In den Bereichen der Mechanik, Optik und Elektronik können eine Vielzahl an Werk-stoffen durch Diamantschichten ersetzt oder verbessert werden, um höhere Standzeiten der Bauteile zu erreichen. Besonders im Bereich der Mechanik ist es von beachtenswer-tem Vorteil diese Diamantschichten ohne Prozesskammer aufwachsen zu lassen. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, wurde mit dieser Arbeit das Ziel verfolgt unab-hängig von einer Prozesskammer angepasste Diamantschichten herstellen zu können. Dazu wurden zwei auf dem CVD- und PVD-Prinzip beruhende Verfahren entwickelt und zu einem Prozess zusammengeführt. Hierfür wurde die hohe Leistungsdichte eines laserbasierten Plasma-Jets genutzt, um Werkstoffe zu verdampfen und gleichzeitig die Prozessparameter für das chemische Wachstum von Diamant zu gewährleisten. Durch die Analyse und Modellierung der ablaufenden physikalischen Prozesse konnte eine hohe Reproduzierbarkeit der Diamantschichten erreicht werden, wie es bisher mit laserbasierten Prozessen nicht möglich war. Insbesondere die Anwendung optischer und elektrischer Charakterisierungsverfahren ermöglichte im Weiteren das Aufstellen eines analytischen Modells, durch welches die Anwendbarkeit dieses Verfahrens beschrieben werden kann.
Aktualisiert: 2018-11-20
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Hartmetall ist der vorherrschende Werkstoff in der zerspanenden Industrie, dessen Standvermögen durch Beschichtungen enorm gesteigert werden kann. Bei der Bearbeitung hochabrasiver Werkstoffe ist oftmals Diamant, insbesondere aufgrund seiner herausragenden Härte, anderen Beschichtungen vorzuziehen. Cobalt, das im Hartmetall das Wolframkarbid bindet, forciert jedoch durch Wechselwirkungen mit dem Beschichtungsprozess sowie dem bereits synthetisierten Diamanten, die Bildung von sp2-gebundenem Kohlenstoff. Um eine zufriedenstellende Adhäsion der Beschichtung zu gewährleisten, ist daher eine Vorbehandlung unausweichlich.
In der vorliegenden Arbeit wurden auf unterschiedlichen Ansätzen basierende Lösungen erarbeitet und mit einem mikrowellenplasmagestützten Verfahren methodenübergreifend umgesetzt. Auf diese Weise konnten sämtliche Einflussfaktoren der Schichthaftung im Rahmen eines Aggregationsansatzes berücksichtigt werden. Demgemäß wird eine Stabilisierung und Strukturierung der Oberfläche durch Rekristallisation der Substratrandzone bewirkt, die Cobaltdiffusion durch eine mutmaßlich intergranular implementierte CoWO4-Diffusionsbarriere verhindert und die spezifische Adhäsion über eine Siliziumoxikarbonitridbeschichtung vermittelt. Das Ergebnis ist eine für die CVD-Diamantbeschichtung funktionsoptimierte Randzone, die dem gegenwärtig noch sehr verbreitet angewandten nasschemischen Verfahren deutlich überlegen ist.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Die Gasphasenabscheidung (engl. chemical vapour deposition, CVD) erlaubt es, Diamantschichten kostengünstig direkt auf Werkzeugsubstraten abzuscheiden und öffnet somit zahlreiche Anwendungsgebiete für Diamantschneidstoffe. Eine oftmals unzureichende Schichthaftung sowie fehlende Kenntnisse in Bezug auf den Einsatz dieser Werkzeuge führen jedoch dazu, dass das hohe Potenzial CVD-diamantbeschichteter Werkzeuge derzeit noch nicht ausgenutzt wird. Im Rahmen dieser Arbeit werden neue Kenntnisse erarbeitet, die zu einer Steigerung der Nutzung dieser aussichtsreichen Werkzeuggruppe führen sollen. So werden am Beispiel von Aluminium-Legierungen die Einflüsse der System- und Stellgrößen erarbeitet und industrielle Hinweis für den Einsatz gegeben. Der Einfluss der Substrat- und Schichteigenspannungen auf die Schichthaftung und das Einsatzverhalten wird umfangreich charakterisiert und die Ergebnisse in einem Eigenspannungsmodell zusammengefasst. Letztlich kommt das Strömungsschleifen als Vor- und Nachbearbeitungsmethode zum Einsatz, um eine Werkzeugoptimierung zu ermöglichen. Die Nachbehandlung der CVD-diamantbeschichteten Werkzeuge führt zu einer Erhöhung der Schichthaftung und zeigt damit aussichtsreiche Ergebnisse. Im Rahmen der Arbeit wird ein Beitrag zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten von CVD-diamantbeschichteten Werkzeugen geleistet.
Aktualisiert: 2023-02-09
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