Funktionelle Beschichtungen hergestellt mit CVD- und Sol-Gel-Technik - Neue Konzepte für die Oberflächentemperaturanalyse

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Kurzfassung: Die vorliegende Habilitationsschrift befasst sich mit der Herstellung und Charakterisierung funktionaler Beschichtungen zur Veredelung von Werkstoffoberflächen unter Anwendung moderner Dünnschichttechnologien. Dabei kommen die Chemische Gasphasenabscheidung, CVD, und das Sol-Gel-Verfahren zum Einsatz. Übergreifendes Thema ist die Entwicklung temperatursensitiver Schichten zur direkten, bzw. zur berührungslosen Temperaturmessung von Oberflächen. Zur Erfüllung dieser Zielsetzung werden zwei Ansätze vorgestellt: Die CVD- und Sol-Gel-Abscheidung dotierter Aluminiumoxidfilme (Dotierstoffe: Chrom, Europium, Dysprosium und Thulium) mit Anwendungspotential als thermographische Phosphore und die CVD-Abscheidung thermoelektrischer Eisensilizidfilme (FeSi2). Während sich letztere zur direkten, elektrischen Temperaturmessung unter Ausnutzung des Seebeck-Effektes eignen, können die dotierten Aluminiumoxidfilme mittels eines Lasers oder einer LED zur Phosphoreszenz angeregt werden. Diese wiederum ist abhängig von der Filmtemperatur. So lässt sich die Oberflächentemperatur berührungslos aus der optischen Messung und Auswertung wichtiger Phosphoreszenzeigenschaften, wie Intensität, Lebensdauer oder spektraler Verteilung bestimmen. Die Methode zeichnet sich insbesondere durch die Möglichkeit der Temperaturmessung in nicht alltäglichen Umgebungen und unter erschwerten Bedingungen aus, wie z.B. der Anwesenheit störender Hintergrundstrahlung, sich bewegender Meßobjekte, extremer Temperaturen, etc. Mit Hilfe der o.g. Dünnschichtmethoden wird zunächst die großflächige Abscheidung homogener, gut haftender, dotierter und undotierter Aluminiumoxidfilme mit wohldefinierten Schichtdicken im Mikrometerbereich und darunter vorgestellt. Diese wird u. a. mit Röntgenbeugung (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (REM), energiedispersiver Röntgenfluoreszenz-Analyse (EDX), Augerelektronen-Spektroskopie (AES) und Kavitationserosionsexperimenten ausführlich analysiert und dokumentiert. Die im folgenden an diesen Filmen durchgeführten Phosphoreszenzmessungen belegen die bereits erwähnte gute Eignung derselben zur Oberflächentemperaturbestimmung. Der dabei mögliche Temperaturbereich liegt je nach verwendetem Dotierstoff zwischen Raumtemperatur und 1536 K. Die physikalischen Eigenschaften des Grundmaterials Al2O3 sind hohe Temperaturstabilität (Schmelzpunkt 2050 °C), große Härte und gute chemische Beständigkeit; sie machen die gezeigten Beschichtungen auch für zusätzliche Anwendungen interessant. Neben den auf Aluminiumoxid basierenden, keramischen Beschichtungen, werden auch neuartige MOCVD-Verfahren zur Herstellung von Eisen-, Eisenoxid- und Eisensilizidschichten aus den Grundchemikalien Ferrocen und Tetramethylsilan vorgestellt. Insbesondere beta-FeSi2 ist ein äußerst vielversprechendes Material mit interessanten thermoelektrischen Eigenschaften und dementsprechend hohem Anwendungspotential.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Habilitation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Dewey Dezimal-Klassifikation:
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 620 Ingenieurwissenschaften
Stichwörter:
dünne Filme, Oberflächentemperatur, Temperaturmessung, Aluminiumoxid, Rubin, CVD, MOCVD, Sol-Gel, thermographische Phosphore, Eisensilizid, FeSi2, Eisenoxid, Eisen, thermoelektrisch, thin films, surface temperature measurement, aluminium oxide, alumina, ruby, MOCVD, CVD, sol-gel method, thermographic phosphors, iron disilicide, FeSi2, iron oxide, iron
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
E-Publikationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Habilitation:
16.03.2009
Habilitation beantragt am:
29.09.2008
Dateien geändert am:
17.06.2009
Medientyp:
Text