BRPI0811241B1 - Instalação e método de tratamento a vácuo - Google Patents

Abstract

instalação e método de tratamento a vácuo a presente invenção refere-se a uma unidade de tratamento a vácuo e a um processo de tratamento a vácuo para realizar um processo de plasma, em que o tratamento é realizado em uma câmara de vácuo (1) na qual estão dispostos um aparelho para produzir uma descarga de arco voltaico de voltagem baixa (15) (lvda), compreendendo um catodo (10) e um anodo (13) que podem ser conectados eletricamente ao catodo por via um gerador de arco voltaico (11), e um suporte de peça a trabalhar (7) para acomodar e mover as peças a trabalhar (2) que podem ser eletricamente conectadas em um gerador de polarização (16) e também pelo menos um tubo de alimentação (8) para gás inerte e/ou reativo. aqui, pelo menos parte da superfície do anodo (13) é feita de grafite e é operada em temperatura alta.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "INSTALAÇÃO E MÉTODO DE TRATAMENTO A VÁCUO".

Campo da Técnica [001] A presente invenção refere-se a uma instalação de tratamento a vácuo e a um método de tratamento a vácuo.

Antecedentes da Técnica [002] Os métodos otimizados de plasma para revestimento, aquecimento e causticação de várias peças a trabalhar, como, por exemplo, ferramentas ou componentes na área de construção de máquina e motor, nos dias de hoje compreendem uma posição principal dentre os métodos de tratamento a vácuo. O método de tratamento a vácuo é aqui frequentemente precedido pelos processos de aquecimento e/ou causticação, empregados para aplicações específicas como, por exemplo, pré-limpeza, ativação ou decodificação de superfície, que são também aplicadas isoladas.

[003] A despeito do amplo uso dos métodos acima, mesmo nos dias de hoje o uso de tais métodos é ainda difícil ou complicado se, durante uma etapa do processo, forem depositados revestimentos de isolamento e/ou de camadas de condução ou de isolamento insuficientemente nas superfícies de eletrodo. Tais revestimentos podem formar, por exemplo, através dos efeitos de superfície ou nova pulverização catódica durante o processo de aquecimento e de causticação, contudo, particularmente nos métodos de tratamento a vácuo para o depósito de camadas de condução ou de isolamento insuficientemente nas superfícies de eletrodo. Exemplos de tais camadas de condução ou de isolamento fracas são as camadas cerâmicas ou metalocerâmi-cas, conforme será descrito abaixo mais detalhadamente.

[004] As camadas do tipo DLC, pelas quais são compreendidas, a seguir, camadas como, por exemplo, estão listadas em VDI 2840, Tabela 1, coluna 2, "camadas de carbono amorfas", ocupam uma po- sição especial. Dependendo do método de depósito, as mesmas podem ser fabricadas de maneira que as mesmas sejam mais ou menos eletricamente condutivas ou mesmo isolantes.

[005] Há vários métodos para depositar camadas de carbono ou contendo carbono em ferramentas ou partes estruturais. Os métodos de fabricação são convencional mente classificados de acordo com se os componentes de formação de camada são introduzidos por via de um gás no sistema de tratamento a vácuo, e são subsequentemente decompostos no plasma (CVD), ou se a conversão de um sólido de formação de camada para fase de vapor ocorre diretamente no sistema a vácuo (PVD). Especialmente bem conhecido dentre os métodos PVD são os processos de vaporização por meio de feixe de elétron, pulverização catódica de eletrodo de carbono e vaporização de catodo por meio de vaporização de arco voltaico. O carbono vaporizado dessa maneira é compreendido de átomos, íons ou agrupamentos de carbono substancialmente elementar. Ao contrário, os gases hidrocarbôni-cos são tipicamente utilizados como fontes de carbono no processo CVD, como, por exemplo, C2H2, C2H4 ou CH4. A separação do carbono do hidrogênio ocorre através da dissociação no plasma através de uma temperatura de substrato alta, que leva à dissociação do gás reativo, também referido como um precursor, na superfície do substrato. Uma vez que a alta temperatura do substrato durante o depósito das camadas tipo diamante nas peças a trabalhar sensíveis à temperatura é frequentemente indesejável, o objetivo é a decomposição eficiente do precursor no plasma. Para evitar aquecimento desnecessário da peça a trabalhar, é também desejável realizar tanto quanto possível a decomposição do precursor separadamente antes do processo de depósito da peça a trabalhar. Isso permite um melhor ajuste das propriedades da camada na peça a trabalhar sem o risco de superaquecimento, por exemplo, através da introdução de energia dos íons de formação de camada pelo ajuste de uma determinada voltagem de substrato, pressão do processo, etc.

[006] Conforme descrito no documento DE 19513614, dentre outros, essas exigências não podem ser realizadas através de uma descarga de diodo, uma vez que aqui a peça a trabalhar ou peças a trabalhar servem como um eletrodo dessa descarga e as condições de dissociação não podem ser isoladas das condições da voltagem de substrato.

[007] Em resumo, a decomposição dos precursores gasosos em uma descarga de diodo é dotada das desvantagens significativas que se seguem. Os substratos servem como um eletrodo da descarga de incandescência levando à quantidade de carga e a geometria da peça a trabalhar efetuando a descarga, a dissociação de gás e consequentemente as próprias propriedades da camada. Isso é indesejável uma vez que, nas operações de revestimento industrial, as cargas diferentes e as geometrias diferentes da peça a trabalhar devem ser tratadas. Além disso, essa dependência de carga e geometria de substrato dificulta os processos de previsibilidade, que significa grande esforço adicional e dispêndio no desenvolvimento do processo.

[008] Uma desvantagem importante adicional das descargas de incandescência de diodo é sua densidade de plasma, que não permite eficiência, isto é, tão completa quanto possível, da decomposição dos precursores gasosos. Portanto, são requeridos altos fluxos de gás a fim de atingir as taxas de revestimento econômicas. A pressão mais alta resultante aumenta o risco das reações da fase de gás e a formação de poeira.

[009] Em uma descarga de diodo aperfeiçoada como, por exemplo, está descrita no documento W02006-116889, os prendedores ou dispositivos da peça a trabalhar para regulação do plasma passivo são projetados de maneira que sob as condições do processo ocorram a formação de descargas de catodo ocas levando a uma dissociação adicional do precursor. Contudo, aqui é uma desvantagem que essas descargas de catodo ocas em proximidade direta com a peça a trabalhar levem ao aquecimento do substrato e acima de tudo que precisem ser equiparadas com as condições de pressão e voltagem de substrato específicas a fim de assegurar ignição e operação confiáveis. Isso leva à grande complexidade no projeto dos prendedores de peça a trabalhar específicos para formatos de peça a trabalhar diferentes e às restrições na seleção dos parâmetros do processo e depósito de maneira que, por exemplo, apenas uma taxa de revestimento relativamente baixa possa ser ajustada para não sobrecarregar termicamente a peça a trabalhar.

[0010] É por essa razão que por alguns anos têm sido feitos esforços para, conforme comentado acima, separar o plasma para dissociação do precursor gasoso da introdução de energia da peça a trabalhar.

[0011] O documento DE 36 143 84 descreve uma descarga de arco voltaico de voltagem baixa (LVAD) que é operada entre um catodo quente em uma câmara de catodo separada e um anodo. Os precursores gasosos são ativados no arco voltaico de voltagem baixa, ionizados, e, separadamente disto, é aplicada uma voltagem CC na peça a trabalhar para possibilitar o ajuste da energia de íon na peça a trabalhar. Nessa publicação a região de estímulo do gás suprido é separada da região de criação das peças a trabalhar. Contudo, o método é dotado de duas desvantagens decisivas que levam ao fato de não poder ser industrialmente utilizado em todos os casos, especialmente quando a intenção é o depósito de camadas de condução ou isolamento de maneira insuficiente. Por um lado, as camadas de isolamento são depositadas na peça a trabalhar resultante da diminuição do bombardeio de íon proveniente do plasma, uma vez que a polarização da voltagem CC não é mais eficaz a partir de uma determinada espessura de camada. Por outro lado, um resultado é que o anodo da descarga de arco voltaico de voltagem baixa é também revestido com uma camada isolante que leva a uma elevação na voltagem de descarga e finalmente a instabilidade do arco voltaico para o término da descarga de arco voltaico de voltagem baixa CC. Apesar de o presente relatório descrever o depósito de carbono sólido, isto é, camadas tipo DLC, esse método não se tornou amplamente estabelecido na indústria devido às dificuldades acima descritas.

[0012] O documento EP 0990061 descreve em geral as vantagens do isolamento elétrico do estímulo do gás reativo e do ajuste da voltagem de substrato na peça a trabalhar. Nesse caso é utilizada uma voltagem de substrato bipolar uma vez que devam ser concebidas camadas altamente isolantes.

[0013] O documento EP 0430872 ilustra a maneira na qual uma voltagem de substrato pulsado unipolar pode ser utilizada em combinação com uma descarga de arco voltaico de voltagem baixa a fim de depositar camadas de isolamento como, por exemplo, óxidos e nitre-tos, que são dotados de uma resistência elétrica ainda mais alta do que as camadas de carbono sólido, em uma peça a trabalhar. Nesse método, o anodo da descarga de arco voltaico de voltagem baixa CC é um cadinho resfriado do qual o componente de metal do material de formação de camada é vaporizado precisamente através dessa descarga de arco voltaico de voltagem baixa.

[0014] Apesar de uma voltagem de substrato de pulsação em combinação com o plasma independente gerada e alimentada pela voltagem baixa ser suficiente para obter descarga das superfícies das camadas de isolamento por via do bombardeio de elétron do plasma LVDA, são também conhecidos os métodos que funcionam na peça a trabalhar com voltagem de substrato bipolar e pulsos variáveis. Tal método é descrito, por exemplo, por Griepentrog in Surface & Coatings Technology, Volume 74-75 (1995), pp. 326-332.

[0015] Da mesma maneira que o documento DE 36 143 84, o documento EP 0990061 descreve um dispositivo e um método PE-CVD que é baseado em duas descargas operadas independentemente uma da outra, em que, ao contrário de Griepentrog, é utilizada uma voltagem de substrato variável.

[0016] Nesse ínterim, foi descoberto que como DLC, especificamente sólido, as camadas livres de hidrogênio com fração de camada tetragonal alta e propriedades especialmente boas de uso resultando das mesmas são altamente isolantes termicamente. Para atingir essas propriedades, a temperatura de substrato baixa, dentre outras coisas, é também decisiva. Foi também descoberto que o uso de um arco vol-taico de voltagem baixa CC é um método altamente eficiente para decompor os precursores gasosos. Contudo, foi também descoberto que em um curto período de tempo o anodo metálico resfriado convencionalmente da descarga de arco voltaico de voltagem baixa se torna revestido com uma camada de isolamento, que leva a instabilidades do processo, especialmente com os períodos de revestimento mais longos.

Descrição da Invenção [0017] Esta invenção é endereçada ao problema de provimento de uma instalação de tratamento a vácuo e a um método de tratamento a vácuo com o qual é possível realizar tratamento de plasma de peças a trabalhar sob diferentes condições, especificamente com determinada reprodutibilidade bem como produtividade, mesmo se, ao operar uma descarga de arco voltaico de voltagem baixa com instalações ou métodos convencionais, haja o risco da formação de um revestimento iso-lante, especificamente uma camada isolante na superfície de anodo. Com as instalações ou métodos de tratamento a vácuo conhecidos, podem ocorrer flutuações do processo ou também o término do processo e danificação dos componentes de instalação através de tais revestimentos de isolamento, por exemplo, durante uma etapa de aquecimento de plasma no qual os elétrons são puxados para a peça a trabalhar, ou durante uma etapa de causticação do plasma na qual os íons positivos são puxados para fora do plasma da descarga de arco voltaico de voltagem baixa para a peça a trabalhar, bem como através das camadas de isolamento que podem se tornar depositadas nas superfícies de eletrodo durante o processo de revestimento, porque o fluxo circulante do plasma é conduzido para as áreas menores ou sobre outras áreas mais condutivas ou é completamente interrompido.

[0018] Um objetivo adicional da invenção é fazer a dependência da formação do plasma amplamente independente da geometria reten-tora ou da instalação de partes estruturais de regulação de plasma passivo adicional. Isso permite, por exemplo, processos para o tratamento das peças de usinagem através das descargas incandescentes pulsadas a serem operadas de maneira estável e flexível. Consequentemente, não é mais necessária a modificação da geometria retentora a fim de manter as distâncias do espaço escuro.

[0019] A instalação de tratamento a vácuo inclui pelo menos uma câmara de vácuo na qual está disposto um dispositivo para gerar uma descarga de arco voltaico de voltagem baixa (LVAD) aqui usada com a mesma acepção do termo arco voltaico de voltagem baixa (LVA) compreendido de um catodo e de um anodo que pode ser interconectado com o catodo via um gerador de arco voltaico, em que pelo menos uma parte da superfície do anodo é feita de grafite para permitir uma temperatura de operação alta, isto é, um anodo quente. Também situados na câmara estão um suporte de peça a trabalhar que pode ser interconectado eletricamente com um gerador de polarização separado para receber e mover peças a trabalhar bem como pelo menos uma alimentação para gás de inércia e/ou reativo.

[0020] São possíveis vários tipos de anodo de grafite. O anodo pode ser totalmente feito de grafite, em que, pelo menos na proximidade imediata da superfície, não é proporcionado nenhum dispositivo de resfriamento, especificamente furos de resfriamento para líquidos refrigerantes, por exemplo, a fim de assegurar uma temperatura de operação mínima de 200°C, preferivelmente de 250°C, para o depósito das camadas DLC.

[0021] Alternativamente, o anodo de grafite pode compreender uma cobertura de grafite que seja projetada como uma incrustação de grafite ou revestimento de grafite ou um cadinho de grafite. Para esse fim a cobertura de grafite pode ser simplesmente aplicada em um corpo de anodo resfriado conhecido, por exemplo, de cobre, e, consequentemente, ser indiretamente resfriado.

[0022] Mesmo se, para o depósito das camadas DLC, as temperaturas atingidas com os anodos acima mencionados através do bombardeamento de partícula da LVAD forem suficientes para obter pelo menos grafitização parcial da camada e por meio disso manter a con-dutividade do anodo, pode ser vantajoso, especialmente para a produção de camadas de condução ou isolantes fracas, para aquecer a superfície de grafite do anodo ou para excluir inteiramente o resfriamento. Consequentemente, o aquecimento adicional pode ser assegurado através dos dispositivos conhecidos, por exemplo, através dos elementos térmicos instalados na cobertura de anodo ou grafite ou através de radiadores direcionados para a superfície de grafite.

[0023] Nesse caso, o anodo pode ser disposto no ou em um lado da instalação de tratamento englobando o suporte de peça a trabalhar, ou, preferivelmente, no centro de pelo menos um prendedor de peça a trabalhar simétrico essencialmente giratório. Para uma distribuição mais uniforme de plasma na camada de vácuo, podem ser determina- dos vários anodos para um catodo ou vários catodos para um anodo. O último é preferido se forem especificamente requeridas altas densidades de plasma ou, por exemplo, quando é proporcionado um catodo reserva para aumentar a confiabilidade do processo.

[0024] O dispositivo para gerar a descarga de arco voltaico de voltagem baixa pode também estar disposto axialmente em uma ou várias bobinas eletromagnéticas para gerar um campo Helmholtz. Isso também permite que a distribuição do plasma na câmara de vácuo seja influenciada ou ionizada para ser aumentada. A LVAD pode, por exemplo, ser focada no anodo e, consequentemente, por exemplo, aquecer a superfície mais intensamente ou vaporizar o material para fora de um cadinho de grafite. Além disso, isso pode suportar os métodos conhecidos como, por exemplo, aquecimento e causticação da peça a trabalhar por meio da LVA.

[0025] Como o gerador de polarização para aplicar um sinal elétrico no suporte de peça a trabalhar e peças a trabalhar, uma corrente CA, um gerador de pulso bipolar, ou, preferivelmente, para peças a trabalhar ou processos de revestimento sensíveis à temperatura, pode ser utilizado uma CC ou um gerador de pulso unipolar, uma vez que nesse caso da última ocorre uma carga térmica inferior das peças a trabalhar / camadas através do bombardeamento do elétron ausente.

[0026] É utilizado um gerador de CC de corrente alta, especificamente um gerador de CC com corrente de saída controlada, como o gerador de arco voltaico para suprir a descarga de arco voltaico de voltagem baixa (LVAD). Além disso, um gerador de pulso pode ser conectado (paralelo ou em série com o gerador de CC) para aumentar adicionalmente a densidade do plasma, por exemplo.

[0027] Um catodo quente com filamento de incandescência ou bobina térmica, preferivelmente em uma câmara de ionização separada por um obturador da câmara de vácuo, um catodo de arco voltaico LVA ou um catodo oco, por exemplo, um catodo oco com uma descarga de incandescência de catodo oco ou pode ser utilizado um canhão eletrônico com arco voltaico catodo oco como o catodo da descarga de arco voltaico de voltagem baixa.

[0028] Alternativamente, o catodo pode ser implementado como um catodo de arco voltaico LVA que compreenda pelo menos um eletrodo catódico que seja oticamente separado da câmara de vácuo, especificamente das peças a trabalhar, por uma cobertura.

[0029] Nas modalidades descritas, a instalação do tratamento a vácuo pode ser operada ou projetada como um plasma CVD e/ou uma instalação de tratamento a vácuo PVD. Para realizar os processos CVD PE (plasma aumentado), a instalação pode ser utilizada sem modificações adicionais. Contudo, para assegurar distribuição de camada ideal ou para introduzir gases de processo diferentes, pode ser vantajoso distribuir uma ou várias fontes de gás sobre o recipiente ou utilizar alimentações de gás anular ou tipo lança.

[0030] Para realizar os processos PVD, pode ser disposta uma ou várias fontes vaporizadoras na câmara de vácuo. Os dispositivos que se seguem são preferíveis como fontes vaporizadoras: uma fonte de pulverização catódica, especificamente um magnétron, uma fonte de arco voltaico, especificamente uma fonte de arco voltaico catódico; um vaporizador de feixe de elétron ou um cadinho de grafite. Se, por exemplo, apenas uma camada adesiva ou um elemento de camada extra for adicionado na camada produzida de outro modo no método ΡΕ-CVD, um material apropriado pode, por exemplo, ser colocado no dito cadinho de grafite anódico e ser vaporizado pela LVA.

[0031] Geralmente, o material que se segue pode ser disposto para vaporização na fonte vaporizadora: carbono, um metal ou uma liga, especificamente uma liga de dois ou mais elementos do Grupo IV, V ou VI do sistema periódico de elementos, bem como alumínio, boro ou silício, por meio do qual, dependendo da fonte vaporizadora, o material está na forma de um eletrodo, pelota, pastilha, fio ou similar.

[0032] Se o grafite a ser vaporizado de um eletrodo de uma pulverização catódica ou de uma fonte de arco voltaico, um grafite puro altamente denso de estrutura preferivelmente isotrópica é vantajosamente utilizado a fim de tornar a erosão da superfície o mais uniforme possível. Por exemplo, os tipos de grafite de uma densidade de p > 1,8 e uma pureza de P30, que corresponda a um valor de resíduo menor do que 15 ppm, são adequados para tais aplicações.

[0033] Em uma instalação de tratamento a vácuo, conforme descrito acima, pode também ser realizado um método de tratamento a vácuo de acordo com a invenção para revestir peças a trabalhar com pelo menos uma condução, isolamento e/ou camada tipo DLC fracas, por meio do qual a superfície do anodo, pelo menos parcialmente compreendida de grafite, é aquecida de maneira que, pelo menos durante o processo de revestimento, seja evitado um depósito de camadas de isolamento e uma superfície suficientemente condutiva esteja disponível para assegurar que o curso do processo permaneça estável. Isso possibilita o ajuste das condições energéticas da superfície da peça a trabalhar por via da voltagem de substrato e da pressão do processo e, simultaneamente, eletricamente isolado das mesmas, para operar a descarga de arco voltaico de voltagem baixa para a decomposição e ionização eficientes do gás reativo. Para aquele versado na técnica é evidente que tal método é vantajoso mesmo se, por exemplo, no caso dos processos de plasma de não-formação de camada como, por exemplo, os processos de causticação ou térmicos, é formado um revestimento isolante na superfície de anodo através das reações de superfície com gás reativo ou efeitos de nova pulverização catódica.

[0034] Nos métodos PE-CVD e PVD, o método de revestimento é convencional mente precedido pelos processos de causticação ou tér- mico. Foi descoberto que com tais métodos combinados, nos quais as camadas de condução, isolamento ou tipo DLC são insuficientemente depositadas, é difícil ou impossível dimensionar corretamente um ano-do metálico quente para uma variação ampla de correntes de descarga de arco voltaico de voltagem baixa diferentes. Para o processo térmico e/ou de causticação, frequentemente é utilizada uma corrente de descarga mais alta do que no revestimento e, consequentemente, o anodo é tensionado muito mais termicamente. Portanto, dependendo da dimensão ou do resfriamento, o anodo metálico pode ser tornar quente demais e evaporar durante o pré-tratamento ou pode ser parcial ou completamente revestido com camada de condução ou isolamento insuficiente durante a fase de revestimento. As áreas de anodo nesse caso variam e os parâmetros de descarga também variam correspondentemente. Um equilíbrio entre o resfriamento fraco e a prevenção garantida da vaporização das partes do anodo é difícil de ajustar e reproduzir para anodos metálicos. Ao contrário, foi descoberto ser surpreendentemente simples para tais métodos o uso de anodo de grafite de acordo com a invenção, que é implementado para ser não resfriado ou correspondentemente maior e com isso resfriado com menor eficiência. Uma vez que mesmo em temperaturas altas o grafite é dotado de uma pressão de vapor baixa, não há risco de produção da contaminação das camadas.

[0035] Dependendo do tipo de revestimento, a manutenção da condutividade através das temperaturas de superfície altas pode aqui ser motivada por diferentes processos. Por exemplo, para camadas sensíveis à temperatura, que decompõem para um revestimento de camada condutora na superfície de anodo quente, frequentemente não é necessário que o anodo de grafite brilhe. Na decomposição da DLC, por exemplo, especificamente as camadas Ta-C, o depósito de um revestimento isolante em uma superfície de anodo pode com certeza ser evitado começando em temperaturas a partir de 200°C até no máximo 300°C, dependendo do processo (PE-CVD, pulverização catódica, ar-queamento voltaico catódico) ou o gás reativo, uma vez que a grafiti-zação da camada aparentemente ocorre sob essas condições. Aqui, o bombardeamento adicional do anodo com densidades de elétron ou íon altas também aparece avançar a ruptura das ligações sp2 e sp3, por exemplo. Essa solução simples ilustrou que para o primeiro período uma descarga de arco voltaico de voltagem baixa pode ser operada com estabilidade para camadas isolantes.

[0036] Surpreendentemente, mesmo após os processos de revestimento nos quais, após alcançar a temperatura ambiente, foi medida uma camada isolante no anodo de grafite, que pode ser inesperadamente novamente usada sem incômodo de remoção mecânica da camada desde que tenha sido aquecida através de uma aplicação térmica adicional conforme descrito acima antes da ignição do arco voltaico de voltagem baixa. Contudo, nesse caso, precisou ser ajustada no anodo uma temperatura de superfície mais alta. Contudo, na variação de calor ao rubro incipiente, isto é, entre 600 e 700°C, a LVA pode ser confiavelmente inflamada mesmo após a produção de camadas altamente isolantes como, por exemplo, AIN ou SiN, enquanto 400°C representa um limite inferior para a maioria das camadas.

[0037] Dependendo do controle do processo, o material de revestimento pode ser adicionado individualmente, alternativa ou simultaneamente de pelo menos uma fonte de gás e de pelo menos uma fonte vaporizadora.

[0038] A partir da fonte de gás, os gases reativos como, por exemplo, nitrogênio, hidrocarbonetos, silanos, boranos, germanos, nitrogênio ou compostos metalo-orgânicos que podem ser adicionados de maneira conhecida para produção das camadas, bem como gases inertes que podem ser efetivamente decompostos e ionizados através do plasma da descarga de arco voltaico de voltagem baixa. O mesmo se aplica para a capacidade de ionização ou reionização do material de revestimento suprido da fonte vaporizadora acima descrita se as partículas ionizadas já estivem saindo da fonte vaporizadora.

[0039] Durante o pré-tratamento e/ou durante o processo de revestimento, os suprimentos elétricos da voltagem de substrato, arco voltaico de voltagem baixa, a pulverização catódica e/ou a fonte de arco voltaico podem, conforme descrito, ser operados com corrente CC ou pulsados. Foi descoberto que o guia adicional da descarga de arco voltaico de voltagem baixa através de um campo magnético ou de campo magnético Helmholtz pode ser vantajoso na operação de uma descarga de arco voltaico de voltagem baixa no eixo geométrico de simetria da instalação de tratamento.

[0040] Se os revestimentos com tensão de camada diferente forem depositados, por exemplo, como múltiplas camadas, isso pode ocorrer através da variação da energia do arco voltaico, da voltagem de substrato e/ou do campo magnético. As múltiplas camadas DLC com tensão de camada diferindo da camada de revestimento para camada de revestimento foram, por exemplo, ajustadas através de alterações periódicas ou aperiódicas da voltagem do substrato ou da corrente de arco voltaico. Ambas as medidas levam a uma alteração do bombardeamento de íon e com isso afetam os pontos manchados e a tensão residual da camada.

[0041] Se a camada for depositada apenas a partir do plasma trío-do sem fontes vaporizadoras adicionais, isso pode ocorrer pela adição de pelo menos um gás reativo do grupo de hidrocarbonetos, silanos, germanos, boranos e/ou compostos metalo-orgânicos.

[0042] Ao operar uma fonte de pulverização catódica e/ou uma fonte de arco voltaico catódico com um eletrodo metálico, liga metálica, composto metálico como, por exemplo, carboneto ou boreto, ou de grafite, a formação da camada pode ocorrer sob gás inerte. Contudo, em muitos casos uma adição de gás reativo adicional é também viável ou vantajosa no caso de um processo de arco voltaico, mesmo uma adição exclusiva para a formação da camada.

[0043] Com tais métodos, os revestimentos de monocamada ou de múltiplas camadas que compreendam pelo menos uma camada de um dos materiais que podem ser depositados: um carboneto, um carboni-treto, um nitreto, um boreto, um carboneto de boro, um nitreto de boro, e seus compostos são preferivelmente pelo menos um metal de transição do grupo IV, V ou VI do sistema periódico de elementos e/ou alumínio ou silício. Exemplos de tais camadas são as camadas cerâmicas ou metalocerâmicas como, por exemplo, SiN, AIN, Ge3N4, (AICrSi)N, (AICrMe{=metal}N, (AICrSiMe)N, (TiSi)N, hBN, cBN, BCN, TiBC e outras. Essas camadas podem também conter oxigênio, por exemplo, (AICrSi)CNO, (AICrSi)NO, a não ser que o processo seja conduzido sob uma pressão parcial alta demais de oxigênio, que pode ocasionar a danificação da superfície de grafite do anodo.

[0044] As transições entre as camadas de revestimento individuais podem, em princípio, ser implementadas de qualquer maneira; contudo por razões conhecidas, em muitos casos será preferida uma transição de fluido através da variação com incremento ou contínua dos parâmetros do processo, por exemplo, fluxo de gás, pressão parcial do gás reativo, energia de fonte vaporizadora, energia a arco voltaico, voltagem de substrato, etc.

[0045] Com a aplicação da voltagem de substrato acima descrita, as camadas DLC podem também ser produzidas pela mera adição de pelo menos um gás reativo, nesse caso um hidrocarboneto, no plasma da LVAD. Se as camadas DLC especificamente sólidas ou de hidrogênio baixo, por exemplo, camadas ta-C, forem produzidas, é vantajoso um método usando uma pulverização catódica e/ou uma fonte de arco voltaico catódico, com um eletrodo de grafite. Surpreendentemente, também aqui (conforme ilustrado abaixo), a solidez da camada pode ser aumentada comparada à operação em um plasma de gás inerte puro pela adição pelo menos de um hidrocarboneto.

[0046] Para aperfeiçoar a força adesiva ou para reduzir as tensões excessivas da camada, a camada DLC pode ser depositada como um revestimento de múltiplas camadas com uma camada adesiva de metal ou contendo silício ou com pelo menos uma camada intermediaria contendo metal ou silício.

[0047] Se as propriedades diferentes da camada como, por exemplo, excelente força adesiva e firmeza das camadas contendo metal forem combinadas com as propriedades de deslizamento ou solidez especialmente útil das camadas DLC, primeiro, conforme ilustrado acima, uma camada compreendida de um carboneto, um carbonitreto, um nitreto, um boreto, um carboneto de boro ou um nitreto de boro pode, por exemplo, ser aplicada em uma peça a trabalhar a ser subsequentemente revestida com a camada DLC acima descrita.

Breve Descrição dos Desenhos [0048] A invenção está descrita abaixo mais detalhadamente com base nas figuras que ilustram meramente os exemplos de modalidade diferente. a figura 1 ilustra uma instalação de tratamento a vácuo com um anodo de acordo com o estado da técnica, a figura 2 ilustra um anodo correspondente com revestimento de grafite, a figura 3 ilustra um anodo correspondente com incrustação de grafite, a figura 4 ilustra uma instalação de tratamento a vácuo com dois anodos de grafite, a figura 5 ilustra um diagrama do processo, a figura 6 ilustra uma camada DLC com uma camada de gradiente Cr/CrC, a figura 7 ilustra uma camada DLC com revestimento de múltiplas camadas DLC/SiC

[0049] A figura 1 ilustra uma instalação de tratamento a vácuo com um anodo de acordo com o estado da técnica. Na câmara de vácuo 1, as peças a trabalhar 2 a serem revestidas são montadas em um ou em vários receptáculos de peças a trabalhar 3 compreendendo meios para gerar pelo menos uma parte, se necessário o dobro de 4 ou o triplo de 5, partes de rotação. Os receptáculos de peças a trabalhar 3 são frequentemente posicionados em um suporte de peça a trabalhar 7 que também pode girar ao redor do eixo geométrico da instalação 6.

[0050] Os gases diferentes do processo podem, por via das alimentações de gás 8, ser alimentados na câmara de vácuo por meio dos dispositivos de controle adequados (não ilustrados).

[0051] Uma unidade de bomba capaz de vácuo alto 9 é flangeada na câmara.

[0052] Uma fonte de íon e/ou elétron, especificamente um catodo LVA 10, está disposto, por exemplo, na área do eixo geométrico da instalação e conectado na saída negativa de um gerador de arco vol-taico 11. Dependendo da etapa do processo, o terminal positivo do gerador de arco voltaico 11 pode ser conectado por via de um comutador 12 no suporte de peça a trabalhar 12 ou no receptáculo de peça a trabalhar 3 e nas peças a trabalhar 2 (processo térmico) conectado eletricamente no mesmo ou no anodo LVA 13 (nos processos de caustica-ção ou, se necessário, também durante os processos de revestimento).

[0053] Pode ser proporcionada uma ou várias fontes vaporizado-ras 14, preferivelmente um magnétron ou um vaporizador de arco voltaico luminoso, nas paredes da câmara de vácuo 1. Em outra modali- dade (não ilustrada) da fonte vaporizadora 14, essa fonte pode ser disposta em um cadinho comutado anodicamente centralmente na parte inferior da câmara de vácuo 1. O material vaporizador é convertido para a fase gasosa através de aquecimento por meio do arco voltaico voltagem baixa 15.

[0054] Ademais, é proporcionado um gerador de polarização elétrico adicional 16, com o qual pode ser aplicada nas peças a trabalhar uma voltagem de substrato.

[0055] Além disso, as bobinas eletromagnéticas 17 para a geração de um campo magnético longitudinal (um chamado campo Helmholtz) penetrando através do volume de plasma podem ser dispostas em paredes de delimitação opostas da câmara de vácuo 1 e podem ser alimentadas por pelo menos uma, mas preferivelmente duas fontes de voltagem CC separadas (não ilustrado), preferivelmente codirecionais.

[0056] Como medidas adicionais para regulação ou para conferir um campo magnético mais uniforme e, por exemplo, de um plasma MF 18 gerado através do gerador de polarização MF, os sistemas de ímã podem ser situados nas paredes laterais 19 da câmara de vácuo 1 a fim de desenvolver vários campos magnéticos próximos 21. Nesse caso, os sistemas de ímã para a geração de campo próximo são preferivelmente pelo menos parcialmente projetados como os sistemas de ímã magnétron 20.

[0057] Os sistemas individuais da instalação de tratamento são vantajosamente levados em relação uns com os outros através de um controle de processo não descrito adicionalmente aqui.

[0058] A figura 2 ilustra uma instalação de tratamento a vácuo de acordo com a invenção com um anodo de grafite simples, no qual uma cobertura de grafite 22 na forma de um disco de grafite é colocada em um anodo de cobre chato conhecido.

[0059] Uma vez que as densidades do plasma no arco voltaico de voltagem baixa 15 e sua adjacência imediata são muito altas, é necessário proteger as peças a trabalhar 2 contra as descargas elétricas. Isso pode ser feito selecionando uma voltagem de substrato adequada. Por essa razão também não é recomendado trabalhar com uma voltagem de substrato bipolar se as correntes de descarga forem altas, especialmente se as voltagens do substrato altas não forem concebidas. O motivo é que na operação de pulso de polarização bipolar as correntes de elétron muito altas podem ser puxadas para a peça a trabalhar durante os intervalos de voltagem positiva. Pelo menos com uma DLC e ta-C, isso leva a aquecimento indesejável da peça a trabalhar, contudo, também para aumentar as descargas elétricas na peça a trabalhar. O uso de uma voltagem de substrato pulsado unipolar, que permite que os elétrons do arco voltaico de voltagem baixa nas pausas descarreguem a carga de superfície construída pelos íons positivos, é muito mais suave. Nas pausas de pulso, a operação da peça a trabalhar pode ser ligada à terra ou flutuante, a última sendo ainda mais suave. Contudo, deve ser possível formar livremente uma proporção de pausa de pulso e deve ser possível variar a mesma, bem como a voltagem do substrato durante o processo.

[0060] Nesse contexto é importante que a introdução da energia na peça a trabalhar 2 possa ser também alterada pela alteração dos parâmetros de descarga do arco voltaico de voltagem baixa 15, assim, por exemplo, para voltagem de substrato constante a corrente do substrato, e, consequentemente, a energia do substrato, podem ser alteradas pelo aumento ou diminuição da corrente de descarga. Conforme declarado acima, esse método pode ser também utilizado para estruturas de múltiplas camadas em um material de camada de composição química idêntica a fim de dissipar a tensão nas camadas espessas e para obter, por exemplo, boa adesão de camada.

[0061] O arco voltaico de voltagem baixa 15 pode ser formado de duas maneiras diferentes: conforme ilustrado nas figuras, como uma fonte linear se as bobinas externas 17 forem utilizadas para focalizar, ou como um plasma difuso que é distribuído sobre toda câmara de processo de maneira que as peças a trabalhar 2 sejam imersas no plasma.

[0062] A figura 3 ilustra uma instalação de tratamento a vácuo de acordo com a invenção que, contudo, pode também ser operada como uma instalação de tratamento a vácuo para os processos PE-CVD. Nessa modalidade, o anodo de grafite é projetado como uma incrusta-ção de grafite 22 que é colocada em um cadinho de cobre resfriado conhecido. O último, sucessivamente, pode ser implementado como um cadinho de grafite a fim de, por exemplo, ser capaz de aplicar de uma maneira simples uma camada adesiva pela introdução de pastilhas de metal ou similar antes do revestimento com uma camada produzida por meio de PE-CVD. Além disso, é utilizado um gerador de polarização CC 16 na figura 3.

[0063] A figura 4 ilustra uma instalação de tratamento a vácuo de acordo com a invenção com anodo de grafite 13, no qual estão dispostos dois anodos LVA 13 e 23. Por exemplo, a saída positiva do gerador de arco voltaico pode ser conectada alternada ou simultaneamente ao anodo de grafite LVA 13, 22 ou, nesse caso, o anodo de grafite LVA anular 22 por via do comutador 12. Do mesmo modo que a operação sem as bobinas magnéticas, a conexão do anodo LVA anular 23 permite que o plasma seja distribuído difusamente sobre a câmara de instalação 1. É evidente para aqueles versados na técnica que essas duas opções para otimizar uma distribuição de plasma LVA uniforme possam ser otimizadas.

[0064] A figura 5 descreve, a guisa de exemplo, o curso dos parâmetros do processo na produção de uma camada CrN-DLC combinada com uma interface entre as mesmas, dentro da qual as proprieda- des dos sistemas de camada diferentes são essencialmente continuamente adaptadas umas nas outras. Primeiro, em um método PVD, por exemplo, através de um processo de pulverização catódica ou de arco voltaico, é gerada uma camada CrN, ao mesmo tempo em que subsequentemente durante a produção da camada de interface é iniciado adicionalmente um processo PE-CVD, e o suprimento de energia eletrodo e nitrogênio diminui simultaneamente para zero. Na última etapa do processo, que também pode ser aplicada diretamente na superfície de uma peça a trabalhar sem uma camada ou interface intermediária precedente, são utilizados os parâmetros de processo constantes para a produção de uma camada DLC que é isomorfa através da espessura da camada.

[0065] A figura 6 ilustra uma imagem SEM da superfície de ruptura de um revestimento de múltiplas camadas produzido similarmente àquele na figura 5, com uma camada adesiva de cromo, camada de interface graduada, e camada de cobertura DLC.

[0066] A figura 7 descreve um revestimento de múltiplas camadas depositado de acordo com o exemplo do método 2 de uma sequência de camadas SiC e DLC diferentes.

Meios para Incorporar a Invenção [0067] A seguir, são descritos vários exemplos da sequência do processo dos métodos de acordo com a invenção.

[0068] Os exemplos 1 a 3, que descrevem os métodos para o depósito de camadas DLC contendo Si, foram realizados em uma instalação RCS modificada de OC Oerlikon Balzers AG, em que uma cobertura de grafite no formato de um disco foi colocada em um anodo de cobre resfriado. Isso permitiu a produção de uma transição elétrica adequada de maneira extremamente simples. Ao mesmo tempo, o resfriamento da superfície de grafite foi reduzido de modo marcante comparado ao anodo de cobre original, mantendo, assim, a condutividade da superfície mesmo durante o processo de revestimento.

Exemplo 1) Processo para a produção de DLC com uma camada intermediária de Si/SiC.

[0069] Após inserir a peça a trabalhar nos prendedores giratórios duplos ou triplos proporcionados para essa finalidade e introduzir os prendedores na instalação de tratamento a vácuo, a câmara de tratamento é bombeada para baixo para uma pressão de aproximadamente 100 mPa (10‘4 mbar).

[0070] Pra ajustar a temperatura do processo, um plasma (LVA) de arco voltaico de voltagem baixa é inflamado em uma atmosfera de hidrogênio argônico entre uma câmara de catodo separada por um obturador de abertura, com um catodo quente que forma o catodo LVA, e as peças a trabalhar comutadas anodicamente. Preferivelmente, a voltagem de substrato aplicada nas peças a trabalhar é adicionalmente pulsada de maneira unipolar ou bipolar. Nesse exemplo não foram empregados os aquecedores de radiação padrão. O processo térmico é baseado nos seguintes parâmetros: Corrente de descarga da LVA: 50 A Fluxo argônico: 60 sccm Fluxo de hidrogênio: 300 sccm Tempo do Processo: 20 minutos [0071] É iniciada a etapa do processo seguinte, causticação. Para isso, o arco voltaico de voltagem baixa é operado entre o filamento e o anodo de grafite. Em princípio, um suprimento CC, uma CC pulsada ou uma AC operada MF ou RF pode ser aplicada entre as peças a trabalhar e o solo. Para o método presente, um processo de causticação de dois estágios com os parâmetros de causticação que se seguem foi ajustado: Etapa 1: Fluxo argônico: 65 sccm Fluxo de hidrogênio: 80 sccm Corrente de Descarga da LVA: 100 A

Voltagem de substrato: -50 V unipolar (100 ps ligado/10 ps desligado) Tempo do Processo: 15 minutos Etapa 2: Fluxo argônico: 65 sccm Fluxo de hidrogênio: 80 sccm Corrente de Descarga da LVA: 100 A

Voltagem de substrato: -200 V unipolar (100 ps ligado/10 ps desligado) Tempo do Processo: 30 minutos [0072] Na etapa de processo seguinte, o revestimento da peça a trabalhar com uma camada DLC e uma camada intermediária Si-SiC foi realizado para facilitar a adesão e para adaptação das propriedades da camada no material de substrato. O arco voltaico de voltagem baixa é operado para o revestimento. A corrente de descarga do arco voltaico de voltagem baixa é puxada por meio disso em direção ao anodo de grafite. Os parâmetros da descarga de arco voltaico de voltagem baixa, que ocorre durante todo o processo de revestimento, são: Corrente de Descarga da LVA: 40 A

Fluxo argônico: 60 sccm [0073] Para as etapas individuais do processo de revestimento, os parâmetros que se seguem foram adicionalmente ajustados: Camada de adesão Si: Fluxo de silano: 30 sccm Voltagem de substrato: -600 V unipolar (10 ps ligado/10 ps desligado) Duração: 3 minutos Camada de transição SiC: Fluxo de silano: declive linear de 30 sccm a 10 sccm Fluxo C2H2: declive linear de 15 sccm a 120 sccm Voltagem de Substrato: -600 V unipolar (10 ps ligado/10 ps desligado) Duração: 30 minutos Camada de função DLC: Fluxo C2H2: 120 sccm Pressão do processo: 0,36 Pa Voltagem de Substrato: -600 V unipolar (10 ps ligado/10 ps desligado) Duração: 30 minutos [0074] Dessa maneira foi depositada uma camada de aproximadamente 1,5 pm. A temperatura da peça a trabalhar alcançou aproximadamente 290°C.

Exemplo 2) [0075] Nesse processo, a etapa de aquecimento foi omitida e em vez disso foi utilizada uma etapa de causticação estendida. Do mesmo modo que no exemplo precedente, o arco voltaico de voltagem baixa é novamente operado entre o filamento e o anodo de grafite, e é aplicada nas peças a trabalhar uma voltagem de substrato negativa pulsada de maneira unipolar. Os parâmetros de causticação que se seguem foram ajustados: Etapa 1: Fluxo argônico: 65 sccm Fluxo de hidrogênio: 80 sccm Corrente de Descarga da LVA: 50 A

Polarização: -50 V unipolar (100 ps ligado/10 ps desligado) Tempo do Processo: 25 minutos Etaoa 2: Fluxo argônico: 65 sccm Fluxo de hidrogênio: 80 sccm Corrente de Descarga da LVA: 100 A

Polarização: -150 V unipolar (100 ps ligado/10 ps desligado) Tempo do Processo: 60 minutos [0076] Na etapa de processo seguinte o revestimento da peça a trabalhar é realizado com um revestimento de múltiplas camadas DLC-Sic e uma camada intermediária Si-SiN-SiC. Para o revestimento, a corrente de descarga do arco voltaico de voltagem baixa foi puxada do anodo de grafite. Os parâmetros da descarga do arco voltaico de voltagem baixa foram ajustados como no Exemplo 1.

[0077] Para as etapas individuais do processo de revestimento, os parâmetros que se seguem foram adicionalmente ajustados: Camada de adesão Si: Fluxo de silano: 30 sccm Voltagem de substrato: -600 V unipolar (10 ps ligado/10 ps desligado) Duração: 3 minutos Camada de transição SiN: Fluxo de silano: 30 sccm Fluxo N2: declive linear de 15 sccm a 120 sccm Voltagem de substrato: -600 V unipolar (10 ps ligado/10 ps desligado) Duração: 15 minutos Camada de adesão SiC: Fluxo de silano: declive linear de 30 sccm a 10 sccm Fluxo N2: declive linear de 120 sccm a 0 sccm (dentro de 5 minutos) Fluxo C2H2: declive linear de 15 sccm a 120 sccm Voltagem de substrato: -600 V unipolar (10 ps ligado/10 ps desligado) Duração: 15 minutos Camada de função de múltiplas camadas DLC-SiC: Fluxo C2H2: 120 sccm (por 5 minutos cada vez) Fluxo de silano: 30 sccm (com C2H2 conforme acima por 5 minutos cada vez) Pressão do processo: 0,3 Pa (C2H2) ou 0,47 Pa(C2H2+SiH4) Voltagem de substrato: -600 V unipolar (10 ps ligado/10 ps desligado) Duração: 60 minutos [0078] Dessa maneira, foi atingida uma espessura de camada total de aproximadamente 1,5 pm nas peças a trabalhar com rotação dupla. A temperatura da peça a trabalhar alcançou aproximadamente 180°C. Exemplo 3) [0079] Como no Exemplo 2, nesse processo a etapa de aquecimento foi omitida e em vez disso foi empregada uma etapa de causti-cação estendida.

[0080] Na etapa de processo seguinte, o revestimento da peça a trabalhar foi realizado com uma camada intercalada Si-SiC, seguida de um revestimento de múltiplas camadas DLC-Si e uma camada de finalização DLC. Para o revestimento, o arco voltaico de voltagem baixa é operado conforme descrito no Exemplo 1.

[0081] Para as etapas individuais do processo de revestimento, os parâmetros que se seguem foram adicionalmente ajustados: Camada de adesão Si: Fluxo de silano: 30 sccm Voltagem de substrato: -600 V unipolar (10 ps ligado/10 ps desligado) Duração: 3 minutos Camada de transição SiC: Fluxo de silano: declive linear de 30 sccm a 10 sccm Fluxo C2H2: declive linear de 15 sccm a 120 sccm Voltagem de substrato: -600 V unipolar (10 ps ligado/10 ps desligado) Duração: 30 minutos Camada de função de múltiplas camadas DLC-SiC: Fluxo C2H2: 120 sccm (por 5 minutos cada vez) Fluxo de silano: 30 sccm (com C2H2 como acima por 5 minutos cada vez) Pressão do processo: 0,3 Pa (C2H2) ou 0,43 Pa(C2H2+SiH4) Voltagem de substrato: -600 V unipolar (10 ps ligado/10 ps desligado) Duração: 60 minutos Para a camada DLC: Fluxo C2H2: 120 sccm Voltagem de substrato: -800 V unipolar (10 ps ligado/10 ps desligado) Pressão do processo: 0,3 Pa Duração: 30 minutos [0082] Dessa maneira foi atingida uma espessura total de camada de aproximadamente 2 pm nas peças a trabalhar com rotação dupla (ver figura 7). A temperatura da peça a trabalhar alcançou aproximadamente 180°C.

[0083] Os Exemplos 4 a 8, que descrevem os métodos para depó- sito das camadas DCL, foram realizados em uma instalação BA1830DLC modificada de Oerlikon Balzers AG. Nos Exemplos 5 a 6, foi colocada apenas uma cobertura de grafite no formato de um disco em um anodo de cobre resfriado. As peças a trabalhar foram giradas duplamente e guiadas em uma distância de 60 a 175 mm do eletrodo, em uma altura de carga de 10 a 1000 mm. As especificações detalhadas referentes aos parâmetros do processo específico, bem como as propriedades da camada obtidas, podem ser encontradas na Tabela 1. Exemplo 4) [0084] Esse exemplo envolve um processo conhecido para fins de comparação.

[0085] Aqui, após o pré-tratamento de aquecimento ou caustica-ção em uma pressão de processo entre 500 mPa e 2000 mPa (5,0x10' 3 e 2,0x10'2 mbar), uma descarga incandescente foi inflamada e operada entre os receptáculos de peça a trabalhar e uma parede de receptáculo, conforme já descrito no documento EP 01362931 ou W02006-116889 A1. Os receptáculos da peça a trabalhar são projetados de maneira que uma descarga de catodo oco queime na parte interna, impulsionando o plasma de descarga incandescente. Alternativamente, podem também ser empregados outros corpos de condução elétrica para impulsionar plasma, desde que sejam mantidas as condições geométricas específicas, descritas no documento W02006-116889.

Exemplo 5) e Exemplo 7) [0086] Nesses exemplos de acordo com a invenção, um arco vol-taico de voltagem baixa é inflamado em um anodo de grafite análogo à figura 2, disposto no centro de um prendedor de peça a trabalhar e mantido durante toda a sequência do processo de aquecimento, caus-ticação e revestimento. Para o revestimento DLC, duas ou seis fontes de pulverização catódica equipadas com eletrodos de grafite são co- nectadas, ao mesmo tempo em que uma polarização CC de cem volts é aplicada na peça a trabalhar. Nenhum gás de hidrocarboneto foi introduzido. Devido à voltagem baixa, nenhuma descarga oca foi inflamada em um prendedor ou um corpo oco construído correspondentemente. Portanto, a descarga de plasma é muito menos dependente da geometria do equipamento instalado, especificamente do suporte de peça a trabalhar e dos receptáculos da peça a trabalhar.

Exemplo 6) e Exemplo 8) [0087] De acordo com a invenção, nesses Exemplos o processo é também conduzido de modo similar aos Exemplos 5 e 7 com dois eletrodos de pulverização, contudo, além disso, com uma pequena quantidade de adição de gás de hidrocarboneto. O que é notável é que, comparado às camadas meramente pulverizadas, é possível por meio disso aumentar a solidez da camada por um fator de três ou quatro e, assim, também uma grande resistência ao desgaste.

[0088] A despeito da solidez baixa das camadas depositadas sem gás de hidrocarboneto de acordo com os Exemplos 5 e 7, essas camadas podem ser aplicadas com vantagem a fim de, por exemplo, aperfeiçoar as propriedades em funcionamento e/ou as propriedades de deslizamento de uma camada sólida. Tal sistema de camada pode ser particularmente simplesmente realizado, por exemplo, através de uma combinação de camadas do Exemplo 6 ou 8 com as camadas de acordo com o Exemplo 5 ou 7 depositadas no mesmo.

[0089] Outra possibilidade nos processos de pulverização catódica listados acima é, em vez de pulverização catódica, operar uma CA ou uma fonte de pulverização catódica pulsada, por exemplo, também como uma fonte gêmea, na qual dois eletrodos de pulverização são conectados nas saídas de contrapolo de um gerador de pulso bipolar. Além disso, pode ser operada uma ou várias fontes conectadas em um gerador de pulverização catódica apropriadamente projetado no méto- do referido como HIPIMS (Pulverização Catódica de Magnétron de Impacto de Pulso de lonização Alta) por meio do qual, dependendo da introdução da energia ou eletrodo ou tipo de camada desejado, um sinal de pulso e vantajosamente aplicado na fonte correspondente dentro das variações do parâmetro que se segue: Largura de pulso: 10 ps a 100 ms Voltagem de pulso: 100 Va 2 kV

Corrente de pulso: 10 A a 1,5 kA

Energia de pulso: 5 a 50 kW

Tabela 1 1) Conteúdo de hidrogênio, medido por meio de SIMS 2) Solidez de microcamada de acordo com ISO 14577-1 3) Adesão de acordo com VDI 3198 4) Teste de desgaste para padrão de causticação DIN EN 1071-6:2006-01 para determinação da resistência ao desgaste das camadas 5) Aspereza Ra, Rz de acordo com DIN EN ISO 4287/88 Listagem de Referência 1 Câmara de vácuo 2 Peça a trabalhar 3 Receptáculo de peça a trabalhar 4 Rotação dupla 5 Rotação tripla 6 Eixo da instalação 7 Suporte de peça a trabalhar 8 Alimentação de gás 9 Unidade de bomba 10 CatodoLVA 11 Gerador de arco voltaico 12 Comutador 13 AnodoLVA 14 Fonte vaporizadora 15 Arco voltaico de voltagem baixa (LVA) 16 Gerador de polarização 17 Bobina eletromagnética 18 Plasma MF 19 Parede de câmara 20 Sistema de ímã 21 Campo próximo magnético 22 Cobertura de grafite 23 Anodo LVA anular REIVINDICAÇÕES

Claims (41)

1. Instalação de tratamento a vácuo para realizar um método de plasma, sendo que a instalação de tratamento compreende pelo menos uma câmara de vácuo (1), na qual está disposto um dispositivo (15) para gerar uma descarga de arco voltaico de voltagem baixa elétrica (LVAD), compreendendo um catodo (10) e de um anodo (13) que pode ser interconectado eletricamente com o catodo (10) via um gerador de arco voltaico (11), e um suporte de peça a trabalhar (7), que pode ser interconectado eletricamente com um gerador de polarização (16) , para receber e mover peças a trabalhar (2), bem como pelo menos uma alimentação (8) para gás inerte e/ou reativo, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma parte da superfície do anodo (13) é feita de grafite, sendo que o anodo (13) compreende uma cobertura de grafite (22).

2. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a cobertura de grafite (22) é projetada como uma incrustação de grafite, revestimento de grafite ou um cadinho de grafite.

3. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a cobertura de grafite (22) está disposta em um corpo de anodo (13) resfriado.

4. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o anodo (13) não é resfriado ou apenas indiretamente resfriado, ou de que há ausência de dispositivos de resfriamento, especificamente ausência de furo de resfriamento para líquidos refrigerantes, na adjacência imediata da superfície de anodo (13).

5. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma parte da superfície de grafite do anodo (13) pode ser aquecida.

6. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o anodo (13) está disposto no ou em um lado da instalação de tratamento, ou encerra o suporte de peça a trabalhar (7) ou, preferivelmente, está disposto no centro de um prendedor de peça a trabalhar simétrica de maneira giratória.

7. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que pelo menos dois anodos (13) estão associados a um catodo (10).

8. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que pelo menos dois catodos (10) estão associados a um anodo (13).

9. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o gerador de polarização (16) é um gerador de pulso de CC, CA, unipolar ou bipolar.

10. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o gerador de polarização (16) é um gerador de CC, especificamente um gerador CC com corrente de saída controlada variável.

11. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que um gerador de pulso é comutado em paralelo ou em série com o gerador de CC.

12. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o catodo (10) da descarga de arco voltaico de voltagem baixa é um catodo quente, um catodo de arco voltaico LVA ou um catodo oco.

13. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o catodo quente compreende pelo menos um filamento incandescente, preferivelmente uma bobina térmica, que está disposta em uma câmara de ionização separada da câmara de vácuo (1) por um obturador.

14. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o catodo (10) de arco voltaico LVA compreende pelo menos um eletrodo comutado catodi-camente, que está oticamente separado da câmara de vácuo (1), especificamente das peças a trabalhar, através de uma cobertura.

15. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o dispositivo para gerar a descarga de arco voltaico de voltagem baixa (15) está disposto axialmente em uma ou várias bobinas eletromagnéticas para gerar um campo Helmholtz.

16. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a instalação de tratamento é uma instalação de tratamento a vácuo para realizar um processo de plasma CVD e/ou PVD para o depósito de camadas condutivas de isolamento e/ou do tipo DLC fracas.

17. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que uma ou várias fontes vaporizadores estão dispostas na câmara de vácuo (1).

18. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que a fonte vaporizadora (14) compreende um dos dispositivos que se seguem: uma fonte de pulverização catódica, especificamente um magnétron, uma fonte de arco voltaico, especificamente uma fonte de arco voltaico catódica, um vaporizador de feixe de elétron, um cadinho de grafite.

19. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizada pelo fato de que na fonte vaporizadora (14) está disposto o material que se segue para vaporização: carbono, um metal ou uma liga, especificamente uma liga de dois ou vários elementos do Grupo IV, V, VI do sistema periódico de elementos, bem como alumínio, boro ou silício.

20. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizada pelo fato de que o material para vaporização é proporcionado como o eletrodo.

21. Instalação de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 20, caracterizada pelo fato de que o material para vaporização é um grafite denso, altamente puro preferivelmente com estrutura isotrópica.

22. Método para tratamento a vácuo para tratamento de plasma de peças a trabalhar, por meio do qual em uma câmara de vácuo (1) da instalação de tratamento, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 21, uma descarga de arco voltaico de voltagem baixa (LVDA) (15) é inflamada e operada entre um catodo (10) e um anodo (13) eletricamente conectado ao catodo (10) por via de um gerador de arco voltaico (11), ao mesmo tempo em que é aplicada a voltagem de substrato nas peças a trabalhar (2) por meio de um gerador de polarização (16) e é adicionado gás de processo de pelo menos uma fonte de gás, caracterizado pelo fato de que é utilizado um anodo (13) quente cuja superfície é pelo menos parcialmente compreendida de grafite.

23. Método de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o método de tratamento compreende pelo menos uma das etapas que se seguem: aquecimento, causticação ou revestimento de plasma aumentado.

24. Método de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 22 ou 23, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte da superfície de grafite do anodo (13) é aquecida de maneira que a temperatura da superfície de grafite aquecida aumente até uma temperatura que mantenha a condutividade do anodo (13) e/ou impeça o depósito de revestimentos isolantes e/ou de camadas isolantes.

25. Método de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 a 24, caracterizado pelo fato de que a descarga de arco voltaico de voltagem baixa (15) é guiada por um campo magnético (21), preferivelmente por um campo magnético Helmholtz.

26. Método de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 a 25, caracterizado pelo fato de que o método de tratamento é um processo de tratamento a vácuo para revestir peças a trabalhar com pelo menos uma camada condutiva, isolante e/ou do tipo DLC fraca.

27. Método de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o material de revestimento é adicionado a pelo menos uma fonte de gás e/ou pelo menos uma fonte vaporizadora (14).

28. Método de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o material de revestimento adicionado da fonte vaporizadora (14) se origina da descarga de uma fonte de pulverização catódica, especificamente de um magnétron, da descarga de uma fonte de arco voltaico, especificamente de uma fonte de arco voltaico catódico, do vapor de vaporizador de feixe de elétron ou do vapor de um material vaporizado de um cadinho de grafite por meio da descarga de arco voltaico de voltagem baixa (15).

29. Método de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 27 ou 28, caracterizado pelo fato de que a camada é depositada através da operação de uma fonte de pulverização catódica e/ou fonte de arco voltaico catódico com pelo menos um eletrodo de pelo menos um dos materiais do grupo de metais, ligas de metal, compostos de metal ou de grafite, preferivelmente com a adição de gás reativo.

30. Método de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 a 29, caracterizado pelo fato de que a camada é depositada através da adição de pelo menos um gás reativo do grupo de hidrocarbonetos, silanos, boranos, germanos, e/ou compostos metalo-orgânicos.

31. Método de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 30, caracterizado pelo fato de que a voltagem do substrato, o arco voltaico de voltagem baixa (15) e/ou a fonte vaporizadora (14) são operados por pulso.

32. Método de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que é aplicada uma voltagem de substrato pulsada bipolar com pulsos positivos curtos em comparação aos pulsos negativos ou preferivelmente uma voltagem de substrato pulsada unipolar.

33. Método de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 32, caracterizado pelo fato de que pela variação da energia de arco voltaico, da voltagem de substrato e/ou do campo magnético (21), são produzidas as camadas de tensão de camada diferente, preferivelmente como camada múltipla.

34. Método de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 32, caracterizado pelo fato de que é depositado um revestimento compreendendo pelo menos uma camada de um dos materiais que se seguem: um carboneto, um carbonitreto, um nitreto, um boreto, um carboneto de boro, um nitreto de boro, preferivelmente em conexão com pelo menos um metal de transição do grupo IV, V ou VI do sistema periódico de elementos, alumínio e/ou silício.

35. Método de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 34, caracterizado pelo fato de que o revestimento é depositado como revestimento de múltiplas camadas de composição diferente, em que as transições entre os revestimentos de camada individual são preferivelmente implementadas de maneira que sejam transições fluidas.

36. Método de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer das reivindicações de 26 a 35, caracterizado pelo fato de que pela adição de pelo menos um hidrocarboneto por via de uma fonte de gás, é depositada pelo menos uma camada DLC.

37. Método de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 36, caracterizado pelo fato de que pela operação de uma fonte de pulverização catódica e/ou uma fonte de arco voltaico catódica com um eletrodo de grafite, é depositada pelo menos uma camada DLC.

38. Método de tratamento a vácuo, de acordo com a reivindicação 36 ou 37, caracterizado pelo fato de que a camada DLC é depositada com uma camada de adesão contendo metal ou silício e/ou com pelo menos uma camada intermediária contendo metal ou silício como revestimento de múltiplas camadas.

39. Método de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 36 a 38, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma superfície de grafite do anodo (13) é aquecida a uma temperatura de 200°C, preferivelmente 250°C, a fim de evitar o depósito de revestimentos DLC isolantes.

40. Método de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 36 a 39, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte do revestimento DLC é depositada como um revestimento de múltiplas camadas com camadas de tensão de camada diferente.

41. Método de tratamento a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 36 a 40, caracterizado pelo fato de que é depositada primeiro uma camada de acordo com um processo como definido nas reivindicações 34 e 35 na peça a trabalhar (2) e então uma camada adicional é depositada de acordo com um processo como definido nas reivindicações 36 a 40.