Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

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Kurzfassung
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Kurzfassung
Hartstoffschichten auf der Basis von Silicium - SiC, Si3N4 sowie ternäre Si-C-N Verbindungen
- bieten ein hohes Potenzial für den Schutz von Bauteilen, die starken Verschleiß- und
Korrosionsbeanspruchungen insbesondere bei hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Auf
Grund ihres inkongruenten Schmelzverhaltens lassen sich derartige Schichten allerdings nur
über einen Syntheseweg herstellen.
Stand der Technik zum Herstellen von SiC Schichten sind CVD Prozesse, die entweder rein
thermisch oder unter Zuhilfenahme kalter Plasmen die notwendige Aktivierung für den Ablauf
der Synthesereaktion bewirken, sowie Tauchverfahren. Diese Prozesse sind auf Grund
der geringen Abscheideraten sehr zeitaufwendig und erfüllen daher häufig nicht die logistischen
und ökonomischen Anforderungen an einen industriellen Produktionsprozess.
Im Rahmen der Arbeit gelingt es erstmals, SiC und Si3N4 Schichten mittels thermischer Plas-
men (TPCVD) aus flüssigen Ausgangsstoffen zu synthetisieren. Die hohen Abscheideraten
(bis zu 1.500 µm/h) qualifizieren das Verfahren für industrielle Beschichtungsapplikationen.
Gegenstand der wissenschaftlichen Untersuchungen ist die Analyse des Einflusses der
Struktur von Single Precursoren sowie der Prozessführung auf die Mikrostruktur und Ab-
scheiderate bei der Synthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis mittels TPCVD. Durch
den Einsatz unterschiedlicher thermischer Plasmen (konventioneller DC Plasmabrennner,
Prozess mit drei DC Brennern mit konvergierenden Plasmastrahlen sowie HF Plasmabrennner
mit Überschalldüse) wird ein weites Prozessfeld betrachtet. Die Ergebnisse werden in einer
Prozess-Gefügekarte zusammengefasst. Da das Gefüge der Schichten die Eigenschaften im
Einsatz bedingt, bieten diese Arbeiten die Grundlage für das reproduzierbare Herstellen von
Schichten mit angepassten Eigenschaften. Damit ist die Basis für eine anwendungsorientierte
Optimierung von TPCVD Si-C-N Schichten gelegt, so dass dem Verfahren zahlreiche An-
wendungsfelder eröffnet werden.
Über die Analysen zu den plasmachemischen Reaktionen gelingt es, die Schichtabscheidemechanismen
in Abhängigkeit von den Prozessparametern zu klären. Dabei sind die prinzipiellen
Grundlagen für die Hochratesynthese aus flüssigen Precursoren mittels thermischer Plasmen
auf andere Schichtwerkstoffe übertragbar. Schließlich werden die Grundlagen für eine online
Prozesskontrolle erarbeitet.