2D und 3D Werkstoff-Morphologien

Selbstfortschreitende Reaktionen in metallischen Mehrlagen, besonders solche basierend auf Ni/Al, wurden in den letzten Jahren umfangreich untersucht. Dabei lag der Schwerpunkt auf Nanofolien und gesputterten Schichtsystemen. Die Ausnutzung dieser Reaktionen zum Fügen von elektronischen Chips oder mikromechanischen Bauteilen (MEMS) bietet den Vorteil, einer örtlich begrenzten Wärmebelastung. Leider ist die durch lokale Zündung ausgelöste Kettenreaktion schwer zu kontrollieren und die Reaktionsprodukte weisen oft hohe Spannungen auf. Es ist bekannt, dass nanoskalige Krümmungsradien die Oberflächen- und Grenflächenenergie beeinflussen. Dies kann ausgenutzt werden, um die freie Enthalpie einer Mehrschichtfolge gezielt zu beeinflussen und somit Beschleunigung und Geschwindigkeit der Reaktionsausbreitung zu beeinflussen. Ein zusätzlicher Faktor ist die geänderte Mehrlagenmorphologie durch die Nanostruktur, welche das Fortschreiten der Reaktion ebenfalls beeinflusst. Nanostrukturen aus Silicium und Siliciumoxid werden hier mit vielfältigen Geometrien hergestellt. Beide Materialien unterscheiden sich in ihrer thermischen Leitfähigkeit und sind daher zur Untersuchung verschiedener Szenarien geeignet. Das vorgeschlagene Projekt zielt auf die Identifizierung wesentlicher Merkmale nanostrukturierter Oberflächen, welche das Fortschreiten der Kettenrakltion und den resultierenden Stress in der entschehenden Legierung und Verbindung beeinflussen. Die Geometrie nanostrukturierter Proben wird systemaisch auf Basis eines Versuchsplans variiert. Die quantitative Erfassung wesentlicher Geometriekennwerte, z.B. Spitzenradius, Neigungswinkel, Höhe und Stukturdichte liefert dabei eine Richtlinie für das Entwerfen der Mehrlagen-Architektur, die sowohl die Oberflächengestalt als auch den Schichtaufbau berücksichtigt. Deren Einfluss auf die Phasenumwandlung wird durch Tempern untersucht.