PVD- und PECVD-Technologie
PVD- und PECVD-Hartstoffbeschichtung sind Technologien, mit denen unter Hochvakuumbedingungen (10^-5) dünne Schichten auf die Oberfläche eines Objekts aufgebracht werden. Sie werden oft einfach als PVD abgekürzt, was eine große gedankliche Abkürzung ist, da es viele Varianten dieser Technologie gibt.
Im Allgemeinen wird das zu beschichtende Objekt in eine beheizte Kammer gelegt, in der der Druck während des Prozesses reduziert und die erforderliche Temperatur aufrechterhalten wird. Sobald die erforderlichen Vakuum- und Temperaturwerte erreicht sind, beginnt der Beschichtungsprozess, dessen Einzelheiten von der gewählten PVD-Technik abhängen.
PVD-Arten – über PVD-Beschichtungsverfahren
PVD – kurz für Physical Vapor Deposition – ist eine Hochvakuum-Dampfabscheidungstechnik. Die PVD-Beschichtungsarten lassen sich je nach Anregungsmethode des Ausgangsmaterials und der Reaktivität des Prozesses unterscheiden. Zu den reaktiven Verfahren zählen die PVD-Hartstoffbeschichtungsverfahren, also PVD (CAE) und PVD (MS). Beschichtungen, die durch reaktive Verfahren hergestellt werden, weisen eine höhere Haltbarkeit auf als Beschichtungen durch nicht-reaktive Vakuummetallisierung. Daher sind je nach den Anforderungen an Eigenschaften und Farbe bestimmte Arten der Beschichtungsapplikation mehr oder weniger geeignet.
Bei Coating Factory sind wir die einzigen auf dem lokalen Markt, die beide Arten von PVD-Hartstoffbeschichtungen (sowie PECVD, wie unten beschrieben) anbieten.
PVD (CAE): Cathodic Arc Evaporation Process
Das PVD-Verfahren (CAE) basiert auf der Verdampfung eines Ausgangsmaterials durch einen elektrischen Lichtbogen und ist das am häufigsten verwendete Verfahren für dekorative PVD-Beschichtungen. Bei diesem Verfahren wird ein elektrischer Lichtbogen über die Oberfläche eines Metalltargets (Quelle) geführt, wodurch dieses verdampft.
Das PVD-Verfahren (CAE) läuft bei relativ hohen Temperaturen (im Bereich von 150–300 °C) ab und ist der schnellste der drei beschriebenen Prozesse. Sein großer Vorteil führt zu seiner weitverbreiteten Verwendung bei der Beschichtung von Metallelementen, da der Prozess qualitativ und wirtschaftlich sehr effektiv ist. Aufgrund der hohen Prozesstemperaturen und der Eigenschaften der Quellenverdampfung ist die Abscheidung von Beschichtungen durch das PVD-Verfahren (CAE) auf Kunststoffen stark eingeschränkt. Daher werden für diese Materialien PVD- (MS) und PECVD-Technologien empfohlen.
Mit diesem Verfahren können die Standardfarben der PVD-Beschichtung wie Gold, Chrom, Kupfer und deren Derivate bis hin zu Dunkelgrau abgedeckt werden.
PVD (MS): Magnetron Sputtering process
Beim PVD-Verfahren (MS) wird ein Target (Quelle) durch den Beschuss mit angeregten Gasionen (in der Regel Argon) zerstäubt. Die Verdampfung des Materials erfolgt durch die kinetische Wirkung zwischen einzelnen Gasionen und Metallatomen auf der Oberfläche des Targets.
Aufgrund der milderen Anregungseigenschaften im PVD-Verfahren (MS) kann der Prozess bei niedrigeren Temperaturen (sogar Raumtemperatur) ablaufen und das angeregte Plasma ist homogener. Dies bedeutet, dass sich die PVD-Technologie (MS) besser zum Auftragen von Beschichtungen auf Kunststoffe eignet. Bei Beschichtungen, die mit dem PVD-Verfahren (MS) erzielt werden, sind diese glatter (weisen eine geringere Rauheit auf) als beim CAE-Verfahren. Der Betrieb bei niedrigeren Temperaturen und mit subtilerer Quellenanregung führt zu längeren Prozesszeiten, wodurch CAE für Standardanwendungen und -farben weniger teuer ist als MS.
Zu den Vorteilen der im PVD-Verfahren (MS) erzielten Beschichtungen zählen u.a. der Effekt größerer Farbtiefe, geringere Rauheit, der „Soft-Touch“-Effekt oder einfach die Tatsache, dass sie sich erfolgreich auf Dekorations- und Gebrauchselemente aus Kunststoff, Keramik und natürlich Metall auftragen lassen.
PECVD – Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung
PECVD – kurz für Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition – ist ein weiteres Verfahren zur Beschichtungsabscheidung im Hochvakuum. Dabei handelt es sich um eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung. Mit diesem Verfahren hergestellte Beschichtungen werden umgangssprachlich auch als PVD-Beschichtungen bezeichnet, was jedoch aus technischer Sicht ein Irrtum ist. Dank einer völlig anderen Art der Reagenzienzufuhr zur Kammer ermöglicht diese Technologie die Herstellung stöchiometrisch komplexerer Beschichtungen, darunter insbesondere DLC-Beschichtungen (Diamond Like Carbon). Auch in diesem Fall sind wir als Coating Factory die einzigen auf dem lokalen Markt, die über PECVD-Technologien für dekorative Anwendungen im großen Maßstab verfügen.
PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition
Beim PECVD-Verfahren ist die Materialquelle für die abzuscheidende Schicht das in die Kammer eintretende Gas. Dieses Gas wird unter Zufuhr einer großen Menge an Energie zersetzt, indem es durch ein Plasma geleitet wird. Der Vorläufer, der die Elemente liefert, die für die Herstellung der gewünschten Beschichtung erforderlich sind, besteht daher aus einer Vielzahl von Gasen.
Ein eindeutiger Vorteil dieser Technologie ist die Möglichkeit, kohlenstoffhaltige Beschichtungen, so genannte DLC-Beschichtungen, herzustellen, die wie schwarze PVD-Beschichtungen (MS) eine sehr tiefschwarze Farbe, geringe Rauheit oder einen „Soft-Touch“-Effekt haben können. Ein besonderer Unterschied liegt jedoch in den Beständigkeitseigenschaften von DLC-Beschichtungen; ihre hohe Festigkeit und ihr niedriger Reibungskoeffizient bedeuten, dass sie nicht nur in dekorativen Anwendungen, sondern auch in funktionellen Anwendungen, bei denen gute tribologische Eigenschaften erforderlich sind, ihren Platz finden.
Die Reagenzien aus dem eingeleiteten Gas (Vorläufer) verteilen sich sehr gleichmäßig in der Kammer, wodurch es möglich ist, im PECVD-Verfahren sehr komplexe geometrische Formen zu beschichten und dabei eine hohe Oberflächengleichmäßigkeit und Festigkeit beizubehalten.
Reinigung und Oberflächenaktivierung vor dem Beschichten
Qualitätskontrolle und interne F+E
Qualitätskontrolle und Labortests bei Coating Factory: Wir überwachen die von uns erbrachten Dienstleistungen in mehreren Phasen. Die Analyse jedes beschichteten Elements wird während der einzelnen Produktionsphasen durchgeführt, beginnend mit der Eingangskontrolle und endend mit der Kontrolle, wenn die Elemente für den Versand verpackt werden.
Um die Produktionsstabilität aufrechtzuerhalten, führen wir auch Farbkontrollen an Produktionschargen durch. Außerdem führen wir systematisch eine gründliche Analyse der mechanischen Eigenschaften der Farbe der hergestellten Beschichtungen anhand von Referenzmustern durch, die im selben Produktionsprozess beschichtet wurden.
Was zeichnet die bei CoatingFactory eingesetzten Lösungen aus
Individuelle Farben, auf dem Markt vorhanden, und sogar tiefes Schwarz
Unsere Technologie ermöglicht die Herstellung individueller Farbtöne entsprechend den Kundenvorstellungen oder in Anpassung an die am Markt verfügbaren Farben. Auch eine tiefschwarze Färbung ist möglich.
Berührungsfreie Reinigung und Oberflächenaktivierung
Dank unserer speziellen Waschanlage wird jedes Teil vor der Beschichtung gereinigt, wodurch die Menge an Abfall und Defekten auf der Oberfläche reduziert wird.
Präzise Prozesssteuerung
Eine präzise Prozesssteuerung ermöglicht eine hohe Wiederholbarkeit der Produktion, die Herstellung einzigartiger Beschichtungsfarben und die Beschichtung verschiedener Materialtypen. Sie ermöglicht auch eine hohe Farbgleichmäßigkeit.
DLC-Beschichtungen
Mit der PECVD-Technologie können wir spezielle Beschichtungen vom Typ DLC herstellen. Dabei handelt es sich um „diamond like carbon“-Beschichtungen mit besonders hoher Festigkeit und optischen Eigenschaften.
Soft-Touch-Effekt
Es ist möglich, einen „Soft-Touch“-Effekt zu erzeugen - dadurch sieht die schwarze PVD-Beschichtung weicher aus und fühlt sich weicher an als eine lackierte Beschichtung.
Große rechteckige Targets
Die verwendete Lösung ermöglicht ein homogeneres Plasma in der gesamten Kammer, was eine gleichmäßigere Farbbeschichtung ermöglicht.
Mehrere Technologien in einem Unternehmen
Dank unserer verschiedenen Technologien können wir Farben kreieren, die auf dem Markt einzigartig sind, und auch komplexere Komponenten beschichten.
Hochspezialisiertes Personal
Unsere Anlagen werden von hochqualifizierten Mitarbeitern bedient und gewartet. Dies gewährleistet ein gleichbleibendes Qualitätsniveau und eine klare, direkte Zusammenarbeit.
FAQ
PVD (CAE), PVD (MS) und PECVD sind nicht konkurrierende Technologien. Es gibt keine eindeutig optimale Technik für alle Anwendungen. Die Wahl der geeigneten Technik hängt vom Verwendungszweck des beschichteten Produkts ab.
Beispielsweise bietet PVD (CAE) bei der Massenproduktion von dekorativen Goldbeschichtungen klare Vorteile, während für tiefe Schwarztöne die PVD- (MS) oder PECVD-Verfahren die bessere Lösung darstellen.
Ja – aufgrund der geringen Dicke von PVD-Beschichtungen und der spezifischen Art ihrer Anwendung führt jede Verunreinigung des Teils vor der Beschichtung zu einem Defekt. Dabei kann es sich um optische Mängel oder um schwerer zu erkennende mechanische Mängel handeln.
Bei optischen Mängeln ist es sogar noch besser, da diese schnell auffallen. Mechanische Defekte hingegen können dazu führen, dass das Element innerhalb kurzer Zeit sein ursprüngliches Aussehen verliert, was zu Unzufriedenheit beim Verbraucher führen kann – deshalb ist es so wichtig, dass PVD-Beschichtungen ein entsprechendes Qualitätsniveau aufweisen.
Um eine gute Zusammenarbeit zu gewährleisten, ist es am besten, wenn die an uns gelieferten Teile in Standardbehältern verpackt sind. Um logistische Probleme zu vermeiden, sollten Sie nicht unterschiedliche Artikel in einem Paket mischen (z. B. zwei unterschiedliche Batterien in einem Karton) und keine Sicherheitsaufkleber anbringen. Wichtig ist außerdem, dass die Teile öl- und staubfrei sind.
All dies kann zu Schwierigkeiten im Standardprozess führen und auch dessen Kosten erhöhen. Alles hängt von den Möglichkeiten der einzelnen Parteien ab und bei Bedarf können individuelle Vereinbarungen getroffen werden.
Bei dekorativen Beschichtungen dauern Standardzyklen 1–2 Stunden. Dies hängt von der Farbe, der erwarteten Beschichtungsqualität und der Geometrie der zu beschichtenden Komponenten ab.
Es kommt vor, dass einige Unternehmen kürzere Zyklen praktizieren, um Kosten zu sparen, da es in manchen Fällen auf den ersten Blick schwierig zu überprüfen ist, ob die visuelle Qualitätskontrolle erfolgreich war. Allerdings ergeben sich mit der Zeit Probleme, da eine Beschichtung, die in einem zu kurzen Zyklus (unter Auslassung wichtiger Prozessschritte) hergestellt wird, deutlich weniger haltbar ist. Bei kurzen Zyklen kommt es häufig zu Problemen mit der Farbgleichmäßigkeit und dem Farbton.
Abhängig von den verwendeten Quellen und Gasen sowie den Prozessparametern ist es möglich, eine große Bandbreite an Farben zu erzeugen, z. B. Gold, Chrom, Kupfer, Bronze, Tiefschwarz, Rotguss, Mischfarben (Regenbogeneffekt). Weitere Farben finden Sie auf der Registerkarte PVD und PECVD-Beschichtungsanwendungen.
Der erste Unterschied besteht darin, dass DLC-Beschichtungen (diamond-like carbon) im PECVD-Verfahren erzeugt werden, das sich vom PVD-Verfahren unterscheidet. Dies wird im Detail auf der Registerkarte „PVD-Technologien“ beschrieben. DLC-Beschichtungen enthalten in ihrer Zusammensetzung Kohlenstoff, der die Bildung von SP2- und SP3-Bindungen ermöglicht – abhängig von ihren Anteilen haben sie unterschiedliche Eigenschaften. Die spezifischen Merkmale von DLC-Beschichtungen sind:
- extrem hohe Härte (bis zu 3000 HV)
- reduzierter Adhäsionsverschleiß
- niedriger Reibungskoeffizient
- Möglichkeit, eine sehr tiefe schwarze Farbe zu erreichen (l-Faktor = 28, CIElab)
- Das PECVD-Beschichtungsverfahren (einschließlich DLC) ist teurer als die Standard-PVD-Beschichtungsabscheidung
Nachfolgend finden Sie eine kurze Antwort und unter dem folgenden Link einen ausführlicheren Artikel: coatingfactory.pl/pvd-a-metalizacja-pvd
Auf den ersten Blick ähneln sich die Verfahren, denn begrifflich handelt es sich bei beiden um PVD-Verfahren – also physikalische Gasphasenabscheidung.
Die Unterschiede bestehen also weiterhin. Das Aufbringen von PVD-Hartstoffbeschichtungen ist ein reaktiver Prozess, bei dem eine spezielle Keramikschicht (z. B. TiN) abgeschieden wird. Bei der Metallisierung handelt es sich dabei um die Verdampfung von Metall und dessen Abscheidung auf der zu beschichtenden Komponente (also die Übertragung von Punkt A nach B, ohne Reaktion). Die Hauptunterschiede zwischen diesen Technologien liegen in der Prozesszeit, der Art der Verdampfungsquelle und darin, ob in der Kammer eine Reaktion stattfindet oder nicht.
Das Aufbringen von PVD-Hartstoffbeschichtungen führt zu besseren mechanischen Eigenschaften und besserer Widerstandsfähigkeit der erhaltenen Schichten, allerdings auf Kosten der Prozesszeit. Mit PVD-Hartstoffbeschichtungen ist zudem eine größere Farbpalette realisierbar.
Aufgrund der Lebensdauer von PVD-Beschichtungen sind diese Leistungen teurer als die Metallisierung. Allerdings sind diese Verfahren nicht direkt konkurrenzfähig, da sich die Beschichtungen in ihrer Haltbarkeit deutlich unterscheiden.
Waldemar Furman
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