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

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Am Gemeinschaftslabor für Elektronenmikroskopie (GFE) der RWTH Aachen sollen die geplanten Arbeiten grundlagenorientierte Erkenntnisse zur Gefüge-Eigenschaftskorrelation und zur thermischen Stabilität der abgeschiedenen und in Zerspananwendungen eingesetzten γ-Al2O3-Schichtsysteme liefern. In der ersten Antragsphase wurden bereits der Nachweis des nanokristallinen Schichtaufbaus sowie der Nachweis der prognostizierten thermischen Stabilität (bis 1200 °C) im Vakuum erbracht. Allerdings konnte diese Stabilität aufgrund der Oxidation des Interlayers nicht an Luft erreicht werden. Die Zerspanexperimente lieferten vielversprechende Ergebnisse, jedoch ist auch hier eine weitere Optimierung notwendig. Gegenstand des Fortsetzungsantrags soll daher die Verbesserung der Schichten sein. Als Optimierungsstrategien sollen sowohl die Dotierung der Al2O3-Schicht als auch die Modifikation des bis dato benutzten Interlayers verfolgt werden. Beide machen weitere umfangreiche Arbeiten mit neuartigen elektronenmikroskopischen Charakterisierungsverfahren notwendig. Es sollen mit ultrahochauflösender TEM die Korngrößen der verschiedenartig dotierten γ-Schichten auf der Nanoskala quantitativ bestimmt und die Dotierungselementverteilungen in der γ-Al2O3- Matrix – also in den Kristalliten und der interkristallinen Phase – bestimmt werden. Der verbesserte Interlayer wird ebenfalls mit analytischer und hochauflösender TEM bezüglich der chemischen Zusammensetzung und Gefügestruktur analysiert. Beide Arbeitsschwerpunkte sollen neben der Nutzung von konventionellen Geräten auch an den am Ernst Ruska-Centrum verfügbaren und durch die DFG geförderten Sub-Ångström- Mikroskopen durchgeführt werden. Die Überprüfung der thermischen Stabilität der Schichten bildet einen weiteren Kernpunkt der geplanten Untersuchungen. Sie soll sowohl an abgeschiedenen als auch aus dem Einsatz kommenden Schichten mittels konventioneller und analytischer TEM durchgeführt werden. Besonderes Augenmerk sollen dabei die bereits in der ersten Antragsphase nachgewiesenen Diffusionsprozesse in die γ-Schicht (Sauerstoff aus der Atmosphäre, Ti und Al aus dem Interlayer) erhalten. Wir erhoffen uns dadurch ein Verständnis der in der Al2O3-Schicht bzw. im Interlayer ablaufenden thermodynamischen Vorgänge, die zur Schichtumwandlung (γ→α-Transformation, Porenbildung, etc) führen. Insgesamt streben wir mit den vorgeschlagenen Untersuchungen die Entwicklung eines Modells zur Beschreibung der thermischen und strukturellen Eigenschaften der in der zweiten Projektphase hergestellten und eingesetzten Schichten an.