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Götz Thorwarth
Herstellung und Eigenschaften amorpher Kohlenstoffschichten in der Plasma%96Immersions%96Ionenimplantation
Betreuer: Prof. Dr. B. Stritzker [Experimentalphysik IV]
Datum der mündlichen Prüfung: 15.12.2005
120 Seiten, deutsch
Diamantartiger Kohlenstoff (DLC) bezeichnet eine amorphe Mischform der Kohlenstoffphasen Diamant und Graphit und besitzt großes Potential im Einsatz als Verschleiß- und Korrosionsschutz sowie als Diffusionsbarriere. Durch Einbau von Fremdatomen kann DLC weiterhin an spezielle Anforderungen, so z.B. die biokompatible Beschichtung medizinischer Implantate, angepaßt werden. Die Arbeit beschäftigt sich mit einem neuartigen Verfahren zur Herstellung solcher amorpher, wasserstoffhaltiger Kohlenstoffschichten (a-C:H) mit dem Verfahren der Plasma-Immersions-Ionenimplantation und -Deposition. Bei diesem Prozeß erfolgt die Deposition einer polymerartigen Kohlenwasserstoffschicht an der Substratoberfläche unter gleichzeitigem Ionenbeschuß mit Ionenenergien im keV-Bereich, wodurch das Plasmapolymer zu DLC verdichtet wird. Die Deposition kann großflächig und homogen über komplex geformte Substratoberflächen mit hoher Aufwachsrate durchgeführt werden und stellt somit ein wirtschaftliches Verfahren dar. Der Bildungsprozeß des DLCs wird in der Arbeit ausführlich anhand struktureller und chemischer Untersuchungen charakterisiert und diskutiert sowie wesentliche Abhängigkeiten mechanischer Eigenschaften wie Schichtspannung und Härte beleuchtet. Im Anschluß wird die Dotierung von a-C:H mittels Titan und Titanoxid behandelt; Die Titandotierung führt dabei zur Ausbildung nanokristalliner TiC-Ausscheidungen, welche durch einen strahlengestützten Diffusionsprozeß in Lagen festen Abstandes organisiert werden. Zuletzt behandelt die Arbeit schließlich die Biokompatibilität verschieden dotierter a-C:H-Varianten für den Verschleißschutz auf Gelenkendoprothesen anhand von Zellkulturuntersuchungen.