Einfluss der Legierungszusammensetzung und des Gefüges auf das Ermüdungsverhalten dünner substratgebundener Al Schichten

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Eberl; Professor Dr.-Ing. Alfred Ludwig
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 151186955

Das wesentliche Ziel dieses Antrags ist es, den Einfluss von Legierungselementen auf das Ermüdungsverhalten von dünnen Metallschichten zu verstehen und darauf aufbauend eine gezielte Entwicklung neuer Dünnschicht-Legierungen mit deutlich verbesserten Ermüdungseigenschaften zu betreiben. Dazu sollen Schichten mit Dicken zwischen einigen μm bis hinunter zu wenigen 100 nm aus ternären Al-Legierungen auf oxidiertem Si Substrat untersucht werden. Dieses wird mittels mikrotechnischer Herstellungsmethoden zu vielen Biegebalken pro Wafer strukturiert und mit jeweils einer Legierungszusammensetzung pro Biegebalken durch einen kombinatorischen Ansatz beschichtet. Für das wissenschaftliche Verständnis des Zusammenhangs zwischen Zusammensetzung, Gefüge und Ermüdungsfestigkeit ist es notwendig, möglichst viele Schichten ermüden zu können. Daher kommt ein spezieller Versuchsaufbau zum Einsatz, der eine schnelle Lebensdauerevaluierung erlaubt. Die mit den zu untersuchenden Legierungen beschichteten Si-Balken werden mittels eines Piezoaktuators periodisch ausgelenkt und die Schädigungsentwicklung als Funktion der Zyklenzahl wird direkt mittels optischer Verfahren verfolgt. Da die Dehnungsamplitude in der (aufgebrachten) Schicht mit zunehmendem Abstand von der Balkeneinspannung abnimmt, kann für jeden Biegebalken ein vollständiges Wöhlerdiagramm ermittelt werden. Die resultierende Schädigungsmorphologie der ermüdeten Schichten soll mittels mikroskopischer Methoden (FIB/REM, TEM) charakterisiert werden. Damit wird es möglich den Einfluss von Schichtzusammensetzung und Mikrostruktur auf die Lebensdauer von dünnen Schichten effektiv zu untersuchen und für die Entwicklung neuer ermüdungsfester Schichten zu nutzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Oliver Kraft