Projektbereich D Lugscheider, Erich 383 Projektbereich D ... - SFB 289

2.3 Durchführung und Ergebnisse
Projektbereich D
Lugscheider, Erich
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Im Folgenden werden die Forschungsergebnisse der Schichttechnologien und Fügeverfahren,
wie PVD-, TS- und Löttechnologie, dargestellt. Zunächst werden die Ergebnisse
der Oberflächenanalytik präsentiert. Anschließend folgen die Darstellungen der
anwendungsnahen Versuche und der Modelltest, sowie den Versuchen mit realen
Bauteilen.
2.3.1 Oberflächenanalytik
Im folgenden Kapitel wird die Entwicklung der kristallinen ZrO2- und Al2O3-Schichten
beschrieben. Weiterhin wird kurz auf die Entwicklung des Systems MgAl2O4 eingegangen
und die Gründe erläutert, warum die Entwicklung nicht zielführend war.
2.3.1.1 PVD
Forschung und Entwicklung kristalliner MgAl2O4-Schichten mittels MSIP-PVD-Prozess
unter Einsatz der Pulstechnik
Mit MgAl2O4 sollte zusätzlich zu den binären ZrO2- und Al2O3-Systemen ein komplexeres
System in die Entwicklung miteinbezogen werden. Für die Abscheidung dieses
Schichtsystems mittels MSIP-PVD-Pulsprozess können im wesentlichen zwei Verfahrensvarianten
gewählt werden. Das Schichtsystem kann reaktiv mittels metallischer Targets
und nichtreaktiv mittels keramischer Targets abgeschieden werden. Bei der Verwendung
von metallischen Targets sind zwei Herstellungsmethoden möglich. Einerseits die
sintertechnische Herstellung und andererseits die Herstellung gepfropfter Targets. Da eine
Phase MgAl2 nicht existiert, ist eine schmelzmetallurgische Herstellung von Targets nicht
möglich. Die sintertechnische Herstellung von MgAl2-Targets war nicht zielführend, da
keinerlei Erfahrungen seitens potenzieller Targethersteller vorlagen und keine Garantien
bezüglich der Targetform gegeben werden konnten. Bei der Herstellung von gepfropften
Target (Mg-Pfropfen in Al-Target) kam es, sowohl bei der Targetherstellung wie auch bei
der Abscheidung des Schichtsystems, zu nicht tolerierbaren Stöchiometrieverschiebungen.
Ebenfalls ist bei der Verwendung von reinen Al- und Mg-Targets die Abscheidung des
MgAl2-Verhältnisses nicht gewährleistet. Die nichtreaktive Abscheidung von MgAl2O4-
Schicht aus keramischen Targets erbrachte gute Ergebnisse. Die abgeschiedenen Schichten
waren aber den kristallinen ZrO2- und Al2O3-Schichten in ihrer Performance deutlich
unterlegen. Daher wurde eine weitere Entwicklung der MgAl2O4-Schichten als nicht
zielführend betrachtet und zugunsten der kristallinen ZrO2- und Al2O3-Schichten
eingestellt. Im folgenden wird die Entwicklung dieser Schichten detailliert dargestellt.