Skalierung der Steifigkeit von dünnen Filmen mittels Laser-Interferenz-Metallurgie

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Die Motivation dieser Arbeit basiert auf einem 2000 von Ingomar Jäger und Peter Fratzl entwickelten Modell, das das mechanische Verhalten von Knochen erklärt. In diesem Modell werden gestaffelte Mineralkristalle in einer Collagenmatrix als kleinste Strukturelemente betrachtet. Bei der Weiterentwicklung auf periodische Strukturen mit ähnlicher Steifigkeit in kompositären Oberflächen und dünnen Filmen wird vorhergesagt, dass die makroskopische Steifigkeit als Funktion der Strukturperiode skaliert. Dieses Phänomen wird quantitativ untersucht. Die Arbeit präsentiert die Laser-Interferenz-Metallurgie als Methode zur mikroskopisch periodischen metallurgischen Behandlung von dünnen Filmen und Oberflächen. Diese Behandlung wird simuliert und analysiert, wobei gezeigt wird, dass sie die Gefügestruktur periodisch manipulieren kann. Textur, Eigenspannungszustand, Korngröße und Phasenbildung werden durch die Laser-Interferenz-Metallurgie verändert. Diese kontrollierten Veränderungen führen zu einer periodischen Modulation der mechanischen Eigenschaften, dargestellt durch den reduzierten elastischen Modul und die Nanohärte, gemessen mit nanoindentierender Rasterkraftmikroskopie. Die durch die Laser-Interferenz-Metallurgie resultierenden makroskopischen Effekte werden mittels der Substrat-Krümmungsmethode untersucht. Es zeigt sich, dass die mikroskopisch modulierenden mechanischen Eigenschaften des Komposits einen makroskopischen Effekt hab