Funktionelle Plasmabeschichtungen

bei niedrigen Temperaturen von Atmosphärendruck bis Hochvakuum

Beschichtungen erweitern die strukturellen Eigenschaften eines Bauteils (z.B. der notwendige mechanische Stabilität) mit speziellen Oberflächeneigenschaften (z.B. zusätzliche Funktionen wie Niedrigreibung und Verschleißschutz, Design und Haptik, Sensorik, Elektr(on)ik, Biokompatibilität etc.). Zur Schichtherstellung stehen heute zahlreiche unterschiedliche Verfahren zur Verfügung.

Speziell plasmaunterstützte Beschichtungsverfahren ermöglichen (hoch-)energetische Schichtaufbringung und nutzen physikalische und chemische Vorgänge, die bei der Wechselwirkung einer Festkörperoberfläche mit Plasmen (ionisiertes Gas bestehend aus neutralen Gasatomen, Ionen und beweglichen Elektronen) auftreten. Die erzeugten Schichten liegen im Dickenbereich von wenigen Nanometern bis einigen hundert Mikrometern und können auf metallischen, keramischen und polymeren Grundwerkstoffen sowie Verbundwerkstoffen aufgebracht werden. Eine Kernkompetenz von JOANNEUM RESEARCH liegt dabei in der Niedrigtemperaturbeschichtung, die es ermöglicht, die Beschichtungen bei nahezu Raumtemperatur herzustellen.

Abscheidung von DLC-Schichten (Diamond-like Carbon) auf dreidimensionalen Substraten im Plasma.

Abscheidung von DLC-Schichten (Diamond-like Carbon) auf dreidimensionalen Substraten im Plasma.

Leistungsangebot: Von der Entwicklung bis zur Fertigung

Unser Angebot umfasst Entwicklung, Charakterisierung und Herstellung von funktionellen Schichten unter Atmosphärendruck (~1013 hPa (mbar)), im Niederdruck-Feinvakuum (~0.1 Pa) und Hochvakuum (~10-5 Pa) und reicht ausgehend von Problemanalysen, Literaturrecherchen und Machbarkeitsstudien bis zur Prototypenfertigung und Kleinserienbeschichtung. Im Rahmen von Technologietransferprojekten unterstützen wir unsere Partner auch bei der Installierung und Etablierung der Beschichtungsprozesse im eigenen Haus.

 

Atmosphärendruck-Plasma-Beschichtung, Credit: JOANNEUM RESEARCH /Schwarzl

 

Atmosphärendruck-Plasma-Beschichtung (ADPB)

Atmosphärendruck-Plasma-Beschichtungstechnologien (ADPB), z.B. mit Plasma-Jets bei JOANNEUM RESEARCH MATERIALS, kommen ohne Vakuumkammer aus und unterliegen damit kaum Größenbeschränkungen hinsichtlich der zu beschichtenden Bauteile. Anwendungsmöglichkeiten der ADPB sind die Aktivierung von Polymeroberflächen durch Sauerstoff oder Inertgas sowie die Abscheidung von reinen oder Partikel-dotierten z.T. (Nano) Partikeln dotierten Metall-, Oxid- und Polymerbeschichtungen als Verschleißschutz-, Korrosionsschutz- und Barriereschichten oder auch als biokompatible, antibakterielle oder biofunktionelle Schichten sowie als elektrische Isolationsschichten oder Leiterbahnen und Elektroden.

Niederdruckplasmaanlage

Das Niederdruckplasma bietet sehr vielseitige Möglichkeiten der Oberflächenmodifikation, z.B. Feinreinigung von verschmutzten Bauteilen, Plasmaaktivierung von Kunststoffteilen, Ätzung von PTFE oder Silizium und die Beschichtung von Kunststoff- und Metallteilen mit PTFE-ähnlichen Schichten (siehe Praxisbeispiel HMDSO Anti-Haftschicht auf strukturierter Nickel-Abformung). Vorteile des Plasmabeschichtens sind die serientauglichen, konstanten und vollständig automatisierten Prozesse, mit denen ohne Temperatureintrag und Lösungsmitteleinsatz extrem dünne Schichten im Nanometer-Bereich in einer Vielzahl an Varianten bei sehr guter Spaltgängigkeit sowie auch auf Stück- und Schüttgut realisiert werden können.

Magnetron-Kathodenzerstäubung

Beim Prozess der Magnetron-Kathodenzerstäubung („Sputtern“) werden Atome aus einem Festkörper (Target) durch Beschuss mit energiereichen Ionen (meist Edelgase) herausgelöst. Die Targetatome schlagen sich anschließend auf einem Substrat nieder und bilden eine feste Schicht. Vorteile sind porenfreie, hochreine Schichten, die z.B. korrosions-mindernd oder reibungs-reduzierend wirken (siehe Praxisbeispiele Führungsrohre und Gleitlagerhülsen), Abscheidung von Isolatoren (z. B. Aluminiumoxid oder Bornitrid) und Halbleitern, geringes Aufheizen des Substrats und relativ hohe Abscheideraten bis zu 10-er Nanometern pro Minute.

Schichtwerkstoffe, Substrate und Anwendungen

Die nur wenige Nanometer bis einige Mikrometer dicken funktionellen Beschichtungen, die auf Metallen, Keramiken, Kunststoffen und Verbundwerkstoffen aufgebracht werden können, eignen sich als biokompatible, antibakterielle, antiadhesive (non-sticking) oder haftvermittelnde, sensorische, katalytische, tribologische, verschleißfeste, dekorative, optische, elektronische, elektrische, korrosionsschützende, gasdichte oder permeable oder auch dielektrische Schichten in unterschiedlichsten Anwendungen.

Als Schichtwerkstoffe sind herstellbar:

  • Metallschichten (Ti, Zr, Cr, Cu, Ag, Au, Mo, Wo, Pt, Al, Ni, Nb, Ta, Mg, Legierungen)
  • Hartstoffschichten
    • Nitridschichten (TiN, TiAlN, CrN, ZrN, AlN, Siliziumnitrid)
    • Karbidschichten (TiC, CrC, ZrC, WC, SiC)
    • Oxidschichten (Aluminiumoxid, Chromoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Molybdänoxid, Siliziumoxid)
  • Kohlenstoffschichten (Diamond-like Carbon (DLC))
  • Ultradünne Kohlenstoffschichten (graphenartige Schichten)

In Bezug auf Schichtaufbau und Schichtstruktur sind folgende Beschichtungen (Schichtarchitekturen) realisierbar:

  • Einfachschichten (ultradünne Schichten, Nanoschichten, Dünnschichten)
  • Multilagenschichten
  • Gradientenschichten
  • Mehrkomponentige Schichten
  • Amorphe Schichten
  • Kristalline und nanokristalline Schichten
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Hier finden Sie unseren Folder zum Thema Funktionelle Plasmabeschichtungen.

Auszeichnungen

  • 2004: Grand Prix and Gold Medal with Extinction for the invention „Implantable Pump for the PolPHAS (Polish Pneumatic Heart Assist System)“ of the 53th Word Exhibition for Innovation, Research and New Technology EUREKA 2004 in Brussels (main European fair for inventions)
  • 2004: Diploma of the Polish Minister of Science and Innovation for the most valuable Polish innovation in 2004

Patente

  • Polish patent P-371147; “Blood pump, especially pneumatic heart assist device”
  • Polish utility model W-115128; “Prototype of heart assist device POLVAD”
  • Offenlegungsschrift DE 10 2010 000 983 A1; “Plasma- bzw. ionengestütztes System zur Herstellung haftfester Schichten auf Fluorpolymeren.“