WO2003091469A2 - Method for joining a diamond layer to a substrate, and diamond-coated substrate - Google Patents

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WO2003091469A2
WO2003091469A2 PCT/EP2003/004211 EP0304211W WO03091469A2 WO 2003091469 A2 WO2003091469 A2 WO 2003091469A2 EP 0304211 W EP0304211 W EP 0304211W WO 03091469 A2 WO03091469 A2 WO 03091469A2
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a substrate coated with a diamond layer and a diamond coated substrate. It relates in particular to the area of improving the adhesion of diamond layers to substrates.
  • Diamond-coated substrates are used in the area of wear and overheating protection of surfaces subject to wear or heat. You will e.g. B. used as heat sinks, which quickly dissipate heat from a heat source. Furthermore, such substrates are used in the form of slide rings, which run against a counter body with particularly low friction and wear.
  • the deposition of a diamond layer on a substrate made, for example, of metal, glass, ceramic or graphite is usually carried out according to the prior art by means of CVD processes.
  • the problem arises that when the coated substrate cools, stresses arise in the diamond layer. These so-called “cooling tensions" in the diamond layer contribute to reduced adhesion to the substrate.
  • iST ⁇ TIGUNGSKOPIE Fan et al. Diamond and Related Materials 6 (1997), 422-425 describes a method in which a copper layer is provided with a diamond layer at low substrate temperatures. Due to the low substrate temperatures, lower cooling stresses occur in the diamond layer. However, the diamond quality and the diamond growth rate are reduced by lowering the substrate temperature. The proposed method is particularly unsuitable for the production of heat sinks. This requires a diamond layer with high diamond quality.
  • (2000) 16-21 describes the production of a heat sink using a copper substrate, to which a diamond layer is applied with the interposition of a titanium nitride (TiN) layer.
  • TiN titanium nitride
  • a method for producing substrate-free diamond fibers is known from US Pat. No. 6,051,152. It is based on a z. B. fiber made of copper deposited by means of a CVD process a diamond layer. The copper fiber is then removed by etching.
  • a composite material is known from US Pat. No. 6,110,594, which is made from diamond-coated fibers.
  • the randomly existing fibers consisting of SiN, SiC or Al 2 0 3 are connected to one another by means of polycrystalline diamond.
  • a diamond-coated substrate is known from EP 0 780 489 A1, in which the substrate is pretensioned before the coating in order to reduce the cooling voltages.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art.
  • a method is to be specified with which a reduction in cooling stresses in a diamond layer applied to a substrate can be achieved in the simplest and cheapest possible way.
  • the method should also make it possible to bind a diamond layer to metals, for example copper, which do not form stable carbides.
  • a substrate with a diamond coating should be specified, the durability of which is improved.
  • a method for producing a substrate coated with a diamond layer is provided with the following steps:
  • Deformation of the layer in the xy plane can be essentially compensated.
  • polycrystalline diamond layers of any thickness can be applied to any substrates. to be brought.
  • the provision of the layer according to the invention prevents chipping of the diamond layer caused by cooling stresses or undesired bending of the substrate.
  • the proposed method makes it possible, in particular, to deposit diamond layers on metals with high thermal expansion coefficients, for example copper.
  • the layer When cooling, the layer is advantageously deformed such that in the Raman spectrum the diamond peak is at a wave number of less than 1342, preferably less than 1337.
  • the diamond peak is particularly preferably only slightly shifted to higher values compared to the peak of natural diamond of 1332 l / cm.
  • the surface is flat.
  • a depth of the recesses is expediently twice as large as their diameter.
  • the depth of the recesses can be at least 1 ⁇ m, preferably more than 50 ⁇ m.
  • the diameter of the recesses is advantageously so large that diamond growth is possible therein. It is expediently 0.5 to 100 ⁇ m.
  • the recesses extend essentially perpendicularly from the surface.
  • the shape of the recesses is changed lung voltages in compensating for cool down ⁇ .
  • the diamond layer is mechanically anchored in the recesses due to the change in shape of the layer caused by the cooling.
  • the recesses can be made mechanically, by means of LASER or by etching.
  • the layer is formed from compressed fibers lying against one another and oriented essentially perpendicular to the surface.
  • the fibers can be made of metal, glass, graphite or ceramic.
  • the elongate recesses, which run essentially perpendicular to the surface can be produced by etching fiber interspaces.
  • the substrate as a whole can be produced by compacting fibers.
  • the layer can be produced from a metal foam or a sintered body.
  • Such bodies can also have suitable recesses which, on the one hand, enable the diamond layer to engage and, on the other hand, ensure compensation of the cooling voltages.
  • the density of the substrate is measured before, during or after the production of the diamond layer in the area from the bottom to the inside of the
  • the density can be increased by means of forming, infiltration or sintering.
  • the layer is produced from a metal or an alloy that does not form stable carbides.
  • the metal can be formed from copper, gold, platinum or silver or the alloy can contain copper, gold, platinum or silver. According to the prior art, such metals or alloys are not suitable for applying a diamond layer because they cannot form a chemical bond with the diamond due to the lack of carbide formation.
  • the layer and the substrate are formed in one piece.
  • the layer is connected to the substrate. Such a connection can be made, for example, by means of a solder.
  • a diamond-coated substrate is provided, a polycrystalline diamond layer being provided on a surface of the substrate and the substrate having a layer which extends from the surface to the inside and has recesses which extend from the surface to the inside, into which the diamond layer engages.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a substrate . tensile and compressive stresses occurring, 2 shows a schematic illustration of a diamond-coated substrate,
  • FIG. 4 shows an SEM photograph of a 2 ⁇ m thick CVD diamond layer on the surface according to FIG. 3,
  • FIG. 6 shows an SEM image of a 50 ⁇ m thick CVD diamond layer on the surface according to FIG. 3,
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of FIG. 7,
  • FIG. 10 is a perspective view of FIG. 9,
  • FIG. 11 shows the fiber arrangement according to FIG. 10 with diamond nuclei
  • Fig. 12 is a schematic view of a fiber arrangement with CVD diamond in fiber gaps and
  • FIG. 1 schematically shows the distribution of compressive and tensile stresses in the case of a substrate 1 which has been coated with a diamond layer 2 by means of a CVD process.
  • Substrates 1 made in particular from metals have a significantly higher coefficient of thermal expansion than diamond.
  • a coating temperature e.g. B. from 600 to 1000 ° C
  • Such cooling voltages can cause the diamond layer 2 to flake off.
  • the substrate 1 schematically shows a substrate 1 according to the invention provided with a diamond layer 2.
  • the substrate 1 is formed from a layer 3 which extends from the surface 0 to the interior and has recesses 4 which extend from the surface 0 to the interior.
  • the surface 0 extends in an xy direction.
  • the direction of growth of the diamond layer 2 is the z direction.
  • Layer 3 and a further layer 5 underneath it are produced here from compressed copper fibers 6.
  • the fibers 6 can also be made of other metals, glass or ceramics.
  • the diamond layer 2 has grown into the recesses 4 in the layer 3. Layer 3 thus forms a diamond fiber penetration structure.
  • the diamond layer 2 can have a thickness of 5 to 50 ⁇ m and the layer 3 a thickness of 10 to 200 ⁇ m.
  • the thickness of the further layer 5 is arbitrary.
  • the recesses 4 provided therein can be infiltrated with a metal.
  • FIG. 3 shows an SEM image of a surface O.
  • the surface O is produced by compressed copper fibers 6.
  • the recesses 4 have been exposed by etching. They extend essentially perpendicularly from the surface 0.
  • the copper fibers 6 here have a diameter of approximately 50 ⁇ m.
  • FIG. 4 shows an SEM image of a surface O according to FIG. 3, which has been coated with a 2 ⁇ m thick diamond layer 2 by means of a CVD method.
  • the recesses 4 are z. T. not yet filled with diamond.
  • the further formation of the diamond layer 2 is shown on the basis of SEM images.
  • the thickness of the diamond layer 2 deposited by means of the CVD method is 20 ⁇ m
  • the diamond surface is already flat and homogeneous.
  • the surface O formed from the ends of the copper fibers 6 is completely overgrown.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view according to FIG. 7. From this it can be seen that the recesses 4 are filled with diamond to a depth of at least 100 ⁇ m. The result is an excellent mechanical anchoring of the diamond layer 2.
  • FIGS. 9 to 12 again schematically show the formation of layer 3.
  • FIGS. 9 and 10 show a top view and a perspective view of a possible arrangement of the copper fibers 6.
  • FIG. 11 shows schematically the beginning of the filling of the recesses 4 with diamond. 12, the recesses 4 are completely filled with diamond.
  • the diamond layer 2 is anchored in the recesses 4.
  • the production, of the substrate 1 according to the invention can be carried out at ⁇ play, as follows: First, a bundle consisting of parallel copper fibers 6 with a diameter of approximately 50 ⁇ m is produced. The copper fibers 6 are compacted in a copper jacket by round hammering. Subsequently, the fiber intermediate spaces or recesses 4 are exposed or enlarged by etching. '
  • the surface is germinated in the ultrasonic bath with diamond nuclei in such a way that 4 diamond nuclei with a diameter of 4 nm, for example, are deposited in the recesses.
  • the substrate 1 is used in a conventional microwave CVD diamond coating system.
  • An approximately 50 ⁇ m thick diamond layer 2 is then deposited on the substrate 1 in the CVD process.
  • the coating time is 5.5 hours at a pressure of 60 torr and an output of 2500 W.
  • the atmosphere contains 4% menthan and 96% hydrogen.
  • the diamond initially grows in the recesses 4 and on the surface 0 formed by the fiber ends 6. Finally, a diamond-fiber penetration structure which almost completely fulfills the recesses 4 is formed.
  • a flat diamond layer 2 then grows on the surface O.
  • the diamond layer 2 is mechanically anchored in the recesses 4.
  • the coating temperature is cooled to room temperature.
  • the compressive stresses that occur in particular in the diamond layer 2 are now compensated for by an elastic and / or plastic deformation of the copper fibers 6.
  • the copper fibers 6 can be bent and / or stretched.
  • not present or not fully ⁇ ever-filled with diamond recesses 4 be changed in shape. Such recesses 4 can be almost completely be closed constantly.
  • the described compensation of the compressive stresses is shown schematically in that the fibers 6 in the edge region of the substrate 1 show an inward-pointing bend.
  • FIG. 13 shows Raman spectra which have been recorded at three different locations of the diamond layer 2.
  • the diamond peak is at a wave number of 1336 1 / cm. It is only slightly shifted from the wave number of natural diamond from 1332. This shows that the compressive stresses in the diamond layer 2 have essentially been compensated for by a deformation of the layer 3 in the xy direction. Bending of the substrate 1 and / or the layer 3 in the z direction does not occur.
  • Diamond heat spreading layers in particular can be produced on copper substrates as heat sinks.

Abstract

The invention relates to a method for producing a substrate (1) coated with a diamond layer (2). According to the inventive method, a substrate (1) is prepared, said substrate having a layer (3) which extends from the surface (O) of the substrate towards the inside, comprises recesses (4) extending from the surface (O) towards the inside, and is elastically and/or plastically deformable in an xy-plane which is parallel to the surface (O), and a diamond layer (2) engaging in the recesses is then produced by means of a CVD method. Cooling stresses occurring in the diamond layer (2) during cooling are essentially compensated by an elastic and/or plastic deformation of the layer (3) in the xy-plane.

Description

Verfahren zum Verbinden einer Diamantschicht mit einem Substrat und diamantbeschichtetes SubstratMethod for connecting a diamond layer to a substrate and diamond-coated substrate
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer Diamantenschicht beschichteten Substrats und ein diamantbeschichtetes Substrat. Sie betrifft insbesondere das Gebiet der Verbesserung der Haftfähigkeit von Diamantschichten auf Substraten.The invention relates to a method for producing a substrate coated with a diamond layer and a diamond coated substrate. It relates in particular to the area of improving the adhesion of diamond layers to substrates.
Diamantbeschichtete Substrate finden auf dem Gebiet des Verschleiß- und Überhitzungsschutzes von verschleiß- oder wärmebeanspruchten Oberflächen Anwendung. Sie werden z. B . als Wärmesenken eingesetzt, welche Wärme schnell von einer Wärme- quelle ableiten. Ferner werden solche Substrate in Form von Gleitringen verwendet, die besonders reibungs- und verschleißarm gegen einen Gegenkörper laufen.Diamond-coated substrates are used in the area of wear and overheating protection of surfaces subject to wear or heat. You will e.g. B. used as heat sinks, which quickly dissipate heat from a heat source. Furthermore, such substrates are used in the form of slide rings, which run against a counter body with particularly low friction and wear.
Die Abscheidung einer Diamantschicht auf ein beispielsweise aus Metall, Glas, Keramik oder Grafit hergestelltes Substrat erfolgt nach dem Stand der Technik üblicherweise mittels CVD- Verfahren. Dabei tritt das Problem auf, dass beim Abkühlen des beschichteten Substrats Spannungen in der Diamantschicht entstehen. Diese so genannten "Abkühlungsspannungen" in der DiamantSchicht tragen zu einer verminderten Haftung am Substrat bei.The deposition of a diamond layer on a substrate made, for example, of metal, glass, ceramic or graphite is usually carried out according to the prior art by means of CVD processes. The problem arises that when the coated substrate cools, stresses arise in the diamond layer. These so-called "cooling tensions" in the diamond layer contribute to reduced adhesion to the substrate.
Aus der US 6,189,766 Bl ist es bekannt, zur Herabsetzung von Abkühl ngsSpannungen eine Diamantschicht mittels isostati- schem Pressen bei einer vorgegebenen Temperatur an ein Substrat zu binden. Die WO 01/26153 AI offenbart ein Verfahren, bei dem eine Diamantschicht mit einem Kupfersubstrat mittels eines Lots verbunden wird. Die Verfahren sind aufwändig und teuer.From US Pat. No. 6,189,766 B1 it is known to bond a diamond layer to a substrate at a predetermined temperature by means of isostatic pressing in order to reduce cooling stresses. WO 01/26153 AI discloses a method in which a diamond layer is connected to a copper substrate by means of a solder. The procedures are complex and expensive.
iSTÄTIGUNGSKOPIE Fan et al . , Diamond and Related Materials 6 (1997), 422 - 425 beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Kupferschicht bei niedrigen Substrattemperaturen mit einer Diamantschicht versehen wird. Wegen der niedrigen Substrattemperaturen treten geringere AbkühlungsSpannungen in der Diamantschicht auf. Die Diamantqualität und die Diamantwachstumsrate wird allerdings durch die Erniedrigung der Substrattemperatur verringert. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere nicht zur Herstellung von Wärmesenken. Dafür wird eine Diamantschicht mit hoher Diamantqualität benötigt.iSTÄTIGUNGSKOPIE Fan et al. , Diamond and Related Materials 6 (1997), 422-425 describes a method in which a copper layer is provided with a diamond layer at low substrate temperatures. Due to the low substrate temperatures, lower cooling stresses occur in the diamond layer. However, the diamond quality and the diamond growth rate are reduced by lowering the substrate temperature. The proposed method is particularly unsuitable for the production of heat sinks. This requires a diamond layer with high diamond quality.
Vedawyas, M. et al . , Materials Science and Engineering B78Vedawyas, M. et al. , Materials Science and Engineering B78
(2000) 16 - 21 beschreibt die Herstellung einer Wärmesenke unter Verwendung eines Kupfersubstrats, auf das unter Zwi- schenschaltung einer Titannitrit (TiN) -Schicht eine Diamantschicht aufgebracht ist. Durch das Vorsehen der zwischengeschalteten TiN-Schicht wird zwar die Haftung der Diamantschicht verbessert. Die AbkühlungsSpannungen in der Diamantschicht werden damit jedoch nicht wesentlich reduziert.(2000) 16-21 describes the production of a heat sink using a copper substrate, to which a diamond layer is applied with the interposition of a titanium nitride (TiN) layer. The provision of the interposed TiN layer improves the adhesion of the diamond layer. However, the cooling tensions in the diamond layer are not significantly reduced.
•Aus der US 6,051,152 ist ein Verfahren zur Herstellung substratloser Diamantfasern bekannt. Dabei wird auf eine z. B. aus Kupfer hergestellte Faser mittels eines CVD-Verfahrens eine Diamantschicht abgeschieden. Anschließend wird die Kup- ferfaser durch Ätzen entfernt.A method for producing substrate-free diamond fibers is known from US Pat. No. 6,051,152. It is based on a z. B. fiber made of copper deposited by means of a CVD process a diamond layer. The copper fiber is then removed by etching.
Aus der US 6,110,594 ist ein Verbundwerkstoff bekannt, der aus diamantbeschichteten Fasern hergestellt ist. Dabei sind die regellos vorliegende aus SiN, SiC oder Al203 bestehenden Fasern mittels polykristallinem Diamant miteinander verbunden.A composite material is known from US Pat. No. 6,110,594, which is made from diamond-coated fibers. The randomly existing fibers consisting of SiN, SiC or Al 2 0 3 are connected to one another by means of polycrystalline diamond.
Aus der EP 0 780 489 AI ist ein diamantbeschichtetes Substrat bekannt, bei dem das Substrat vor der Beschichtung zur Herab- setzung der AbkühlungsSpannungen vorgespannt wird. Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren angegeben werden, mit dem auf möglichst einfache und kosten- günstige Weise eine Herabsetzung von AbkühlungsSpannungen in einer auf einem Substrat aufgebrachten Diamantschicht erzielt werden kann. Mit dem Verfahren soll es insbesondere auch ermöglicht werden, eine Diamantschicht an Metalle, beispielsweise Kupfer, zu binden, welche keine stabilen Karbide bil- den. Schließlich soll ein Substrat mit einer Diamantbeschich- tung angegeben werden, dessen Haltbarkeit verbessert ist.A diamond-coated substrate is known from EP 0 780 489 A1, in which the substrate is pretensioned before the coating in order to reduce the cooling voltages. The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, a method is to be specified with which a reduction in cooling stresses in a diamond layer applied to a substrate can be achieved in the simplest and cheapest possible way. In particular, the method should also make it possible to bind a diamond layer to metals, for example copper, which do not form stable carbides. Finally, a substrate with a diamond coating should be specified, the durability of which is improved.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 22 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 21 und 23 bis 40.This object is solved by the features of claims 1 and 22. Expedient configurations result from the features of claims 2 to 21 and 23 to 40.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer Diamantschicht beschichteten Substrats mit folgenden Schritten vorgesehen:According to the invention, a method for producing a substrate coated with a diamond layer is provided with the following steps:
a) Bereitstellen eines Substrats mit einer von dessen Oberfläche zum Inneren hin sich erstreckenden Schicht, welche von der Oberfläche zum Inneren hin sich erstreckende Ausnehmungen aufweist und in einer zur Oberfläche parallelen xy-Ebene ela- stisch und/oder plastisch verformbar ist unda) providing a substrate with a layer extending from the surface thereof to the interior, which has recesses extending from the surface to the interior and is elastically and / or plastically deformable in an xy plane parallel to the surface, and
b) Herstellen einer in die Ausnehmungen eingreifenden polykristallinen Diamantschicht mittels eines CVD-Verfahrens, wobei beim Abkühlen in der Diamantschicht auftretende Abküh- lungsSpannungen durch eine elastische und/oder plastischeb) Production of a polycrystalline diamond layer engaging in the recesses by means of a CVD process, cooling voltages occurring in the diamond layer during cooling by means of an elastic and / or plastic
Verformung der Schicht in der xy-Ebene im Wesentlichen kompensiert werden.Deformation of the layer in the xy plane can be essentially compensated.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können polykristalline Dia- mantschichten beliebiger Dicke auf beliebigen Substraten auf- gebracht werden. Das Vorsehen der erfindungsgemäßen Schicht verhindert ein durch AbkühlungsSpannungen verursachtes Abplatzen der Diamantschicht oder ein unerwünschtes Verbiegen des Substrats. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es ins- besondere möglich, Diamantschichten auch auf Metallen mit hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, beispielsweise Kupfer, abzuscheiden.With the proposed method, polycrystalline diamond layers of any thickness can be applied to any substrates. to be brought. The provision of the layer according to the invention prevents chipping of the diamond layer caused by cooling stresses or undesired bending of the substrate. The proposed method makes it possible, in particular, to deposit diamond layers on metals with high thermal expansion coefficients, for example copper.
Vorteilhafterweise wird die Schicht beim Abkühlen derart ver- formt, dass im Raman-Spektrum der Diamant-Peak bei einer Wellenzahl von weniger als 1342, vorzugsweise weniger als 1337, liegt. Besonders bevorzugt ist der Diamant-Peak nur geringfügig zu höheren Werten gegenüber dem Peak von natürlichen Diamant von 1332 l/cm verschoben. Wegen des Zusammenhangs der Peakverschiebung des Diamant-Peaks im Raman-Spektrum wird beispielsweise verwiesen auf Fan Q.H. et al . , Journal of Material Science 34 (1999), 1353 - 1365.When cooling, the layer is advantageously deformed such that in the Raman spectrum the diamond peak is at a wave number of less than 1342, preferably less than 1337. The diamond peak is particularly preferably only slightly shifted to higher values compared to the peak of natural diamond of 1332 l / cm. For the connection of the peak shift of the diamond peak in the Raman spectrum, reference is made, for example, to Fan Q.H. et al. , Journal of Material Science 34 (1999), 1353-1365.
Nach einer Ausgestaltung ist die Oberfläche eben ausgebildet. Eine Tiefe der Ausnehmungen ist zweckmäßigerweise doppelt so groß wie deren Durchmesser ausgebildet. Die Tiefe der Ausnehmungen kann mindestens 1 μm, vorzugsweise mehr als 50 μm, betragen. Der Durchmesser der Ausnehmungen ist vorteilhafterweise so groß, dass darin ein Diamantwachsturn möglich ist. Er beträgt zweckmäßigerweise 0,5 bis 100 μm. Die Ausnehmungen erstrecken sich nach einer weiteren Ausgestaltung im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche. Mit den vorgenannten Merkmalen ist die Herstellung einer ebenen Diamantschicht auf einem Substrat möglich. Dabei greift die Diamantschicht in die Ausnehmungen ein. Die Diamantschicht wird formschlüssig in den Ausnehmungen gehalten.According to one embodiment, the surface is flat. A depth of the recesses is expediently twice as large as their diameter. The depth of the recesses can be at least 1 μm, preferably more than 50 μm. The diameter of the recesses is advantageously so large that diamond growth is possible therein. It is expediently 0.5 to 100 μm. According to a further embodiment, the recesses extend essentially perpendicularly from the surface. With the aforementioned features, it is possible to produce a flat diamond layer on a substrate. The diamond layer engages in the recesses. The diamond layer is held in a form-fitting manner in the recesses.
Nach einer Ausgestaltung wird bei der Kompensation von Abküh¬ lungsspannungen die Form der Ausnehmungen geändert. Das be- trifft insbesondere solche Ausnehmungen, welche nicht oder nur teilweise mit Diamant gefüllt sind. Insbesondere wird durch die bei der Abkühlung bewirkte Formänderung der Schicht die Diamantschicht in den Ausnehmungen mechanisch verankert. Die Ausnehmungen können mechanisch, mittels LASER oder durch Ätzen hergestellt werden.According to one embodiment, the shape of the recesses is changed lung voltages in compensating for cool down ¬. This applies in particular to recesses that are not or are only partially filled with diamond. In particular, the diamond layer is mechanically anchored in the recesses due to the change in shape of the layer caused by the cooling. The recesses can be made mechanically, by means of LASER or by etching.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schicht aus im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche ausgerichteten, aneinander liegenden, verdichteten Fasern gebil- det . Die Fasern können aus Metall, Glas, Grafit oder Keramik hergestellt sein. Die im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche verlaufenden langgestreckten Ausnehmungen können in diesem Fall durch Ätzen von Faserzwischenräumen hergestellt werden. Es ist auch möglich, dass das Substrat insgesamt durch Verdichten von Fasern hergestellt wird. Mit den vorgenannten Merkmalen gelingt es auf besonders einfache und kostengünstige Weise, ein Substrat mit einer Schicht herzustellen, welche eine Kompensation der AbkühlungsSpannungen in xy-Richtung gewährleistet .According to a particularly advantageous embodiment, the layer is formed from compressed fibers lying against one another and oriented essentially perpendicular to the surface. The fibers can be made of metal, glass, graphite or ceramic. In this case, the elongate recesses, which run essentially perpendicular to the surface, can be produced by etching fiber interspaces. It is also possible for the substrate as a whole to be produced by compacting fibers. With the aforementioned features, it is possible in a particularly simple and cost-effective manner to produce a substrate with a layer which ensures compensation of the cooling voltages in the xy direction.
Des Weiteren ist es aber auch möglich, dass die Schicht aus einem Metallschaum oder einem Sinterkörper hergestellt wird. Auch solche Körper können geeignete Ausnehmungen aufweisen, welche einerseits einen Eingriff der Diamantschicht ermögli- chen und andererseits eine Kompensation der AbkühlungsSpannungen gewährleisten.Furthermore, it is also possible for the layer to be produced from a metal foam or a sintered body. Such bodies can also have suitable recesses which, on the one hand, enable the diamond layer to engage and, on the other hand, ensure compensation of the cooling voltages.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird die Dichte des Substrats vor, während oder nach dem Herstellen der Diamant- schicht im Bereich einer von einer Unterseite zum Inneren desAccording to a further embodiment, the density of the substrate is measured before, during or after the production of the diamond layer in the area from the bottom to the inside of the
Substrats hin sich erstreckenden weiteren Schicht erhöht. Die Erhöhung der Dichte kann mittels Umformung, Infiltrieren oder Sintern erfolgen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Schicht aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt, das/die keine stabilen Karbide bildet. Das Metall kann aus Kupfer, Gold, Platin oder Silber gebildet sein oder die Legierung kann Kupfer, Gold, Platin oder Silber enthalten. Derartige Metalle oder Legierungen eignen sich nach dem Stand der Technik nicht zum Aufbringen einer Diamantschicht, weil sie infolge fehlender Karbidbildung keine chemische Bindung mit dem Diamant eingehen können.Substrate extending further layer increased. The density can be increased by means of forming, infiltration or sintering. According to an advantageous embodiment, the layer is produced from a metal or an alloy that does not form stable carbides. The metal can be formed from copper, gold, platinum or silver or the alloy can contain copper, gold, platinum or silver. According to the prior art, such metals or alloys are not suitable for applying a diamond layer because they cannot form a chemical bond with the diamond due to the lack of carbide formation.
Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die Schicht und das Substrat einstückig ausgebildet. Es kann aber auch sein, dass die Schicht mit dem Substrat verbunden wird. Eine solche Verbindung kann beispielsweise mittels eines Lots erfolgen.According to a further embodiment, the layer and the substrate are formed in one piece. However, it may also be the case that the layer is connected to the substrate. Such a connection can be made, for example, by means of a solder.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist ein diamantbeschichtetes Substrat vorgesehen, wobei auf einer Oberfläche des Substrats eine polykristalline Diamantschicht vorgesehen ist und wobei das Substrat eine von der Oberfläche zum Inneren hin sich erstreckende Schicht mit von der Oberfläche zum Inneren hin sich erstreckenden Ausnehmungen aufweist, in welche die Diamantschicht eingreift.According to a further provision of the invention, a diamond-coated substrate is provided, a polycrystalline diamond layer being provided on a surface of the substrate and the substrate having a layer which extends from the surface to the inside and has recesses which extend from the surface to the inside, into which the diamond layer engages.
Wegen der vorteilhaften Ausgestaltungen der Diamantschicht wird auf die beim Verfahren erläuterten Merkmale verwiesen, welche sinngemäß auch für das diamantbeschichtete Substrat gelten.Because of the advantageous configurations of the diamond layer, reference is made to the features explained in the method, which also apply analogously to the diamond-coated substrate.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der bei einem Substrat . auftretenden Zug- und Druckspannungen, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines diamantbeschichteten Substrats,Fig. 1 is a schematic representation of a substrate . tensile and compressive stresses occurring, 2 shows a schematic illustration of a diamond-coated substrate,
Fig. 3 eine rasterelektronenmikroskopische (REM) Aufnahme einer aus Kupferfasern gebildeten Oberfläche,3 shows a scanning electron microscope (SEM) image of a surface formed from copper fibers,
Fig. 4 eine REM-Aufnähme einer 2 μm dicken CVD-Diamant- schicht auf der Oberfläche gemäß Fig. 3,4 shows an SEM photograph of a 2 μm thick CVD diamond layer on the surface according to FIG. 3,
Fig. 5 eine REM-Aufnähme einer 20 μm dicken CVD-Diamant- schicht auf der Oberfläche gemäß Fig. 3,5 an SEM image of a 20 μm thick CVD diamond layer on the surface according to FIG. 3,
Fig. 6 eine REM-Aufn hme einer 50 μm dicken CVD-Diamant- schicht auf der Oberfläche gemäß Fig. 3,6 shows an SEM image of a 50 μm thick CVD diamond layer on the surface according to FIG. 3,
Fig. 7 CVD-Diamant abgeschieden in Faserzwischenräumen,7 CVD diamond deposited in fiber interstices,
Fig. 8 eine Querschnittsansicht gemäß Fig. 7,8 is a cross-sectional view of FIG. 7,
Fig. 9 eine schematische Draufsicht auf eine mögliche Faseranordnung ,9 is a schematic top view of a possible fiber arrangement,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht gemäß Fig. 9,10 is a perspective view of FIG. 9,
Fig. 11 die Faseranordnung gemäß Fig. 10 mit Diamantkeimen,11 shows the fiber arrangement according to FIG. 10 with diamond nuclei,
Fig. 12 eine schematische Ansicht einer Faseranordnung mit CVD-Diamant in Faserzwischenräumen undFig. 12 is a schematic view of a fiber arrangement with CVD diamond in fiber gaps and
Fig. 13 ein Raman-Spektrum einer auf einer Schicht eines13 shows a Raman spectrum on a layer of a
Substrats abgeschiedenen CVD-Diamantschicht .CVD diamond layer deposited on the substrate.
Fig. 1 zeigt schematisch die Verteilung von Druck- und Zug Spannungen bei einem Substrat 1, welches mittels eines CVD- Verfahrens mit einer Diamantschicht 2 beschichtet worden ist. Insbesondere aus Metallen hergestellte Substrate 1 weisen einen wesentlich höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Diamant auf. Infolgedessen kommt es bei der Abkühlung von einer Beschichtungstemperatur, z. B. von 600 bis 1000°C, zu einer stärkeren Kontraktion des Substrats 1 als der Diamantschicht 2. In der Diamantschicht 2 bauen sich Druckspannungen und im Substrat 1, insbesondere in der Nähe einer Oberfläche 0, Zugspannungen auf. Solche AbkühlungsSpannungen können zu einem Abplatzen der Diamantschicht 2 führen.1 schematically shows the distribution of compressive and tensile stresses in the case of a substrate 1 which has been coated with a diamond layer 2 by means of a CVD process. Substrates 1 made in particular from metals have a significantly higher coefficient of thermal expansion than diamond. As a result, when cooling from a coating temperature, e.g. B. from 600 to 1000 ° C, for a stronger contraction of the substrate 1 than the diamond layer 2. In the diamond layer 2 compressive stresses and tensile stresses build up in the substrate 1, in particular in the vicinity of a surface 0. Such cooling voltages can cause the diamond layer 2 to flake off.
Fig. 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes mit einer Diamantschicht 2 versehenes Substrat 1. Das Substrat 1 ist gebildet aus einer von der Oberfläche 0 zum Inneren hin sich erstreckenden Schicht 3 , die von der Oberfläche 0 zum Inneren hin sich erstreckende Ausnehmungen 4 aufweist. Die Oberfläche 0 erstreckt sich in eine xy-Richtung. Die Aufwuchsriehtung der Diamantschicht 2 ist die z-Richtung.2 schematically shows a substrate 1 according to the invention provided with a diamond layer 2. The substrate 1 is formed from a layer 3 which extends from the surface 0 to the interior and has recesses 4 which extend from the surface 0 to the interior. The surface 0 extends in an xy direction. The direction of growth of the diamond layer 2 is the z direction.
Die Schicht 3 sowie eine diese unterlagernde weitere Schicht 5 sind hier aus verdichteten Kupferfasern 6 hergestellt. Die Fasern 6 können auch aus anderen Metallen, Glas oder Keramik hergestellt sein. In die Ausnehmungen 4 der Schicht 3 ist die Diamantschicht 2 hinein gewachsen. Die Schicht 3 bildet also eine Diamant -Faser-Durchdringungsstruktur . Die Diamantschicht 2 kann eine Dicke von 5 bis 50 μm und die Schicht 3 eine Dik- ke von 10 bis 200 μm aufweisen. Die Dicke der weiteren Schicht 5 ist beliebig. Die darin vorgesehenen Ausnehmungen 4 können mit einem Metall infiltriert sein.Layer 3 and a further layer 5 underneath it are produced here from compressed copper fibers 6. The fibers 6 can also be made of other metals, glass or ceramics. The diamond layer 2 has grown into the recesses 4 in the layer 3. Layer 3 thus forms a diamond fiber penetration structure. The diamond layer 2 can have a thickness of 5 to 50 μm and the layer 3 a thickness of 10 to 200 μm. The thickness of the further layer 5 is arbitrary. The recesses 4 provided therein can be infiltrated with a metal.
Fig. 3 zeigt eine REM-Aufnähme einer Oberfläche O. Die Oberfläche O ist hergestellt durch verdichtete Kupferfasern 6. Die Ausnehmungen 4 sind durch Ätzen freigelegt worden. Sie erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche 0. Die Kupferfasern 6 weisen hier einen Durchmesser von etwa 50 μm auf. Fig. 4 zeigt eine REM-Aufnähme einer Oberfläche O gemäß Fig. 3, welche mittels eines CVD-Verfahrens mit einer 2 μm dicken Diamantschicht 2 beschichtet worden ist. Die Ausnehmungen 4 sind z. T. noch nicht mit Diamant verfüllt.FIG. 3 shows an SEM image of a surface O. The surface O is produced by compressed copper fibers 6. The recesses 4 have been exposed by etching. They extend essentially perpendicularly from the surface 0. The copper fibers 6 here have a diameter of approximately 50 μm. FIG. 4 shows an SEM image of a surface O according to FIG. 3, which has been coated with a 2 μm thick diamond layer 2 by means of a CVD method. The recesses 4 are z. T. not yet filled with diamond.
In den Fig. 5 und 6 ist anhand von REM-Aufnahmen die weitere Entstehung der Diamantschicht 2 gezeigt. In Fig. 5 beträgt die Dicke der mittels des CVD-Verfahrens abgeschiedenen Dia- mantschicht 2 20 μm, in Fig. 6 50 μm. In Fig. 6 ist die Diamantoberfläche bereits eben und homogen ausgebildet. Die aus den Enden der Kupferfasern 6 gebildete Oberfläche O ist vollständig überwachsen.5 and 6, the further formation of the diamond layer 2 is shown on the basis of SEM images. In FIG. 5, the thickness of the diamond layer 2 deposited by means of the CVD method is 20 μm, in FIG. 6 50 μm. 6, the diamond surface is already flat and homogeneous. The surface O formed from the ends of the copper fibers 6 is completely overgrown.
Fig. 7 zeigt eine REM-Aufnähme der Oberfläche 0 nach der Entfernung der Diamantschicht 2. Erkennbar sind die Enden der Kupferfasern 6 und die mit Diamant verfüllten Ausnehmungen 4.7 shows an SEM image of the surface 0 after the removal of the diamond layer 2. The ends of the copper fibers 6 and the recesses 4 filled with diamond can be seen.
Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht gemäß Fig. 7. Daraus ist erkennbar, dass die Ausnehmungen 4 bis zu einer Tiefe von wenigstens 100 μm mit Diamant verfüllt sind. Es ergibt sich eine hervorragende mechanische Verankerung der Diamantschicht 2.FIG. 8 shows a cross-sectional view according to FIG. 7. From this it can be seen that the recesses 4 are filled with diamond to a depth of at least 100 μm. The result is an excellent mechanical anchoring of the diamond layer 2.
Die Fig. 9 bis 12 zeigen nochmals schematisch die Entstehung der Schicht 3. Fig. 9 und 10 zeigen in Draufsicht und in perspektivischer Ansicht eine mögliche Anordnung der Kupferfasern 6. Fig. 11 zeigt schematisch den Beginn der Verfüllung der Ausnehmungen 4 mit Diamant. In Fig. 12 sind die Ausneh- mungen 4 vollständig mit Diamant verfüllt. Die Diamantschicht 2 ist in den Ausnehmungen 4 verankert .FIGS. 9 to 12 again schematically show the formation of layer 3. FIGS. 9 and 10 show a top view and a perspective view of a possible arrangement of the copper fibers 6. FIG. 11 shows schematically the beginning of the filling of the recesses 4 with diamond. 12, the recesses 4 are completely filled with diamond. The diamond layer 2 is anchored in the recesses 4.
Die Herstellung, des erfindungsgemäßen Substrats 1 kann bei¬ spielsweise folgendermaßen erfolgen: Es wird zunächst ein aus parallelen Kupferfasern 6 mit einem Durchmesser von etwa 50 μm bestehendes Bündel hergestellt. Die- Kupferfasern 6 werden in einem Kupfermantel durch Rundhämmern verdichtet. Anschließend werden die Faserzwischenräu- me bzw. Ausnehmungen 4 durch Ätzen freigelegt bzw. vergrößert . ' The production, of the substrate 1 according to the invention can be carried out at ¬ play, as follows: First, a bundle consisting of parallel copper fibers 6 with a diameter of approximately 50 μm is produced. The copper fibers 6 are compacted in a copper jacket by round hammering. Subsequently, the fiber intermediate spaces or recesses 4 are exposed or enlarged by etching. '
Die Oberfläche wird im Ultraschallbad mit Diamantkeimen bekeimt und zwar derart, dass auch in den Ausnehmungen 4 Dia- mantkeime mit einem Durchmesser von beispielsweise 4 nm abgelagert werden.The surface is germinated in the ultrasonic bath with diamond nuclei in such a way that 4 diamond nuclei with a diameter of 4 nm, for example, are deposited in the recesses.
Nach der Diamantbekeimung (siehe Fig. 11) wird das Substrat 1 in eine herkömmliche Mikrowellen-CVD-Diamantbeschichtungsan- läge eingesetzt. Anschließend wird im CVD-Verfahren eine etwa 50 μm dicke Diamantschicht 2 auf dem Substrat 1 abgeschieden. Die Beschichtungsdauer beträgt 5,5 h bei einem Druck von 60 Torr und einer Leistung von 2500 W. Die Atmosphäre enthält 4 % Menthan und 96 % Wasserstoff.After diamond seeding (see FIG. 11), the substrate 1 is used in a conventional microwave CVD diamond coating system. An approximately 50 μm thick diamond layer 2 is then deposited on the substrate 1 in the CVD process. The coating time is 5.5 hours at a pressure of 60 torr and an output of 2500 W. The atmosphere contains 4% menthan and 96% hydrogen.
Während des CVD-Verfahrens wächst der Diamant zunächst in den Ausnehmungen 4 und auf der durch die Faserenden 6 gebildeten Oberfläche 0. Es bildet sich schließlich eine die Ausnehmungen 4 nahezu vollständig erfüllende Diamant-Faser-Durchdrin- gungsStruktur. Anschließend wächst auf der Oberfläche O eine ebene Diamantschicht 2. Die Diamantschicht 2 ist mechanisch in den Ausnehmungen 4 verankert . Nach dem Abscheiden der Diamantschicht 2 wird von der Beschichtungstemperatur auf Raumtemperatur abgekühlt. Die dabei insbesondere in der Diamant- schicht 2 auftretenden Druckspannungen werden nun durch eine elastische und/oder plastische Verformung der Kupferfasern 6 kompensiert. Die Kupferfasern 6 können dabei gebogen und/oder gestreckt werden. Ferner können dabei nicht oder nicht voll¬ ständig mit Diamant verfüllte Ausnehmungen 4 in ihrer Form geändert werden. Solche Ausnehmungen 4 können nahezu voll- ständig geschlossen werden. In Fig. 3 ist die beschriebene Kompensation der Druckspannungen schematisch dadurch gezeigt, dass die Fasern 6 im Randbereich des Substrats 1 eine nach innen hinweisende Biegung zeigen.During the CVD process, the diamond initially grows in the recesses 4 and on the surface 0 formed by the fiber ends 6. Finally, a diamond-fiber penetration structure which almost completely fulfills the recesses 4 is formed. A flat diamond layer 2 then grows on the surface O. The diamond layer 2 is mechanically anchored in the recesses 4. After the deposition of the diamond layer 2, the coating temperature is cooled to room temperature. The compressive stresses that occur in particular in the diamond layer 2 are now compensated for by an elastic and / or plastic deformation of the copper fibers 6. The copper fibers 6 can be bent and / or stretched. Furthermore, not present or not fully ¬ ever-filled with diamond recesses 4 be changed in shape. Such recesses 4 can be almost completely be closed constantly. 3, the described compensation of the compressive stresses is shown schematically in that the fibers 6 in the edge region of the substrate 1 show an inward-pointing bend.
Fig. 13 zeigt Raman-Spektren, welche an drei verschiedenen Orten der Diamantschicht 2 aufgenommen worden sind. Der Diamant-Peak liegt bei einer Wellenzahl von 1336 1/cm. Er ist gegenüber der Wellenzahl des natürlichen Diamants von 1332 nur geringfügig verschoben. Das zeigt, dass die Druckspannungen in der Diamantschicht 2 im Wesentlichen durch eine Verformung der Schicht 3 in xy-Richtung kompensiert worden sind. Ein Verbiegen der Substrats 1 und/oder der Schicht 3 in z- Richtung tritt nicht auf.13 shows Raman spectra which have been recorded at three different locations of the diamond layer 2. The diamond peak is at a wave number of 1336 1 / cm. It is only slightly shifted from the wave number of natural diamond from 1332. This shows that the compressive stresses in the diamond layer 2 have essentially been compensated for by a deformation of the layer 3 in the xy direction. Bending of the substrate 1 and / or the layer 3 in the z direction does not occur.
Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es erstmals Diamantschichten 2 auch auf Substraten 1 abzuscheiden, die keine stabilen Karbide bilden. Es lassen sich insbesondere Diamant- wärmespreizungsschichten auf Kupfersubstraten als Wärmesenken herstellen.With the present invention it is possible for the first time to deposit diamond layers 2 on substrates 1 which do not form stable carbides. Diamond heat spreading layers in particular can be produced on copper substrates as heat sinks.
Damit ist es möglich, die Vorteile einer Diamantschicht 2, nämlich deren Härte und Wärmeleitfähigkeit, zu kombinieren mit den .Vorteilen kostengünstiger und ebenfalls eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisender Metalle, wie Kupfer. This makes it possible to combine the advantages of a diamond layer 2, namely its hardness and thermal conductivity, with the. Advantages of inexpensive metals which also have a high thermal conductivity, such as copper.
Bezugs zeichenlisteReference character list
1 Substrat1 substrate
2 Diamantschicht2 diamond layer
3 Schicht3 layer
4 Ausnehmung4 recess
5 weitere Schicht5 more layers
6 Kupferfaser6 copper fiber
0 0 Oberfläche 0 0 surface

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines mit einer Diamantschicht (2) beschichteten Substrats (1) mit folgenden Schritten:1. A method for producing a substrate (1) coated with a diamond layer (2), comprising the following steps:
Bereitstellen eines Substrats (1) mit einer von dessen Oberfläche (0) zum Inneren hin sich erstreckenden Schicht (3) , welche von der Oberfläche (0) zum Inneren hin sich erstrek- kende Ausnehmungen (4) aufweist und in einer zur Oberfläche (O) parallelen xy-Ebene elastisch und/oder plastisch verformbar ist undProviding a substrate (1) with a layer (3) extending from its surface (0) towards the inside, which has recesses (4) extending from the surface (0) towards the inside and in one towards the surface (O ) parallel xy plane is elastically and / or plastically deformable and
Herstellen einer in die Ausnehmungen (4) eingreifenden polykristallinen Diamantschicht (2) mittels eines CVD-Verfahrens, wobei beim Abkühlen in der Diamantschicht (2) auftretende Abkühlungsspannungen durch eine elastische und/oder plastische Verformung der Schicht (3) in der xy-Ebene im Wesentlichen kompensiert werden.Manufacture of a polycrystalline diamond layer (2) engaging in the recesses (4) by means of a CVD process, cooling voltages occurring during cooling in the diamond layer (2) being caused by an elastic and / or plastic deformation of the layer (3) in the xy plane in the Be compensated for essentially.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schicht (3) beim Abkühlen derart verformt wird, dass im Raman-Spektrum der Diamant-Peak bei einer Wellenzahl von weniger als 1342, vorzugsweise weniger als 1337, liegt.2. The method according to claim 1, wherein the layer (3) is deformed on cooling such that the diamond peak in the Raman spectrum is at a wave number of less than 1342, preferably less than 1337.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche (0) eben ausgebildet ist.3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the surface (0) is flat.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Tiefe der Ausnehmungen (4) mindestens doppelt so groß wie deren Durchmesser ist.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein a depth of the recesses (4) is at least twice as large as their diameter.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tiefe der Ausnehmungen (4) mindestens 1 μm, vorzugsweise mehr als 50 μm, beträgt. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the depth of the recesses (4) is at least 1 micron, preferably more than 50 microns.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser der Ausnehmungen (4) so groß ist, dass darin ein Diamantwachstum möglich ist.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the diameter of the recesses (4) is so large that diamond growth is possible therein.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmungen (4) sich im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche (0) sich erstrecken.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the recesses (4) extend substantially perpendicularly from the surface (0).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Kompensation von AbkühlungsSpannungen die Form der8. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the compensation of cooling voltages the shape of the
Ausnehmungen (4) geändert wird.Recesses (4) is changed.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Diamantschicht (2) in den Ausnehmungen (4) mechanisch verankert wird.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the diamond layer (2) is mechanically anchored in the recesses (4).
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmungen (4) mechanisch, mittels LASER oder durch Ätzen hergestellt werden.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the recesses (4) are produced mechanically, by means of LASER or by etching.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (3) aus im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the layer (3) from substantially perpendicular to the surface
(0) ausgerichteten, aneinander liegenden, verdichteten Fasern (6) gebildet ist.(0) aligned, adjacent, compressed fibers (6) is formed.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern (6) aus Metall, Glas, Grafit oder Keramik hergestellt sind.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the fibers (6) are made of metal, glass, graphite or ceramic.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (1) durch Verdichten der Fasern (6) hergestellt wird.13. The method according to any one of the preceding claims, wherein the substrate (1) is produced by compressing the fibers (6).
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche (0) verlaufende Aus- nehmungen (4) durch Ätzen von Faserzwischenräumen hergestellt werden.14. The method according to any one of the preceding claims, wherein substantially perpendicular to the surface (0) extending out recesses (4) are produced by etching fiber interstices.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (3) aus einem Metallschaum oder einem Sinterkörper hergestellt wird.15. The method according to any one of the preceding claims, wherein the layer (3) is produced from a metal foam or a sintered body.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichte des Substrats (1) vor, während oder nach dem Her- stellen der Diamantschicht (2) im Bereich einer von einer Unterseite zum Inneren des Substrats (1) hin sich erstreckenden weiteren Schicht (5) erhöht wird.16. The method according to any one of the preceding claims, wherein the density of the substrate (1) before, during or after the production of the diamond layer (2) in the region of a further layer (from an underside to the inside of the substrate (1)) 5) is increased.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erhöhung der Dichte mittels Umformung, Infiltration oder17. The method according to any one of the preceding claims, wherein the increase in density by means of forming, infiltration or
Sintern erfolgt .Sintering takes place.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (3) aus einem Metall oder einer Legierung herge- stellt wird, das/die keine stabilen Karbide bildet.18. The method according to any one of the preceding claims, wherein the layer (3) is produced from a metal or an alloy which / which does not form stable carbides.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metall aus Kupfer, Gold, Platin oder Silber gebildet ist oder die Legierung Kupfer, Gold, Platin oder Silber enthält.19. The method according to any one of the preceding claims, wherein the metal is formed from copper, gold, platinum or silver or the alloy contains copper, gold, platinum or silver.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (3) und das Substrat (1) einstückig ausgebildet sind.20. The method according to any one of the preceding claims, wherein the layer (3) and the substrate (1) are integrally formed.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (3) mit dem Substrat (1) verbunden wird.21. The method according to any one of the preceding claims, wherein the layer (3) is connected to the substrate (1).
22. Diamantbeschichtetes Substrat, wobei auf einer Oberfläche (O) eines Substrats (1) eine polykristalline Diamant- schicht (2) vorgesehen ist, wobei das Substrat (1) eine von der Oberfläche (O) zum Inneren hin sich erstreckende Schicht22. Diamond-coated substrate, a polycrystalline diamond layer (2) being provided on a surface (O) of a substrate (1), the substrate (1) being one of the surface (O) extending towards the inside
(3) mit von der Oberfläche (0) zum Inneren hin sich erstrek- kenden Ausnehmungen (4) aufweist, in welche die Diamantschicht (2) eingreift.(3) with recesses (4) extending from the surface (0) towards the inside, into which the diamond layer (2) engages.
23. Diamantbeschichtetes Substrat nach Anspruch 22, wobei die Oberfläche (O) eben ausgebildet ist.23. Diamond-coated substrate according to claim 22, wherein the surface (O) is flat.
24. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 oder 23, wobei eine Tiefe der Ausnehmungen (4) mindestens doppelt so groß wie deren Durchmesser ist .24. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 or 23, wherein a depth of the recesses (4) is at least twice as large as their diameter.
25. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Tiefe der Ausnehmungen (4) mindestens 1 μm, vorzugsweise mehr als 50 μm, beträgt.25. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 24, wherein the depth of the recesses (4) is at least 1 μm, preferably more than 50 μm.
26. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei der Durchmesser so groß ist, dass in den Ausnehmungen (4) ein Diamantwachstum möglich ist.26. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 25, wherein the diameter is so large that diamond growth is possible in the recesses (4).
27. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei die Ausnehmungen (4) sich im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche (O) erstrecken.27. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 26, wherein the recesses (4) extend substantially perpendicularly from the surface (O).
28. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche28. Diamond coated substrate according to one of the claims
22 bis 27, wobei die Ausnehmungen (4) infolge der Kompensation von Abkühlungsspannungen verformt sind.22 to 27, the recesses (4) being deformed as a result of the compensation of cooling voltages.
29. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 28, wobei die Diamantschicht (2) in den Ausnehmungen29. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 28, wherein the diamond layer (2) in the recesses
(4) mechanisch verankert ist.(4) is mechanically anchored.
30. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 29, wobei die Ausnehmungen (4) mechanisch, mittels LA- SER oder durch Ätzen hergestellt sind. 30. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 29, wherein the recesses (4) are made mechanically, by means of LA-SER or by etching.
31. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 30, wobei die Schicht (3) aus im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche (0) ausgerichteten, aneinander liegen- den, verdichteten Fasern (6) gebildet ist.31. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 30, wherein the layer (3) is formed from compressed fibers (6) lying against one another and oriented essentially perpendicular to the surface (0).
32. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 31, wobei die Fasern (6) aus Metall, Glas, Grafit oder Keramik hergestellt sind.32. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 31, wherein the fibers (6) are made of metal, glass, graphite or ceramic.
33. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 32, wobei das Substrat (1) aus verdichteten Fasern (6) gebildet ist.33. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 32, wherein the substrate (1) is formed from compressed fibers (6).
34. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche34. Diamond coated substrate according to one of the claims
22 bis 33, wobei im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche (0) verlaufende Ausnehmungen (4) durch Ätzen von Faserzwischenräumen hergestellt sind.22 to 33, wherein recesses (4) running essentially perpendicular to the surface (0) are produced by etching fiber interstices.
35. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 34, wobei die Schicht (3) aus einem Metallschaum oder einem Sinterkörper gebildet ist.35. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 34, wherein the layer (3) is formed from a metal foam or a sintered body.
36. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 35, wobei eine einer von einer Unterseite zum Inneren des Substrats (1) hin sich erstreckende weitere Schicht (5) mittels Umformung, Infiltration oder Sintern verdichtet ist.36. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 35, wherein a further layer (5), which extends from a lower side toward the inside of the substrate (1), is compressed by means of shaping, infiltration or sintering.
37. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 36, wobei die Schicht (3) aus einem Metall oder einer37. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 36, wherein the layer (3) made of a metal or
Legierung hergestellt wird, das/die keine stabilen Karbide bildet .Alloy is produced that does not form stable carbides.
38. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 37, wobei das Metall aus Kupfer, Gold, Platin oder Silber gebildet ist oder die Legierung Kupfer, Gold, Platin oder Silber enthält.38. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 37, wherein the metal made of copper, gold, platinum or Silver is formed or the alloy contains copper, gold, platinum or silver.
39. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 38, wobei die Schicht (3) und das Substrat (1) einstückig ausgebildet sind.39. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 38, wherein the layer (3) and the substrate (1) are integrally formed.
40. Diamantbeschichtetes Substrat nach einem der Ansprüche 22 bis 39, wobei die Schicht (3) mit dem Substrat (1) verbun- den wird. 40. Diamond-coated substrate according to one of claims 22 to 39, wherein the layer (3) with the substrate (1) is connected.
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