Arc-Verfahren (Vakuumbogenbeschichtung)

Arc-Verfahren (Vakuumbogenbeschichtung)

Das Arc-Verfahren ist eines der Standardverfahren für die Herstellung nitridischer Hartstoffschichten und kann auch für viele andere Schichtarten vorteilhaft eingesetzt werden. Zahlreiche Entwicklungen rund um die Arc-Technologie wurden im IWS durchgeführt.


Vakuumbogenentladung

Der Vakuumbogen (engl. „vacuum-arc“ oder kurz „arc“) ist eine hochionisierte Gasentladung, die im von ihm selbst erzeugten Dampf brennt. Er stellt heute die dominierende Quelle für die industrielle Hartstoffbeschichtung dar.

Vakuumbogenentladung, links: Brennflecken wandern über die Kathode und erodieren diese sukzessive, rechts: Prinzipskizze einer Vakuumbogenentladung

Im Bild skizziert sind die wesentlichen Komponenten zum Betrieb einer Vakuumbogen-entladung, nämlich Vakuumkammer, Kathode, Anode und Stromquelle. Die Entladung brennt im ionisierten Dampf des Kathodenmaterials und ist somit vom Umgebungsdruck weitgehend unabhängig. Vakuumbogenentladungen können demnach prinzipiell vom Ultrahochvakuum bis in den Atmosphärendruckbereich betrieben werden, wobei sich die Charakteristik der Entladung bei höheren Drücken denen atmosphärischer Bogenentladungen annähert.

Industriell wird der Vakuumbogen hauptsächlich für die Hartstoff-Beschichtung von Werkzeugen genutzt.


Schema einer Vakuumbogen-Beschichtungsanlage, Hauptkomponenten sind die Vakuumkammer mit Pumpsystem, die Arc-Quellen (meist in den Kammerwänden angebracht) sowie die meist in mehreren Achsen drehbare Substrataufnahme. Zusätzlich können Gase zur Abscheidung reaktiv gebildeter Schichten eingelassen werden.