Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

4. Methodische Vorgehensweise
47
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
ein. Die Reaktionen zwischen SiC und den Metallen Fe, Ni, Co und Pt sind für Temperaturen
ab 900 °C bereits Gegenstand umfassender Untersuchungen gewesen [Cho91, Pel99]. Andere
Arbeiten weisen schon bei 700 °C Reaktionen zwischen SiC und Fe, Co oder Ni nach [Jac83].
Für die Systeme SiC / Ni und SiC / Pd reichen sogar Temperaturen von 500 °C für erste
Reaktionen im festen Zustand aus und im Kontakt zu Silicium starten die Reaktionen von Ni
und Pd bei noch niedrigeren Temperaturen [Pai85]. Unter Berücksichtigung der maximal
zulässigen Substrattemperatur und der Kühlleistung des Substrathalters beschränkt die thermische
Leitfähigkeit die zulässige Dicke des Substrats.
Substratauswahl
Als Substrate kommen zunächst Silicium (100) Wafer zum Einsatz, die auf Grund der zu SiC
ähnlichen Kristallstruktur optimale Aufwachsbedingungen bieten. Zudem bieten diese Substrate
die Möglichkeit, Hinweise auf bevorzugte Aufwachsorientierungen zu erhalten. Darüber
hinaus werden typische Vertreter unterschiedlicher metallischer Strukturwerkstoffe ausgewählt.
Neben dem Baustahl S235JR (1.0037, St 37-2), dem rostfreien austenitischen Stahl
X5CrNi18-10 (1.4301), Al 99,5 und der Aluminiumknetlegierung Al Mg 1,5, Kupfer und
Cu Zn 10 wird auch Titan 99,9 beschichtet.
Um den Einfluss sehr hoher Substrattemperaturen untersuchen zu können, kommt auch Molybdän
zum Einsatz. Als Strukturwerkstoff hat Molybdän bislang nur selten Anwendung gefunden.
Daher werden auch Mo Beschichtungen mittels atmosphärischen Plasmaspritzens
(APS) hergestellt. Die verwendeten Prozessparameter sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die
Untersuchungen an APS Molybdän beschichteten Substraten beinhalten das Erfassen des
Einflusses unterschiedlicher Oberflächenzustände (wie gespritzt, oxidfrei, geschliffen).
Schließlich kommen auch keramische Verbundwerkstoffe als Substrate zum Einsatz. An
mittels CVI hergestellten C / SiC Verbunden wird der Einfluss unterschiedlicher Oberflächenzustände
(wie hergestellt, geschliffen, beschichtet mit CVD SiC) auf die Schichtsynthese analysiert.
Die für die Schichtabscheidung relevanten thermomechanischen Eigenschaften der
eingesetzten Substratwerkstoffe sind in Tabelle 2 aufgeführt. Das breite Spektrum erlaubt das
Isolieren kritischer Eigenschaften für die TPCVD Synthese von Si-C(-N) Schichten.
Vor dem Beschichten werden die metallischen Substrate geschliffen, um Reaktionsschichten
oder Beläge aus der Fertigung von der Oberfläche zu entfernen, und in einem ultraschallgestützten
Äthanol- oder Hexanbad gereinigt.