Photonen-Plasma-CVD-Verfahren zur Synthese ultraharter Hochtemperatur/Verschleißschutz-Sichtsysteme auf C-N-Basis bei Atmosphärendruck

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen
• Subject Area: Production Automation and Assembly Technology
• Term: from 2006 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 14701767

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die physikalisch-technischen Grundlagen für ein neuartiges lasergestütztes Plasma-CVD-Verfahren an Atmosphärendruck zur Synthese mehrkomponentiger, ultraharter Schichten, Schichtsysteme und Gradientenschichten auf Si-CN- Basis zu erarbeiten. Die Schichten sollen dabei in hohem Maße temperatur- bzw. verschleißbeständig sein. Voraussetzung dafür ist das am Institut entwickelte Photonen- Plasmatron, mit dessen Hilfe ein stationäres Atmosphärendruck-Plasma im optischen Feld eines Multikilowatt-COi-Lasers unterhalten werden kann. So wurden in der Vergangenheit erfolgreich polykristalline Diamantschichten auf der Grundlage eines kohlenstoffhaltigen Argonplasmas (Ar/CH^Hi-Gemisch) abgeschieden. Im Rahmen des vorliegenden Antrages sollen, basierend auf einem heißen, hochionisierten, atmosphärischen Stickstoff-Plasma, ultraharte CNx-Schichten und kombinierte pc:Diamant- CNx-Schichtsystenie abgeschieden werden. Dazu müssen zunächst die Stationaritätsbedingungen für ein atmosphärisches Stickstoffplasma unter Berücksichtigung der optischen, energetischen und strömungstechnischen Voraussetzungen untersucht werden, unter denen das Plasma schichtbildend wirkt. Anschließend wird der Einfluss der Gaszusammensetzung, der Strömungsverhältnisse, der Plasmaabsorption und der Substrattemperatur auf die Schichtzusammensetzung, insbesondere deren Stickstoffgehalt und Bindungsverhältnisse sowie deren Morphologie und Mikrohärte untersucht. Relevante Substratmaterialien dafür sind nichtoxidische Keramiken, Metall und Hartmetalle. In einer sich anschließenden Projektphase sollen unter Verwendung siliziumhaltiger Precursor (Silan, HMDS bzw. TMS) keramische, hochtemperaturbeständige SiC-, SiN- bzw. SiCN-Schichten synthetisiert werden. Deren ausgezeichnete Eigenschaften, insbesondere durch eine Kombination mit CNX- und pc:Diamantschichten und den daraus resultierenden Schichtgradienten und Mischformen, verweisen auf die mögliche Herstellung völlig neuartiger Werkstoffe für die Bereiche Hochtemperatur- und Verschleißschutz.

• DFG Programme: Research Grants