SB_19101NLP

Seite 13 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 19.101N
wodurch das Material auf das Substratmaterial gespritzt wird. Beim Aufprall des Beschichtungsmaterials
auf das Substrat deformieren die Partikel auf Grund ihrer kinetischen
Energie. Die verformten Partikel wiederum erstarren durch den Kontakt mit dem
Substrat, dessen Temperatur sich unterhalb der Schmelztemperatur des Spritzwerkstoffes
findet. Idealerweise kommt es bei diesem Vorgang des Auftreffens und Erstarrens
zu einem Verbund beider Materialien. Dieser Verbund wird, je nach Verfahren
und Werkstoff aus einer Kombination von mechanischer Verklammerung,
physikalischer Adhäsion und Diffusion gebildet. [3] Auch überlagern sich die Einzelnen
Partikel untereinander, wodurch es zur Schichtbildung kommt. Die Schichteigenschaften
sind hierbei maßgeblich beeinflusst von der Temperatur und Geschwindigkeit der
Spritzpartikel im Moment des Auftreffens auf das Substrat. [4]
2.1.1 Theoretische Hintergründe des Plasmas
Der Zustand eines Stoffes kann über die drei klassischen Aggregatszustände beschrieben
werden. Unter ausreichender Druck- und Temperaturerhöhungen ändert
sich dieser Aggregatszustand, es kommt zum Phasenübergang [5]. Wird ein Stoff weit
über seinen gasförmigen Zustand hinaus erhitzt, beginnen die Atome und Moleküle in
einem kontinuierlichen Prozess zu Elektronen und Ionen zu zerfallen [6]. Damit derartige
Vorgänge vonstattengehen, muss die thermische Energie mindestens im Bereich
der Ionisationsenergie der atomaren Teilchen liegen. Durch die Ladungstrennung wird
diese Materie elektrisch leitfähig und kann in Folge dessen durch Magnetfelder beeinflusst
werden [7]. Zusammen mit der erhöhten Kraft-Wechselwirkung zwischen den
geladenen Teilchen, ergibt sich ein neues Materieverhalten, welches allgemeinhin als
Plasma bezeichnet wird. Um jedoch den Plasmazustand auch auf mikroskopischer
Ebene zu beschreiben, reicht die reine Annahme der Ionisation nicht aus [8].
Quasineutralität
Um das allgemeine Verhalten von Plasma und die wirkenden Einflussfaktoren besser
zu verstehen, wird mit verschiedenen Ansätzen gearbeitet. Wird das Plasma in seiner
Gesamtheit betrachtet, wäre davon auszugehen, dass sich aufgrund der starken
Coulomb-Kraftwechselwirkungen zwischen den Ladungsträgern, über Zeit wieder ein
neutraler Zustand ausbildet. Im Mittel der zeitlichen und räumlichen Ausdehnung verhält
sich das Plasma ladungsneutral oder auch quasineutral [9]. Es gilt in Näherung:
n e − Z i n i
n e
≪ 1 (2.1)
mit: ne,i Ladungsdichte Elektronen (e), Ladungsdichte Ionen (i)
Zi
ganzzahliger Faktor der Ionenladung