[Zurück]

C. Eisenmenger-Sittner, J. Hell, K. Zellhofer, E. Neubauer, M. Kitzmantel:
"Grenzflächenmodifikation in Kupfer-Diamant Kompositen als Mittel zur Beeinflussung der mechanischen und thermischen Eigenschaften (The effect of interface modification on the mechanical and thermal properties of Copper Diamond composites)";
Vortrag: 1st Austrian Symposium on Carbon Based Coatings, Leoben (eingeladen); 19.05.2010 - 20.05.2010.

In modernen industriellen und technischen Prozessen steigen die Anforderungen an die verwendeten Materialien in Bezug auf mechanische Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit oder abstimmbare elektrische Eigenschaften stetig. Eine Möglichkeit dieser Entwicklung Rechnung zu tragen, ist der Einsatz sogenannter MMCs (Metal Matrix Composites). Kupfer-Kohlenstoff MMCs bilden die Basis für neuartige Heat Sink Materialien (Wärmesenken), welche sich durch eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) auszeichnen. Kupfer dient hierbei als Matrixmaterial, in welches Kohlenstoff in Form von Fasern, Partikeln oder ähnlichem eingebettet wird. Die Verwendung von Diamantpartikeln ist aufgrund der ausgezeichneten thermischen Leitfähigkeit und der hohen thermischen Stabilität von Diamanten vorteilhaft. Allerdings sind Kupfer und Kohlenstoff thermodynamisch vollkommen unmischbar und chemisch gegeneinander inert. Daher weist die Grenzfläche zwischen Kupfermatrix und Diamantpartikeln eine geringe mechanische Belastbarkeit sowie einen hohen thermischen Kontaktwiderstand (TCR) auf. Es ist daher unumgänglich, die Grenzfläche durch geeignete Verfahren zu modifizieren. Die gegenständliche Präsentation umfasst drei Hauptpunkte:

. Im ersten Teil werden Möglichkeiten der Grenzflächenmodifikation von planen Kohlenstoffsubstraten, Kohlefasern und Diamantpartikeln mittels vakuumbasierter Techniken präsentiert. Der Bogen spannt sich hier von der Oberflächenmodifikation mittels Niederdruckplasmen bis hin zur Schichtabscheidung auf Diamantgranulaten. Vor- und Nachteile dieser physikalischen Verfahren werden diskutiert und mögliche Ansätze zur Lösung von noch offenen Problemen insbesondere bei der Granulatbeschichtung werden präsentiert.

. Der zweite Teil der Präsentation befasst sich mir den experimentellen Methoden zur Charakterisierung der modifizierten Grenzflächen. An planen Testsubstraten aus glasartigem Kohlenstoff bzw. synthetischem Diamant wird der Einfluß der Grenzflächenmodifikation auf die Benetzbarkeit und Haftfestigkeit von Kupferfilmen untersucht. Mit Hilfe von Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) kann die Diffusion von haftvermittelnden Materialien an der Grenzfläche Kupfer/Diamant bei Wärmebehandlung charakterisiert werden. Die thermischen Eigenschaften des Verbundsystems Kupfer-Diamant werden mittels Infrarot Radiometrie quantifiziert.

. Im dritten Teil werden die Ergebnisse zusammengefasst und weitere geplante Arbeiten an makroskopischen Kupfer Diamant Kompositproben mit modifizierten inneren Grenzflächen vorgestellt. Als Basis zur Grenzflächenoptimierung im Hinblick auf thermische und mechanische Eigenschaften der Komposite dienen dabei die in den beiden vorhergehenden Punkten gewonnenen Ergebnisse.

Die Vorliegende Arbeit entstand mit der finanziellen Unterstützung des Fonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung (FWF), Projekt P-19379.