| Titel | Acoustic Emission Measurements During Nanoindentation on DLC Mono and Multilayer Coatings |
| Autor | F. Pape, H.H. Gatzen |
| Infos zum Autor | Dipl.-Ing. F. Pape, Eckermannstrasse 9, 30952 Ronnenberg Prof. Dr.-Ing. H.H. Gatzen, Teichhuhnring 38, 30916 Isernhagen Institute for Microtechnology (now Institute for Microproduction Technology), Leibniz Universität Hannover, Center for Production Technology, An der Universitaet 2, 30823 Garbsen, Germany |
| Inhalt | Zusammenfassung Delamination durch Rissfortschritt führt bei dünnen Verschleißschutzschichten zu katastrophalem Versagen. Um das Bruchverhalten unter Last zu untersuchen, werden Acoustic-Emission Messungen mit Hilfe eines Nanoindenters durchgeführt. Hierzu werden Diamond-like Carbon (DLC) Schichten variierter Dicke und eine DLC-Multilagenschicht, jeweils auf weicher Unterschicht, eingesetzt. Für die Abscheidung von DLC-Schichten wird die plasmaunterstützte chemische Abscheidung aus der Gasphase (PECVD) mit Acetylene als Precursorgas und Argon als Plasmagas genutzt. Das weiche Epoxidharz SU-8TM wird als Unterschicht eingesetzt. Die Schichtdicken der Einzelschichten betragen 75 nm, 150 nm, 300 nm und 600 nm. Zum Vergleich wird eine DLCMultilagenschicht eingesetzt, welche aus acht Einzelschichten besteht. Die Multilagenschicht ist aus abwechselnd harten und weichen DLC-Einzelschichten zusammengesetzt; jede Schicht hat eine Dicke von 75 nm, die Gesamtdicke beträgt 600 nm. Um die Schutzschichten zu untersuchen wird ein Nanoindenter eingesetzt. Hierbei wird eine Messspitze mit integriertem Acoustic-Emission (AE) Sensor genutzt. Mit Hilfe des Sensors wird die bei der Bruchenstehung freigesetzte Energie erfasst. Für den Eindruck kommen 5 mN als Last zum Einsatz. Nach dem Eindruck wird eine rasterkraftmikroskopische Aufnahme der Probenoberfläche erstellt. Für die eingesetzten DLC-Schichten kann gezeigt werden, dass die erfasste integrierte Energie linear mit der Schichtdicke ansteigt. Die Multilagenschicht weist eine geringere Schädigung auf, da der Rissfortschritt zwischen den Schichten und in der weichen Lage gestoppt wird. Während die Einzelschichten bei den Versuchen komplett zerstört werden, wird für die Multilagenschicht nur die oberste Lage geschädigt. Abstract Delamination due to crack propagation is the most common mode of catastrophic failure in thin protective films. To examine the crack behavior under load, acoustic emission (AE) measurements were performed using nanoindentation. For the tests, Diamond-like Carbon (DLC) films of various thicknesses and a multilayer DLC coat, both on a soft underlayer, were used. For the deposition of the DLC coatings, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) techniques, with Acetylene as precursor gas and Argon as plasma gas, were applied. The soft resin SU-8TM served as underlayer. The monolayer thickness was 75 nm, 150 nm, 300 nm, or 600 nm, respectively. The coatings were compared to a multilayer DLC coat consisting of eight single layers. The multilayer stack was composed of alternating hard and soft DLC layers; each layer has a thickness of 75 nm, the stack height is 600 nm. To investigate the protective layers, a nanoindenter was used applying a cube corner tip with an integrated AE sensor. This sensor allows for detecting the energy released during crack propagation. For the tests, a maximal load of 5 mN was applied to the tip. After the indentation, an Atomic Force Microscope (AFM) scan was performed on the surface. It could be proven, that for the tested DLC film thicknesses, the integrated energy increased linearly with the film thickness. The DLC multilayer film was less prone to delamination, as the crack propagation was stopped on the interfaces between the hard and soft layers. While the interfaces of the monolayer coats were destroyed completely, only the top layer was destroyed in the multilayer stack. |
| Datum | 2011 |
