Herstellung von Ti-Al-O-N-Schichten mittels reaktivem Magnetron-Sputterprozess

Ti-Al-O-N Schichten wurden mit einem reaktiven unbalancierten Magnetron Sputterprozeß von pulvermetallurgisch hergestellten TiAl Targets mit einem Atomverhältnis Al/Ti von 60/40 in einer Argon/Sauerstoff/Stickstoff Atmosphäre hergestellt. Die Entwicklung der chemischen Bindungsverhältnisse und der Mikrostruktur sowie der mechanischen Eigenschaften der Schichten wurde über einen breiten Zusammensetzungsbereich von der Nitrid- bis zur Oxidseite untersucht. Die chemische Struktur und Mikrostruktur der Schichten wurde mittels energiedispersiver Röntgenspektrometrie (EDS), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Ramanspektroskopie und Röntgendiffraktion (XRD) bestimmt, und die mechanischen Eigenschaften mittels Nanoindentation ermittelt. Es wurde gezeigt, dass steigender Sauerstoffpartialdruck PO2 bei konstant gehaltenem Stickstoffpartialdruck PN2 oder steigendem PN2 bei konstant gehaltenem PO2 zur Bildung einer Dualphasenstruktur führt. Diese Dualphasenstruktur besteht aus feinen kubisch flächenzentrierten TiAlNO Kristallen und einem Anteil aus amorphen Al2O3 und TiO2. Die resultierende Härte und der Elastizitätsmodul sind in einem Bereich von 10 - 23 GPa bzw. 150 - 320 GPa einstellbar.