Entwurf und Bau einer Lichtbogenverdampfungsanlage

Abstract

In dieser Arbeit wird die Konstruktion und Planung, Fertigung und Fertigungsbeauftragung von Einzelteilen und der mechanische Zusammenbau einer neuartigen Lichtbogenverdampfungsanlage im Labormaßstab behandelt und explizit erläutert. Dabei liegt der Hauptfokus auf der Beschreibung der wichtigsten Baugruppen und deren Funktionen sowie der experimentellen Funktionstest dieser. Ziel dabei war es neben einem geeigneten Design auch die Funktionsfähigkeit der gesamten Anlage festzustellen. Mithilfe einschlägiger Literaturrecherche wird ein grundlegendes Wissen bezüglich existierender physikalische Gasphasenabscheidungsverfahren, umfangreiches Hintergrundwissen zum Lichtbogenverdampfen sowie zu den verwendeten Analysemethoden bereitgestellt. Im Zuge der Anlagentests werden mehrere Beschichtungs-Iterationsschleifen durchlaufen, um eine Vielzahl von Eigenschaften der Anlage und deren bevorzugten Arbeitspunkte zu identifizieren. Die dabei erhaltenen Schichten werden in Bezug auf Struktur, Morphologie, sowie chemischer Zusammensetzung charakterisiert, und somit die Funktionsfähigkeit der Anlage bestimmt. Die Ergebnisse der Schichtanalysen haben gezeigt, dass sowohl die Laboranlage als auch die Schichteigenschaften den gewünschten Anforderungen zur Gänze genügen und sehr gute Ergebnisse erzielt werden konnten. Das zugrundeliegende Projekt wurde deshalb als erfolgreich abgeschlossen betrachtet.Nichtsdestotrotz der vielversprechenden Ergebnisse werden noch weitere Anregungen und Vorschläge für die Erweiterung und Optimierung der Anlage geliefert.

This work covers the construction and design, manufacturing and fabrication of a full functional novel laboratory-scale arc evaporation system. The main focus of the work is the description of the key assemblies and their functions, as well as conducting experimental functional tests. The goal was to determine both a suitable design and the functionality of the full system. In-depth literature research provided fundamental knowledge on existing physical vapour deposition processes, extensive background information on arc evaporation, as well as on the analysis methods used within this study.To prove all functions of the cathodic arc evaporation system, several coating iteration loops are carried out to identify a variety of system properties and preferred operating points. The resulting coatings are subjected to characteristic thin-film analysis methods to investigated the crystal structure, morphology, as well as chemical constitution. Through the quality assessment of the deposited thin film materials, the functionality of the whole system could be verified. In detail, the coating analysis results have demonstrated that both the laboratory-scale system and the coating properties fully meet the desired requirements and yield excellent results. Therefore, the underlying project is considered successful. However, despite the promising outcomes, additional suggestions and proposals for expanding and optimizing the system are provided.