Entwicklung und Charakterisierung siliziumcarbonitridbasierter Beschichtungen für thermisch hoch beanspruchte Bauteile

Die stetig steigenden Beanspruchungen an Bauteile gehen in der Regel mit einer Erhöhung der mechanischen und thermischen Beanspruchung der verwendeten Materialien einher, die einen zusätzlichen Schutz der Oberfläche zwingend erfordern. Im Bereich konventioneller PVD-Hartstoffschichten stellen nitridbasierte quaternäre Verbindungen mit einer Beständigkeit bis rund 1000 °C den Stand der Technik für thermisch beständigen Verschleißschutz dar. Für die Realisierung höherer Anwendungstemperaturen ergibt sich die Forderung nach der Entwicklung von Schichtmaterialien, die auch bei extremen thermischen Beanspruchungen den Grundwerkstoff zuverlässig schützen. Schichten aus dem System SiCN zeigen hier vielversprechende Eigenschaften, wie beispielswiese eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Oxidation, chemische Zersetzung und Strukturänderungen bis zu Temperaturen über 1300 °C bei einer hohen Härte. Allerdings hängen die Eigenschaften der SiCN-Schichten sehr stark von den Beschichtungsparametern ab. In dieser Arbeit erfolgt daher die Entwicklung von Beschichtungskonzepten für PVD-SiCN-basierte Schichten sowie PA-CVD-SiCN-Schichten auf einer Industriebeschichtungsanlage. Die so synthetisierten Schichten werden ganzheitlich beschichtungsparameterbasiert analysiert, und die chemisch-strukturellen Eigenschaften werden mit den mechanisch-technologischen Eigenschaften sowie der thermischen Beständigkeit und dem Oxidationswiderstand verknüpft. Das Degradationsverhalten des Schicht-Substrat-Verbunds für die Substratwerkstoffe Nickelbasislegierung und Silizium bei thermischen Beanspruchungen wird aufgezeigt. Die Zusammenhänge werden in einer Mechanismenkarte zusammengefasst. Es zeigt sich ein starker Einfluss der primären Beschichtungsparameter auf die Schichteigenschaften.