Synthese anorganischer Materialien über die Gasphase: Interdisziplinäre Ansätze zu Entwicklung, Verständnis und Kontrolle von CVD-Verfahren

点击翻译按钮获取中文摘要

In den ersten 15 Monaten des Projektes wurden zunächst die Voraussetzungen für die Durchführung der Forschungsarbeiten geschaffen und anschließend in fachübergreifender Kooperation Si/C/N-Hartstoffschichten hergestellt und charakterisiert. Am Fachgebiet Disperse Feststoffe (FGDF, TU Darmstadt) und im Bereich Lasertechnik (IPHT Jena) wurden analoge RF-Plasma-CVD-Anlagen aufgebaut bzw. eine bestehende Apparatur modifiziert. Am Institut für Werkstoffkunde (IfW, TU Darmstadt) wurde ein optisches Glimmentladungsspektrometer (GDOES) zur chemischen Charakterisierung der Schichten installiert und in Betrieb genommen, und weiterhin wurden die metallischen Substrate hergestellt und Präparationstechniken entwickelt. Parallel wurden am FGDF flüchtige Si/C/N- und Si/B/C/N-Vorstufen synthetisiert. Am Institut für Anorganische Chemie (RWTH Aachen) wurde die Abscheidung und Struktur von Si/N und Si/C/N-Schichten theoretisch hinsichtlich Gasphasen- und Oberflächenreaktionen mittels quantentheoretischer Methoden untersucht. Sowohl am IPHT als auch am FGDF wurden unter Verwendung der Si/C/N-Precursoren HMDS und BTSC PACVD-Schichten erzeugt, die am IfW strukturell und bezüglich ihrer mechanischen und tribologischen Eigenschaften untersucht wurden. Schichten mit einer Dicke von bis zu 3 mm wurden auf unterschiedlichen Metallsubstraten abgeschieden, die Härtewerte um 30 GPa zeigten. Sowohl die theoretischen als auch die experimentellen Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Wasserstoffgehalt der Schichten und die Precursorstuktur einen sehr großen Einfluss auf das gesamte Eigenschaftsprofil des Schicht-Substrat-Verbundes haben. In der zweiten Projektphase wird der CVD-Prozess weiterhin experimentell und theoretisch untersucht und die Hartstoffschichten materialwissenschaftlich und werkstoffkundlich charakterisiert, um den CVD-Prozess als Gesamtsystem chemisch und verfahrenstechnisch umfassend zu betrachten. Die Schichten sollen aus Si/(B)/C/N-Vorstufen, die am FGDF synthetisiert werden, mittels PACVD auf dieselbe Weise im Bereich Lasertechnik des IPHT und in Darmstadt (FGDF) erzeugt werden. In Jena wird der CVD-Prozess detailliert in der Schichtbildungsebene in situ mittels lasergestützter Flugzeitmassenspektrometrie und an der RWTH Aachen theoretisch hinsichtlich Gasphasen- und Oberflächenreaktionen untersucht. Die Hartstoffschichten werden am IfW (TU Darmstadt) hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und der mechanisch-physikalischen Eigenschaften sowie hinsichtlich des Verschleiß- und Korrosionsverhaltens umfassend charakterisiert. Gesamtziel des Verbundprojektes bleibt weiterhin, aus Korrelationen zwischen Abscheidebedingungen, Art und Eigenschaften der Gasphasenspezies, Oberflächenprozessen sowie den relevanten Harstoffschichteigenschaften theoretisch und empirisch ein vertieftes, integrales Verständnis des ausgewählten CVD-Verfahrens zu erarbeiten.