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 und die verschiedenen Siliciumcarbide Sie, Si C und Siliciumnitrid Si ₃ N ₄ gehören.

Auf einer Arbeitsfläche (Dichtfläche) des Absperrkörpers ist im Wege der Plasma-CVD oder Plasmapolymerisation in einer Beschichtungskammer eine Hartstoffschicht aufge¬ tragen, die Kohlenstoff und Siliciu enthält. Dabei um¬ faßt die Hartstoffschicht einen auf die Arbeitsfläche des Absperrkörpers aufgetragenen Haftschichtanteil und einen anschließenden Deckschicht(Gleitschicht)anteil. Der Haft¬ schichtanteil besitzt einen die Haftung an der Arbeits¬ fläche des Absperrkörpers begünstigenden ersten Silicium- anteil, und der anschließende kohlenstoffhaltige Deck- schichtanteil besitzt zur Erzielung niedriger Gleit- und Haftreibungskoeffizienten einen geringeren zweiten Siliciu anteil als der Haftschichtanteil oder ist siliciumfrei.

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 und das zuge¬ hörige Plas a-CVD-Beschichtungsverfahren 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 Haftschichtanteils der Deck- bzw. Gleitschichtanteil aus einem Gasgemisch aus Tetramethyl- silan 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, daß ihre Heißwasserbeständigkeit vielfach unbefriedigend ist. So neigen die aufgetragenen Hartεtoffεchichten vor allem dann vorzeitig zur Ablösung, wenn die Dichtungsscheiben über längere Zeit Heißwasser von 95°C ausgesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtungselement der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die aufge¬ tragene Hartstoffschicht, eine erhöhte Haftfähigkeit an der Arbeitsfläche des Absperrkörpers aufweist. Dabei sollen die Eigenspannungen des relativ harten und auch starren Gleitschichtanteils der Hartstoffschicht im wesentlichen keine negativen Auswirkungen auf das Haft¬ vermögen des -Haftschichtanteils an der Arbeitsfläche des Absperrkörpers haben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Aus¬ führungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche und der nach- stehenden Beschreibung für ein Ausführungsbeispiel.

Es zeigt sich erfinderseits, daß die Haftung der Hart¬ stoffschicht vermittels ihres Haftεchichtanteils dadurch wesentlich verbessert werden kann, daß der Xtzvorgang und der anschließende Vorgang zum Auftragen des Haftschicht¬ anteils derart geführt werden, daß ein bestimmter Gradientenübergang von dem einen Verfahrensgang zum anderen Verfahrensgang erzielt wird. Dies kann er¬ findungsgemäß dadurch erreicht werden, daß kurz vor dem

Ende des Xtzprozesses die Argonzufuhr schrittweise oder kontinuierlich auf Null zurückgefahren wird und daß im gleichen Maße das Prozeßgas zur Abscheidung des Haft¬ schichtanteils kontinuierlich oder stufenweise bis auf seine volle Höhe hochgefahren wird.

Die Haftung des Haftschichtanteils wird erfindungsgemäß weiterhin dadurch verbessert, daß entsprechend der Über¬ gang vom Abscheiden des Haftschichtanteils zum an- schließenden Abscheiden des Gleitεchichtanteils derart verfahrensmäßig geführt wird, daß ein bestimmter weiterer Gradientenübergang im Schichtenaufbau erzielt wird.

Die Haftung des Haftschichtanteilε kann auch noch dadurch verbessert werden, daß dem Prozeßgas zur Abscheidung des Haftschichtanteils Sauerstoff und/oder eine gasförmige sauerstoffhaltige Verbindung zugemischt wird, um die Ab¬ scheidung von SiO _χ zu begünstigen. Hierzu kann es von Vorteil sein, zu Beginn des Abscheidungεprozesses für den Haftschichtanteil alε Prozeßgaε ein Gaεgemisch von Tetra- methyldiεiloxan und Sauerstoff zu verwenden, wobei der Sauerstoff sukzessive bis auf Null gefahren wird, ehe der weitere Abscheidungsprozeß für den Haftεchichtanteil mit Tetramethylsilan zu Ende geführt wird.

Dabei kann die Haftung des Haftschichtanteilε nach Ab¬ schluß der Beschichtung insgesamt auch durch eine Wärmenachbehandlung noch verbesεert werden. Schließlich kann eε von Vorteil sein, den Gleitεchichtanteil weit- gehend dünn auεzubilden und den Haftεchichtanteil ent- εprechend dicker auεzubilden, εo daß dieεer aufgrund εeiner beεonderen duktilen Eigenεchaften die Eigen- εpannungen deε relativ εpröden und harten Gleitεchicht- anteilε aufzunehmen vermag und zwar ohne nachteilige Aus-

Wirkungen auf sein Haftvermögen an der Arbeitsfläche des Absperrkörperε.

In diesem Zusammenhang kann es auch von Vorteil sein, das Mischungsverhältnis der Prozeßgase zur Abscheidung des Gleitschichtanteilε in beεonderer Weise zu wählen. Hier hat sich ein Miεchungεverhältniε von Tetramethylsilan zu Hexan im Verhältnis von 1:1,5 bis 1:5, vorzugsweise 1:2 besonders bewährt.

Für den Fachmann ist es klar, daß im Rahmen der Erfindung sich eine Vielzahl von Abwandlungen ohne weiteres an¬ bieten. Das gilt insbesondere für die Auswahl der Proze߬ gase. So ist die Erfindung auf die beispielsweise ver- wendeten Tetramethylsilan und Tetrametyldisiloxan sowie Hexan nicht beschränkt.

Die Erfindung wird ohne jede Beεchränkung anhand von Aus¬ führungsbeispielen näher beschrieben. Zur Beschichtung wird eine Beschichtungskammer verwendet, die im wesent- lichen der Beεchichtungskammer entspricht, wie sie be¬ reits in der DE-OS 38 32 692 gezeigt ist.

Die bekannte Beschichtungskammer besteht im Prinzip aus einem elektrisch leitenden Kammerboden, an den ein eben¬ falls elektrisch leitendes, allseitε abgeεchloεεenes Kammergehäuse angeschlosεen iεt. Der Kammerboden beεitzt einen iεolierten Anεchluß für eine Durchführung, die eine Verbindung zwiεchen der alε Kathodenauflage liegenden Kathode und einer elektrischen Verεorgung in der Geεtalt einer Hochfrequenzeinrichtung herεtellt. Auf die Kathodenauflage werden die Abεperrkörper mit der zu be¬ schichtenden Fläche nach oben gelegt. Im vorliegenden Fall handelt es sich, ohne Einschränkung, um A1 ₂ 0 ₃ -

Keramikscheiben, insbesondere für Hydraulikarmaturen.

Der Kammerboden besitzt außerdem einen zweiten Anschluß für ein Absaugrohr, das an eine Vakuumpumpstation ange- schlössen ist. Schließlich besitzt der Kammerboden An- schlüsεe für die Zuleitung von Prozeßgasen oder Proze߬ gasgemischen in die Beschichtungskammer.

Zur Durchführung einer Beschichtung wird zunächst die Vakuumpumpstation eingeschaltet und in der Beschichtungs¬ kammer wird ein Druck von etwa 8.10 ^"5 bar (= 0,08 μbar) eingestellt. Anschließend wird über ein Gaszuleitungεrohr Argon in die Beεchichtungεkammer eingeleitet, biε ein Gaεdruck von etwa 6 μbar erreicht iεt. Sodann wird die Hochfrequenzeinrichtung eingeεchaltet und die Glimment¬ ladung zur Zündung gebracht. Dabei wird eine Kathoden- gleichεpannung von etwa 600 bis 800 V eingestellt. Hier¬ bei arbeitet die Beschichtungskammer zunächst als Kathodenzerstäubungs-(Sputter)anläge, in der die Kathodenauflage und die auf ihr liegenden Keramikscheiben durch Ionenbeschuß physikaliεch geätzt werden. Die Ätz¬ dauer beträgt etwa 15 biε 30 min, vorzugsweise 20 min.

Etwa 2 min vor Ende des Ätzvorganges wird der Argonzufluß in die Beschichtungεkammer εtufenweiεe biε auf Null zu¬ rückgefahren. Gleichzeitig wird Tetramethylsilan (TMS) der Kammer stufenweiεe in zunehmenden Maß zugeführt, um dadurch einen möglichεt weichen Übergang (Gradientenübergang) zum Haftεchichtanteil zu erzielen, bis ein TMS-Druck von etwa 50 μbar erreicht ist. Bei einer verringerten Kathodenεpannung von etwa 500 V wird der Haftschichtanteil während 25 bis 30 min bis zu einer Stärke von etwa 1 μm auf den mit Argon geätzten Flächen zur Abscheidung gebracht. Hierbei handelt es sich um eine

amorphe silicium-haltige Kohlenstoff-/Waεεerεtoffεchicht. Anschließend wird der Gleitschichtanteil auf den Haft¬ schichtanteil zur Abscheidung gebracht, wobei im Bei¬ spielsfalle in der Beschichtungskammer ein Gasgemiεch auε TMS und Hexan im Verhältnis von etwa 1:1,5 bis 1:8, vor¬ zugsweise etwa 1:2 bis 1:5 eingestellt wird. Gute Ergebnisse werden mit einem Mischungsverhältnis 1:2 er¬ zielt.

Um auch einen weichen Übergang (Gradientenübergang) vom Haftschichtanteil zum Gleitschichtanteil zu erhalten, wird die TMS-Zufuhr während einer Übergangszeit stufen¬ weise zurückgefahren und entεprechend wird εtufenweiεe die Zufuhr von Hexan gesteigert, bis das gewählte TMS/Hexangemisch erreicht ist. Zwischen den einzelnen Um¬ schaltschritten von Stufe zu Stufe liegen jeweils etwa 3 s. Die Beschichtungszeit für den Gleitschichtanteil be¬ trägt in Abhängigkeit von der gewählten Schichtdicke des Gleitschichtanteils von 0,4 μm bis 0,9 μm etwa 10 bis 20 min. Der Siliciumgehalt im Gleitεchichtanteil ist deut¬ lich geringer als im Haftschichtanteil. Entεprechend iεt dafür der Kohlenεtoffgehalt im Gleitεchichtanteil deut¬ lich höher alε im Haftεchichtanteil. Die Dicke des Gleit- εchichtanteilε ist erfindungsgemäß vorteilhafterweise dünner gewählt alε die Dicke deε Haftschichtanteils, da¬ mit der Haftεchichtanteil die relativ hohe Eigenspannung des Gleitschichtanteilε ohne weεentliche Beeinfluεεung εeiner Haftung an der Arbeitεflache deε Abεperrkörperε aufzunehmen vermag. Daε Dickenverhältnis von Haftschicht- anteil zu Gleitεchichtanteil beträgt etwa 1:0,9 biε 1:0,4, vorzugsweise 1:0,6.

Als Haftvermittler in dem Haftschichtanteil iεt Silicium wichtig, daε nach der Abεcheidung als amorphes SiO _χ und

in Form von Siliciumwasserstoff- und siliciumkohlen- εtoffradikalen vorliegen kann, die durch Sauerstoff ge¬ sättigt werden können, um als SiO, zu optimaler Haftver¬ mittlung zu gelangen. Es wird angenommen, daß die Sättigung der Radikale durch Sauerstoff und die Bildung von Si0 ₂ als Haftvermittler auch durch Tempern nach der Beschichtung erzielt werden kann.

Um die Abscheidung von Si0 _χ während der Abscheidung des Haftschichtanteils vor allem in der Grenzfläche zwischen der geätzten Arbeitsfläche des Absperrkörpers und dem Haftεchichtanteil zu begünεtigen, kann zu Beginn der Haftεchichtabscheidungsprozeεses ein Plasma aus einer Miεchung von Tetramethyldiεiloxan (TMDSO) und Sauerεtoff hergeεtellt werden. Statt Tetramethyldisiloxan können auch andere Siloxane und auch TMS verwendet werden. Die Sauerstoffzufuhr kann dabei sukzessive bis auf Null zurückgefahren werden, so daß eine Gradientenschicht mit abnehmender 0 ₂ -Konzentration abgeschieden wird. An- schließend kann die weitere Haftschichtabscheidung wie vorstehend beschrieben durch Zufuhr von TMS erfolgen, wo¬ bei auch hier zweckmäßigerweise ein kontinuierlicher Übergang vom TMDSO zum TMS gefahren werden kann.