氮化物到Me2氧化物的结构带来 在功能层或者其层系统的使用寿命和较少的开裂形成方面优良的结 果。 一个作为多层33的功能层32的例子示出在图4中并且以放大的 横截面示出在图5中。图中示出用本发明所述的方法优选地按化学计 量的材料组成制造的铝铬氮化物(AlCr) A与铝铬氧化物(AlCr) x0y 交替的一种优选的材料对。在该例中所述叠层包含42个具有交替的材 料的层对，如以上所说明的。作为多层33的功能层32的总层厚约4. 1 Him，其中一个层对也就是说两个层的厚度为98nm。
其它优选的材料对是用根据本发明的方法优选地按化学计量的材 料组成制造的交替的铝锆氮化物(AlZr ) A与铝锆氧化物(AlZr ) x0y。 对于作为功能层32的硬材料层，这在所述多层系统33具有至少20个 层时是有利的，优选地达到500个层。在此每个层的厚度在0. 01至0. 5 pm的范围中，优选地在0. 02至0. 1 nm的范围。在所述层的各个相 邻的区域中也可以看到提供良好的过渡性能的演化34。
在图4所示的例子中还在功能层32、 33上沉积一个覆盖层35作 为磨擦减轻层。所述覆盖层由钛氮化物构成并且约0. 83pm厚。
作为例子在所述功能层下方还附加地设置一个中间层31作为粘附
层，所述粘附层约1. 31 nm厚并且作为Al-Cr-N中间层用RPAE沉积在 工件30上。
在此提出的涂层，不论是单个层还是多层系统，都应当优选具有 一个不低于2 jam的Rz值和/或一个不低于0. 2 M m的Ra值。这些值分 别在可能的表面后处理之前，譬如在刷、照射、抛光等等之前，直接 地在所述表面上测量。从而这些值表现为纯过程决定的表面粗糙度。Ra 理解为根据DIN4768的平均粗糙度。这是粗糙度轮廓R在整个测量段 L内与平均线的所有偏离的算术平均值。Rz理解为根据DIN4768的平 均粗糙深度。这是在粗糙度轮廓中五个相继的单个测量段1。中单个粗 糙浓度的平均值。Rz只取决于最高的峰与最深的谷之间的距离。通过 构成平均值减少单个的峰(谷)的影响，并且计算其中包括所述R轮 廓的带的平均宽度。
根据本发明所提出的涂层尤其适用于工具、刀具、变型工具、压 铸工具或者沖模工具，但是特别地适用于转向刀板。
下面说明在采用本发明的条件下在反应的脉沖电弧蒸发涂层过程 中的一种基底处理的典型流程。除了在其中实现本发明的真正的涂层 过程以外，还说明涉及所述工件的预处理和后处理的其它过程步骤。 所有这些步骤都可以包括许多变例，在一定的条件下还可以去掉、缩 短或者延长或者组合一些步骤。
在第 一步骤中通常使所述基底受到湿化学清洁，所述湿化学清洁 可以视材料和以前的层而异不同地进行。
例1:
描述借助于RPAE (反应脉冲电弧蒸发)制造Al-Cr-0层32 (以及 Al-Cr-N/Al-Cr-0多层33)和Al-Cr-N中间层31的典型过程流程， 用于对工件30，譬如刀具，优选旋转刀板涂层。
1. 如领域内普通技术人员所公知地预处理(清洁等等)工件(30) (基底)。
2. 在为此设置的固定装置中放入所述基底并且送入所述涂层系统
中
3. 如领域内普通技术人员所公知地借助于一个泵系统把所述涂层 腔抽吸到约1"亳巴的压力(前泵/扩散泵、前泵/涡流分子泵，可以达 到约10—7毫巴的最终压力)
4. 在氩-氢等离子或者其它的等离子处理中用加热步骤在真空中
开始所述基底处理。无限制地可以用以下的参数进行这种预处理
低压电弧放电的等离子，具有约100A的放电电流、达200A、达
4 0 0A ，优选地把所述基底作为这种低压电弧放电的阳极接入。 氩气流50sccm 氢气流300sccm
基底温度500。C (部分通过等离子加热、部分通过射束加热) 处理时间4 0分4中
优选地在该步骤过程中在基底与地或者其它的参照电位之间设置 一个电源，利用该电源既可以用DC (优选是正的)也可以用脉沖式DC (单极的、双极的)对基底加载，或者也可以作为MF (中频)或者RF (高频)对基底加载。
5. 下个过程步骤是开始蚀刻。为此在灯丝与辅助阳极之间运行所 述低压电弧。在基底与地之间接入一个DC、脉冲式DC、 MF或者RF电 源并且优选地用负电压加载所述基底。在脉冲式电源和MF、 RF电源的 情况下还在基底上施加正电压。可以单极地或者双极地运行所述电 源。在该步骤过程中典型的然而并非排它的过程参数是
氩气流60sccm 低压电弧放电电流150A
基底温度5001C (部分通过等离子加热、部分通过射束加热) 处理时间30分钟
为了在制造绝缘层的情况下保证所述低压电弧放电的稳定性，要 么用较热的、导电的辅助阳极15工作，要么在辅助阳极与地之间接入 脉冲式大电流电源。
6. 用所述中间层开始涂层(约15分钟)
借助于电火花蒸发覆盖CrN中间层300nm (源电流140A、 Ar80sccm、 N2 1200sccm，具有-80V或者-1 OOV的偏置，下降到-60V 或者40V。
所述涂层可以用也可以不用低压电弧进行。
7. 向功能层的过渡(约5分钟)
在向真正的功能层过渡中把电弧源附加地与一个第二电源的单级 DC脉沖并联地迭加，所述第二电源可以用50kHz运行(图2)。附加
地以相同的方式运行一个Al靶，以把AlCr制造成层。在所述例子中 以lOju s脉冲/10p s间歇工作并且在该脉冲中产生达150A的电流。 然后放入200sccm的氧气。
8. 返回AlCrN涂层
在氧气流稳定以后，进行AlCrN涂层的沉积。为此降低N2气流。 这种下降进行约IO分钟。接着把Ar气流下降到零(如果不用低压电 弧工作的话)。
9. 用功能层32涂层
用真正的功能层对基底涂层是在纯反应气体中进行的(在这种情 况下是氧气)。最重要的过程参数是 氧气流400sccm
基底温度5001C DC源电流6 OA
对于所述DC源电流迭加一个具有脉冲频率50kHz和10y s脉冲 /IOjlxs间歇的脉冲特性的脉冲式DC电流(单极的)。
在涂层腔中的过程压力是9x10—3毫巴。在基底上的偏压返回到-40。因为铝氧化物涉及绝缘层，所以采用或DC脉冲式或作为MF (50kHz-350kHz)运行的偏置电源。
所述涂层还可以与低压电弧同时进行。在此情况下实现反应的提 高。此外在涂层过程中同时地使用所述低压电弧还有可以减少所述源 的DC成分的优点。随着提高电弧电流还可以进一步地减少所述DC成 分。
这样进行的涂层过程在多个小时期间是稳定的。所述靶5、 5、上覆 盖了薄的、光滑的氧化层。尽管所述靶表面由于氧气改变却不出现绝 缘的岛，这也用点火电压的提高来表示。靶表面基本保持光滑。电弧 安静地运行并且划分成许多更小的电弧。显著降低了飞溅物形成。
所描述的过程是一种基础的优选方式，因为它对脉沖电源的要求 很低。DC电源提供电弧的最低电流或保持电流，而脉冲式大电流电源 16、 16、用于避免飞賊物并且确保过程稳定。
一种产生多层33，即上述层例的多层系统33的可能性现在在于， 在所述层沉积的过程中降低或者完全关闭氧气气流，而通入氮气流。 这可以用排它或者混合的氧气-氮气浓度周期和非周期地进行。以此方
式制造举例地用横剖面在图4和在图5中放大地示出的多层。在许多 情况下该功能层32向外结束所述涂层，在其上没有后续的其它层。
视应用和需要而异可以用一个或者多个覆盖层35 "在顶部上给 予，，磨擦特性。以上说明的具有TiN顶层的AlCrN/AlCrO多层的例子 同样地示出在图4中。在此情况下所述至少一个覆盖层35例如可以是 一种磨擦降低层，其中硬材料层32或者所述功能层或者所述多层用作 磨擦降低层的支持层。
如果希望制造带有特别薄的含氧化物的层厚的多层功能层33或多
层中间层时，这还可以在一个优选的过程变例中如下地进行在氧气 流的情况下把构成氧化物的靶的运行进行到直到所述靶显示第一中毒 现象(电压上升，多数是在数分钟以后)并且然后分别重新切换到氮 气流为止。该过程变例特别的简单并且可以用现有技术(图1)实现， 也就是说没有靶-脉冲运^f亍地实现。然而却不能够把所述层厚与相应的 要求自由匹配。
在用两个或者多个蒸发源的双脉沖运行中实施上述例子在过程引 导和经济性方面带来附加的优点。 例2:
借助于DPAE (双脉冲电弧蒸发器)用一种Al-Cr-0硬材料层系统 "和Cr-N中间层31来覆盖工件30，所述工件譬如是刀具，优选的是 转向刀板。
步骤1至5 (含)类似于例1。
6. 用所述中间层开始涂层(约15分钟)
借助于电火花蒸发覆盖AlCrN中间层300nm (耙材料AlCr (50%、 50%)、源电流180A、 N2 800sccm，具有-180V的双极偏压(36 y s 负，4ys正))。
所述涂层可以用也可以不用4氐电压电弧进4亍。 直到此点都遵循例如在图1中所描绘的现有技术。
7. 向功能层32的过渡(约5分钟)
在向真正的功能层过渡中把氮气从800sccm下降到约600sccm并 且然后接入400sccm的氧气。现在关闭氮气流。
8. 用功能层32涂层
现在在这两个电弧蒸发器阴极5、 20之间投入运行双极大电流电
源16，如在图3中所示。在所述过程中用约50A的时间上的正或负的 均值电流工作。正的及负的电压区域的脉冲宽度各为10ps，在其间于 W0V的电压下各有s的间歇。流过所述双极脉冲电源16的电流 峰值取决于相应的脉冲波形。流过各电弧蒸发器阴极5、 20的DC电流 与双极脉冲电流的峰值之间的差不得低于所述电火花蒸发器阴极5、 20 的保持电流，因为不然就会发生电弧(火花)的熄灭。
在所述涂层的头10分钟中把偏压从-180V上升到—0V。对于双旋 转工件30的典型涂层速度在3pm/h与6pm/h之间。
也就是用真正的功能层32对工件30的涂层是在纯反应气体(在 该例的情况下是氧气)中进行。最重要的过程参数再次总结为
氧气流400sccm
工件温度5001C
DC源电流180A，不论是对Al源还是对Cr源。 在这两个阴极之间的双极脉沖式DC电流具有"kHz的频率。 处理压力约9 x 10 3毫巴。
如前所说明，所述涂层还可以与低压电弧的运行同时进行。在此 情况下首先在所述工件中达到反应的提高。此外在涂层过程中同时地 使用所述低压电弧还有可以减少所述源的DC成分的优点。随着提高 电弧电流还可以进一步地减少所述DC成分。
这样进行的涂层过程在多个小时过程中也是稳定的。所述耙5、 20' 上覆盖薄的、光滑的氧化层。这是所希望的并且是一个很大程度上无 飞濺物且稳定的过程的前提。该覆盖用耙上电压的提高来表明。
用不同的层对工件涂层并且在同一条件下进行一种实际的比较检测。
旋转检测的检测条件
作为这种检测的指标采用公知的TiAlN层和公知的、借助于CVD 沉积的阿尔法铝氧化物层。在所有的检测层中都研究4 urn的层厚。作 为检测的材料采用不锈钢(1.1192)。作为旋转周期分别选取l、 2和 4分钟。切削速度为350m/min，进给0. 3mm/rev，啮合深度2mm。所 述条件选择为在工件的刃温度很高的情况下可以达到短的检测时间。
研究在游离面和张紧面上的磨擦以及所处理的钢的表面粗糙度， 并且确定直到达到 一定的提高的粗糙度时的时间间隔。作为磨损的定
量标准确定其使用寿命。
结果
a) CVD阿尔法铝氧化物层(现有技术)， 层厚d=4 pm。
所述工件经受住了 4分钟的检测。然而在SEM中在该检测以后所 述张紧面上却不再有层材料了 。
b) TiAlN层(现有技术)，d-4jnm。
该层在不到2分钟之后就表现出首次损坏并且在所述工件上提供 粗粒的表面。 本发明
c )AlCrN中间层，d-O. 4 AlCrN/AlCrO多层，d=3. 6 ym TiN顶层，d=0. 8 y m 寿命4分钟
d) AlCrN中间层，d-O. 4 y m AlCrN/AlCrO多层，d-3.6pm。 3分钟40钞
e ) AlCrN中间层，d=0. 3 p m AlCrO单层，d=2. 9pm TiN顶层，d=0. 9 jam 4分钟
f )AlCrN中间层，d-0. 35 jnm AlCrO单层，d=3. 5 pm 3分钟20钞
g) ZrN中间层，d=0. 3pm ZrN/AlCrO多层，d=3. 8 p m ZrN顶层，d=0. 5 |uin 3分钟10钞
h) ZrN中间层，d=0. 2pm ZrO/AlCrO多层，d=6. 4 y m ZrN顶层，d=0. 8 pm 4分钟
i )AlCrN中间层，d=0. 5 Mm AlCrO/阿尔法铝多层，d=8.2Mm 4分钟
k) (Ti、 AlCrN)中间层，d=0. 4jum AlCrO/TiAlCrN多层，d=4.5ym 3分钟50秒
含有用所说明的材料制造的氧化层的层或者说多层在高的切削速 度下显示出明显少的磨擦。根据现有技术的导电层(TiAlN)在高的切 削速度下在磨擦方面明显地次于如本发明所述的氧化系统。用(AlCr) ,02和(AlZr ) yOz制造的如本发明所述的系统显示出与公知的用a-铝氧 化物类似的很低的磨擦，但是没有涂层过程的高温度负荷或者由于工 件的侵蚀化学作用引起的负荷这样的缺点。此外所述过程引导可以实 质上简单地例如通过切换气体或者受控制地改变气体组分(例如02到 N2)和/或从一个靶或者受控制地改变耙馈给的组分切换到其它地进 行，而在CVD的情况下却需要中间沖洗以及对一个多层的层系统的单 个层的温度水平的匹配。
权利要求
1.一种作为电弧PVD功能层(32)沉积在工件(30)上的硬材料层，其中该功能层主要构成为由元素周期表的副族IV、V、VI的过渡金属和Al、Si、Fe、Ni、Co、Y中至少一种金属(Me)组成的电绝缘的氧化物，其特征在于，功能层(32)具有含量低于2％的惰性气体和/或卤素。
2. 如权利要求1所述的硬材料层，其特征在于，所述惰性气体在功能层(32)中的含量最高为0.1%，优选地最高为0.05%，和/或卤素的含量最高为0.5%,优选地最高为0.1%,优选地基本上没有惰性气体和/或卤素。
3. 如以上权利要求中任一项所述的硬材料层，其特征在于，所述功能层(32)的厚度在0.5μ m至12μ m范围内，优选地在1.0至5μ m 的范围内。
4. 如以上权利要求中任一项所述的硬材料层，其特征在于，所述功能层(32)主要是一种(AlxMe1-x)yOz形式的铝金属混合氧化物，其 中Me优选的是Al、 Cr、 Mo、 Zr、 Fe、 Co、 Ni、 Y的一种，单个的或 者以其混合形式存在。
5. 如权利要求4所述的硬材料层，其特征在于，Me是金属铬并且构成(AlxCr1-x)yOz的形式。
6. 如权利要求5所述的硬材料层，其特征在于，金属铬的含量l-x 是5-80At%，优选地是10到60At%。
7. 如权利要求1至3中任一项所述的硬材料层，其特征在于，功能层(32)主要是Al203形式的化学计量的铝氧化物层。
8. 如以上权利要求中任一项所述的硬材料层，其特征在于，功能层(32)构成最外层或者一个附加的支持层，具有至少一个放于其上的覆盖层(35)，尤其是一个磨擦减轻层(35)。
9. 如以上权利要求中任一项所述的硬材料层，其特征在于，功能层 (32)具有高于800℃的温度耐受性并且所述功能层是耐受化学反应的。
10. —种具有如1至9中任一项所述的硬材料层的工件，其特征在于，工件(30)是工具、机器部件，优选地是转向刀板。
11. 如权利要求l0所述的工件，其特征在于，在功能层(32)和工 件(30)之间设置另一个层，所述另一个层构成中间层(31)，所述 中间层尤其是形成粘附层(31)，并且优选地包含元素周期表的副族 IV、 V和VI的金属和/或Al、 Si、 Fe、 Co、 M、 Co、 Y或者其混合物。
12. 如权利要求10所述的工件，其特征在于，中间层(31)的金属 是与N、 C、 O、 B或者其混合的化合物，其中优选地是与N的化合物。
13. 如权利要求11或12所述的工件，其特征在于，中间层(31) 的层厚在0.05至5 n m的范围，优选地在0.1至0.5 ju m的范围。
14. 如权利要求11至13中任一顶所述的工件，其特征在于，至少 一个层，尤其是功能层(32)和/或中间层(31)构成为演化层(34)， 所述演化从金属开始，经过氮化物和/或从氮化物至氮氧化物并且一直 演化到氧化物。
15. 如权利要求IO至14中任一项所述的工件，其特征在于，所述 层的至少一个，尤其是功能层(32)构成为具有不同的材料组成的多 层系统(33)，其中优选地多个层(33)在其主要组成方面交替地重 复，并且多层系统(33)优选地包含至少三个层。
16. 如权利要求15所述的工件，其特征在于，所述层系统的重复的 层序列对交替地改变材料组成，如优选地从Me,至Me2氧化物和/或从 一种Met氮化物到Met氧化物和/或从Met氮化物到Me2氧化物地改 变。
17. 如权利要求15或16所述的工件，其特征在于，所述层系统的 重复的层序列对交替地包含(AlxCn-x) yN,和(AlxCri-x) yOz的材料组 成，并且所述材料组成优选地按化学计量法组成，如(AlxOb) N和(AlxCn_x) 2o3。
18. 如权利要求15或16所述的工件，其特征在于，所述层系统的 重复的层序列对交替地包含(AlZr) xNy和(AlZr) xOy的材料组成， 并且所述材料组成优选地按化学计量法组成，如(AlxZri.x) N和(AlxZn_x) 2o3。
19. 如权利要求15至18中任一项所述的工件，其特征在于，多层 系统(33)具有至少20个层，优选地达到500个层。
20. 如权利要求15至19中行一项所述的工件，其特征在于，多层 系统(33)的一个层的厚度在0.01至0.5 pm的范围中，优选地在0.02至0.1 μm的范围。
21. —种用于在一个真空处理设备(1)中在工件(30)上沉积作为 功能层的一种硬材料层(32)的方法，所述功能层基本上构成为由元 素周期表的副族IV、 V、 VI的过渡金属和A1、 Si、 Fe、 Co、 Ni、 Y的 至少一种金属(Me)组成的电绝缘的氧化物，并且所述层由一个电弧 蒸发源(5)沉积，所述电弧蒸发源用一个DC电源(13)运行，其特 征在于，叠加脉冲电源(16、 16、)，其中电弧蒸发源(5、 20)的耙(5、、 20)包含所述金属之一，并且把这样蒸发的金属在含氧的反应气体环 境中反应成氧化物。
22. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，向真空设备(1)的 处理空间的反应气体环境中输送惰性气体和/或卣素气体，其输送量少 到使得在所沉积的层中形成最高0.5%的所述气体，优选地基本上没有 所述气体。
23. 如权利要求21或22所述的方法，其特征在于，运行两个DC 馈电的电弧蒸发源(5、 20)，其中附加地运行一个与这两个源(5、 20)都连接的单个的脉冲电源(16)，并且按照这种方式构成一个双 脉冲电弧蒸发配置(5、 20)。
24. 如权利要求21至23中任一项所述的方法，其特征在于，所述 工件主要由钢、含铁、铬、钴或者镍的一种或者多种金属的合金、硬 金属、陶瓷、金属陶瓷，或者立方硼氮化物构成，其中借助于PVD方 法沉积至少一个其它并且所述其它层是直接与工件(30)交界的粘附 层(31)，其中所述层或者至少一个后续的层，即所述功能层(32) 实质上由入1203或者(AlxMe) 203构成，其中Me包含元素周期表的副 族IV、 V和VI的至少一种过渡金属，并且用电弧蒸发器(5、 20)沉 积至少铝氧化物层或者铝金属氧化物层，其中由至少一个在所述表面 上中毒的靶(5、、 20、)在含氧的环境中蒸发铝氧化物、金属氧化物或 者铝金属氧化物。
25. 如权利要求21至24中任一项所述的方法，其特征在于，所述 涂层产生不低于0.2μm的粗糙度值Ra。
26. 如权利要求21至25中任一项所述的方法，其特征在于，沉积至少一个其它层，所述其它层主要具有无铝的或者含有多种其它金属 氧化物的氧化层，其中所述金属氧化物含有元素周期表的副族IV、 V、VI的至少一种过渡金属或者硅，但是优选的是含有铬或者锆。
27. 如权利要求24至26中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘附层(31)含有元素周期表的副族IV、 V、 VI的至少一种过渡金属和/或铝或者硅。
28. 如权利要求24至27中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘附层(31)包含一个硬层，所述硬层含有元素周期表的副族IV、 V、 VI的至少一种过渡金属和/或铝或者硅的氮化物、碳化物或者硼化物， 或者这些化合物的混合物。
29. 如权利要求21至28中任一项所述的方法，其特征在于，所述 功能层(32)硬材料层系统沉积，其包含元素周期表的副族IV、 V、 VI的至少一种过渡金属和/或铝或者硅的氮化物、碳化物或者硼化物的 多个层(33)，或者这些化合物的混合物，其中至少直接交界的层通过其金属或非金属含量的化学计量来互相区分。
30. 如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述硬材料层(32) 的沉积用一个或者多个含铝铬氧化物的层(33)进行。
31. 如权利要求29至30中任一项所述的方法，其特征在于，在硬材料层系统U2)的各个层(32)之间的过渡在其金属含量或者非金属含量的化学计量方面连续地或者阶梯状地增加或者降低。
32. 如权利要求29至31中任一项所述的方法，其特征在于，硬材料系统(32)的各个层以0.01至0.5um之间的厚度，优选地以0.02 um至0.1 um之间的厚度沉积。
33. 如权利要求30至32中任一项所述的方法，其特征在于，交替地沉积含氮化物、碳化物或者硼化物的层和含铝铬氧化物的层。
34. 如权利要求24至33中任一项所述的方法，其特征在于，粘附层(31)向含铝氧化物的层或者向硬材料层系统(32)的过渡，以及所述硬材料层系统(32)或含铝氧化物的层向覆盖层(35)的过渡在其金属含量或者非金属含量的化学计量方面连续地或者阶梯状地增加或者降低。
35. 如权利要求21至34中任一项所述的方法，其特征在于，所述 含铝氧化物的层主要沉积为(Al1-xCrx) 2O3，其中0.05<x<0.80，然 而优选的是0.01 < x < 0.60。
36. 如权利要求21至35中任一项所述的方法，其特征在于，作为工件(30)对工具，尤其是刀具、成型工件或者压铸工具进行沉积。
37.如权利要求21至36中任一项所述的方法，其特征在于，作为 工件(30)对部件，尤其是内燃发动机的部件或者气轮机的部件进行 沉积。
全文摘要
本发明涉及用电弧PVD方法在工件(30)上沉积的作为功能层(32)的一种硬材料层，其中该功能层主要构成为由元素周期表的副族IV、V、VI的过渡金属和Al、Cr、Fe、Ni、Co、Y中至少一种金属(Me)组成的电绝缘的氧化物，并且功能层(32)不含有惰性气体也不含有卤素。
文档编号C23C14/32GK101175867SQ200680009395
公开日2008年5月7日 申请日期2006年1月19日 优先权日2005年3月24日
发明者B·维德里格, J·拉姆, W·卡尔斯 申请人:奥尔利康贸易股份公司(特吕巴赫)