Atomar aufgelöste Studie der Grenzflächen in mehrlagigen Hartstoffschichten

Durch Stabilisierung von (metastabilen) Ungleichgewichtsphasen können Multilagen-Beschichtungen hergestellt werden, die im Vergleich zu einlagigen Beschichtungen außergewöhnliche Eigenschaften besitzen, wie zum Beispiel extrem hohe Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit, oder spezielle optische und magnetische Eigenschaften. Dabei spielen Grenzflächen eine Schlüsselrolle für die mechanischen Eigenschaften. Die Grenzflächenstruktur ist daher der entscheidende Faktor um das Materialverhalten zu kontrollieren. Bisher sind detaillierte Informationen über die atomare und elektronische Struktur der Grenzflächen aufgrund der Komplexität der Multilagen unklar, und das Verständnis des Mechanismus der epitaktischen Stabilisierung auf atomarer Ebene und dessen Einfluss auf die Härtesteigerung in Multilagen fehlt. Um die Eigenschaften von Multilagen-Materialien zu verstehen ist jedoch ein Grundverständnis dieser Phänomene notwendig. Darüber hinaus könnten neue Erkenntnisse über grenzflächengesteuerte atomare Vorgänge zur Entwicklung einer neuen Art von Multilagen- Beschichtungen führen. Diese experimentelleStudiehat dieWeiterentwicklung unseres Verständnisses von grenzflächeninduzierten Phänomenen auf atomarer Ebene in Multilagen-Beschichtungen zum Ziel, mit dem Fokus auf bestimmte Schlüsselfragen, die bisher nicht oder nur bedingt behandelt wurden. Dazu zählen die atomare und elektronische Struktur der Grenzflächen im Zusammenhang mit metastabilen Phasen sowie der Mechanismus der epitaktischen Stabilisierung und ihr Effekt auf die außergewöhnliche Härte von Multilagen. Zur Erreichung dieser Ziele werden Untersuchungen mit atomarer Auflösung, quantitative strukturelle und chemische Analysen sowie Messungen der elektronischen Struktur der Grenzflächen von unmischbaren nicht-isostrukturellen Systemen, wie z. B. TiN/TaN und CrN/Cr2 N, durchgeführt, unterstützt durch theoretische Berechnungen. Die experimentellen Methoden umfassen CS-korrigierte HRTEM Bildgebung, hochauflösende Spektroskopie mittels EELS, ELNES und EDXS, sowie in-situ Heizversuche. Dafür wird das kürzlich installierte leistungsfähige CS-korrigierte TEM und neuerworbene Fähigkeiten in in-situ TEM am Erich Schmid Institut herangezogen. In Kombination mit qualitativhochwertigen epitaktischenMultilagen-Beschichtungen, hergestellt an der Montanuniversität Leoben, kann eine einzigartige Studie realisiert werden, die große Bedeutung für das Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismenvon Grenzflächen in Multilagen- Beschichtungen hat. Zusätzlich liefert die Studie technologische Richtlinien für das Design einer neuen Klasse von Multilagen mit neuen funktionalen Eigenschaften für industrielle Anwendungen.