Ausbildung und thermische Stabilität von nanoskaligen Domänen in ausgewählten ternären und quaternären dünnen Schichten

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Ziel des Projektes ist die mikrostrukturelle Aufklärung des Ausbildungsmechanismus und der Stabilität nanoskaliger Domänen in ternären und quaternären Dünnschichten (Ti-Al-N, Ti-Al-Si-N, Cr-Al-N, Cr- Al-Si-N, Zr-Al-N und Zr-Al-Si-N) als eine Grundlage für maßgeschneidertes Design solcher Werkstoffe. Für jede zu untersuchende Werkstoffgruppe soll zunächst das Verhältnis der metallischen Spezies variiert werden; die sonstigen Parameter des Sputterprozesses (Leistung der Sputterquelle, Druck der Arbeitsatmosphäre, Bias, etc.) werden konstant gehalten. In weiteren Experimenten wird die Energie der gesputterten Teilchen modifiziert. Bei der Probenherstellung sollen die Arc-Beschichtung (cathodic arc evaporation) und die Magnetron-Beschichtung verwendet werden als Methoden, bei denen sich die Energien der gesputterten Teilchen deutlich unterscheiden. Die geplanten Mikrostrukturuntersuchungen umfassen die Analysen der chemischen Zusammensetzung (ESMA/WDS, GDOES und HRTEM/EELS), der Phasenzusammensetzung (XRD), der Kristallitgröße (XRD), der Eigenspannung (XRD), der Textur (XRD), der atomaren Anordnung im Volumen der Kristallite (EXAFS und HRTEM) und an den Kristallitgrenzen (HRTEM), sowie die Analyse der kristallographischen Kohärenz der Nachbardomänen (XRD und HRTEM). Zusätzliche Information über den Ausbildungsmechanismus von nanokristallinen Domänen bringt Mikrohärtemessung (mechanische Wechselwirkung der Nachbardomänen) und anschließende Wärmebehandlung der Proben, durch die gleichzeitig die thermische Stabilität der nanoskaligen dünnen Schichten getestet wird.