Promotionsvortrag von Carl Arne Thomann

Um Oberflächeneigenschaften zur gegebenen Schmierungsapplikation anzupassen, kann auf eine Vielzahl von Hartstoffschmierschichten zurückgegriffen werden, zwei übliche Gruppen sind amorphe Kohlenstoffe (a-C) und Molybdändisulfid (MoS2). Bei tribologischer Belastung, insbesondere bei erhöhten Temperaturen oder in hoher Feuchtigkeit, kommt es bekanntermaßen zu chemischen und strukturellen Umwandlungen in Dünnschichten von a-C und MoS2, welche ihre Wirksamkeit empfindlich einschränken. Um dies zu umgehen oder um Dünnschicht-Eigenschaften zur spezifischen Aufgabe anzupassen, werden eine Reihe Element-Modifizierungen angewandt, deren Einfluss geläufig mit verschiedenen spektroskopischen Methoden untersucht wird. MoS2. Diese Arbeit versucht, solche Messaufgaben durch eine Messmethode abzudecken und damit einen robusten Methoden-Rahmen für eine ziel-orientierte Herstellung von a-C- und MoS2 -Dünnschichten zu liefern. Dieses umfasst räumlich- aufgelöste Messungen und klärt beteiligte chemische und strukturelle Umwandlungen aufklären. Einsicht in solche Umwandlungen sind ein entscheidender Schritt zur wissenschaftlichen Konzeptionierung der Tribofilm-Bildung, die als kritisches Element der Schmierung und als wesentlicher tribologischer Benefit identifiziert wurden. Hierzu wird Raman-Mikroskopie erweitert um einen Aufbau zur optischen Temperatur-Einstellung via eines Nanosekunden-gepulsten Lasers. Bei Schichten aus a-C sind interne Verspannungen, sp3-Gehalt, Silizium-Gehalt und Graphitisierungsgrad (indirekt) messbar. Bei Untersuchungen im Temperatur-Verlauf wurden zwei Ordnungsprozesse aufgefunden, welche durch Element-Modifizierung beeinflusst werden können. Initiale Reaktion auf thermischen Eintrag ist das Anreichern von graphitischen Kernen in einer amorphen Matrix, die im Verlauf weiterer Erwärmung in Ausdehnung anwachsen. Auch ist eine Definition der Übergangstemperatur von a-C zu nano-kristallinen Graphit möglich. Ein fünfstufiges Modell zur strukturellen Relaxation wird vorgestellt. Bei MoS2 -Schichten ist die Bildung von Tribofilmen wesentlich von den Umgebungsbedingungen abhängig, der Tribofilm gewinnt an thermischer Beständigkeit gegenüber Ausgangsmaterial; seine Bildung ist durch Element-Modifizierung beeinflussbar. Bei Untersuchungen im Temperatur-Verlauf werden ein Ordnungsprozess von amorphen Ausgangsmaterial und folgend eine chemische Umwandlung zu ausgewählten Molybdänoxiden gefunden. Die Umwandlung wird in einem Fünf-Phasen-Modell beschrieben.

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