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Patrick Bergmann

• Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit wurden tetraedrische amorphe Kohlenstoffschichten nach dem Prinzip der Laser-Arc-Verdampfung abgeschieden und untersucht. Vermessen wurden die hergestellten Schichten mittels Interferenzmikroskopie, dem laserakustischen Prüfverfahren LaWave, Kalottenschleifverfahren und Nanoindentation. Im ersten Teil der Arbeit wird darüber berichtet, wie die Prozessstabilität und die Qualität der abgeschiedenen Schichten optimiert wurden. Dabei wurde zum einen der Aufbau der Kohlenstoffkathodenwalzen modifiziert, um einen stabileren und zuverlässigeren Prozess zu gewährleisten. Zum anderen wurde der elektromagnetische Partikelfilter des Laser-Arc-Moduls angepasst. Dabei zeigte sich, dass die Konfigurationen verschiedener ferromagnetischer Bleche und damit die Ausbildung des Magnetfeldes zur Filterung der Partikel unterschiedliche Auswirkungen haben. Durch eine geeignete Konstellation konnte somit die Abscheidung homogener Schichtdicken über eine größere Beschichtungshöhe ermöglicht werden. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen einzelner Prozessparameter auf die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten. Der Einfluss der Kammertemperatur nimmt hierbei eine zentrale Rolle ein. Überschreitet diese einen Grenzwert von 100 °C, so werden die Schichten zunehmend inhomogen. Das heißt es liegt ein Gradient vor und die Schichteigenschaften - insbesondere Elastizitätsmodul - sind über die Schichtdicke nicht konstant. Weiterhin wurden die Parameter Substratbiasspannung und -pulsdauer variiert. Es zeigte sich, dass mit zunehmender Biasspannung und Pulsdauer die Schichten härter werden. Ein dritter Prozessparameter, dessen Auswirkungen auf die Schichteigenschaften untersucht wurde, ist die Pulsfrequenz der Bogenentladung. Eine Erhöhung der Frequenz hat eine starke Erhöhung der Kammertemperatur zur Folge. Dadurch weisen die hergestellten Schichten wieder einen Gradienten auf.
• The experimental investigations in this master thesis are based on coatings of tetrahedral amorphous carbon layers which are deposited according to the laser arc evaporation. The coatings were analyzed by interference microscopy, the laser acoustic test system LaWave, calotte grinding and nanoindentation. In the first part of this thesis it is shown, that a modified construction of the carbon cathods leads to a more stable and more reliable process. Furthermore the efficiency of the electromagnetical particle filter has been affected by changing the ferromagnetic plates and thus the spread of the magnetic field. A final configuration of the magnetic plates was found which leads to a more homogeneous deposition of carbon over a larger coating height. For the second part of this thesis various parameters of the coating process were variied and the characteristic layer properties have been examined. The influence of the coating temperature takes a major role. At temperature higher than 100 °C the coating becomes more inhomogeneous and the Young's modulus becomes lower. Another changed parameter is the substrate bias voltage and its pulse duration. With increasing bias voltage and pulse duration the Young's modulus becomes higher. The third variied parameter is the frequency of the pulsed arc discharge. With increasing frequency the temperature of the chamber is rising as well leading to a inhomogeneous layer again.