Diamantschichtarchitekturen mit lokal angepassten Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 220322849

Aufgrund der hohen Härte und Verschleißbeständigkeit, der großen optischen Bandlücke und der chemischen Beständigkeit sind Diamantschichten den meisten herkömmlichen Beschichtungswerkstoffen weit überlegen. Neuartige Beschichtungstechnologien ermöglichen darüber hinaus die Kombination von Diamant mit weiteren Beschichtungswerkstoffen. Die Technologie erfordert jedoch bisher eine aufwendige sequenzielle Verfahrenskombination. ImRahmen dieses Forschungsvorhabens wurde ein neuartiger Prozess untersucht, welcher es ermöglicht Zusatzelemente in die wachsende Diamantschicht einzubetten. Dazu wurde eine lasergestützte Plasma-CVD-Anlage mit der Möglichkeit des thermischen Verdampfens erweitert.Es konnte gezeigt werden, dass durch Verdampfen von Feststoffen in einem laserbasierten atmosphärischen Plasma-Jet, Silizium und Aluminium im einstelligen Prozentbereich in eine CVD-Diamantschicht eingebracht und Mehrlagensysteme mit derselben Beschichtungsanlage aufgebracht werden können. Nachdem eine Einbringung von Fremdatomen in-situ in dieDiamantschichten ermöglicht wurde, gilt es nun in der beantragten Förderphase eine gradierte oder gestufte Verteilung der Fremdstoffatome innerhalb der Diamantschicht zu erreichen, wobei gleichzeitig die Fremdstoffverteilung in einer Schichtebene homogen sein soll. Insbesondere wird die Prozess-Eigenschaft-Beziehung der Diamantschichten mit eingebrachten Fremdatomen näher ergründet. Ein zentraler Aspekt ist die Erforschung der optischen Aktivität in Form von Photolumineszenz der CVD-Diamantschichten mit eingebrachten Al- bzw. Si-Atomen. Ein perspektivisches Anwendungspotential wäre beispielsweise die Herstellung einer in-situverschleißdetektierenden Werkzeugbeschichtung, da Diamantbeschichtungen aufgrund der hohen Härte und der guten Reib- und Gleiteigenschaften verstärkt als Verschleißschutzschichten eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen