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Submikrometerschichten für mikrotribologische Anwendungen

 
: Bandorf, R.; Lüthje, H.; Schiffmann, K.; Beck, M.; Gatzen, H.-H.; Schmidt, M.; Büttgenbach, S.; Bräuer, G.

Hesselbach, J. ; TU Braunschweig, Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik -IWF-:
Kolloquium Mikroproduktion. Tagungsband : Eine Kooperation der Sonderforschungsbereiche 440, 499, 516
Essen: Vulkan-Verlag, 2003 (Schriftenreihe des IWF)
ISBN: 3-8027-8670-X
S.75-83
Kolloquium Mikroproduktion <2003, Braunschweig>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IST ()
Fraunhofer FEP ()

Abstract
Die Herstellung der diskutierten mikrotribologischen Schichtsysteme erfolgte mit Hilfe etablierter Verfahren der chemischen und physikalischen Gasphasenabscheidung (CVD, PVD), beziehungsweise einer Kombination aus diesen. Die Untersuchung der tribologischen Eigenschaften erfolgte für flächenhaften Kontakt mittels Pin on Disk Tests, die gleichzeitig als Referenz zu makroskopischen Systemen dienten. Ergänzend wurde mittels rasterkraftmikroskopischer Verfahren das tribologische Verhalten unter Punktkontakt durch Scratch Tests ermittelt. Um den Reibwert der Submikrometer Schichten zu minimieren, wurde neben der Optimierung der Präparationsbedingungen der Einfluss des verwendeten Substratmaterials, sowie der Oberflächentopografie untersucht. Die Untersuchungen mit einem neu entwickelten Band-Abrasivverschleiß-Testers hinsichtlich der Verschleißresistenz ergaben, dass das etablierte TiN gegenüber den betrachteten dünnen Hartstoffschichten um einen Faktor 100 schneller verschleißt als a-C:H, cBN oder CNx. Eine Abschätzung der resultierenden Kontaktfläche zeigte, dass für die Pin on Disk Untersuchungen ein nahezu vollflächiger Kontakt vorlag. Die Ergebnisse der Untersuchungen der Reibwerte unter flächenhaften und unter Punktkontakt zeigen u.a., dass in beiden Fällen nur für a-C:H der Reibwert generell unter 0,1 liegt. Aus der Gegenüberstellung der Tests ist weiterhin ersichtlich, dass der Reibwert für Punktkontakt allgemein einen geringeren Wert gegenüber dem flächigen Kontakt aufweist. Es liegt somit nahe, dass durch eine gezielte Strukturierung der Oberfläche der Reibwert auch für einen flächenhaften Kontakt weiter reduziert werden kann. Neben dem Einfluss einer definierten Strukturierung der Oberfläche auf den Reibwert zeigt auch eine definierte Rauheit Unterschiede im Verschleißverhalten. Beschichtet man nun ein Substrat definierter Rauheit, so beeinflusst bei sehr dünnen Schichten auch das Substratmaterial die tribologischen Eigenschaften. Abhängig von der Kontaktsituation ist für Punktkontakt eine Reduktion der Reibzahl mit sinkendem E-Modul des Substrats zu beobachten.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-15807.html