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2019
Conference Paper
Titel
Dünnschichtsensoren zur Temperaturmessung im Mischreibungskontakt
Abstract
Die Erfassung von Temperaturen an Bauteiloberflächen in Mischreibungskontakten, etwa um damit Modelle zu verifizieren, stellte eine große Herausforderung dar. Hierfür werden Dünnschichtsysteme mit einer Gesamtschichtdicke von < 10 µm als Oberflächenbeschichtung aufgebracht, welche eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit mit sensorischen Eigenschaften vereinen. Das Dünnschichtsystem besteht aus einer elektrisch isolierenden und tribologisch beständigen, per PVD (Physical Vapour Deposition) auf die polierte Oberfläche eines Strahlsubstrats abgeschiedenen Aluminiumoxid (Al2O3)-Grundschicht. Alternativ wird eine mittels PACVD (Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition)abgeschiedene, mit Silizium und Sauerstoff modifizierte, amorphe Kohlenwasserstoffschicht (a-C:H:Si:O) verwendet, die am Fraunhofer IST entwickelt wurde und mit dem Markennamen SiCON® bezeichnet wird. Darauf wird eine elektrisch leitfähige Metallschicht aus Chrom aufgebracht. Die Strukturierung dieser Schicht erfolgt per Fotolithografie und nasschemischer Ätzung. Sie wird mit einem neu entwickelten Verfahren kombiniert, das es ermöglicht, auch auf dreidimensionalen Oberflächen minimale Strukturbreiten von 11 mm zu erreichen. Dadurch lassen sich sehr temperaturempfindliche Sensoren mit einer verbesserten Ortsauflösung realisieren. Abschließend wird eine elektrisch isolierende und vor Verschleiß schützende Deckschicht abgeschieden. Durch Ausnutzung der thermoresistiven Eigenschaften des Chroms kann mit den Sensorstrukturen die Temperatur direkt im Kontaktbereich an der Bauteiloberfläche gemessen werden.