Finite-Element-Modelle zur Berechnung von Delaminationen dünner Schichten

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Dünne Festkörper-Filme als Schutzschichten auf Substraten werden bei verschiedenen Technologien angewendet. Dies sind z.B. verschleißfeste Beschichtungen von Schneidwerkzeugen. Diffusionssperren zwischen Substraten und metallischen Leitern bei integrierten Schaltkreisen, Beschichtungen auf optischen Polymeren oder keramische Beschichtungen als Schutz bei hohen Temperaturen. Die unterschiedlichen Temperaturdehnkoeffizienten führen insbesondere bei der Herstellung zu entsprechenden Temperaturbelastungen und damit zu Spannungen in den einzelnen Komponenten. Bei hinreichend großen Druckspannungen in den Beschichtungen ergeben sich Stabilitätsprobleme in Verbindung mit Versagen an den Grenzschichten. In dem Forschungsvorhaben soll das Problem der Delaminationen von dünnen Schichten auf Substratmaterialien grundlegend untersucht werden. Auf Grundlage der Kontinuumsmechanik soll eine 2D-Theorie für dünne abhebende Schichten entwickelt werden. Bei Einbeziehung von Delaminationswachstum liegt ein freies Randwertproblem vor. Aus den numerischen Lösungen im Rahmen der Finite-Element-Methode sollen Erkenntnisse des komplizierten mechanischen Prozesses hergeleitet werden, um Maßnahmen zur Erhaltung der Funktionsfähigkeit der betrachteten Systeme zu gewinnen.