Die Erfindung bezieht sich auf ein Dichtungselement, ins¬ besondere für .Absperr- und Regelorgane. Es besteht aus einem scheibenförmigen, kolbenförmigen oder kugelförmigen Absperrkörper. Der Absperrkörper kann aus einem metallischen oder nichtmetallischen Werkstoff bestehen. Bei diesem Werkstoff kann es sich beispielsweise auch um einen Keramikwerkstoff handeln, wozu auch Aluminiumoxid A1 ₂ 0 ₃ und die verschiedenen Siliciumcarbide Sie, Si ₂ C und Siliciu nitrid Si ₃ N ₄ gehören.

Auf einer Arbeitsfläche (Dichtfläche) des Absperrkörpers ist im Wege der Plas a-CVD oder Plasmapolymerisation in einer Beschichtungskammer eine Hartstoffschicht aufge¬ tragen, die Kohlenstoff und Silicium enthält.

Die Hartstoffschicht kann im wesentlichen homogen sein. Sie kann aber auch einen lamellenartigen Aufbau besitzen. Vorteilhafterweise kann die Hartstoffschicht einen auf die Arbeitsfläche des Absperrkörpers aufgetragenen Haftschichtanteil und einen anschließenden Deckschicht(Gleitschicht)anteil umfassen. Der Haft¬ schichtanteil kann einen die Haftung an der Arbeitsfläche des Absperrkörpers begünstigenden ersten Siliciu anteil, und der anschließende kohlenstoffhaltige Deck- εchichtanteil kann zur Erzielung niedriger Gleit- und Haftreibungskoeffizienten einen geringeren zweiten

Siliciumanteil besitzen als der Haftschichtanteil. Der Haftschichtanteil kann auch siliciumfrei sein.

Die Abscheidung aus dem Plasma erfolgt durch Ionenbe- schuß, z.B. mittels einer Glimmentladung oder durch eine zusätzliche Ionenkanone. Aus einer kohlenwasserstoff- haltigen Atmosphäre kann dabei eine verschleißfeste kohlenstoffhaltige Schicht zur Abscheidung gebracht werden, die ausreichend niedrige Gleit- und Haftreibungs- koeffizienten aufweist.

Ein Dichtungselement der vorstehenden Art mit einer Hartstoffschicht, die einen auf die Arbeitsfläche des Absperrkörpers aufgetragenen Haftschichtanteil und einen anschließenden Deckschichtanteil umfaßt und das zuge¬ hörige Plasma-CVD-Beschichtungsverfahren zum Auftragen der Hartstoffschicht auf die Arbeitsfläche des Absperr¬ körpers ist durch die DE-OS 38 32 692 bekannt.

Hiernach werden Absperrkörper zur Beschichtung ihrer Ar¬ beitsflächen auf einem relativ zum Plasma negativ ge¬ polten Probenhalter in der Beschichtungskammer gelegt. Zur anfänglichen physikalischen Ätzung der Arbeitsflächen der Absperrkörper mit Argon wird die Beschichtungsanlage zunächst als Kathodenzerstäubungs(Sputter)-Anlage be¬ trieben. Zur anschließenden Abscheidung des Haftschicht¬ anteils der Hartstoffschicht auf die geätzte Arbeits¬ fläche wird dieselbe Anlage dann unter bestimmten ersten Prozeßparametern als Hochfrequenz-Plasma-CVD-Anlage be- trieben, wobei das Argongas in der Beschichtungskammer, z.B. durch Tetramethylsilan ersetzt wird. Unter ge¬ änderten zweiten Prozeßparametern wird anschließend nach der Abscheidung des Haftschichtanteilε der Deck- bzw. Gleitschichtanteil aus einem Gasgemisch aus Tetramethyl-

εilan und Hexan abgeschieden.

Die hiernach erhaltenen Dichtungselemente (es kann sich vorteilhafterweise um beschichtete Keramikscheiben für Wasserarmaturen, z.B. Einhandmischer, handeln) besitzen dank der aufgetragenen Hartstoffschicht auch in Gegenwart von Wasser beim Aufeinandergleiten ausreichend niedrige Gleit- und Haftreibungskoeffizienten, so daß ein Ein¬ fetten der Dichtungsflächen nicht länger notwendig ist, wie es bislang bei unbeschichteten Keramikscheiben er¬ forderlich war.

Nachteilig ist bei den bekannten Dichtungselementen, die mit einer ein- und mehrschichtigen Hartstoffschicht be- schichtet sind, daß ihre Heißwasserbeständigkeit vielfach unbefriedigend ist. Das gilt insbesondere dann, wenn eine Heißwasserbeständigkeit von mehr als 1000 Betriebsstunden erreicht werden soll, ohne daß die aufgetragene HartstoffSchicht sich vom Absperrkörper ablöst.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dichtungselement der eingangs genannten Art anzugeben, das bei ausreichend niedrigen Haft- und Gleitreibungskoeffizienten an der Gleitschichtoberfläche eine hohe Heißwasserbeständigkeit aufweist. Bevorzugte Dichtungselemente, insbesondere in Scheibenform sollen eine Heißwasserbeεtändigkeit bei 95°C über einen ausreichenden Betriebszeitraum, z.B. von mindestens 1000 Stunden aufweisen, ohne daß vor allem die Haftung der Hartstoffεchicht am Absperrkörper wesentlich in Mitleidenschaft gezogen wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Aus¬ führungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Merk-

malen der Unteransprüche.

Es war erfinderseits überraschend, daß durch ein Tempern der fertig beschichteten Absperrkörper ihre Heißwasεerbe- ständigkeit wesentlich erhöht werden kann. Es war nicht voraussehbar, daß durch ein gezieltes Tempern der be¬ schichteten Absperrkörper insbesondere eine Haftver¬ stärkung der aufgetragenen Hartstoffschicht an dem Ab¬ sperrkörper erreicht werden kann, wobei erstaunlich gute reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden konnten, was für eine Fertigung der Dichtungselemente mit der ange¬ strebten hohen Qualität in hoher Stückzahl im industriellen Maßstab von besonderer Wichtigkeit ist.

Besonders gute Ergebnisse werden erfindungsgemäß er¬ reicht, wenn die aufgebrachte HartstoffSchicht einen Haftschichtanteil und einen Deckschichtanteil ent¬ sprechend der vorstehend genannten DE-OS 38 32 692 auf¬ weist und dabei der Schichtenaufbau der Hartstoffschicht in einer Weise optimiert ist, daß der Haftschichtanteil der Hartstoffschicht nicht nur ausreichend hohe Haftungs¬ eigenschaften an der Arbeitsfläche des Absperrkörpers aufweist, sondern auch die hohen Eigenεpannungen des ver¬ gleichsweise relativ harten und spröden Gleitschicht- anteils der Hartstoffschicht sicher aufzunehmen vermag. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn erfindungsgemäß der Gleitschichtanteil weitgehend dünn und der Haftεchicht- anteil demgegenüber ausreichend dick gewählt ist damit er die Eigenspannungen des Gleitschichtanteiles aufzunehmen vermag.

Dem Haftschichtanteil kommt daher erfindungsgemäß die doppelte Aufgabe zu, einerseits die notwendige Haftung an dem Absperrkörper auch unter extremer Heiß-

wasserbelastung bei 95°C während langer Betriebszeiten von 1000 und mehr Stunden sicher aufrecht zu erhalten und andererseits die Eigenspannungen des Gleitschichtanteileε ohne wesentlichen Verlust an Haftungsstärke auf Dauer aufnehmen zu können. Durch das erfindungsgemäße Tempern lassen sich diese Eigenschaften des Haftschichtanteils überraschenderweise wesentlich verbessern und langzeitig sichern.

Das Tempern eines Absperrkörperε kann nach εeiner Be¬ schichtung innerhalb der Beschichtungskammer oder auch außerhalb dieser z.B. in einem Autoklaven oder der¬ gleichen Druckbehälter vorgenommen werden. Das Tempern kann in einer sauerεtoffhaltigen Atmosphäre oder auch an der Luft oder in Gegenwart von Luft bei Atmosphärendruck durchgeführt werden. Daε Tempern kann bei Temperaturen zwiεchen 100 bis 1500°C, vorzugsweise zwischen 400 und 1000°C erfolgen, wobei vorzugsweise Temperungszeiten zwischen 0,5 biε 60 min liegen können. Hervorragende Er- gebniεεe werden bei Temperaturen von 500 und 900°C er¬ reicht.

Die Erfindung wird nachεtehend ohne jede Beschränkung an¬ hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Zur Be- Schichtung wird eine Beschichtungskammer verwendet, die im wesentlichen der Beschichtungskammer entεpricht, wie sie bereits in der DE-OS 38 32 692 gezeigt ist.

Die bekannte Beεchichtungskammer besteht im Prinzip aus einem elektriεch leitenden Kammerboden, an dem ein eben- fallε elektriεch leitendeε, allεeitε abgeschlosεeneε Kammergehäuse angeschlossen ist. Der Kammerboden besitzt einen isolierten Anschluß für eine Durchführung, die eine Verbindung zwischen der als Kathodenauflage dienenden

Kathode und einer elektriεchen Versorgung in der Gestalt einer Hochfrequenzeinrichtung herstellt. Auf die Kathodenauflage werden die Absperrkörper mit der zu be¬ schichtenden Fläche nach oben gelegt. Im vorliegenden Fall handelt es sich, ohne Einschränkung, um A1 ₂ 0 ₃ - Keramikεcheiben für Hydraulikarmaturen, wobei die Keramikscheiben mit einer Hartstoffεchicht beεchichtet εind, im Sinne der DE-OS 38 32 692 auε einem Haft¬ schichtanteil und einem anschließenden Deckschichtanteil besteht.

Der Kammerboden besitzt außerdem einen zweiten Anschluεε für ein Absaugrohr, das an eine Vakuumpumpstation ange¬ schlossen ist. Schließlich besitzt der Kammerboden An- schlüεεe für die Zuleitung von Prozeßgaεen in die Be- εchichtungεkammer.

Zur Durchführung einer Beschichtung wird zunächεt die Vakuumpumpεtation eingeεchaltet und in der Beεchichtungε- kammer wird ein Druck von etwa 8 x 10~ ⁵ mbar eingeεtellt. Anεchließend wird über ein Gaεzuleitungεrohr Argon in die Beεchichtungεkammer eingeleitet biε ein Gaεdruck von etwa 6 μbar erreicht ist. Sodann wird die Hochfrequenz¬ einrichtung eingeschaltet und die Glimmentladung ge- zündet. Dabei wird eine Kathoden-gleichspannung von etwa 600 bis 800 V eingestellt. Hierbei arbeitet die Beschichtungsanlage zunächst als Kathodenzerstäubungs- (Sputter)anläge, in der die Kathodenauflage und die auf ihr liegenden Keramikεcheiben durch Ionenbeschuß physikaliεch geätzt werden. Die Xtzdauer beträgt etwa 15 bis 25 min, vorzugsweise 20 min.

Bereits etwas vor dem Ende der Ätzperiode wird der Zufluß von Argon in die Kammer stufenweise gedrosselt und

gleichzeitig Tetra ethylεilan (TMS) der Kammer stufen¬ weise in zunehmendem Maße zugeführt, um dadurch einen möglichst weichen Übergang zum Haftεchichtanteil der Hartstoffschicht zu erhalten. Bei einer verringerten Kathodenspannung von etwa 500 bis 600 V wird der Haft¬ schichtanteil der Hartstoffεchicht etwa 15 biε 30 min lang bis zu einer Stärke von etwa 1 μm auf den mit Argon geätzten Flächen zur Abscheidung gebracht. Hierbei handelt es sich um vor allem eine amorphe siliciumhaltige Kohlenεtoff-/Waεεerεtoffεchicht. Anεchließend wird der Gleitschichtanteil auf den Haftschichtanteil zur Abscheidung gebracht, wobei im Beispielsfalle in der Beschichtungskammer ein Gaεgemisch aus TMS und Hexan im Verhältnis von etwa 1:1.5 bis etwa 1:8, vorzugsweiεe etwa 1:2 bis 1:5 eingestellt wird. Hervorragende Ergebnisse werden mit einem Mischungsverhältniε 1:2 erzielt.

Um auch einen weichen Übergang vom Haftεchichtanteil zum Gleitschichtanteil zu erhalten, wird die TMS-Zufuhr während einer Übergangszeit stufenweise gedrosεelt, und entsprechend wird stufenweise die Zufuhr von Hexan gesteigert, bis das gewählte TMS/Hexangemisch erreicht ist. Zwischen den einzelnen Umschaltεchritten von Stufe zu Stufe liegen jeweils etwa 3 s. Die Beεchichtungszeit für den Gleitschichtanteil beträgt in Abhängigkeit von der gewählten Schichtdicke deε Gleitεchichtanteil von 0,4 μm biε 0,9 μm etwa 10 bis 20 min. Der Siliciumgehalt im Gleitεchichtanteil iεt deutlich geringer als im Haft¬ schichtanteil. Entsprechend ist dafür der Kohlenstoffge- halt im Gleitschichtanteil deutlich höher alε im Haft¬ εchichtanteil. Die Dicke deε Gleitεchichtanteilε ist er¬ findungsgemäß vorteilhafterweiεe dünner gewählt als die Dicke des Haftschichtanteils, damit der Haftschichtanteil die relativ hohe Eigenεpannung deε Gleitεchichtanteilε

ohne wesentliche Beeinträchtigung seiner Haftung an der Arbeitsfläche des Abεperrkörperε aufzunehmen vermag. Das Dickenverhältnis von Haftschichtanteil zu Gleichschichtεanteil beträgt etwa 1:0,9 biε 1:0,4, vor- zugεweiεe 1:0,6.

Erfindungsgemäß werden die auf vorεtehende Weiεe be¬ schichteten Absperrkörper (im Beispielsfalle handelt es sich um Keramikεcheiben auε 1 ₂ 0 ₃ ) einer gezielten Wärme- behandlung unterzogen. Die Erfindung iεt jedoch nicht auf derartige Abεperrkörper beεchränkt, waε εowohl die Gestalt der Absperrkörper betrifft als auch die auf εie aufgebrachte Hartεtoffεchicht. So kann eε εich auch um homogene oder um lameliierte Hartεtoffεchichten handeln. Eε kann εich auch um eine HartstoffSchicht handeln, bei der eine Haftschicht nach der DE-OS 38 32 692 nicht erforderlich ist und die Deckschicht mit ausreichendem Haftungsvermögen unmittelbar auf dem Abεperrkörper, z.B. auε Si ₃ N ₄ aufgebracht werden kann.

BEISPIEL

Die Beεchichtungεcharge C 3099 für Keramikscheiben, bei der der Gleitschichtanteil bei einem Mischungsverhältnis von TMS: Hexan von etwa 1:2 hergestellt wurde und das Dickenverhältnis von Haftschichtanteil zu Gleitschichtan¬ teil etwa 1 μm : 0,6 μm beträgt, wurde einer Wärmenachbe¬ handlung zwischen 300 und 900°C während 0,5 bis 60 min. ausgeεetzt. Das Ergebnis ist in einem Blockdiagramm in der beigefügten Zeichnung im Vergleich zu einer unbe- handelten Scheibe dargestellt. Auf der Ordinate sind die Betriebszeiten der Keramikscheiben in einer Armatur bei einer Heißwasεerbelastung von 95°C angegeben. Ohne Wärmenachbehandlung weiεen die Keramikεcheiben eine Heiß-

wasserbeεtändigkeit bei 95°C von etwa 400 h auf.

Hervorragende Ergebnisse wurden bei einer Wärmenachbe¬ handlung bei 900°C während 0,5 und 1 min und bei einer Wärmenachbehandlung vom 500°C während 30 und 60 min er¬ zielt. Spitzenergebnisse wurden bei 900°C während 1 min. und bei 500 ^β C während 1 h mit einer Heißwasserbeständig¬ keit von jeweils über 2200 h erreicht.