Publikation

Abscheidung von Si-hältigen Kohlenstoffschichten mittels plasmaunterstützter chemsicher Gasphasenabscheidung

Publikation, 2008

Outline

K. Liu - Abscheidung von Si-hältigen Kohlenstoffschichten mittels plasmaunterstützter chemsicher Gasphasenabscheidung - Master/Diploma Thesis, FH OÖ Forschungs & Entwicklungs GmbH, Österreich, 2008

Abstract

DLC (Diamond-Like-Carbon)-Schichten vereinen eine Vielzahl interessanter Eigen-schaften: sie weisen hohe Härten und geringe Reibungskoeffizienten auf und können durch ihre amorphe Struktur die Korrosionsbeständigkeit von mit ihnen beschichteten Stahloberflächen deutlich erhöhen. Die vorliegende Arbeit beinhaltete die Abscheidung von amorphen Si-hältigen Koh-lenstoffschichten (a-C:H:Si) auf plasmanitrocarburierten, postoxidierten und polierten Stahloberflächen mittels PACVD-Verfahren und die Charakterisierung der abgeschiedenen Schichten. Zur Abscheidung wurden Hexamethyldisiloxan (HMDSO), Wasserstoff (H2), Argon (Ar), Methan (CH4) bzw. Acetylen (C2H2) und Stickstoff (N2) verwendet. Es sollte der grundlegende Einfluss der Vorbehandlung der Substrate, der Beladung des Reaktors sowie der Beschichtungsparameter (Substrattemperatur, Leistungsdichte, Prozessdruck, Pulszeiten und Gas-zusammensetzung), auf die Schichteigenschaften (Mikrostruktur, Elementgehalt und mechanische Eigenschaften) untersucht und diskutiert werden. Die Oberflächenspannungen der a-C:H:Si-Schichten liegen im Bereich von 30 mN/m und sind hauptsächlich von der Oberflächenrauhigkeit abhängig. Im Vergleich zu unbehandelten, plasmanitrocarburierten oder postoxidierten Proben konnte der Reibungskoeffizient der abgeschiedenen a-C:H:Si-Schichten wesentlich reduziert (µ ≈ 0,05) werden. Der Reibungskoeffizient einer a-C:H:Si-Schicht hängt von der Oberflächenrauhigkeit, der chemischen Zusammensetzung und der relativen Luftfeuchtigkeit ab. Mit zunehmenden Si- bzw. N-Gehalt nehmen die Reibungs-koeffizienten der a-C:H:Si-Schichten deutlich zu. a-C:H:Si-Beschichtungen auf allen drei unterschiedlich vorbehandelten Stahlsubstraten führten sowohl entlang der Verschleißspur als auch auf den Gegenkörper zu signifikanter Verschleißminderung. Haftfestigkeitsmessungen zeigten, dass durch Plasmanitrieren und die Abscheidung einer graduierten Zwischenschicht vor der a-C:H:Si Abscheidung kritische Lasten bis ca. 30 N erreicht werden konnten. Durch a-C:H:Si-Beschichtungen konnte, wie sich in Salzsprühtest zeigte, die Korrosionsbeständigkeit von polierten, plasmanitro-carburierten und postoxidierten Stahloberflächen deutlich gesteigert werden.