Procedimiento para el depósito de capas eléctricamente aislantes.

Procedimiento para la obtención de capas aislantes sobre al menos una herramienta por medio de un recubrimiento en vacío,

en el que se establece una descarga eléctrica de arco entre al menos un ánodo y un cátodo de una fuente de arco en una atmósfera, que contenga un gas reactivo, y generando en la superficie de un blanco conectado eléctricamente con el cátodo un campo magnético exterior, que comprende una componente Bz perpendicular a la superficie del blanco y una componente Br radial o paralela al la superficie menor que aquella, para la asistencia del proceso de vaporización, por el hecho de que un sistema magnético formado por al menos una bobina polarizada axialmente se ataca con la corriente de excitación, caracterizado porque el sistema magnético posee una forma geométrica y un tamaño análogos a los del blanco y porque en la superficie del blanco se elige la componente Bz perpendicular en un margen entre 3 y 50 Gauss.

Procedimiento para el depósito de capas eléctricamente aislantes Ámbito técnico

Procedimiento para crear capas aislantes por medio de una o de varia fuentes de arco, no generando en la superficie del blanco un campo magnético o sólo un campo débil para favorecer el proceso de vaporización. El invento se refiere en especial a la creación de óxidos y al funcionamiento de la al menos una fuente de arco en una atmósfera, que contenga oxígeno.

Definiciones

En el marco de la presente solicitud, que se compone de descripción, figuras y reivindicaciones, entendemos bajo campo magnético débil un campo magnético entre 3 y 5 Gauss (incluidos los dos límites), con preferencia entre 5 y 25 Gauss (Incluidos los dos límites).

En la presente solicitud, que se compone de descripción, figuras y reivindicaciones, entendemos bajo material mal conductor o peor conductor un material cuya conductividad eléctrica sea menor que la conductividad eléctrica de metales, respectivamente aleaciones de metales.

En el marco de la presente solicitud, que se compone de descripción, figuras y reivindicaciones entendemos bajo campo magnético esencialmente perpendicular a la superficie del blanco, un campo magnético, que posee una componente paralela a la superficie del blanco - componente radial - que es menor que la componente perpendicular a la superficie del blanco: el vector de campo resultante forma con una perpendicular a la superficie del blanco un ángulo, cuyo valor es menor que 45°. La componente radial del campo también puede valer en este caso cero, coincidiendo entonces el vector de campo y la perpendicular a la superficie.

En el marco de la presente solicitud, que se compone de descripción, figuras y reivindicaciones entendemos bajo una bobina polarizada esencialmente en sentido axial una bobina, cuyo eje forme con la perpendicular a la superficie del blanco en el centro de esta un ángulo, cuyo valor es inferior a 45°.

Bajo sistema magnético, que se compone de una bobina, que posee una forma geométrica análoga al contorno del blanco, un sistema magnético, que en una vista en planta sobre la superficie del blanco, se extienda en el interior y/o el exterior de la superficie del blanco y a lo largo de la zona de su contorno, que en una vista lateral está dispuesta al menos parcialmente por debajo y/o al menos parcialmente por encima y/o al menos parcialmente a la

misma altura que el borde del blanco.

Estado de la técnica

Con los procedimientos de arco según el estado actual de la técnica se pueden utilizar en una manera muy deficiente o en modo alguno de una manera útil en la práctica industrial fuentes de chispas en una atmósfera, que contenga oxígeno, en especial en oxígeno puro. Así por ejemplo, en la utilización de las fuentes de arco conocidas, cuyos campos magnéticos estén diseñados para propagar las chispas sobre pistas esencialmente circulares se comprobó, que las superficies del blanco se cubren con capas gruesas de óxido y que el proceso de recubrimiento se vuelve inestable. La superficie del blanco sobre la que discurre la chispa se estrangula, es decir, que la chispa discurre sobre una superficie continuamente menguante del blanco y la superficie de blanco no utilizada es oxidada Intensamente. Esto conduce en primer lugar a una intensa formación de salpicaduras y finalmente a inestabilidades y a la extinción de la chispa.

Un proceso en el que los blancos del arco se bañan con un gas inerte y en el que el gas reactivo se inyecta en la proximidad de la superficie del substrato no puede ser utilizado, debido al elevado coste de la instalación, en todos los casos y no siempre conduce al éxito, ya que con una concentración demasiado elevada del gas inerte se deposita por ejemplo una mezcla de metal y del compuesto metálico realmente deseado.

Otra posibilidad para solucionar este problema es pulsar el chorro de chispas aplicando al mismo tiempo una fuente de alimentación con corriente continua y una fuente de Impulsos, como se describe en los documentos CH 518/5 y CH 1289/25, o aplicando una sola fuente de corriente pulsada. De esta manera también se pueden utilizar varias fuentes de arco de manera continua y estable, cuando se propagan en una atmósfera de oxígeno y sus superficies de cubren durante el proceso con una capa aislante. Sin embargo, para ello es necesario, además de una fuente de alimentación con corriente continua una fuente adicional de corriente pulsada o un generador Individual especial, correspondientemente caro, que pueda superponer a una corriente de base un esquema adecuado de Impulsos.

En el depósito de capas conductoras, como por ejemplo TIN, AITIn, AlCrN y otras, se sabe ya desde hace tiempo, que con un campo magnético creciente paralelo a la superficie decrece la densidad de las gotitas, mientras que con líneas de campo orientadas perpendicularmente a la superficie del blanco tiende a la emisión de macropartículas mayores. En los documentos CH 792/6 y WO 24/57642 se divulgan ejemplos de fuentes de arco con líneas

de campo esencialmente paralelas a la superficie, respectivamente con una componente pequeña de campo magnético perpendicular.

Además, a través del documento DE 4223592 (Hovsepian) se sabe, que para la minimización de la cantidad de gotitas y la optimación del rendimiento del blanco se puede ajustar un campo magnético externo al correspondiente valor del campo magnético propio generado con el arco voltaico, respectivamente al campo magnético propio generado en la superficie del blanco, que no sea superior a 1 Gauss (= 1'3 Tesla). Esto se puede conseguir por ejemplo con una bobina conectada entre el blanco y la fuente de corriente. La potencia del vaporizador es estabilizada adicionalmente por la bobina magnética y al mismo tiempo se incrementa la formación de plasma.

En el documento US 6,334,45 se propone un principio totalmente distinto con una propagación de las líneas de campo, que es esencialmente perpendicular a la superficie del blanco. La bobina o el anillo magnético generador del campo se disponen en este caso a la misma altura o delante de la superficie del blanco. Al mismo tiempo se utilizan campos magnéticos manifiestamente más intensos que en los procedimientos mencionados.

En el estado actual de la técnica no se conoce la optimización de los campos magnéticos con vistas a una vaporización con chispas para la obtención de capas oxidantes, respectivamente oxídicas, en la que se creen sobre la superficie del blanco, al menos temporalmente, zonas de capas aislantes o al menos peor conductoras. Los procedimientos de arco para el depósito de estas capas no se utilizan hasta el momento, debido a las dificultades descritas, industrialmente y también en el estado de la técnica sólo se mencionan en casos aislados.

La patente EP 285745 B1 representa una excepción, ya que en ella se describe una reducción de las gotitas durante la vaporización con chispa, que se basa en el recubrimiento mutuo de, por ejemplo de dos blancos de chispas enfrentados. Esto se apoya en la observación de que después de evacuar la instalación de recubrimiento en vacío e inmediatamente después del encendido de la chispa esta es más disgregada durante el tiempo inicial y genera menos gotitas. La memoria describe un procedimiento para el recubrimiento de piezas con diferentes combinaciones, que contienen metales, como TiN, ZrN y Zr2, siendo expuesto el blanco de la chispa a un nuevo recubrimiento por medio de una segunda fuente de vaporización posicionada adecuadamente en una proporción del 12 % al 25 % de la tasa propia de vaporización. Las bobinas para generar los campos magnéticos encima del blanco de la chispa son en este caso bobinas de Helmholtz dispuestas exteriormente al vacío, que con intensidades del campo magnético de aproximadamente 1 Gauss ya permiten un aumento de las tasas de recubrimiento mutuo. Sin embargo, un procedimiento de esta clase es problemático por varias razones. Por un lado, es preciso mantener una determinada disposición del blanco, asegurando al mismo tiempo la uniformidad del recubrimiento y, por otro, debido al recubrimiento mutuo se produce siempre una pérdida de tasa de recubrimiento sobre las piezas y a consecuencia de ello una menor rentabilidad del procedimiento.

El documento US 23/29424 A1 divulga un procedimiento para la fabricación de, por ejemplo, capas de óxido sobre una pieza por medio de un recubrimiento en vacío. Se utiliza la descarga eléctrica de un arco de corriente continua entre el ánodo y cátodo de una fuente de arco en una atmósfera, que contenga un gas reactivo. En la superficie del blanco se genera un campo (54) magnético esencialmente perpendicular a la superficie del blanco. Entre el cátodo y el ánodo se dispone... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la obtención de capas aislantes sobre al menos una herramienta por medio de un recubrimiento en vacío, en el que se establece una descarga eléctrica de arco entre al menos un ánodo y un cátodo de una fuente de arco en una atmósfera, que contenga un gas reactivo, y generando en la superficie de un blanco conectado eléctricamente con el cátodo un campo magnético exterior, que comprende una componente Bz perpendicular a la superficie del blanco y una componente Br radial o paralela al la superficie menor que aquella, para la asistencia del proceso de vaporización, por el hecho de que un sistema magnético formado por al menos una bobina polarizada axialmente se ataca con la corriente de excitación, caracterizado porque el sistema magnético posee una forma geométrica y un tamaño análogos a los del blanco y porque en la superficie del blanco se elige la componente Bz perpendicular en un margen entre 3 y 5 Gauss.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la componente Bz perpendicular se ajusta en la superficie del blanco en una margen entre 5 y 25 Gauss.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema magnético está dispuesto en un plano con la superficie del blanco o, con preferencia, detrás de la superficie del blanco.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la descarga de chispas, respectivamente la al menos una fuente de arco se alimenta al mismo tiempo con una corriente continua y con una corriente pulsada o, respectivamente alterna.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque por medio de un recubrimiento aislante de la superficie del blanco se obtiene un aumento de la fracción de corriente continua de la tensión de fuente de al menos un 1 %, con preferencia al menos un 2 % con relación al funcionamiento con una superficie sin recubrimiento aislante.

6. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque entre el cátodo de una fuente de arco como primer electrodo y un segundo electrodo dispuesto separado de la fuente de arco se aplica una alimentación con corriente pulsada.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el segundo electrodo se hace funcionar como cátodo de una fuente de arco adicional conectada igualmente con una fuente de alimentación de corriente continua.

8. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque como segundo electrodo se conecta un cátodo de pulverización catódica.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se utilizan al menos dos blancos en una disposición mutua angular o enfrentada y porque entre los blancos se dispone al menos una pieza.

1. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la corriente de excitación, que es corriente continua y/o de la corriente pulsada, respectivamente alterna, es la que se aplica al cátodo desde la fuente a alimentación a través de la bobina.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la bobina se diseña de tal modo, que el campo magnético exterior se ajuste durante el flujo de la corriente de excitación al valor del campo magnético propio de la corriente del arco voltaico.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque se utiliza una bobina con un número de espiras entre 1 y 2, con preferencia entre 1 y 1, en especial entre 1 y 5 espiras.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se utiliza un blanco de una aleación, que contenga aluminio y desde la superficie del blanco se vaporiza una aleación, que contiene aluminio, respectivamente un compuesto de una aleación, que contenga aluminio.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque la aleación comprende aluminio puro, respectivamente una aleación de aluminio con uno o varios metales de transición de los grupos IV a VI así como Fe, Si, B y C, pero con preferencia una aleación AITi, AITa, AIV, AlCr, respectivamente una aleación AlZr.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la atmósfera con contenido en gas reactivo comprende oxígeno, respectivamente se compone de oxígeno y porque se deposita una capa, que contiene óxido, con preferencia un óxido.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque además de la al menos una capa, que contiene óxido se aplica sobre la pieza al menos otra capa de adherencia y/o dura, aplicando con preferencia como último paso de recubrimiento una capa, que contenga óxido, con preferencia un óxido.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado porque al menos una vez se aplica entre dos capas de adherencia, duras y/o de óxido inmediatamente sucesivas una capa de transición, que contenga los elementos de las dos capas, que se suceden se manera inmediata.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque la atmósfera con contenido en gas 5 reactivo comprende un compuesto, que contenga boro, respectivamente sea un compuesto, que contiene boro, y

porque se deposita una capa, que contenga boro, con preferencia un boruro, con especial preferencia TiB2.

19. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de arco funciona individualmente en una instalación de recubrimiento en vacío o porque otras fuentes de recubrimiento se disponen en la instalación de recubrimiento con vacío de tal modo, que el grado de re-recubrimiento de la superficie del blanco sea inferior al 1

%, con preferencia inferior al 5 %, con especial preferencia inferior al 1 % de la cantidad de metal vaporizada por el

cátodo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque entre el cátodo y el ánodo se dispone un anillo de limitación aislado eléctricamente de ambos, que se compone de un aislador eléctrico, con preferencia BN, o de metal, con preferencia de Al, Cu, Ag.