Fundamental investigations on stress engineering of sputtered hard coatings

Titel in Übersetzung: Grundlagenuntersuchungen zur Eigenspannungsoptimierung von gesputterten Hartstoffschichten

Harald Köstenbauer

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit Eigenspannungen und Spannungsrelaxation bei erhöhten Temperaturen von gesputterten Hartstoffschichten. Eigenspannungen bestimmen die Leistung und die Lebensdauer von Komponenten und Werkzeugen, die unter Temperaturwechselbeanspruchung stehen. Durch die Optimierung der Beschichtungsparameter und die Wahl einer geeigneten Schichtarchitektur sollte es möglich sein, die Eigenspannungen eines beschichteten Teils gezielt einzustellen und somit die Lebensdauer zu erhöhen. Die Eigenspannungen einer einphasigen Schicht nach der Beschichtung und die bei thermischer Belastung stattfindende Spannungsrelaxation zeigen eine starke Abhängigkeit von der dickenabhängigen Punktdefektdichte, die vom Schichtwachstum herrührt. Die Höhe der Druckeigenspannung, welche eine Treibkraft für die Spannungsrelaxation darstellt, und das Ausmaß der Spannungsrelaxation nehmen mit zunehmender Schichtdicke ab, während die Starttemperatur der Spannungsrelaxation zunimmt. Um gleichzeitig den Einfluss vom Einbau einer weichen metallischen Phase in eine Hartstoffschicht und von verschiedenen Schichtarchitekturen auf die Eigenspannungen zu untersuchen, wurden TiN/Ag und TiN/Cu Multilayer- und Nanocomposite-Schichten charakterisiert. Alle Nanocomposite-Schichten weisen eine sehr kleine kristalline Domänengröße von ungefähr 10 nm auf. Dagegen konnte bei den Multilayer-Schichten eine starke Abhängigkeit der Domänengröße von der Periodizität festgestellt werden. Weiters konnte gezeigt werden, dass die Eigenspannungen und die Änderung der Spannungen während der Glühbehandlung durch die Zugabe einer weichen Phase gezielt eingestellt werden können. Zum Beispiel können thermische Spannungen durch plastische Verformung der weichen Phase abgebaut werden. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die Zugabe einer weichen Phase die tribologischen Eigenschaften einer Nanocomposite-Schicht positiv beeinflussen kann.
Titel in ÜbersetzungGrundlagenuntersuchungen zur Eigenspannungsoptimierung von gesputterten Hartstoffschichten
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Keckes, Jozef, Beurteiler B (intern)
  • Mitterer, Christian, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2008

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • TiN Ag Cu Sputtern Eigenspannungen Spannungsrelaxation Hartstoffschichten

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