Excimer laser treatments of iron, aluminum and silicon substrates in nitrogen and methane atmospheres

Carpene, Ettore

dc.contributor.advisor	Schaaf, Peter PD Dr.	de
dc.contributor.author	Carpene, Ettore	de
dc.date.accessioned	2003-03-19T15:33:27Z	de
dc.date.accessioned	2013-01-18T13:31:02Z	de
dc.date.available	2013-01-30T23:50:57Z	de
dc.date.issued	2003-03-19	de
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B560-2	de
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2649
dc.description.abstract	Die Materialbearbeitung durch Laserbestrahlung ist ein expandierendes Fachgebiet mit attraktiven technischen Anwendungen. Unter allen lasergestützten Behandlungsmethoden kann die Bestrahlung von Metallen und Halbleitern in kontrollierten reaktiven Gasatmosphären erfolgreich zu wichtigen Modifikationen der Oberfläche der bestrahlten Materialien führen. Wenn das reaktive Gas Stickstoff oder Kohlenstoff enthält, wird der entsprechende Prozess Laser-Nitrieren bzw. Laser-Karbidisieren genannt. In der vorliegenden Arbeit wurden Eisen-, Kohlenstoff-, Aluminium- und Siliziumproben in kontrollierter Stickstoff- (N2) und Methan-(CH4)-Atmosphäre mit einem gepulsten XeCl-Excimer Laser (Wellenlänge=308 nm, Pulsdauer=55 ns FWHM) behandelt, um Stickstoff und Kohlenstoff in die Proben einzubringen. Die durch den Laser verursachten Veränderungen werden als Funktion der verschiedenen experimentellen Parameter (Gasdruck, Laserfluenz, Pulszahl) analysiert und die Mechanismen des Massentransports werden detailiert untersucht. Sowohl feste Lösungen (Fe(N), Fe(C)) als auch stöchiometrische Phasen (AlN, SiC) können an der Oberfläche hergestellt werden, die Schichten mit verbesserter Haftung an das darunterliegende Substrat bilden. Die experimentelle Analyse wurde mit einer Vielzahl von Techniken (Rutherford-Rückstreu-Spektroskopie, Resonante Kernreaktionsanalyse, Mößbauer-Spektroskopie, X-Ray Absorption Fine Structure, Röntgen-Diffraktion, Mikrohärte-Messung) durchgeführt, um damit Informationen über die Elementverteilung, die Phasenbildung, die lokale atomare Umgebung und die mechanischen Eigenschaften der behandelten Proben zu erhalten. Durch die Untersuchung der Veränderungen der Materialien nach der Laserbehandlung können außerdem wertvolle Einsichten in die Mechanismen des Masseneintrages und der Wechselwirkung zwischen Plasma und Oberfläche während der Laserbestrahlung erhalten werden.	de
dc.format.mimetype	application/pdf	de
dc.language.iso	eng	de
dc.rights.uri	http://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyrdiss.htm	de
dc.title	Excimer laser treatments of iron, aluminum and silicon substrates in nitrogen and methane atmospheres	de
dc.type	doctoralThesis	de
dc.title.translated	Excimer-Laser Bestrahlung von Eisen, Aluminium und Silizium in Stickstoff- und Methan-Atmosphäre	de
dc.contributor.referee	Schaaf, Peter PD Dr.	de
dc.date.examination	2002-10-17	de
dc.subject.dnb	530 Physik	de
dc.description.abstracteng	Materials processing by laser irradiation is an expanding field with attractive technological applications. Among all laser-based treatments, the irradiation of metals and semiconductors in controlled reactive atmospheres can successfully lead to important modifications on the surface of the irradiated targets. When the reactive gas contains nitrogen or carbon, the process is called laser nitriding and laser carburising, respectively. In the present work, iron, aluminium and silicon substrates have been treated in controlled nitrogen (N2) and methane (CH4) atmospheres with a pulsed XeCl excimer laser (wavelength=308 nm, pulse duration=55 ns FWHM) in order to incorporate nitrogen and carbon into the substrates. The modifications induced by the laser are analysed as a function of the various experimental parameters (gas pressure, laser fluence, number of laser pulses) and the mass transport mechanisms during the laser treatment are studied in detail. Solid solutions (Fe(N), Fe(C)) as well as stoichiometric phases (AlN, SiC) can be synthesized on the surface, forming coatings with enhanced adhesion to the underlying substrates. The experimental analysis is carried out by a number of techniques (Rutherford Backscattering Spectrometry, Resonant Nuclear Reaction Analysis, Mössbauer Spectroscopy, X-ray Absorption Fine Structure, X-ray Diffraction, Nanoindentation Hardness) in order to achieve information on the elemental distribution, the phase formation, the local atomic environment and the mechanical properties of the treated targets. By investigating the modification of the materials after the laser treatment we can also obtain a valuable insight into the mass incorporation mechanisms and the plume-surface interaction during the laser irradiation.	de
dc.contributor.coReferee	Felsch, Wolfgang Prof. Dr.	de
dc.subject.topic	Mathematics and Computer Science	de
dc.subject.ger	Laser-Nitrieren	de
dc.subject.ger	Laser-Karbidisieren	de
dc.subject.ger	Eisen	de
dc.subject.ger	Aluminium	de
dc.subject.ger	Silizium.	de
dc.subject.eng	Laser Nitriding	de
dc.subject.eng	Laser Carburazing	de
dc.subject.eng	Iron	de
dc.subject.eng	Aluminum	de
dc.subject.eng	Silicon.	de
dc.subject.bk	33.05	de
dc.subject.bk	33.60	de
dc.subject.bk	33.68	de
dc.identifier.urn	urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-404-9	de
dc.identifier.purl	webdoc-404	de
dc.affiliation.institute	Fakultät für Physik	de
dc.subject.gokfull	RQE 600: Strahlung im ultravioletten Bereich {Physik}	de
dc.subject.gokfull	RVC 850: Transporteigenschaften	de
dc.subject.gokfull	Diffusion {Physik: Kristalline Festkörper: Thermische Eigenschaften}	de
dc.subject.gokfull	RVE 500: Bestrahlungseffekte in Kristallen {Physik}	de
dc.identifier.ppn	367242125	de

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