Die Abkürzung DLC steht für diamond-like carbon, sprich diamantartigen Kohlenstoff. DLC-Schichten sind amorph aufgebaute Kohlenstoff-schichten, die im Wesentlichen Eigenschaften des Graphits und des Diamanten haben. Sie bestehen aus sp²-und sp³-Bindungen. sp^2-Bindungen sind charakteristisch für Graphit und sp^3-Bindungen für Diamant. Da DLC-Schichten über beiderlei Bindungsarten verfügen, spricht man auch von dicht amorphen diamantartigen Kohlenstoffschichten.

Hergestellt werden die DLC Schichten in einem unter Vakuum stehenden Reaktor. In dem Reaktor befinden sich zwei horizontal einge-baute Graphitelektro-den, zwischen denen ein Lichtbogen gezündet wird. Eine der Graphitelektroden fungiert als Kathode, die andere als Anode. Um den Lichtbogen zu zünden, wird zusätzlich Argon eingeleitet, das sehr leicht ionisiert. Der Graphit an den Elektroden wird aufgrund der extremen Temperaturen in einem Lichtbogen in die Plasmaphase überführt. Das Plasma, welches durch die Energieeinbringung des Lichtbogens entsteht, befindet sich in Form einer Wolke zwischen der Kathode und der Anode. Unterhalb der Plasmawolke befindet sich ein Substrathalter, auf dem eine Probe aus Metall, Kunststoff oder Glas aufgelegt wird.

Die räumliche Nähe zum Plasma führt dazu, dass sich der in der Plasmaphase befindliche
Kohlenstoff in Form von DLC-Dünnschichten auf dem Substrat niederschlägt. Zusätzlich wird eine gepulste Bias-Spannung angelegt, wodurch der im Plasma befindliche Kohlenstoff mit entsprechend hoher Energie auf das Substrat gelangt. Die hohe Energie bewirkt die Bildung von sp³-Bindungen. Dabei gilt bis zum Erreichen eines Maximums: je höher die Bias-Spannung, desto härter die Schicht.

Als zusätzliche Komponente kann außerdem Wasserstoff während des Beschichtungsvorgangs eingebracht werden, der Verbindungen mit dem Kohlenstoff eingeht. In DLC-Schichten ohne Wasserstoff (taC- tetragonaler Kohlenstoff) kann der Anteil an sp³-Bindungen meist über 85% liegen [24], dementsprechend liegt der sp²-Bindungsanteil niedriger. In Schichten mit Wasserstoff (a-C:H) ist der sp³-Anteil meist kleiner als 50% [24], dementsprechend ist der sp²-Anteil aber höher.

Aufgrund der Stoffcharakteristika von Diamant und Graphit ergeben sich zahlreiche günstige Eigenschaften von DLC-Schichten. Sie sind sehr hart, aber auch zäh. Abgeleitet bedeutet dies, dass Schichten ohne Wasserstoff härter, aber weniger zäh sind, mit Wasserstoff dafür im Vergleich weniger hart, aber dafür zäher.

Die unterschiedlichen Härten wirken sich positiv auf den Reibungskoeffizienten aus. Je härter die Schicht, desto kleiner der Reibungskoeffizient. Daraus ergibt sich ein sehr günstiger Verschleißwiderstand, der 10-fach kleiner als ohne DLC-Schicht liegen kann [26]. Die besten Verschleißergebnisse werden bei DLC-DLC Gleitpaarungen erzielt [27].

Qellenverzeichnis:

[24] Grill, A.:
Diamond-like carbon: state of the art, Diamond and Related Materials (1998), www.scopus.com (03.08.06, 14:35 Uhr)

[26] Sheeja, D.; Tay, B. K.; Nung, L. N.:
Feasibility of diamond-like carbon coatings for orthopaedic applications, Diamond and Related Materials 13 (2004), www.scopus.com (26.07.06, 14:46 Uhr)

[27] Grill, A.:
Diamond-like carbon coatings as biocompatible materials - an overview, Diamond and Related Materials 12 (2003), www.scopus.com (28.07.06, 17:36 Uhr)