[发明专利]由金属、硬质金属、金属陶瓷或陶瓷组成并用硬质材料涂覆的物体和用于制造这种物体的方法

说明书

本发明涉及硬质材料涂覆的物体及用于制造该物体的方法，物体由金属、硬质金属、金属陶瓷或陶瓷制成。根据本发明的硬质材料层例如可用作切削工具的防磨损层、涡轮叶片的保护层或微电子器件中的扩散阻挡层。本发明的目的是提供具有高水平硬度、抗氧化性和优异耐磨性的硬质材料层。该目的包括提供一种用于制造这种硬质材料层的成本有利的方法。该目的通过硬质材料涂覆的物体和用于制造这种物体的方法实现，物体由金属、硬质金属、金属陶瓷或陶瓷制成并利用无等离子体激发的热CVD工艺涂覆有单层或多层的层体系，该层体系包含至少一个纳米复合材料层，纳米复合材料层具有由立方碳氮氧化钛组成的第一纳米晶相和由碳氮氧化硅或碳氧化硅组成的第二非晶相。

技术领域

本发明涉及一种由金属、硬质金属、金属陶瓷或陶瓷组成并用硬质材料涂覆的物体以及一种用于制造这种物体的方法。根据本发明的硬质材料层例如可以用作切削工具的防磨损层、用作涡轮叶片的保护层或用作微电子器件中的扩散阻挡层。

背景技术

硬质金属和陶瓷工具当今具有各种防磨损层，该防磨损层显著地提高了工具的使用寿命。通过它们的特殊特性，例如高的硬度和良好的抗氧化性和耐温性，可以保护工具并显著提高其效率。

从现有技术中已经已知大量硬质材料层。这些硬质材料层在组成、结构和特性方面彼此不同。

作为防磨损层，例如已知由TiSiCN或由TiSiCNO组成的硬质材料层，其中，为了进行制造，使用PVD或等离子体辅助的CVD工艺。

从JP2004074361A中已知一种布置在衬底上的表面涂层，其中，该表面涂层由(M_xSi_y)的氮化物、碳氮化物、氮氧化物或碳氮氧化物组成。M是Ti、Al、Cr、Zr、V、Hf、Nb、Mo、W、Ta并且适用于0.1≤y≤0.8，其中，x+y＝1。涂覆的硬质材料工具具有表面涂层的硬度，该硬度从衬底表面到涂层表面连续地或逐步地改变。

从JP2004114219A中已知一种布置在衬底上的表面涂层，其中，该表面涂层由(Ti_xSi_y)(C_aN_bO_c)形成，并且具有以下组成：在x+y＝1时，0.1≤y≤0.8，在a+b+c＝1时，0≤a≤0.6、0≤b≤1.0且0≤c≤0.5。表面涂层中的C的量从衬底的表面侧到涂层的表面连续地增加。

EP1382709A1公开了一种多层的涂层，其中一个单层由具有纳米复合材料结构的TiSiCN或TiSiCNO层形成。该层由具有在0.1nm和10nm之间的微晶尺寸的立方TiSiCN或TiSiCNO相以及Si的非晶的氮化物、碳化物、碳氮化物、氮氧化物、碳氮氧化物组成。所有层均借助于PVD来制造。

然而已知的是，借助于PVD工艺制造的TiSiCNO层具有最大10GPa的低硬度(Zheng，Y.等人：“Evaluation of mechanical properties of Ti(Cr)Si(O)N coated cermentedcarbide tools”(用Ti(Cr)Si(O)N涂覆的陶瓷硬质合金刀具的机械性能的评估)，卷90(2013)50)。在所述层中的低硬度的原因可以在于：高的氧掺入导致结晶Ti-O化合物的形成和低硬度，另一方面由此实现良好的生物相容性。

从WO2008129528A2中已知一种涂覆的金属衬底，其具有至少一个由钛基硬质材料制成的层，该钛基硬质材料与至少一种来自铬、钒和硅的列表中的合金元素进行合金化(legiert)。合金化元素的总量为在金属含量的1％和50％之间，其中，该层具有通式(Ti_100-a-b-cCr_aV_bSi_c)C_xN_yO_z。该层通过CVD工艺制造。给出的CVD工艺是中温工艺，其中合金化元素Cr、V、Si始终被少量地添加。另外规定，氯化硅的分压为金属氯化物TiCl₄的分压的0.1％至30％。