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Technologisches Potential von Diamantschichten 
F. Deuerler, Fachhochschule Gelsenkirchen, Standort Bocholt, Bocholt; J. Peterseim, Krupp 
Entwicklungszentrum GmbH, Essen; H. Gruner, Medicoat AG, Mägenwil (CH); V.: Buck, 
Universität Gesamthochschule Essen, Essen 
Einleitung 
Der Werkstoff Diamant zeichnet sich vor allem durch seine extremen Eigenschaften aus, wobei 
die bekannteste mechanische Eigenschaft des Diamanten seine außergewöhnliche Härte ist. Die 
Mikrohärte des Diamanten liegt bei 10000 Vickershärte (HV 0,05) und übertrifft damit bei weitem 
(3-4fach) die Höchstwerte selbst solch harter Beschichtungen wie Chromkarbid (CrC), Titannitrid 
(TiN), Titankarbonitrid (TICN) oder sogar von Titan-Aluminiumnitrid (TiAIN, max. 3300 HV 0,05). 
Reiner Diamant ist so reibungsarm wie Polytetrafluorethylen und weist einen ausgezeichneten 
Wärmeleitwert auf, der bei Raumtemperatur fünfmal so hoch ist wie der von Kupfer 
(2000 W/m x K gegenüber 397 W/m x K). Neben der Härte, der chemischen Beständigkeit und 
dem hohen Verschleißwiderstand verleihen gerade diese beiden Eigenschaften dem Diamanten 
ein großes Potential für technische Anwendungen, wie sie aus dem Bereich der Schleifmittel oder 
Schneidwerkstoffe zur mechanischen Bearbeitung schon lange bekannt sind. 
Diamanten aus der Hochdrucksynthese sind teuer und erfordern zu ihrer Herstellung komplexe 
Anlagen. Als Alternative bietet sich heute die Niederdruck-Diamantsynthese an. Hierbei wird eine 
Diamantschicht aus einem Plasmagas heraus (meist ein Wasserstoff-Methangemisch) auf einem 
Substrat abgeschieden. Das sogenannte CVD (chemical vapour deposition)-Verfahren weist eine 
Reihe von Vorteilen auf und die CVD-Anlagen sind vergleichsweise einfach aufgebaut und 
kostengünstig. Die Entwicklung von Niederdruck-Niedertemperatur-Verfahren zur Herstellung von 
reinen, polykristallinen Diamantflächen als Funktionsschichten auf unterschiedlichen Substrat- 
werkstoffen hat deshalb in den letzten Jahren für zunehmendes Interesse gegenüber den mittels 
Hochdruck-Hochtemperatur-Verfahren erzeugten künstlichen Diamanten gesorgt. 
Unter den plasmagestützten Dünnschichtverfahren ist das Plasmajet-CVD-Verfahren wegen der 
im Vergleich zu den anderen CVD-Verfahren sehr hohen Abscheiderate zur Diamantsynthese 
aus der Gasphase besonders geeignet (1). Das Wachstum der polykristallinen Diamantschichten 
hängt maßgeblich von den Beschichtungsparametern - insbesondere Gaszusammensetzung, 
Temperatur der Gasphase sowie des Substrates - ab. Der Zustand der Substratoberfläche prägt 
die Eigenschaften und die Qualität der aufwachsenden Diamantschicht hinsichtlich der technisch 
relevanten Größen wie Morphologie, Schichtstruktur, Homogenität und Rauhigkeit wesentlich. 
Durch geeignete Prozeßführung lassen sich auch kompliziert geformte Geometrien beschichten. 
Die Herstellung von Diamantschichten mittels konventioneller Anlagentechnik wird erläutert und 
das Aufwachsverhalten (Ankeimung, Schichtwachstum) dargestellt. Das technologische Potential 
für die Anwendung von dünnen Diamantschichten (einige um) wird insbesondere hinsichtlich des 
Nutzens von diamantbeschichteten Werkzeugen in der mechanischen Fertigung betrachtet. Der 
industrielle Einsatz solcher hochbelastbaren Beschichtungen wird u.a. wegen der längeren 
Standzeiten sowie der gesteigerten Produktivität bei der Bearbeitung von abrasiven Werkstoffen 
in der Automobil- und Flugzeugindustrie angestrebt. 
Experimentelles 
Die Diamantsynthese erfolgte über das Gleichstrom-Plasmajet-CVD-Verfahren in einer kommer- 
ziellen Vakuum-Plasma-Spritzanlage. Der CVD-Diamant wird hergestellt, indem man über einen