Constitution, microstructure, mechanical properties, and performance of magnetron‐sputtered carbon films with additions of silicon

Amorphous carbon films with additions of silicon were deposited by non-reactive magnetron sputtering on WC-Co hard metal and on silicon substrates. The targets were hot-pressed, homogenous mixtures of graphite and silicon carbide powder. Additional argon ion bombardment of the growing film was applied by a substrate bias varied between 0V and -800 V. The deposited amorphous carbon films with two different silicon contents (5 at.% and 23 at.% respectively) were characterised with respect to their microstructure, density, thickness, residual stress, Vickers hardness, Young's modulus, critical load of failure, friction coefficient, and wear behaviour. The residual stress of the carbon films could be remarkably lowered by silicon additions (23 at.%). The hardness reached high values (2200 HV0.05) and the friction coefficient for unlubricated sliding friction against a steel (1.3505) counterpart was as low as 0.06. Konstitution, Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften und Verhalten von magnetrongesputterten Kohlenstoffschichten mit Siliziumzusatzen Amorphe Kohlenstoffschichten mit Zusatzen von Silizium wurden nichtreaktiv durch Magnetronzerstaubung auf Substraten aus WC-Co Hartmetall und Silizium abgeschieden. Die neuartigen Targets wurden durch Heispressen einer homogenen Mischung aus Graphit- und Siliziumcarbidpulver hergestellt. Durch Anlegen einer elektrischen Substratvorspannung von 0 V bis -800 V wurden die aufwachsenden Schichten zusatzlich mit Argonionen unterschiedlicher Energie beschossen. Die abgeschiedenen amorphen Kohlenstoffschichten mit Zusatzen von Silizium (5 at% bzw. 23 at%) wurden hinsichtlich Struktur, Dichte, Dicke, Eigenspannungen, Vickersharte, reduziertem Elastizitatsmodul, kritischer Last des Versagens im Ritztest, Reibwert und Verschleisverhalten untersucht. Fur Schichten mit hohem Siliziumgehalt (23 at%) erfolgte eine erhebliche Reduzierung der Eigenspannung, die Harte wurde bei sehr hohen Werten stabilisiert (2200 HV0,05) und der Reibungskoeffizient fur ungeschmierte Gleitreibung gegen Stahl (1.3505) erreichte 0,06.