Oberflächen- und gasanalytische Untersuchungen zum Einsatz silanhaltiger Atmosphären im Rahmen der „Sauerstofffreien Produktion“

Sauerstoff ist aufgrund seiner Allgegenwärtigkeit in der Umgebungsluft in nahezu allen verar-beitenden Fertigungsprozessen vertreten. Beim Kontakt mit Sauerstoff bilden Metalloberflä-chen eine Oxidschicht, die manchmal erwünscht und manchmal unerwünscht ist. Die Entfer-nung von Sauerstoff aus der Atmosphäre, was in dieser Arbeit durch die Zugabe von geringen Mengen an Silan in Argon-gefüllten Atmosphären erfolgte, bietet das Potential, deutliche Ver-besserungen in der Fertigungseffizienz und Qualität von Bauteilen zu erzielen. Der Einfluss der Ober- und Grenzflächen der Materialien spielt dabei eine entscheidende Rolle.
Um die Ober- und Grenzflächen von (un-)oxidierten Materialien untersuchen zu können, müs-sen diese unbeeinflusst vom Ort ihrer Fertigung ins Analysegerät transferiert werden. Daher war ein Ziel dieser Arbeit, den Transport und Transfer solcher Materialproben zu ermöglichen. Speziell dafür wurde ein Transport-, Transfer-, und ein Präparationssystem entwickelt. Es war notwendig, die Funktionalität des Transports und Transfers zu überprüfen. Dies erfolgte durch hochreine Kontrollproben aus Titan und Eisen, die mit Hilfe der Röntgenphotoelektronenspek-troskopie evaluiert wurden. Es wurde gezeigt, dass das beschriebene System signifikant besser für den oxidationsfreien Transport von Metallproben geeignet ist, als es für vergleichbare Ar-gon-basierte Systeme der Fall ist.
Zusätzlich wurden die in der Atmosphäre enthaltenen Restgase betrachtet, die auch einen Einfluss auf die Oberflächenoxidation haben können. Hier wurde mit Hilfe der Massenspekt-rometrie und Infrarotspektroskopie die Reaktivität zwischen Silan und Restwasser in der At-mosphäre zu variierenden Bedingungen nachvollzogen. Es wurden Unterschiede gegenüber Aussagen der Literatur deutlich, die durch eine Diskrepanz zwischen thermodynamischen Vorhersagen und der tatsächlichen Reaktionskinetik herrühren.
Zuletzt wird das Zweidrahtlichtbogenspritzen als Anwendungsbeispiel von unter Sauerstoff-ausschluss gefertigten Materialien betrachtet. Materialanalysen von gespritztem Cu, Al und Ti mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie und der energiedispersiven Röntgenspektroskopie zeigen große Unterschiede in der Zusammensetzung und Strukturbeschaffenheit der Spritz-partikel, Splats und Ober- und Grenzflächen, die sich in einer verbesserten Qualität der untersuchten Querschliffe äußern.