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Forschungs- bereich

Laser- und plasmaunterstützte Vakuumbeschichtungs- verfahren

Durch Beschichtungen können die Eigenschaften von Produkten und Bauteilen verbessert oder neue Eigenschaften realisiert werden. Zur Schichtherstellung stehen heute zahlreiche unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Bei den in der Forschungsgruppe Funktionelle Oberflächen eingesetzten laser- und plasmaunterstützten Beschichtungsverfahren werden physikalische und chemische Vorgänge genutzt, die bei der Wechselwirkung einer Festkörperoberfläche mit Laserstrahlen oder Plasmen (ionisiertes Gas bestehend aus neutralen Gasatomen, Ionen und beweglichen Elektronen) auftreten. Die erzeugten Schichten liegen im Dickenbereich von wenigen Nanometern bis einigen Mikrometern und können auf metallischen, keramischen und polymeren Grundwerkstoffen sowie Verbundwerkstoffen aufgebracht werden. Eine unserer Kernkompetenzen 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.

Von der Entwicklung bis zur Fertigung

Leistungsangebot

Unser Angebot umfasst die Entwicklung, Charakterisierung und Herstellung von funktionellen Schichten 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.

 

Beschichtungsverfahren und Anlagentechnik

Mit der plasmaunterstützten Chemical Vapour Deposition (PACVD) lassen sich direkt aus Plasmen dünne Schichten abscheiden. Eine Anlage zur Schlauchinnenbeschichtung ermöglicht es auf diese Weise auch die Innenflächen von Polymerschläuchen und –rohren zu beschichten. In einer kombinierten Plasmaanlage können ebene Substrate und dreidimensionale Bauteile an der Oberfläche behandelt werden durch: Plasmaätzen, -aktivieren, -beschichten und –fluorieren.

Beim Kathodenzerstäuben (Sputtern), das in die Gruppe der PVD Verfahren (Physical Vapour Deposition) gehört, werden Argonionen eines Plasmas zum Zerstäuben des Schichtwerkstoffs verwendet. Der so erzeugte Dampf scheidet sich auf den zu behandelnden Teilen als Schicht ab.

Beim Verfahren der Pulsed Laser Deposition (PLD) wird der Schichtwerkstoff mit einem gepulsten Laser verdampft, wobei ein hochionisiertes Plasma entsteht, aus dem die Beschichtung abgeschieden wird. Die Vorteile dieses Verfahrens, das mit konventionellen PVD Verfahren kombinierbar ist, liegen in den niedrigen Prozesstemperaturen, die ein Beschichten auch von Kunststoffteilen ermöglichen, und in der großen Anzahl möglicher Schichtwerkstoffe.

Neben Laborbeschichtungsanlagen für die Vorfeldentwicklungen stehen am Institut auch Demonstrationsbeschichtungsanlagen zur Verfügung, die eine Oberflächenbehandlung an Bauteilen von max. 500 mm Durchmesser und 400 mm Beschichtungshöhe ermöglichen. Zukünftig sollen Plasmabeschichtungen in einem Rolle-zu-Rolle- Prozess auch auf Polymerfolien verfügbar sein.

 

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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