Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

2. Stand der Forschung
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Verarbeiten von Dispersionen feiner MnO2 Pulver in einer mit LaCl3 gesättigten Ethanollösung
werden schwach unterstöchiometrische LaMnO3 Perowskitschichten erhalten. In einer
anschließenden Wärmebehandlung mit einem sauerstoffhaltigen Plasma wird die Stöchiometrie
eingestellt [Hen99a, Sch99].
Während das konventionelle Plasmaspritzen nur eine relativ geringe Einflussnahme auf die
Schichtmorphologie erlaubt, und das Suspensionsplasmaspritzen die Möglichkeiten nur
geringfügig erweitert, ist mit Verfahren, die Schichten aus der Gasphase synthetisieren, auch
das gezielte Einstellen der Schichtstruktur möglich [Hen99b].
Unter den Verfahren, die zur Schichtsynthese aus der Gasphase eingesetzt werden, bedienen
sich allein die Thermal Plasmajet CVD (TPCVD) Verfahren der Vorteile, die mit der hohen
Energiedichte thermischer Plasmastrahlen verbunden sind. Für TPCVD Prozesse kann die
konventionelle Plasmaspritzanlagentechnologie eingesetzt werden. Die Hauptanwendung von
TPCVD ist bisher die Synthese von Diamantschichten – insbesondere auf Hartmetallwendeschneidplatten
für die spanende Formgebung mit definierter Schneidengeometrie [Oht90,
Deu99]. Prinzipiell lassen sich auch karbidische, nitridische oder oxidische Schichten
herstellen. Im Zentrum des Interesses stehen bislang die superharten Werkstoffe des Systems
B-C-N [Pos97, Pos98] sowie der Hochtemperatursupraleiter YBa2Cu3O7-x [Zhu89b, Zhu91],
die eine Herstellung über die schmelzflüssige Phase nicht erlauben. Auf Grund der Möglichkeit
Schichten mit definierter Struktur und teilweise definierter Kristallausrichtung abzuscheiden,
besitzen TPCVD Prozesse das Potenzial, auch für die Funktionsschichtsynthese eingesetzt
zu werden. Die erzielten Abscheideraten übertreffen die aller anderen Verfahren, die zur
Schichtsynthese aus der Gasphase eingesetzt werden, deutlich. Die wesentliche Voraussetzung
für eine industrielle Anwendung dieses Verfahrens ist es, die Phasenzusammensetzung
über ausgedehnte Beschichtungsflächen zu kontrollieren.
Durch geeignete Prozessführung können in thermischen Plasmen nanoskalige Pulver synthetisiert
werden. Wesentliche Voraussetzung ist das Einstellen eines übersättigten Dampfes, der
abgeschreckt wird. Statt eines zu beschichtenden Substrats ist ein Pulverkollektor vorzusehen,
der die feinen Pulver aus dem Gasstrom herauszufiltern und reversibel zu speichern vermag.
Prinzipiell lassen sich Pulver beliebiger metallischer oder keramischer Werkstoffe synthetisieren
[Kon90, Zhu89a]. Thermische Plasmen zeichnen sich zum einen durch hohe Maximaltemperaturen,
die das Verdampfen jedes beliebigen Werkstoffs erlauben, und zum anderen
durch steile Temperaturgradienten, die in Verbindung mit den hohen Strömungsgeschwindigkeiten
Abkühlraten von 10 5 K/s ermöglichen, aus. Unter anderem gelingt die ökologisch
interessante Herstellung nanoskaliger SiC Pulver aus Reishülsen [Sin93]. Im Vergleich zum