Heidelberg 1999 – wissenschaftliches Programm

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K: Kurzzeitphysik

K II: HV II

K II.1: Hauptvortrag

Dienstag, 16. März 1999, 11:00–11:30, GE1

Umformung von Oberflächenschichten durch Plasmapulse — •Eduard Igenbergs — TU München, Fachgebiet Raumfahrttechnik

Laserpulse werden bereits industriell zur Umformung von Oberflächenschichten eingesetzt. Für die Weltraumforschung werden durch Hochdruckplasmapulse Massen kleiner als 1 mg beschleunigt, um den Einschlag von Mikrometeoriden zu simulieren. Solche Plasmapulse können auch ohne Staubpartikel auf Oberflächen gerichtet werden und führen, wie bei Laserpulsen, zu einer Umformung der Oberflächenschicht.

Zu Beginn dieser Experimente wurde eine für die Weltraumforschung gebaute Anlage eingesetzt, in der ein Plasmapuls durch eine Stoßstromentladung (Pulsdauer: 65 µs; Spitzenstrom: 300 kA) erzeugt und beschleunigt wird. Dieser Plasmapuls dauert etwa 15 bis 20 µs, erzeugt einen Staudruck von ca. 1 kbar und eine Temperatur um 10⁴ Kelvin.

Die Beaufschlagung von Werkstoffoberflächen mit solch einem Plasmapuls führt zu einer Beeinflussung oder Umwandlung bis zu einer Tiefe von 10 bis 50 µm. Bei Eisenoberflächen treten z.B. subnanokristalline Strukturen auf. Die Kombination von Plasmazusammensetzung, Energiezufuhr und Oberflächenbeschaffenheit ergibt eine große Vielfalt von Eigenschaften der umgewandelten Schichten. Um Ordnung in dieser Vielfalt zu schaffen, ist ein kontrollierbarer Plasmapuls erforderlich. Hierfür wurde eine neue Anlage entwickelt und gebaut. Informationen über den Plasmapuls kann man nur begrenzt erhalten, da z.B. die Spektroskopie wegen des optisch dichtes Plasmas ihre Grenze findet. Hier sind Erfahrungen aus der Entwicklung des Laserpulsverfahrens sehr nützlich. Schon erste Versuche zeigten, daß sich sehr interessante Varianten ergeben. Zum Beispiel kann durch eine Dotierung der Schicht mit Samarium die resultierende Oberflächenschicht auch als Thermosensor genutzt werden.