Physical Vapor Deposition (PVD) ist ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Hartstoffschichten durch Erzeugung einer teilweise ionisierten Verdampfung des Metalls, dessen Reaktion mit bestimmten Gasen und die Bildung einer Dünnschicht auf dem Substrat mit einer spezifischen Zusammensetzung. Die am häufigsten verwendeten Methoden sind das Sputtern und die kathodische Lichtbogenentladung. Beim Sputtern wird die Verdampfung durch Beschuss eines Metall-Targets mit energiereichen Gasionen erzeugt. Das kathodische Lichtbogenverfahren nutzt wiederholende Lichtbogen-Entladungen im Vakuum, mit denen das Metall-Target getroffen und das Material zum Verdampfen gebracht wird. Alle PVD-Verfahren erfolgen unter Hochvakuumbedingungen.
Die PVD-Verfahren werden für die Abscheidung von Schichten aus Carbiden, Nitriden und Carbonitriden aus Ti, Cr, Zr und deren Legierungen wie AlCr, AlTi, TiSi für eine Vielzahl von Werkzeugen und Komponenten eingesetzt. Die Anwendungen umfassen Schneid- und Formwerkzeuge, mechanische Komponenten, medizinische Vorrichtungen und Produkte, die von den dekorativen Eigenschaften und der Härte der Beschichtungen profitieren.
Übliche Prozesstemperaturen für PVD-Beschichtungen liegen zwischen 250°C und 450°C. In einigen Fällen können PVD-Beschichtungen auch bei Temperaturen unter 70°C oder bis zu 600°C abgeschieden werden, abhängig vom Substratmaterial und dem erwünschten Verhalten in der Anwendung.
Die Beschichtungen können als Mono-, Mehrfach- oder Gradientenschichten abgeschieden werden. Dünnschichten der neuesten Generation sind nanostrukturierte Varianten und Gitterstrukturen aus Mehrfachschichten, die noch weiter verbesserte Eigenschaften besitzen. Die Struktur der Beschichtung kann gezielt gesteuert werden, um die gewünschten Eigenschaften, wie Härte, Haftung, Reibung, etc. zu erhalten. Die Anforderungen der jeweiligen Anwendung bestimmen die Wahl der finalen Schicht.
Übliche Schichtdicken der PVD-Beschichtungen variieren zwischen 2 und 5 Mikrometer, aber es können auch Beschichtungen von einigen Hundert Nanometern oder bis 15 oder mehr Mikrometer abgeschieden werden. Die Substratmaterialien können Stahl, Nichteisenmetalle, Wolframcarbide sowie vorgalvanisierte Kunststoffe sein. Die Eignung eines Substratwerkstoffes für die PVD-Beschichtung ist nur durch seine Stabilität gegenüber der Temperatur bei der Abscheidung und seine elektrische Leitfähigkeit limitiert.