In der vorliegenden Arbeit werden die waehrend der reaktiven Vakuumbogenverdampfung ablaufenden Prozesse untersucht und eine modellmaessige Beschreibung des Gesamtprozesses entwickelt. Das Verfahren wird zur Herstellung von duennen Schichten zahlreicher chemischer Verbindungen, insbesondere von Hartstoffschichten auf der Basis der Karbide und Nitride der Uebergangsmetalle, genutzt. Entsprechend wurden in dieser Arbeit als Katodenmaterial Titan, Chrom und Zirkonium eingesetzt, als Reaktivgase Stickstoff und Methan. Zunaechst werden einige Grundlagen der Vakuumbogenverdampfung dargestellt, die fuer die Bearbeitung des Themas wesentlich sind. Anschliessend wird der Aufbau der fuer die Experimente genutzten Beschichtungsapparatur beschrieben. Im Hauptteil der Arbeit wird zuerst auf experimentellem Wege die Materialbilanz der Entladung bei Variation des Reaktivgasdruckes analysiert. Die Generation an Metalldampfplasma wird ueber die Katodenerosionsrate bestimmt, wobei sich beim Betrieb mit Stickstoff als Reaktivgas signifikante Unterschiede in der Druckabhaengigkeit der Katodenerosionsrate µ zwischen Titan bzw. Zirkonium einerseits und Chrom andererseits zeigen. Die Hypothese, dass hier die Ausbildung einer Verbindungsschicht an der Katodenoberflaeche den Erosionsprozess beeinflusst, wurde sowohl durch RBS-Messungen als auch durch Vergleichsexperimente mit einer massiven TiN-Katode bestaetigt. Weitere Auswirkungen derartiger Oberflaechenbedeckungen auf die Dynamik des Katodenbrennfleckes wurden durch Videountersuchungen am Beispiel Ti+N_2 nachgewiesen. Die Konsumtion des Reaktivgases waehrend der Entladung wird anhand der Gasfluss-Druck-Charakteristiken untersucht und das je nach Katodenmaterial unterschiedliche Gettervermoegen diskutiert. Direkte Informationen ueber den Stickstoffeinbau in die Schichten in Abhaengigkeit vom Reaktivgasdruck werden aus RBS-Untersuchungen an entsprechenden Probenserien gewonnen. Analoge Untersuchungen mit Methan als Reaktivgas fuehrten zu prinzipiell aehnlichen Resultaten. Mit den gewonnenen experimentellen Daten als Grundlage wurde ein Modell entwickelt, das die Materialbilanz der Vakuumbogenverdampfung mathematisch beschreibt. Hier wurden, ausgehend von einem fuer das reaktive Magnetronsputtern aufgestellten Modell, die Besonderheiten der stark lokalisierten Metalldampfgeneration bei der Vakuumbogenverdampfung beruecksichtigt. Die erreichte Uebereinstimmung der Modellkurven mit den experimentellen Daten zeigt, dass mit der Modellierung wesentliche Mechanismen bei der reaktiven Vakuumbogenverdampfung richtig erfasst wurden. Aus den Ergebnissen folgt, dass die Erzeugung von reaktionsfaehigen Stickstoffspezies an die Katodenerosion gekoppelt ist: erstens ueber die Erosion nitridbedeckter Oberflaechenbereiche und zweitens ueber die Wechselwirkung des Metalldampfplasmas mit dem Reaktivgas. Diese Wechselwirkungsprozesse werden durch Untersuchungen mit elektrischen Sondenmessungen sowie mittels optischer Emissionsspektroskopie (OES) naeher charakterisiert. Als wesentliches Ergebnis zeigt sich dabei, dass trotz der Unterschiede hinsichtlich des Verhaltens an der Katode bei Ti- bzw. Cr-Entladungen in Stickstoff Anregungs- und Ionisationsgrad des Reaktivgases praktisch gleich sind. Im Zusammenhang damit wird die Rolle von Ladungstransfer- und Anregungsprozessen infolge von Stoessen schneller Ionen mit Molekuelen und Neutralatomen diskutiert.

In dieser Arbeit wurde der Einfluss dünner Siliciumdioxidschichten auf die im Co(20 nm)/Ti(5 nm)/SiO$_{2}$(0...3 nm)/Si(100) System, bei einer Kurzzeittemperung, ablaufenden Festphasenreaktionen untersucht. Weiterhin wurden Festphasenreaktionen an Co/C/Si(100) und Ti/Co/C/Si(100) Schichtsystemen untersucht. Plasmaätzprozesse wurden zur Entfernung der, im Co/Ti/Si-System nach Temperung entstehenden, reaktionsbedingten Deckschicht verwendet. Die Charakterisierung der Proben erfolgte mittels elektrischer Messungen, TEM, STM, XRD, RBS und AES.

Untersuchung des Verhaltens der Fließspannung und der Verformungsfähigkeit der Titanlegierung Ti-6-22-22S in Abhängigkeit von der Temperatur, der Dehngeschwindigkeit und dem Spannungszustand. Nachweis der thermischen Aktivierung der Versetzungsbewegung bis zu Dehngeschwindigkeiten von 10^5 1/s für diesen Werkstoff. Beschreibung des Versagens als Funktion der Temperatur, der Dehngeschwindigkeit und des Spannungszustandes. Erarbeitung einer Prüfmethode zur Charakterisierung des Scherverhaltens unter hohen überlagerten Druckbelastungen.

This dissertation explores the coupling between radiative and three-dimensional dynamical processes in the atmosphere of Titan, and their impact on the seasonal climate and recent paleoclimate. First, a simple calculation is used to demonstrate the atmospheric attenuation on the distribution of insolation. The maximum diurnal-mean surface insolation does not reach the polar regions in summertime, and this impacts both surface temperatures and their destabilizing effect on the atmosphere. Second, a detailed two-stream, fully non-gray radiative transfer model, written specifically for Titan but with high flexibility, is used to calculate radiative fluxes and the associated heating rates. This model reproduces Titan's temperature structure from the surface through the stratopause, over nearly six decades of pressure. Additionally, a physics parameterizations package is developed for Titan, in part based on similar methods from Earth atmospheric models, for use in a Titan general circulation model (GCM). Simulations with this model, including Titan's methane cycle, reproduce two important observational constraints---Titan's temperature profile and atmospheric superrotation---that have proven difficult to satisfy simultaneously for previous models. Simulations with the observed distribution of seas are used to examine the resulting distribution of cloud activity, atmospheric humidity, and temperatures, and show that these are consistent with dry mid- and low-latitudes, while the observed polar temperatures are reproduced as a consequence of evaporative cooling. Analysis of the surface energy budget shows that turbulent fluxes react to the surface insolation, confirming the importance of its distribution. Finally, the GCM is used to simulate Titan's climate during snapshots over the past 42 kyr that capture the amplitude range of variations in eccentricity and longitude of perihelion. The results show that the atmosphere is largely insensitive to orbital forcing, and that it invariably transports methane poleward, suggesting Titan's low-latitudes have been deserts for at least hundreds of thousands of years. In detail, seasonal asymmetries do affect the distribution of methane, moving methane to the pole with the weaker summer, though orbital variations do not imply a long-period asymmetry. If the timescale for the atmosphere to transport the surface liquid reservoir is sufficiently short, this explains the observed north-south dichotomy of lakes and seas.

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L'origine, la distribution et l'évolution des molécules organiques et de la vie sont les principaux sujets d'un domaine scientifique récent appelé astrobiologie. Un sous-thème intéressant de ce vaste domaine est l'identification des composés organiques et des processus chimiques et physiques dans des lieux autres que la Terre. Un objet particulièrement intéressant de ce point de vue est Titan, la plus grosse lune de Saturne et la seule dans le système solaire pour laquelle on observe la présence d'une épaisse atmosphère composée d'azote et méthane (N2 et CH4), et ayant toutes les caractéristiques d'une atmosphère planétaire. Cette atmosphère est depuis longtemps connue pour être riche en composés organiques présentant un grand intérêt pour l'astrobiologie. La mission Cassini-Huygens (NASA-ESA-ASI) a été conçue pour explorer le système saturnien, avec un intérêt particulier pour Titan. Les instruments de Cassini fournissent de grandes quantités d'informations sur l'atmosphère depuis 2004. Ainsi, les données du Spectromètre de Masse d'Ions et de Molécules Neutres (INMS) et du Spectromètre de Plasma de Cassini(CPS) ont montré l'existence de molécules organiques neutres lourdes (jusqu'à 7 atomes de carbone) et des ions lourds (jusqu'à 13000 Da) dans la thermosphère. Les observations effectuées tout au long de la mission ont par ailleurs montré une variabilité atmosphérique complexe en fonction de nombreuses variables comme, entre autres, l'activité solaire ou les interactions avec la magnétosphère de Saturne. Les molécules organiques dans l'atmosphère donnent lieu à une chimie complexe et conduit à la formation d'aérosols organiques dans les couches stratosphériques inférieures. Ces aérosols précipitent à la surface de Titan où ils continuent leur évolution chimique. C'est une des caractéristiques qui font de Titan un objet intéressant du point de vue astrobiologique

Titan's VUV photochemistry is studied by laboratory simulation and numerical modeling.In the laboratory simulations, a gas flow of N2/CH4 (90/10) was irradiated by a continuousVUV (60-350 nm) synchrotron beam in a new reactor, named APSIS (Atmospheric Photochemistry SImulated by Synchrotron). The production of C2-C4 hydrocarbons as well as several nitriles is detected by in situ mass spectrometry and ex situ GC-MS of a cryogenic experiment.Our modeling strategy includes the treatment of uncertain parameters. We propose separaterepresentations of the uncertain photolysis cross-sections and branching ratios. This enables to develop a wavelength-dependent model for the branching ratios.Owing to this separation, in the modeling of Titan's atmosphere, we observe specific altitudes where the uncertainty on the photolysis rate constants vanishes. We show that the Ly-α methane photolysis branching ratios of Wang et al. (2000) and the commonly used 100% CH3 hypothesis for out-of-Ly-α ones should be avoided in Titan's photochemical models. A new ion-neutral coupled model was developed for the APSIS experiments. By this model, ion chemistry and in particular dissociative recombination are found to be very important. We identifed three growth families, of which the most unsaturated one, promoted by C2H2, is dominant. This agrees well with the unsaturated production in Titan's upper atmosphere observed by the Cassini INMS, but not with the in situ MS in the APSIS and Imanaka and Smith (2010)'s experiments, whose saturated productions are substantially higher and likely to originate from the catalysis by metallic walls of the reactors.

Zugl.: Dresden, Techn. Univ., Diss., 2008

Thesis (Ph. D.)--University of Canterbury, 2009. / Typescript (photocopy). Includes bibliographical references (p. 172-183). Also available via the World Wide Web.

Universiẗat, Diss., 1990--Paderborn.