Direkte Lasersynthese von Funktionsschichten

Abstract

Hartstoffsysteme wie Titannitrid spielen im Bereich der Materialwissenschaften eine wichtige Rolle. Insbesondere der Verschleiß- und Korrosionsschutz basiert auf solchen Systemen. Neben den klassischen Verfahren wie PVD oder CVD, stellt das hier untersuchte Verfahren der direkten Lasersynthese in reaktiver Gasumgebung eine Alternative zur Herstellung solcher Schichten dar. Die Arbeit zeigt die erfolgreiche Synthese solcher Schichten mit Hilfe von Freier Elektronen- und Nd:YAG Laserbestrahlung und versucht einen Einblick in die ablaufenden physikalischen Prozesse zu geben. Deshalb wurden FEM - Simulationen der während des Prozesses ablaufenden Vorgänge wie Wärme- und Stickstofftransport durchgeführt. Mit Hilfe dieser Rechungen ist es möglich, eine Quantifizierung der experimentell schwer zugänglichen Prozesse zu erhalten. Des Weiteren wurden umfangreiche Untersuchungen wie Härte- und Stickstoffprofilierung an den Schichten vorgenommen. So konnte mittels XRD - die mikroskopische Struktur der Schichten ermittelt und mit den Scanparametern korreliert werden. Mit Hilfe einer dimensionslosen Größe Sigma wird der Prozess zu dem parametrisiert. Somit ergeben sich anwendungstechnisch große Potenziale. Abschließend wurden allgemeine Bedingungen für die Herstellung solcher Schichten mit diesem Verfahren aufgestellt. Bei Beachtung dieser Vorgaben ist es möglich, gezielt vordefinierte Schichteigenschaften zu erhalten.