Nanokristalline y-Al2O3 Schichten, - Grundlegende Untersuchungen zu Synthese, Struktur und Zerspanungseigenschaften

纳米晶 y-Al2O3 层 - 合成、结构和切削性能的基础研究

• 批准号: 29855752
• 负责人: Professor Jochen M. Schneider, Ph.D.
• 金额: --
• 依托单位: Lehrstuhl für Werkstoffchemie (MCh)
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2005-12-31 至 2011-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/29855752?language=en
• 关键词: Nanokristalline; Al2O3; Schichten; Grundlegende; Untersuchungen

Aus technischer Sicht ist die Nutzung der hervorragenden Korrosions- und Verschleißeigenschaften der im Vergleich zu α-Al2O3 bei wesentlich niedrigeren Temperaturen abgeschiedenen γ-Al2O3-Dünnschichten von hohem Interesse, da somit auch temperaturempfindliche Substrate, z. B. Stähle, beschichtet werden können. Im ersten Bewilligungszeitraum konnten mit Erfolg γ-Al2O3-Dünnschichten mittels verschiedener Syntheseverfahren abgeschieden und eine unerwartet hohe thermische Stabilität nachgewiesen werden. Aufgrund der Schwierigkeit der gezielten Variation der Partikelgröße in den abgeschiedenen Schichten konnte die ursprüngliche Hypothese einer Korrelation der Korngröße mit der Stabilität nicht zufriedenstellend überprüft werden. Es wurde jedoch nachgewiesen, dass die thermische Stabilität der verwendeten TiAlNZwischenschicht entscheidenden Einfluss auf die γ→α-Al2O3-Phasenumwandlung hatte, da insbesondere das bei der TiAlN-Zersetzung freiwerdendes AlN im Kontakt mit Sauerstoff zu α-Al2O3 oxidiert und als Keimling für die γ→α-Al2O3-Umwandlung der darüber liegenden γ-Al2O3-Schicht wirkt.Im beantragten Projekt soll daher zunächst die TiAlN-Zwischenschicht durch eine stabilere CrAlN-Schicht ersetzt werden. Ferner soll durch gezielte Dotierung mit Si das Kornwachstum während der Schichtsynthese gesteuert. Alternativ hierzu soll durch Dotierung mit Y die Sauerstoffdiffusion durch die γ-Al2O3-Schicht kontrolliert und somit die γ→α-Al2O3-Umwandlungskinetik beeinflusst werden. Dazu sollen γ-Al2O3-Dünnschichten mittels gefiltertem kathodischem Bogen (Filtered Cathodic Arc, FCA) und mittels High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HPPMS) synthetisiert werden. Neben der bereits im ersten Bewilligungszeitraum eingesetzten FCA-Technologie birgt gerade die HPPMSTechnologie durch nahezu vollständige Ionisation des Plasmas ein hohes Potential zur gezielten Einstellung von Schichtstruktur, -zusammensetzung und -morphologie. Zur Identifikation geeigneter chemischer Zusammensetzungen, insbesondere in Bezug auf die angestrebten Dotierungselemente Si und Y, soll die kombinatorische Materialsynthese eingesetzt werden, die durch geeignete Anordnung der Targets die Abscheidung mehrdirektional gradierter Schichten in einem einzigen Beschichtungszyklus erlaubt. Durch Charakterisierung dieser Schichten können somit in relativ kurzer Zeit geeignete Schichtzusammensetzungen identifiziert werden, die als Grundlage für die weitere Prozessentwicklung dienen und deren Leistungsfähigkeit in begleitenden Zerspanungsversuchen untersucht wird. Diese Maßnahmen sollen die Überprüfung der ursprünglichen Forschungshypothese, dass die thermische Stabilität der γ-Al2O3-Dünnschichten mit der Korngröße korreliert, ermöglichen.

austechnischer sicitist die Nutzung der hervorrgengenen Korrosions- und Verschleißeigenschaften der im Vergleich zu α-Al2O3 bei wesentlich niedrigeren Temperaturen abgeschiedenen γ- al2o3 - dnnschichten von hohem Interesse, da somit aucth temperature rempfindliche Substrate, z. B. Stähle, beschichtet werden können。在此基础上，研究了合成γ- al2o3 - d<e:1>的合成方法，并研究了热学原理Stabilität。Aufgrund der Schwierigkeit der gezielten Variation der Partikelgröße in den abgeschiedenen Schichten konnte die urspr<e:1> ngliche hypothesis einer correlation der Korngröße mit der Stabilität nicht zufriedenstellend <e:1> berpr<e:1> ft werden。Es wurde jedoch nachgewiesen, dass die thermische Stabilität der verwendeten tialzwischenschicht entscheidenden Einfluss auf die γ→α-Al2O3- phasenumwandlung hatte， da insbesonere das bei der TiAlN-Zersetzung freiwerdendes AlN im Kontakt mit Sauerstoff zu α-Al2O3氧化和als Keimling fre die γ→α-Al2O3- umwandlung der darber liegenden γ- al2o3 - schicht wirkt。我的目标是完成一个项目zunächst die TiAlN-Zwischenschicht durch eine stabilere CrAlN-Schicht ersetzt werden。Ferner出售了durch gezielte dotiung mitsi das Kornwachstum während der schichtsynthesgesteuert。Alternativ hierzu soll后军队Dotierung麻省理工学院Y死Sauerstoffdiffusion军队死γ-Al2O3-Schicht kontrolliert和somit死γ→α-Al2O3-Umwandlungskinetik beeinflusst了。大足sollen γ- al2o3 - dnnschichten mittels gefiltertem kathodischem Bogen（滤波阴极电弧，FCA）和mittels高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）的合成[j]。Neben der bereits im ersten Bewilligungszeitraum eingesetzten fca - technology birgerade die hppmtechnology durch nahezu vollständige等离子体电离在这些势中zur gezielten Einstellung von schichtstructut， -zusammensetzung and - morphology。Zur鉴定化学师Zusammensetzungen， insbesonere in Bezug auf die angestreten dotierunselemente Si and Y， solsold die组合材料合成师eingesetzwerden， die durch geitete Anordnung der Targets, die Abscheidung mehrdygraditer Schichten in einem einzigen Beschichtungszyklus erlaubt。Durch Charakterisierung dieser Schichten können someit in relativekurzer Zeit geeignete Schichtzusammensetzungen identifiziert werden, die als Grundlage f<e:1> r die weitere Prozessentwicklung dienen and deren Leistungsfähigkeit in begleitenden Zerspanungsversuchen untersucht wind。Diese Maßnahmen sollen die Überprüfung der urspr<e:1> nglichen Forschungshypothese, dass die thermische Stabilität der γ- al2o3 - d<e:1> nnschichten mit der Korngröße korreliert, ermöglichen。