Einfluss der Legierungszusammensetzung und des Gefüges auf das Ermüdungsverhalten dünner substratgebundener Al Schichten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Es konnte gezeigt werden, dass: • mikrostrukturierte Schicht-Substrat Verbunde, die eine Hochdurchsatzcharakterisierung der Ermüdung von Schichtsystemen ermöglichen, an der RUB erfolgreich hergestellt werden können. Neben elementaren Cu- und Al-Schichten, bei denen mittels Wärmebehandlung die Größenordnung der Korngröße variiert wurde und damit eine Untersuchung des Korngrößeneinflusses auf die Lebensdauer ermöglicht wurde, wurden auch binäre Al- und Cu-Legierungssysteme auf mikrostrukturierten Si Biegebalken Arrays abgeschieden, • mittels Hochdurchsatz-Methoden, wie energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX), Vier- Punkt Widerstandsmessung, in-situ Charakterisierung der Spannungszustände der Schicht- Substratverbunde während der Kristallisationsglühung, sowie der Mikrostruktur mittels Röntgen-Diffraktometrie (XRD), die Legierungssysteme vor und nach einer Ermüdungsbehandlung erfolgreich charakterisiert werden können, • Optimierungen der Biegebalkengeometrie, insbesondere des Herstellungsprozesses notwendig sind um eine möglichst hohe zyklische Spannungsamplitude bzw. eine ausreichend hohe Zyklenzahl zu erlauben, • am KIT die im Antrag skizzierten Hochdurchsatzmethode zur Untersuchung der Lebensdauer von dünnen, substratgebundenen Legierungsschichten erfolgreich implementiert wurde, • eine optische in-situ Messmethode in Kombination mit einem Lebensdauerkriterium zur quantitativen Bestimmung der Schädigungsentwicklung an der Apparatur am KIT erfolgreich angewendet werden kann, um Lebensdauermessungen bei mehreren hundert Hertz und Zyklenzahlen bis 10^9 durchzuführen, • sich die Lebensdauer der Al-Schichten für verschieden feine Kornstrukturen ab ca. 10^7 Zyklen angleichen, während dies bei Cu-Schichten nicht der Fall ist, • die Schädigungsentwicklung in Legierungsschichten mit einem limitierten exponentiellen Wachstumsgesetz beschrieben werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Gordon Research Conference Thin Film & Small Scale Mechanical Behavior 2010, USA: Fatigue Testing of Al Thin Films and Alloys
S. Burger, C. Eberl, A. Siegel, A. Ludwig, O. Kraft
- Materials Structure & Micromechanics of Fracture 6, Brno, Czech Republic, June 28 - 30, 2010: Fatigue Testing of Thin Films
S. Burger, C. Eberl, A. Siegel, A. Ludwig, O. Kraft
- 6th International Workshop on Combinatorial Materials Science and Technology, Japan 2011: High Throughput Fatigue Testing of Al Thin Films and Alloys
S. Burger, C. Eberl, A. Siegel, A. Ludwig, O. Kraft
- Materials Research Society Fall Meeting 2011: Fatigue Testing of Al and Cu Thin Films Using a Resonance Cantilever Bending Setup
S. Burger, C. Eberl, A. Siegel, A. Ludwig, O. Kraft
- Tagung Gefüge und Bruch, Bochum 2011: A Novel Fatigue Testing Method for Metallic Thin Films on Si Cantilever Substrates
S. Burger, C. Eberl, A. Siegel, A. Ludwig, O. Kraft.
- “A Novel High-Throughput Fatigue Testing Method for Metallic Thin Films”, Sci. Technol. Adv. Mater. 12 054202 (2011)
S. Burger, C. Eberl, A. Siegel, A. Ludwig, O. Kraft
- “Fatigue Testing of Thin Films”, Key Eng. Mat., 465, (2011) 552
S. Burger, B. Rupp, A. Ludwig, O. Kraft, C. Eberl
- Gordon Research Conference Thin Film & Small Scale Mechanical Behavior 2012, USA: Microstructural Evolution of Cycled Al and Cu Thin Films on Si Substrates
S. Burger, C. Eberl, A. Siegel, A. Ludwig, O. Kraft
- High Cycle Fatigue of Al and Cu Thin Films by a Novel High-Throughput Method, Monografie, 2012, Dissertation am KIT
S. Burger
- TMS Annual Meeting 2012: High and Very High Cycle Fatigue in Al and Cu Thin Films on Si Substrate
S. Burger, C. Eberl, A. Siegel, A. Ludwig, O. Kraft
- TMS Annual Meeting 2013: High Cycle Fatigue of Al and Cu Thin Films by a Novel High-Throughput Method
S. Burger, C. Eberl, A. Siegel, A. Ludwig, O. Kraft
