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1 Wiederholung: Ionenplattieren Substrat!HV (bis ca. 1kV) Optionales Ionisationssystem Quelle Ionisiertes Zusatzgas Quellmaterial, ionisiert oder neutral

2 Wiederholung: Ionenplattieren - Ionenspezies Getrennte Ionenquelle Ionen aus Gasentladung Ionen des Beschichtungsmaterials

3 Wiederholung: Ionisierungsgrade Verfahren Verdampfen Elektronenkanone Sputtern Niedervolt- Bogenentladung Arc-Verdampfen Ionisierungsgrad [%] <0.1 < >50 Grund d. Ionisierung therm. Anregung therm. Anregung Stöße hohe Leistungsdichte hohe Leistungsdichte

4 Wiederholung: Leistungsdichten Verfahren Leistungsdichte [Wcm -2 ] Sputtern Verdampfen Elektronenkanone Niedervolt-Bogenentladung Arc-Verdampfen 10 7

5 Wiederholung: Ionen und Schichtwachstum Beschuss mit Fremdionen: Verdampfen Elektronenkanone Sputtern Grund: geringer Ionisierungsgrad Beschuss mit Eigenionen Niedervolt-Bogenentladung Arc-Entladung Grund: hoher Ionisierungsgrad

6 Wiederholung: CVD Reaktionstypen 1. Chemosynthese (Reaktionen mit Gasen) TiCl 4 (g) 1/2N 2 (g) 2H 2 (g) C mbar 2. Pyrolyse (thermische Zersetzung) SiH 4 (g) <650 C Si(s) 2H 2 (g) 3. Disproportionierung 2GeJ 2 (g) Ge(s) GeJ 4 (g) 4. Photopolymerisation TiN(s) 4HCl(g)

7 Wiederholunbg: PACVD Reduktion der Abscheidetemperatur

8 Wiederholung: Plasmapolymerisation Monomere: Hexamethyldisiloxan (HMDSO), C 6 H 18 OSi 2 Tetraethylorthosilikat (TEOS) Abgeschiedenes Material: meist SiO 2

9 Elektrochemie Verfahrenstypen Kathodische Abscheidung Anodische Oxidation Stromlose Abscheidung

10 Kathodische Abscheidung (Galvanik) Prinzipieller Aufbau - Potentialverlauf U(x) - Me S nm Kat hodenfall: - Abschirmung der Kathode durch po sitive Ion en K A x Generelle Charaktaristika: Metallische Substrate Meist wässrige Lösungen Enges Parameterfenster in T Grosses Parameterfenster für Additive

11 Kathodische Abscheidung: Theorie Elementarprozesse im Kathodenfall 300 nm - Neutralisierung des Me-Ions durch Kathodenelektron Feldstärkenabschätzung: U=4 V d=300 nm Absp rengen der OH - Gru ppen durch starkes Potential Hydratisiertes Me-Ion E = ca V/m (!) -

12 Kathodische Abscheidung: spezielle Verfahren Pulsgalvanik: Strompulse zur Beeinflussung der Körnigkeit der Schicht Galvanische Multilayer durch Abscheidung aus Elektrolytmischung bei verschiedenen Kathodenspannungen Mehrbadverfahren Agitation des Bades zur Erhöhung des Stofftransportes Herstellung von Dispersionsschichten durch Einmischen mikro- oder nanokristalliner Partikel in den Elektrolyten (Aluminiumoxid, Zirkonoxid,...) Abscheidung aus nichtwässrigen Elektrolyten: z. B.: Al: Trialkylaluminiumhaltiger Elektrolyt Abscheidung direkt aus der Salzschmelze

13 Anodische Oxidation: Prinzip Chemie: kJ 2Al 3O Al 2 O 3 Aluminiumoxid wächst weiter, da durch Poren immer Kontakt mit Metall vorhanden ist. Die zunächst poröse Schicht kann infiltriert und gefärbt werden kann, danach wird sie verdichtet. Das Verfahren ist extrem masshaltig, da keine Zusatzschicht aufgebracht wird, sondern die Reaktion ins Metall hinein erfolgt.

14 Stromlose Abscheidung Reduktion von Metallionen durch Elektronen eines in das Lösungsmittel eingebrachten Reagens. Die Reaktion findet nur an einer katalytischen Oberfläche (Metalloberfläche, da aus dieser leicht Elektronen abgezogen werden können) statt. Damit der Beschichtungsprozess weitergeht, muß das abgeschiedene Material ebenfalls autokatalytisch sein. Falls keine katalytische Oberfläche (Isolator) vorhanden ist: Aktivierung mit PdCl 2 oder SnCl 2 ; Pd bzw. Sn werden direkt auf der Oberfläche abgeschieden und wirken katalytisch. Reagenzien: Natrium-Hypophosphit: Ni, Co Natrium-Borohydrid: Ni, Au Dimethylaminboran: Ni, Co, Au, Cu, Ag Hydrazin: Ni, Au, Pd Formaldehyd: Cu

15 Anwendungen elektrochemischer Verfahren Dekorative Elemente Embleme Modeschmuck Allseitige Beschichtung von Kunststoffteilen Mikroelektronik (Cu-Leiterbahnen) Mikromagnetismus (füllen poröser Schablonen)

16 Thermisches Spritzen: Verfahrenstypen Flammspritzen Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen Detonationsspritzen Lichtbogenspritzen Kaltgasspritzen Weitere Informationen: Gesellschaft thermisches Spritzen

17 Flammspritzen mit Draht 1. Acetylen/Sauerstoff 2. Draht oder Stab 3. Brennerdüse 4. Acetylen/Sauerstoff-Flamme mit Spritzpartikeln 5. Substrat

18 Flammspritzen mit Pulver 1. Acetylen/Sauerstoff 2. Pulverbehälter 3. Brennerdüse 4. FördergasPulver 5. Acetylen/Sauerstoff-Flamme mit Spritzpartikeln 6. Substrat

19 Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF) HVOF=High Velocity Oxygen Fuel 1. Brenngas/Sauerstoff 2. Pulver 3. Brennerdüse mit/ohne Wasserkühlung 5. Brenngas/Sauerstoff-Flamme mit Spritzpartikeln 6. Substrat

20 Detonationsspritzen 1. Acetylen 2. Sauerstoff 3. Stickstoff 4. Spritzpulver 5. Zündeinrichtung ("Zündkerze") 6. Austrittsrohr mit Wasserkühlung 7. Substrat

21 Plasmaspritzen 1. Edelgas 2. Kühlwasser 3. Gleichstrom 4. Pulverisiertes Spritzmaterial 5. Kathode 6. Anode 7. Substrat

22 Kaltgasspritzen 1. Fördergas 2. Heizelemente 3. Pulverzufuhr 4. Überschalldüse 5. Spritzstrahl 6. Schicht 7. Substrat

23 Thermisches Spritzen: Verfahrenscharakteristika Rel. Kosten [1=niedrig] Spritzleistung [kg/h] < Porosität [%] ppm Oxidgehalt [%] > >70 >70 8 Haftzugfestigk. [Nmm -2 ] Partikelgeschw. [m/s] Gastemperatur [ C] Vakuum Plasmaspr. Atmps. Plasmaspr. Lichtbogen spritzen Flammschockspr. HVOF Hochg.- Flammspr. Flammspritzen

24 Thermisches Spritzen: Grundlagen Teilweise geschmolzener Tropfen trifft auf Substrat: d ρ "Sombreromorphologie" D S D d ρ ρ = 1,3 µ S v i 0,2 ρ = Dichte der Schmelze v i = Impaktgeschwindigkeit µ = Viskosität der Schmelze

25 Thermisches Spritzen: Schichtmorphologie 200 µm 500 µm

26 Thermisches Spritzen: Anwendungen KFZ-Technik Medizin Grossgeräte Haushalt

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