Alloying of TiAlN single- and multi-layer thin films

Titel in Übersetzung: Legierte TiAlN Ein- und Mehrlagendünnschichten

Jörg Radanitsch

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

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Abstract

Mit B, Si, Ta und V legierte dünne TiAlN Schichten wurden duch kathodische Lichtbogenverdampfung als Einfach- und Vielfachlagen-Schichtsysteme jeweils mit Biasspannungen von 40 und 80 V hergestellt. Bei den Vielfachlagen-Systemen wurde eine Ti0.5Al0.5N Schicht als Zwischenschichtmaterial herangezogen. Si und B bewirken einen höheren Anteil an hexagonaler Phase, während Ta und V legierte Systeme kubisch flächenzentrierte (kfz) Phasenanteile forcieren. Die kfz-Phasenanteile können auch durch höhere Biasspannungen oder durch Multilayer-Architektur erhöht werden. Bei Vielfachlagen-Schichten bewirkt die Ti0.5Al0.5N Zwischenschicht einen Template-Effekt, wobei die folgende legierte TiAlN-Schicht bevorzugt mit der kfz-Struktur des Ti0.5Al0.5N weiterwächst. Die mechanischen Eigenschaften hängen hauptsächlich von der Phasenzusammensetzung und der Schichtarchitektur ab. Insgesamt sind höhere kfz-Phasenanteile sowie eine kleinere Korngröße ausschlaggebend für höhere Härten und Elastizitätsmoduli. Im Vergleich zu unlegierten Schichten zeigt mit B, Si und Ta legiertes TiAlN verbesserte Oxidationseigenschaften. Die Vielfachlagen-Schichtarchitektur führt zu strukturellen Änderungen, die sich positiv auf das Oxidationsverhalten auswirken. Bei Schichten mit ohnehin hohem kfz-Phasenanteil (z.B. Ta-legierte) ist die Verbesserung durch den Vielfachlagenaufbau weniger ausgeprägt. Die Oxidationsbeständigkeit V-legierter Vielfachlagen-Schichtsysteme wird durch die Ti0.5Al0.5N Schicht erhöht, die hier als Diffusionsbarriere wirkt. Höhere Biasspannung induziert intrinsische Spannungen, die nachteilig auf das Oxidationsverhalten wirken können. Bei Raumtemperatur finden tribochemische Reaktionen mit Ti statt, die den Verschleiß erhöhen. Diesbezüglich ist der höhere Ti-Gehalt in Vielfachlagen-Schichten bei Raumtemperatur nachteilig. Bei hohen Temperaturen wird der Verschleiß von mechanischen und Oxidationseigenschaften bestimmt, wobei hier die Vielfachlagen-Architektur Vorteile gegenüber dem Einfachlagen-Design bringt.
Titel in ÜbersetzungLegierte TiAlN Ein- und Mehrlagendünnschichten
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Mitterer, Christian, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung18 Dez. 2009
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2009

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • PVD Mehrlagenschichten TiAlN legieren Tantal Bor Silizium Vanadium Oxidationsverhalten Struktur

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