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Benedikt am 15. Februar 2013 um 08:20 Uhr

2013-02-15T08:20:29Z

Benedikt am 14. Februar 2013 um 12:11 Uhr

2013-02-14T12:11:27Z

VonKeudell: Die Seite wurde neu angelegt: „Reaktive Plasmen sind ein wesentlicher Bestandteil der Plasmatechnik. In einem Niedertemperaturplasma wird ein Quellgas dissoziiert und ionisiert und die Reaktion...“

2009-05-29T08:04:51Z

Die Seite wurde neu angelegt: „Reaktive Plasmen sind ein wesentlicher Bestandteil der Plasmatechnik. In einem Niedertemperaturplasma wird ein Quellgas dissoziiert und ionisiert und die Reaktion...“

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Reaktive Plasmen sind ein wesentlicher Bestandteil der
Plasmatechnik. In einem Niedertemperaturplasma wird ein Quellgas
dissoziiert und ionisiert und die Reaktionsprodukte schlagen sich
auf den umgebenden Oberflächen nieder. Damit lassen sich dünne
Schichten mit einstellbaren Eigenschaften wie Stöchiometrie,
Brechungsindex, Härte etc. herstellen. So entstehen aus dem Quellgas
Silan durch Plasmaprozesse amorphe Silizumschichten und aus dem
Quellgas Methan amorphe Kohlenstoffschichten.

Der wesentliche Vorteil des Einsatzes von Plasmaverfahren zur
Materialsynthese ist die Tatsache, daß die Dissoziation des
Quellgases schon in der Gasphase stattfindet und die zu
beschichtende Oberfläche eines Werkstückes selber bei
Raumtemperatur bleibt. Damit ist es möglich sogar Kunststoffe
effektiv zu beschichten. Dies ist im Unterschied zur klassischen
chemischen Synthese bei der die zu beschichtende Oberfläche in der
Regel heiß sein muß, um über die thermische Anregung stabile
Moleküle auf der Oberfläche zu dissoziieren.

Die Chemie reaktiver Plasmen ist allerdings sehr komplex, da eine
Vielzahl von Reaktionen auftreten können und das System sich in
der Regel nicht im Gleichgewicht befindet. Aus dem Quellgas werden
eine Vielzahl unterschiedlicher Reaktivteilchen wie Radikale und
Ionen gebildet, die alle zur Schichtbildung beitragen können. Die
Identifizierung der wichtigsten Reaktivteilchen ist Gegenstand
dieses Praktikumsversuchs und soll am Beispiel der
Kohlenwasserstoffschichten illustriert werden.

Kohlenwasserstoffschichten sind eine der wichtigsten Vertreter
plasma erzeugter dünner Filme. Legt man bei deren Herstellung eine
zusätzliche negative Vorspannung an das Substrat an, so werden die
positiven Ionen im Plasma zum Substrat hin beschleunigt. Durch
dieses sogenannte Ionenbombardement werden sehr dichte Schichten
gebildet. Diese zeichnen sich durch ihre außerordentliche Härte aus,
was dem Material die Bezeichnung '''Diamant-artiger''' Kohlenstoff
verliehen hat. Deponiert man diese Filme ohne zusätzliches
Ionenbombardement so erhält man '''polymer-artige''' Filme.

Amorphe Kohlenstoffschichten finden gerade wegen ihrer Härte ein
weites Anwendungsfeld. Ein prominentes Beispiel ist die
Beschichtung von Bohrwerkzeugen, wie sie in Abb. 1
gezeigt ist. Durch diese Hartstoffbeschichtung läßt sich die
Standzeit von Bohrern um den Faktor 10 erhöhen. Der Einsatz von
Kohlenstoffschichten als Hartstoff ist auf Systeme beschränkt, die
keine Carbide bilden. So ist es mit einem Kohlenstoff
beschichteten Bohrer nicht möglich Stahl zu bohren, da sich dort
FeC bildet, was zu einer Zerstörung der Beschichtung führt.

\begin{figure}[h]
\begin{center}
\includegraphics*[width = 6 cm]{bilder/drill.eps}
\caption{Kohlenstoff beschichtete Bohrer haben eine Größenordnung
längere Standzeit.} \label{fig:drill}
\end{center}
\end{figure}

[[Datei:405_drill.jpg]]

Auch die neueste Rasierklingengeneration (Abb. \ref{fig:klingen})
profitiert von der Kohlenstoffbeschichtung. Die Klingen sind
schärfer und haben eine größere Lebensdauer.

\begin{figure}[h]
\begin{center}
\includegraphics*[width = 4 cm]{bilder/rasierklingen.eps}
\caption{Kohlenstoff beschichtete Rasierklingen sind schärfer und
halten länger als nicht beschichtete Klingen.} \label{fig:klingen}
\end{center}
\end{figure}

Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld ist die Automobiltechnik.
Die Ventilsitze und Ventilschäfte von Hochleistungsmotoren sind
besonders starkem Verschleiß ausgesetzt. Durch eine entsprechende
Beschichtung läßt sich dieser Verschleiß drastisch reduzieren. wie
in Abb. \ref{fig:valve} gezeigt.

\begin{figure}[h]
\begin{center}
\includegraphics*[width = 6 cm]{bilder/valve1.eps}
\includegraphics*[width = 4 cm]{bilder/valve2.eps}
\caption{Kohlenstoffbeschichtung von Ventilsitzen und
Ventilschäften.} \label{fig:valve}
\end{center}
\end{figure}

Auch in der Medizintechnik spielt Verschleiß bei Implantaten ein
große Rolle. Künstliche Hüftgelenke werden zum Teil mit
Kohlenstoff beschichtet, um ihre Standzeit zu erhöhen. Diese
Beschichtung hat den weiteren Vorteil, daß sie die metallischen
Werkstoffe vom Körper isoliert und damit ein Abstoßungsreaktion
unterdrücken können (Abb. \ref{fig:hip}).

\begin{figure}[h]
\begin{center}
\includegraphics*[width = 6 cm]{bilder/hipjoints.eps}
\caption{Der Verschleiß von künstlichen Hüftgelenken wird durch
ein Beschichtung reduziert.} \label{fig:hip}
\end{center}
\end{figure}

Ein weiterer Massenmarkt ist die Vergütung von magnetischen
Speichermedien. Damit ein Lesekopf in einer Computerfestplatte
beim Landen auf der Platte nicht zu deren Zerstörung führt ist die
Oberfläche vergütet. Hierbei ist eine besonders dünne geschlossene
und glatte Schicht notwendig, da die ''Flughöhe'' von Leseköpfen
in modernen Festplatten im Bereich von Nanometern liegt (Abb.
\ref{fig:magnet}).

Trotz dieser herausragenden Bedeutung von kohlenstoffbasierten
Filmen für zahlreiche Anwendungen, steckt die Aufklärung der
Reaktionsmechanismen in diesen Plasmen erst noch in den Anfängen.
Aus diesem Grund erfolgt die Optimierung der Plasmaprozesse
bislang auf sehr empirischer Weise. Für eine zielgerichtetere
Optimierung zukünftiger Prozesse wäre es aber hilfreich genauer
Information über Reaktivteilchen und Wachstumsmechanismen zu
gewinnen. Ein geignetes Hilfsmittel hierzu ist die
Massenspektrometrie.

\begin{figure}[h]
\begin{center}
\includegraphics*[width = 5 cm]{bilder/magneticrecoding.eps}
\caption{Festplatten.} \label{fig:magnet}
\end{center}
\end{figure}

Die Massenspektrometrie ermöglicht direkt den Nachweis von
Neutral- oder Reaktiv-Teilchenflüssen auf Oberflächen. Im
Unterschied zu anderen Nachweisverfahren wie der
Laserspektroskopie ist sie nicht auf wenige Teilchenarten
beschränkt, sondern erlaubt es Neutrale und Ionen in einem weiten
Massenbereich zu erfassen. Dies ist insbesondere wichtig, da man
nicht a priori den dominanten Reaktionspartner kennt.

Bei der Massenspektrometrie werden Atome und Moleküle ionisiert und
nach ihrem Masse/Ladung-Verhältnis detektiert.

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 Reaktive Plasmen sind ein wesentlicher Bestandteil der
-Plasmatechnik. In einem Niedertemperaturplasma wird ein Quellgas
+Plasmatechnik. In einem Niedertemperaturplasma wird ein  molekulares Quellgas
-dissoziiert und ionisiert und die Reaktionsprodukte schlagen sich
+dissoziiert und ionisiert und die Reaktionsprodukte reagieren miteinander in der Gsphase oder schlagen sich
 auf den umgebenden Oberflächen nieder. Damit lassen sich dünne
 Schichten mit einstellbaren Eigenschaften wie Stöchiometrie,
-Brechungsindex, Härte etc. herstellen. So entstehen aus dem Quellgas
+Brechungsindex, Härte etc. herstellen. So entstehen zum Beispiel aus dem Quellgas
 Silan durch Plasmaprozesse amorphe Silizumschichten und aus dem
 Quellgas Methan amorphe Kohlenstoffschichten.
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 dieses Praktikumsversuchs und soll am Beispiel der
 Kohlenwasserstoffschichten illustriert werden.
 Die Massenspektrometrie ermöglicht direkt den Nachweis von
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 beschränkt, sondern erlaubt es Neutrale und Ionen in einem weiten
 Massenbereich zu erfassen. Dies ist insbesondere wichtig, da man
 nicht a priori den dominanten Reaktionspartner kennt.
 Bei der Massenspektrometrie werden Atome und Moleküle ionisiert und
 nach ihrem Masse/Ladung-Verhältnis detektiert.

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 FeC bildet, was zu einer Zerstörung der Beschichtung führt.
-\begin{figure}[h]
+Auch die neueste Rasierklingengeneration profitiert von der Kohlenstoffbeschichtung. Die Klingen sind
 schärfer und haben eine größere Lebensdauer.
 Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld ist die Automobiltechnik.
 Die Ventilsitze und Ventilschäfte von Hochleistungsmotoren sind
 besonders starkem Verschleiß ausgesetzt. Durch eine entsprechende
-Beschichtung läßt sich dieser Verschleiß drastisch reduzieren. wie
+Beschichtung läßt sich dieser Verschleiß drastisch reduzieren.
 Auch in der Medizintechnik spielt Verschleiß bei Implantaten ein
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 Beschichtung hat den weiteren Vorteil, daß sie die metallischen
 Werkstoffe vom Körper isoliert und damit ein Abstoßungsreaktion
-unterdrücken können (Abb. \ref{fig:hip}).
+unterdrücken können.
 Ein weiterer Massenmarkt ist die Vergütung von magnetischen
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 Oberfläche vergütet. Hierbei ist eine besonders dünne geschlossene
 und glatte Schicht notwendig, da die ''Flughöhe'' von Leseköpfen
-in modernen Festplatten im Bereich von Nanometern liegt (Abb.
+in modernen Festplatten im Bereich von Nanometern liegt.
 Trotz dieser herausragenden Bedeutung von kohlenstoffbasierten
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 gewinnen. Ein geignetes Hilfsmittel hierzu ist die
 Massenspektrometrie.
 Die Massenspektrometrie ermöglicht direkt den Nachweis von