Erschließung von Si/(X)/C/N-Beschichtungen zum Schutz vor tribologischer, thermischer und korrosiver (Komplex)-Beanspruchung

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Nicht-oxidische Materialien bestehend aus den leichten Hauptgruppenelementen B,C,N und/oder Si werden in den verschiedensten Bereichen als Funktions- und Strukturwerkstoffe eingesetzt. Der vermutlich bekannteste Vertreter dieser Stoffklasse ist Diamant, das mit Abstand härteste Material mit höchsten Werten für den Brechungsindex, die thermische Leitfähigkeit oder den E-Modul, um nur einige herausragende Eigenschaften zu nennen. Diamant lässt sich seit einigen Jahren auch kontrolliert als Schicht auf unterschiedlichen Substraten abscheiden, jedoch kann er aufgrund seiner geringen Oxidationsbeständigkeit und wegen der Carbidbildung beim Bearbeiten vieler metallischer Werkstoffe vielfach nicht zum Einsatz kommen. Andererseits lässt sich das oxidationsbeständigere kubische Bornitrid bislang aufgrund der hohen Eigenspannungen noch nicht als brauchbare Schicht abscheiden.Weitere binäre Verbindungen des Systems Si/B/C/N wie Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumcarbid (SiC) und Borcarbid (B4C) werden kommerziell hergestellt und z.T. auch in Form von PVD- oder CVD-Schichten erforscht bzw. eingesetzt.Aus dem ternären System Si/C/N bzw. aus dem quarternären System (SI/B/C/N werden Stoffe mit extremen Eigenschaften hinsichtlich Härte, Reibung, Verschleiß, temperatur- und Korrosionsbeständigkeit erwartet. Bisher liegen jedoch zu wenige Daten, insbesondere über die tribologischen Eigenschaften, vor.Im Mittelpunkt des Vorhabens steht die Erschließung von PCD-Schichten aus dem System Si/(X)(C/N wobei als X neben dem bereits genannten Element Bor noch Aluminium, Zirkon und weitere interessante Schicht-Legierungselemente erprobt werden. Die tribologischen Eigenschaften werden in einem breiten Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 900°C eingehend geprüft, um mögliche Anwendungen für die Schichtsysteme abzugrenzen. Es wird eine signifikante Verbesserung der Hochtemperatureigenschaften (Verschleiß, Oxidation, Korrosion, thermische Degradation) gegenüber konventionellen Hartstoffschichten (z.B. TiAlN) erwartet.