Manufacturing of wear-resistent hard material multi layers and optimization of their mechanical properties by investigation of nanostructure

• Applicant: Dr. Hans-Dietrich Bauer (†)
• Subject Area: Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials
• Term: from 1999 to 2003
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5188170

Die Antragsteller beabsichtigen, Zusammenhänge zwischen den Herstellungsbedingungen und dem nanoskaligen Aufbau von Multilagen, mit Auswirkung auf deren mechanisches Verhalten, aufzuklären. Dazu werden durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PACVD) TiN-Al2O3-Viellagenschichten hergestellt und strukturell vorrangig mit analytischer Transmissionselektronenmikroskopie (AnTEM) untersucht. Ziel ist es, reproduzierbare Abscheidungsbedingungen zu ermitteln, die gleichmäßige Multischichten mit Korngrößen von einigen Nanometern, geringer Textur und geringer Mikrorißdichte hervorbringen, wodurch eine Verfestigung des Gefüges eintritt und sehr harte, gut haftende Schichten entstehen. Der Einfluß des Substrates auf die Schichthaftung wird einbezogen.Die AnTEM-Untersuchungen sollen Informationen über die Nanostruktur der Systeme erbringen, insbesondere der Gebiete mit Ausdehnungen von wenigen Nanometern an den Grenzflächen zwischen den Materialphasen und zum Substrat. Die Elektronen-Energieverlustspektroskopie (EELS) wird im Rastermodus schwerpunktmäßig eingesetzt, dazu wird die Methode des EELS-Imaging methodisch ausgebaut. Es werden sowohl element- als auch bindungsspezifische Signale zur Charakterisierung der Probe benutzt. Ziele sind hier das Erreichen hoher lateraler analytischer Auflösungen bei der Untersuchung geeigneter Charakteristika des Energieverlusts, wie der Kantenfeinstruktur und des Spektrums im Anregungsbereich der Valenzelektronen, sowie die Entwicklung von Methoden zur effektiven Erfassung und Auswertung der anfallenden großen Datenmengen. Zur Beurteilung der mechanischen Eigenschaften werden Mikrohärtemessungen, Ritztests und Rauhigkeitsmessungen durchgeführt. In-situ-Biegebelastungen im Rasterelektronenmikroskop werden zur Untersuchung der Schichthaftung ausgewählter Schichten herangezogen. Aussagen zu Eigenspannungen sollen röntgenographisch erhalten werden. Weiterhin sollen mit GDOES-Messungen Elementtiefenprofile am Substrat bestimmt werden.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Persons: Dr. Albrecht Leonhardt; Professor Dr. Klaus Wetzig