Einfluss der Prozessparameter auf die Mikrostruktur und die ...

Dissertation Olaf Stelling Kenntnisstand
parametern beeinflussen. Als wichtigste Größen sind hier die Überhitzung der
Schmelze, die Bewegung der Zerstäubergasdüse und des Substrats sowie das
Massenstromverhältnis zwischen Zerstäubergas und Schmelze (Gas to Metal Ra-
tio GMR) zu nennen.
Die Überhitzung der Schmelze beschreibt die Differenz zwischen der im Ver-
such eingestellten Schmelzetemperatur und der Liquidustemperatur der Legie-
rung. Sowohl durch das Abgießen der Schmelze in den Verteiler als auch durch
den Wärmetransport an die kältere Verteilerwandung kommt es bereits vor Errei-
chen des Verteilerauslasses zu einer Abkühlung der Schmelze. Da hierbei eine
frühzeitige Erstarrung vermieden werden soll, wird üblicherweise in Abhängigkeit
der Legierung eine Überhitzung von � �50
� 200 K gewählt [FRI97], [TIN03].
T Ü
Die Schmelzeüberhitzung hat somit direkten Einfluss auf die Temperatur und das
Erstarrungsverhalten des Materials in allen Teilschritten des Sprühkompaktier-
prozesses.
Die Geometrie des sprühkompaktierten Deposits hängt im Wesentlichen von
der Bewegung des Substrats sowie der Zerstäubergasdüse ab. Bei der Herstel-
lung von sprühkompaktierten Bolzen entfernt sich das Substrat mit konstanter
Geschwindigkeit von der Düse, um einen gleichbleibenden Abstand zwischen Zer-
stäubergasdüse und Substrat sicherzustellen. Gleichzeitig rotiert das Substrat mit
konstanter Geschwindigkeit, um ein gleichmäßiges Auftreffen der Partikel auf das
Deposit zu gewährleisten. Diese treffen abhängig von der Pendelbewegung der
Zerstäubergasdüse auf das Substrat bzw. die Depositoberfläche auf. Die Überla-
gerung der rotatorischen Substratbewegung mit der Pendelbewegung der Zer-
stäubergasdüse führt zu einer charakteristischen Verteilung des Materials auf der
Depositoberfläche. Diese wirkt sich stark auf die Abkühlbedingungen in der ober-
sten Depositschicht und somit auf die Erstarrung und die thermischen Bedingun-
gen des gesamten Deposits aus. Bei konstanter Substratdrehzahl kann durch
Änderung der Scanfrequenz der Zerstäubergasdüse ein gleichmäßigeres Auftra-
gen dünnerer Materialschichten realisiert werden [ELL09].
Die Tropfengrößenverteilung und die Abkühlbedingungen innerhalb des Sprüh-
kegels werden maßgeblich durch das Verhältnis von Zerstäubergasmassenstrom
m�
Gas und Schmelzemassenstrom m�
Sch
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GMR �
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16
Gas
Sch
(2.4)
beeinflusst. Eine Variation des Gasmassenstroms wird üblicherweise durch Ände-