Grundlagenuntersuchungen zur Synthese neuartiger Nanokompositschichtsysteme mittels externer Nanopartikeleindüsung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Einar Kruis; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Tillmann
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382368006

Nanokomposite sowie deren Eigenschaftsprofil stehen seit Jahren im Fokus vieler Untersuchungen und aktueller Forschungsvorhaben im Gebiet der Dünnschichttechnologie. Bislang unterliegt die Synthese der Schichtstruktur und Phasenkomposition den Einschränkungen der thermodynamischen Gleichgewichtsbedingungen, während des Schichtwachstums und der daraus resultierenden Restriktionen für die Abscheidung zweier nicht mischbarer Phasen. Dies sorgt für eine Einschränkung der möglichen Schichtwerkstoffe und verhindert somit oft die Verwendung der herausragenden tribo-mechanischen Schichteigenschaften des Nanoverbundes.Aus diesem Grund besteht der Ansatz des geplanten Vorhabens darin diese Einschränkungen durch eine örtlich getrennte Synthese der beiden Phasen auszuhebeln und erstmalig eine nahezu werkstoffunabhängige Abscheidung zu ermöglichen. Dies soll durch die Kombination einer Vorrichtung zur Nanopartikelinjektion, welche durch ein aerodynamisches Linsensystem realisiert wird, mit einer PVD-Sputteranlage realisiert werden. Dabei wird die Matrixkomponente, bestehend aus CrN mittels konventioneller Magnetron-Sputtertechnologie synthetisiert und zeitgleich ein Nanopartikelstrom aus 20 nm großen Ti/TiN Partikeln eingeleitet. Die dabei bestehenden Herausforderungen aufgrund der verschiedenen Arbeitsdrücke in Kombination mit den Problemen einer flächigen Abscheidung werden erstmalig durch ein modulares Linsenarray gelöst. Ziel der Untersuchungen ist es durch die gezielte Einstellung von 10, 20 und 30 at.% Nanopartikel ein grundlegendes Verständnis für die Klasse der mischbaren Nanokomposite zu schaffen und neben der strukturellen Ebene die resultierenden tribo-mechanischen Schichteigenschaften im Detail zu untersuchen. Insbesondere die Mechanismen zur Ausbildung der Schichtstruktur und die möglichen Vorgänge an den Phasengrenzen zwischen den Nanopartikeln und Matrixwerkstoff werden zum Verständnis der noch unerforschten Werkstoffklasse beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen