Beschichtungen aus diamantähnlichem Kohlenstoff

Autoren: Victoria Marcune

Beschichtungen aus diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC-Beschichtungen) sind eine Art einer extrem beständigen optischen Antireflexionsbeschichtung (AR). Sie zeichnen sich durch eine harte Oberfläche mit geringer Reibung aus, die kratz- und korrosionsbeständig ist und eine hervorragende Übertragung im mittel- bis langwelligen Infrarotbereich (IR) bietet. Dank ihrer überragenden Widerstandsfähigkeit und Stärke eignen sich DLC-Beschichtungen für raue, anspruchsvolle Umgebungen und sind ideal für Wärmebild- und andere Sicherheits- und Verteidigungsanwendungen.

Was sind DLC-Beschichtungen?

DLC-Beschichtungen nutzen die Vorteile der vierwertigen Struktur von Kohlenstoff. Diese macht eine Vielzahl von Konfigurationen möglich, mit denen sich unterschiedliche physikalische Eigenschaften erzielen lassen. In einer kristallinen Struktur bildet Kohlenstoff die bekannte Substanz Diamant. Diese Form verfügt bekanntlich über die größte Härte aller natürlich vorkommenden Stoffe auf der Erde. Kohlenstoff, der in einer stabilen, hexagonalen Struktur angeordnet ist, wird als Graphit bezeichnet, der eine reibungsarme Oberfläche bieten kann. DLC-Beschichtungen ordnen die Atome in einer amorphen Struktur an, die von den wünschenswerten Eigenschaften von Graphit und Diamant profitiert.

Abbildung 1: DLC-Beschichtungen sind eine spezielle Art von AR-Beschichtungen, die sich aufgrund ihrer hohen Härte und Widerstandsfähigkeit gegen Kratzer und Korrosion gut für Anwendungen in rauen Umgebungen eignen.

DLC-Beschichtungen bestehen zunächst aus einem kohlenstoffhaltigen Gas, das mit Hilfe eines Plasmas eine gleichmäßige, aus einer einzelnen Schicht bestehende Beschichtung auf der Substratoberfläche bildet. Mit dieser Technik können die Beschichtungen sowohl auf flachen als auch auf gekrümmten Oberflächen aufgebracht werden. Das direkte Aufbringen auf die Oberfläche ist bei Substraten wie Germanium und Silizium möglich, bei einigen anderen Substraten sind hingegen möglicherweise zusätzliche Haftschichten erforderlich.

DLC-Beschichtungen vs. herkömmliche AR-Beschichtungen

Im Vergleich zu langlebigen AR-Beschichtungen und Standard-AR-Beschichtungen sind DLC-Beschichtungen am besten für Härte und Haltbarkeit geeignet. Die Abriebprüfung nach den US-amerikanischen militärischen Haltbarkeitsnormen MIL-C-48497, MIL F-48616 und MIL-C-675 erfolgt durch Reiben des Teils mit einem Standard-Bimsschwamm nach MIL-E-12397 mit einer senkrecht auf die beschichtete Oberfläche ausgeübten Auflagerkraft zwischen 2 und 2,5 lbs. Der Prüfling wird mit 20 - 200 Strichen, je nach Endanwendung getestet. DLC-Beschichtungen werden außerdem einem Wischtest gemäß den TS-1888-Richtlinien unterzogen. Daneben werden Korrosionstests durchgeführt, darunter Salznebeltests, Salzwassersprühtests und beschleunigte Korrosionstests, um die Leistung der Optik im Feld vorherzusagen. Edmund Optics® DLC-Beschichtungen halten Salznebeltests für mehr als 90 Tage stand.

DLC-Beschichtungen weisen eine hohe Breitbandtransmission über IR-Wellenlängen auf, haben aber im Vergleich zu Standard-BBAR-Beschichtungen im Durchschnitt eine etwas geringere Transmission (Abbildung 2). Um den Lichtverlust zu verringern, werden DLC-Beschichtungen häufig mit herkömmlichen AR-Beschichtungen auf der Rückseite der Optik kombiniert. Dies führt zu einer hohen Transmission bei einer geringeren Bandbreite als bei Optiken mit BBAR-Beschichtungen auf beiden Oberflächen. Gleichzeitig profitieren Optiken mit DLC-Beschichtung von der hohen Haltbarkeit der DLC-Beschichtungen auf einer Seite der Optik. Zur Analyse der DLC-Beschichtungsleistung wird häufig die Fourier-Transformations-Infrarottechnik (FTIR) eingesetzt.

Abbildung 2: Transmissions- und Reflexionskurven für DLC- und BBAR-Beschichtungen auf einem Germanium-Substrat. Die DLC-Beschichtung produziert eine V-förmige Reflexionskurve und hat in der Regel eine geringere Transmission als die BBAR-Beschichtung.

Tabelle 1: Vergleich von DLC-Beschichtungen mit herkömmlichen BBAR-Beschichtungen.

DLC-Beschichtungen bei Edmund Optics^®

Edmund Optics ist führend in der DLC-Beschichtungstechnologie und bietet sowohl DLC-beschichtete Germanium-Fenster als Standardprodukte als auch kundenspezifische DLC-beschichtete Optiken an. Wir tragen DLC-Beschichtungen sowohl auf Germanium- als auch auf Siliziumsubstraten auf.

Für kundenspezifische DLC-beschichtete Optiken sind internes Schleifen, Polieren und Diamantdrehen möglich. Die Beschichtungen können fein abgestimmt werden, um eine maximale Transmission bei den gewünschten Wellenlängen zu erreichen. Interne Umgebungsprüfungen, Einrichtungen für Wischtests und FTIR-Spektrometer stellen sicher, dass alle Spezifikationen erfüllt werden.

Erfahren Sie mehr über die DLC-Beschichtungsfähigkeiten von Edmund Optics

Literatur

1. 1. Peterson, N. (2022, Januar 16). What is DLC, Also Known as Diamond Like Carbon Coating? https://vaportech.com/blog-what-is-diamond-like-carbon-dlc/

Weitere Informationen

• Webinar-Aufzeichnung: DLC- und langlebige AR-Beschichtungen für raue Umgebungen
• Eine Einführung in optische Beschichtungen
• Antireflexionsbeschichtungen
• Fähigkeiten im Bereich optischer Komponenten für den Sicherheitsbereich