Abscheidung des Systems Mo-N-(Ag) durch hoch-ionisierte PVD-Verfahren und dessen Untersuchung hinsichtlich Hochleistungsverschleißschutz und elektrischem Schleifkontakt

• Antragsteller: Dr. Martin Fenker; Professor Dr. Frank Schmidl
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 354352022

Unter der Randbedingung der Energieeffizienz werden Werkstoffe an die Grenzen der Belastbarkeit getrieben, insbesondere werden Oberflächen z.B. durch Kombination von hoher Temperatur und mechanischem Verschleiß hochbeansprucht. Diamant-ähnliche Kohlenstoffschichten (DLC) bieten hier nur noch bedingt Schutz, besser erscheinen Schichten auf Basis von Mo-N. Zusätzlich sind die im beantragten Projekt zu entwickelnden Mo-N-(Ag) Schichten als elektrische Schleifkontaktbeschichtung für den Industriebereich deutscher Elektrounternehmen relevant und haben das Potential, deren Anforderungen hinsichtlich Leistungsdichte im Energieversorgungsnetz zu erfüllen.Hochleistungsverschleißschutzschichten aus Mo-N bzw. aus dem wenig untersuchten System Mo-N-Ag, weisen niedrige Reibkoeffizienten durch Bildung der lamellaren MoO3-Phase, Magnéli-Phasen bzw. Ag-Molybdatphasen auf. Zur Synthese derartiger Schichten werden erstmalig drei unterschiedliche PVD-Verfahren, dc-Magnetron-Sputtern (dcMS), Hochleistungs-Impuls-Magnetron-Sputtern (HiPIMS) und gepulste Laserablation (PLD), parallel eingesetzt. Die Verfahren unterscheiden sich deutlich im Ionisierungsgrad der gesputterten Teilchen und im Ionisierungs-/Dissoziationsgrad des N2-Gases. Die Schichteigenschaften des Systems Mo-N-(Ag) können durch Kontrolle der Plasmazustände maßgeschneidert werden. Die wesentlichen wissenschaftlich-technologischen Ziele sind die Herstellung bisher schwer zugänglicher stöchiometrischer Mo-N Schichten, Entwicklung neuer Hochleistungs-Mo-N-(Ag) Schichten durch Silber-Legierung und Optimierung der entsprechenden elektrischen und mechanisch-tribologischen Eigenschaften.Am Ende steht ein systematisches Verständnis der Funktion der Schichtsysteme durch Erfassung der Plasma- und Schichteigenschaften und deren Korrelation. Die erlangten Erkenntnisse dienen zur Aufstellung eines empirischen Modells für das tribologische und elektrische Verhalten von Mo-N-Ag Schichten. Das Projekt wird einen wichtigen Beitrag zur Fragestellung liefern, wie hoch der Ionisierungsgrad in Kombination mit der kinetischen Energie von schichtbildenden Teilchen sein muss, um gezielt Schichteigenschaften wie z.B. die Stöchiometrie des Mo-N beeinflussen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen