Ph.D. afhandling, Roskilde universitetscenter 2004.

Esta tesis presenta un estudio de la síntesis y la caracterización de carbono amorfo tipo diamante (DLC) preparado en capa delgada. Este material destaca por exhibir una alta dureza, baja fricción y buena resistencia al desgaste. Gracias a sus excelentes propiedades mecánicas y tribológicas, el DLC presenta numerosas aplicaciones como recubrimiento protector y lubricante sólido. Como ejemplos, podemos citar el recubrimiento de herramientas de corte, discos duros de ordenador y prótesis ortopédicas. Las técnicas más frecuentes para el depósito de DLC son el depósito químico en fase vapor activado por plasma (PECVD), el arco catódico, y la pulverización catódica con magnetrón.Una desventaja importante presentada por las capas de DLC es su elevado esfuerzo compresivo residual, factor que limita el grosor de las capas a unas pocas decenas de nanómetros. La superación de este grosor provoca inestabilidades en el material que conducen a problemas de adhesión e incluso a la delaminación de la capa. En la literatura se proponen varias soluciones para reducir las tensiones internas del DLC y así rebajar este esfuerzo mecánico, como por ejemplo el depósito de capas metálicas de anclaje y de estructuras repetitivas en multicapa de periodo nanométrico. El objetivo de esta tesis ha consistido en preparar diferentes estructuras de DLC y modificar sus propiedades mediante la variación de los parámetros tecnológicos de depósito. El análisis de los resultados de caracterización de las muestras nos ha proporcionado su estructura, morfología, propiedades químicas, ópticas, eléctricas y de superficie.Una parte de este trabajo trata sobre el crecimiento de DLC por la técnica de PECVD mediante una fuente pulsada-DC de alta potencia que alimenta un plasma de metano. Esta tecnología ofrece varias ventajas, como la reducción del esfuerzo intrínseco del DLC y el incremento de la velocidad de depósito, todo ello logrado utilizando una instalación más económica que las tradicionales de radiofrecuencia. Se ha hecho un estudio in-situ de los parámetros del plasma pulsado (temperatura electrónica, densidades iónica y electrónica, y potencial de plasma) medinte una sonda de Langmuir en modo de resolución temporal. De esta manera, se ha apreciado la dependencia de las propiedades de las capas con respecto a las variables fundamentales del proceso de depósito.Por otro lado, también se ha considerado la incorporación de átomos metálicos (Mo, Nb, Ti, W) en la red de carbono mediante la técnica de depósito de pulverización reactiva con magnetrón en atmósfera de argón y metano. Las capas de DLC con contenido metálico, que presentan una nanoestructura y una cristalinidad determinadas por el metal añadido y su abundancia, sufren un menor esfuerzo merced a una estructura más relajada sin que por ello se resienta en gran medida la dureza. Las propiedades tribológicas también se ven favorecidas al mostrar valores muy bajos (~0.03) de coeficiente de fricción. / THESIS SUMMARY:This thesis reports the study of the synthesis and characterisation of thin films of diamond-like carbon (DLC). This material exhibits high hardness, low friction and low wear rate. Due to its excellent mehanical and tribological properties, the DLC shows several applications as protective coating and solid lubricant. We can mention for instance coatings addressed to cutting tools, hard-disk drives and orthopedic implants. DLC films are commonly deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), cathodic arc, and magnetron sputtering.An important drawback of DLC films is their high residual compressive stress, which limits film thickness to a few tens of nanometers. Strong instabilities of the material are promoted by the overcoming of this thickness, leading to adhesion problems and even to film delamination. Some of the solutions proposed in the literature consist on the deposition of metallic buffer layers and multilayer structures of nanometric period. The aim of this thesis consisted on the preparation of different structures of DLC and the tailoring of their properties by varying the technological parameters of deposition. The analysis of the characterisation results of the samples provided us their structure, morphology, and chemical, optical and electrical properties.A part of this work deals with the growth of DLC by means of PECVD technique using a pulsed-DC power supplier that drives a methane plasma. This technology provides several advantages, as for example the reduction of the intrinsic stress of DLC and the increase of the deposition rate, being this achieved by making use of an installation more cost-effective than the employed for radiofrequency. The parameters of the pulsed plasma (electron temperature, ion and electron densities, and plasma potential) have been studied by means of a Langmuir probe in time-resolution mode. Thus, the film properties have been related to fundamental variables of the deposition process.On the other hand, we have also considered the incorporation of metal atoms (Mo, Nb, Ti, W) within the carbon network by means of reactive magnetron sputtering in an argon and methane mixture. The metal-containing DLC films, which present a nanostructure and crystallinity determined by the added metal and its abundance, suffer a lower stress thanks to a more relaxed structure without reducing significatively the hardness. The low values of the friction coefficient (~0.03) are indicative of the improvement of the tribological properties.

En legering mellan gammalt och nytt - mellan dåtid och framtid. En legering mellan en befintlig brutalistisk struktur och en ny amorf struktur. Ett möte mellan betong och glas och stål. Kvarteret Domherren som inrymmer Arkitekturskolan är på väg att förändras. Skolan ska flytta till nya lokaler och kvar blir ett omdebatterat hus. Denna betongbyggnad bevaras och genomgår en urban remix - studentbostäder, kontor och publika verksamheter flyttar in i de gamla undervisningslokalerna. För att detta ska fungera genomgår byggnaden stora förändringar och införlivas bland annat med en ny kontrasterande struktur som tillsammans med de befintliga delarna bildar en dynamisk legering.

Amorphous metals have gained a lot of attention since its introduction in the 1960s, and the usage and knowledge are growing rapidly. The underlying reason for this trend is the desire to utilize these materials unique combinationof properties. New manufacturing techniques such as amorphous metal moulding (AMM) have enabled themanufacture of larger and more complex amorphous products in larger production volumes than before. In order to successfully implement AMM into the development and production of products, knowledge regarding its strengths and weaknesses, as well as how to relate to it when designing parts to be manufactured using the technology is needed. The objective in this master thesis was to investigate the implementation and potential gains of using amorphous alloys made with AMM, both in theory using academic research, and in practice by redesigning existing productsto be manufactured using the technology. Processes how to identify products that are suitable to manufacture and then design them for AMM were formulated. The academic research was compiled in a literature study and served as a base together with a dialog with a manufacturer to formulate these processes. The processes were then used toredesign the current fuze holder designs to accommodate the new manufacturing requirements posed by AMM. A 3D-model was designed and later analysed to provide a design with sufficient strength. It was shown that substantial volume reductions were possible but at a penalty of increased weight and cost, due to the higher density and material cost of the amorphous alloys compared to the current aluminium alloy. Furthermore, as of this writing, with the limitations that exists with the technology, it was not possible to design the fuze holders to fulfil all requirements that exist for AMM. But a small piston that is currently made of steel was shown to be possible to manufacture using AMM, which resulted in both reduced volume and weight, but also cost. In order toverify the results in this study and to progress further, a prototype should be manufactured and tested. This in order to verify both the integrity of the analysis, but also to verify that the design meets the other requirements posed onfuze holders, such as environmental and functional demands. / Amorfa metaller har fått mycket uppmärksamhet sedan deras introduktion under 1960-talet och användandet och kunskaperna ökar i snabb takt. Den bakomliggande orsaken för denna trend är viljan att utnyttja dessa materials unika kombination av egenskaper. Nya tillverkningstekniker såsom amorf metallgjutning (AMM) har möjliggjort tillverkningen av större och mer komplexa amorfa produkter i större produktionsvolymer än tidigare. För att framgångsrikt implementera AMM till utvecklingen och produktionen av produkter måste kunskap kring dess styrkor och svagheter utvärderas. Men även kunskap hur man ska förhålla sig till den när man konstruerar AMM detaljer. Målet med detta examensarbete var att undersöka genomförandet och potentiella fördelar av att använda amorfametaller gjorda med AMM både teoretiskt via akademisk forskning och i praktiken genom att omkonstruera en existerande produkt för att tillverkas med teknologin. Processer hur man identifierar produkter som är lämpliga att tillverka med AMM och sedan hur dessa ska konstrueras formulerades. Den akademiska litteraturen samlades i en litteraturstudie och användes tillsammans med en dialog med en tillverkare till att formulera dessa processer. Processerna användes sedan för att omkonstruera den nuvarande tändrörshållardesigner för att tillgodose de nya tillverkningskraven som uppstår från AMM. En 3D-modell konstruerades och analyserades sedan för att säkerställaen konstruktion med tillräcklig hållfasthet. Det visades att betydande volymminskningar var möjliga men till en följd av ökad vikt och kostnad på grund avden amorfa legeringens högre densitet och kostnad jämfört med nuvarande aluminiumlegering. Vidare demonstrerades att det vid skrivande stund inte var möjligt att tillverka tändrörshållarna med AMM på grund av teknologins nuvarande begränsningar. Dock visades att en liten kolv som i dagsläget tillverkas i stål kunde tillverkasmed AMM vilket resulterade i en minskning av volymen, massan och kostnaden. För att bekräfta resultaten i denna studie samt för att gå vidare bör en prototyp tillverkas och testas. Detta för att bekräfta både analysens integritet men även för att bekräfta att konstruktionen når upp till de andra kraven som ställs på tändrörshållare såsom miljö- och funktionskrav.