Hard coatings with designed anisotropic thermal conductivity

Hartstoffschichten werden oft wegen ihrer hohen Härte, chemischen Stabilität und ihrem hohen Widerstand gegen Verschleiß für Schneidanwendungen eingesetzt. Besonders Ti1-xAlxN basierende Schichten werden häufig verwendet. Die Verbesserung der Leistungsfähigkeit dieser Schichten durch die Optimierung ihrer Eigenschaften ist bereits seit einigen Jahrzehnten Thema von diversen Forschungsarbeiten. Die Wärmeleitfähigkeit von Hartstoffschichten wurde bis vor kurzem nur als Randthema betrachtet; dies hat sich zusehends geändert. Ein vielversprechendes Konzept für das Wärmemanagement während dem Zerspanungsprozess ist die Verwendung von Schichten mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit, um den Wärmefluss gezielt abzuleiten. Folglich konzentriert sich diese Arbeit auf die Abscheidung und Charakterisierung von Schichten mit signifikanter Anisotropie der Wärmeleitfähigkeit. Alternierende mehrlagige Schichten aus SiOx und Ti1-xAlxN wurden abgeschieden, um einen Unterschied der Wärmeleitfähigkeit parallel und normal zur Schichtoberfläche zu erhalten. Die Messung normal zur Schicht wurde mit Hilfe der time-domain thermoreflectance Methode auf der Oberfläche der Probe durchgeführt. Für die Messung parallel zur Schicht wurde eine Probenpräparation entwickelt, die mit Hilfe eines speziellen Ionen-Poliersystems durchgeführt wurde. Querschnitte der Proben wurden präpariert und entsprechend mit der time-domain thermoreflectance Methode gemessen. Anschließend wurde der Anisotropiefaktor der untersuchten Proben mit Hilfe der gemessen Werte der Wärmeleitfähigkeit parallel und normal zur Schicht berechnet. Ausgewählte Proben wurden unter Vakuum geglüht, um eine Veränderung der Anisotropie in Abhängigkeit der Entmischung und Phasenumwandlung von metastabilen Ti1-xAlxN zu ermitteln. Die gegenwärtige Arbeit beschreibt eine umfassende Methode zur Ermittlung der anisotropen Wärmeleitfähigkeit. Damit wurde eine Möglichkeit zur Nutzung der Wärmeleitfähigkeit von Hartstoffschichten als weitere Grundlage zur Optimierung der Leistungsfähigkeit geschaffen.