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<div class="csl-entry">Nagler, M. (2017). <i>Analytical treatment of residual stresses in multilayer coatings</i> [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2017.40654</div>
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https://doi.org/10.34726/hss.2017.40654
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http://hdl.handle.net/20.500.12708/3812
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dc.description
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
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dc.description.abstract
Multilayer - Beschichtungen finden Verwendung als Beschichtungen in vielen Bereichen beispielsweise in elektronischen Geräten, optischen Beschichtungen und Halbleiterbauelementen. Sie verbessern die mechanischen, optischen, thermischen und elektronischen Eigenschaften des beschichteten Materials. Die bei der Herstellung entstehenden Eigenspannungen sind teilweise unerwünscht da sie einen erheblichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der beschichteten Komponenten haben. Die entstehenden Eigenspannungen können zum Versagen des Mehrlagensystems durch Rissbildung, Delamination oder Abplatzen führen. Deshalb ist es von besonderem Interesse, den Eigenspannungszustand nach dem Herstellungsprozess bestimmen zu können. Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung eines analytischen Modells zur Berechnung von Eigenspannungen in mehrlagigen Beschichtungen mit einigen hunderten Lagen, wobei die einzelnen Schichtdicken im Nanometerbereich sind. Die Beschichtung wird mittels physikalischer Dampfphasenabscheidung auf ein Substratmaterial aufgebracht. Die Eigenspannungen entstehen einerseits durch den Schichtwachstumsprozess und andererseits entstehen thermische Spannungen durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten beim Abkühlen von der Fertigungstemperatur auf Raumtempteratur. Das analytische Modell soll dazu dienen den Einfluss von verschiedenen Parametern, wie zum Beispiel Beschichtungs- und Substratmaterial, auf den Eigenspannungszustand in den Schichten und im Substrat zu berechnen. Der analytische Ansatz basiert auf der Euler-Bernoulli Balkentheorie. Mithilfe eines Kraft und Momenten Gleichgewichts werden die entstehenden Eigenspannungen berechnet.
de
dc.description.abstract
Multilayer thin films have been widely used as optical coatings, semiconductor devices and resistant coatings. They are used to control the mechanical, optical, thermal and electrical properties of a system. Residual stresses in coatings arising due to the manufacturing process in many cases are undesirable because they may lead to through-film cracking or interfacial delamination. It is therefore of great benefit to be able to calculate the residual stress level after the manufacturing process. The aim of this thesis is to develop an efficient analytical approach to determining residual stress distributions in multilayer systems. The model should be able to simulate systems comprising several hundred layers where each layer possesses a thickness of a few nanometers. To achieve such multilayer systems the layers are deposited onto a substrate by physical vapor deposition. After the manufacturing process residual stresses in the coating as well as in the substrate can be observed. There are two primary causes of residual stresses in a multilayer system. Stresses which are generated from the film growth process and stresses due to a thermal mismatch of the coefficient of thermal expansion when the system is cooled down from manufacturing temperature to room temperature. The analytical approach is based on Euler - Bernoulli beam theory. With a force and moment balance the stress distribution in the multilayer system can be obtained. The presented approach provides a tool of high efficiency compared to Finite Element models. Not only for predicting the residual stress state in the actual system but also for parametric studies to find a optimum layer structure.
en
dc.language
English
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dc.language.iso
en
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dc.rights.uri
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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dc.subject
Kontinuumsmechanik
de
dc.subject
Simulation
de
dc.subject
Finite Elemente
de
dc.subject
Continuum Mechanics
en
dc.subject
Simulation
en
dc.subject
Finite Elements
en
dc.title
Analytical treatment of residual stresses in multilayer coatings
en
dc.title.alternative
Analytische Untersuchungen von Eigenspannungen in mehrlagigen Beschichtungen
de
dc.type
Thesis
en
dc.type
Hochschulschrift
de
dc.rights.license
In Copyright
en
dc.rights.license
Urheberrechtsschutz
de
dc.identifier.doi
10.34726/hss.2017.40654
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dc.contributor.affiliation
TU Wien, Österreich
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dc.rights.holder
Michaela Nagler
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dc.publisher.place
Wien
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tuw.version
vor
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tuw.thesisinformation
Technische Universität Wien
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dc.contributor.assistant
Todt, Melanie
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tuw.publication.orgunit
E317 - Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik
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dc.type.qualificationlevel
Diploma
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AC13727537
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dc.description.numberOfPages
73
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dc.identifier.urn
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dc.thesistype
Diplomarbeit
de
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Diploma Thesis
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In Copyright
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Urheberrechtsschutz
de
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staff
-
tuw.assistant.staffStatus
staff
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tuw.advisor.orcid
0000-0002-2023-8273
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tuw.assistant.orcid
0000-0002-5599-6373
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item.fulltext
with Fulltext
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Publications
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application/pdf
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http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
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en
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Open Access
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master thesis
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open
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crisitem.author.dept
E317 - Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik
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crisitem.author.parentorg
E300 - Fakultät für Maschinenwesen und Betriebswissenschaften