Advancements in elemental analysis of Ti(C,N) coatings using atom probe tomography

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Die Atomsondentomographie (APT) hat sich zu einem wichtigen Instrument in der Materialwissenschaft entwickelt, welches eine nahezu atomare Auflösung bietet und die Untersuchung der dreidimensionalen Verteilung von Elementen ermöglicht. Die Genauigkeit der mittels APT beobachteten Elementzusammensetzung wird jedoch erheblich von den Messparametern beeinflusst, insbesondere vom effektiven elektrischen Feld und der Laserpulsenergie (LPE). In dieser Studie werden die Auswirkungen dieser Parameter auf die Abweichungen in der Zusammensetzung anhand einer Reihe von Ti(C,N) Schichten, die von TiN bis TiC reichen, systematisch untersucht. Es wurden erweiterte Messparameter verwendet, die in modernen Atomsonden zur Verfügung stehen, was zu verbesserten Evaporationsbedingungen und einer höheren Überlebensrate der Proben führte. Zu diesem Zweck wurden die Messungen mit aktiver konstanter Feldsteuerung, automatischer Pulsratensteuerung und automatischer Pulsenergiesteuerung durchgeführt. Der anschließende Vergleich mit den Ergebnissen, die mit den herkömmlichen Standardparametern erzielt wurden, ermöglichte es, die Vorteile der erweiterten Messparameter zu analysieren. Zur Verbesserung der Datenanalyse wurden maßgeschneiderte Softwareskripts entwickelt, einschließlich der Zerlegung von Spektralpeaks zur genauen Bestimmung der Elementzusammensetzung. Die Untersuchungen zeigten verschiedene Ursachen für Abweichungen in der Zusammensetzung, die vom C/(C+N)-Verhältnis und dem LPE abhängen. Bei niedrigen LPEs wurde eine bevorzugte Zurückhaltung von Kohlenstoff und Stickstoff beobachtet. Karbide zeigten die Tendenz, als benachbarte Gruppen oder große Moleküle zu evaporieren, wobei Dissoziationseffekte bei sehr hohen LPEs ausgeprägt waren. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung einer optimierten elektrischen Feldstärke, um eine hohe Genauigkeit der bestimmten Elementzusammensetzung zu erreichen. Zusammenfassend, liefert diese Arbeit umfassende Einblicke in das Evaporationsverhalten von Nitriden sowie Karbiden in der Atomsondentomographie und ermöglicht eine verbesserte Elementanalyse für zukünftige Untersuchungen. Die Verwendung erweiterter Messparameter wird empfohlen, um die Effizienz und Genauigkeit der Messungen zu verbessern. Durch das Verständnis und die Kontrolle der Erfassungsparameter können Abweichungen in der Zusammensetzung verringert und die Möglichkeiten der Atomsondentomographie in der materialwissenschaftlichen Forschung verbessert werden.

Details

Titel in ÜbersetzungBestimmung der chemischen Zusammensetzung von Ti(C,N) Schichten mittels Atomsondentomographie
OriginalspracheEnglisch
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung28 Juni 2024
StatusVeröffentlicht - 2024