Neue Möglichkeiten für die aerosolbasierte Kaltabscheidung durch Anwendung der Kryo-Technik

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ralf Moos
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388538917

Dichte keramische Schichten im Bereich von 1 bis 300 µm können mit der Aerosol-Depositionsmethode (ADM), die auch als "aerosolbasierte Kaltabscheidung" bezeichnet wird, direkt aus keramischen Pulvern ohne Hochtemperaturprozess auf fast beliebige Substratmaterialien aufgebracht werden. Damit lassen sich sogar keramische Schichten auf niedrigschmelzende Metalle, Gläser oder sehr harte Polymere aufbringen. Die Materialeigenschaften der erzeugten Schicht sind dabei ähnlich dem Ausgangsmaterial.In der ADM-Community wird immer wieder beobachtet, dass der Härteunterschied zwischen Substrat und Beschichtungsmaterial sowie auch die mechanischen Eigenschaften des Substrates wichtige Einflussgrößen bei der ADM sind. Eigene Beobachtungen legen nahe, dass sich weichere Werkstoffe einfacher und mit deutlich größerer Schichtdicke auf Keramiken abscheiden lassen als härtere Keramiken. Es scheint, dass eine bestimmte Mindesthärte bzw. -zähigkeit des Substrats vorhanden sein muss, um Pulver als dichte, festhaftende Schicht abzuscheiden.In diesem Projekt wollen wir die mechanische Eigenschaften von Substrat und Beschichtungswerkstoff durch Temperaturvariation, v.a. aber durch Kühlen des Substrates und/oder der Pulvers in einem großen Temperaturbereich bis hinunter zu 77 K variieren um den Einfluss der mechanischen Eigenschaften auf die Abscheidbarkeit zu untersuchen. Bislang sind nur Arbeiten bekannt, die den (negativen) Einfluss einer Temperaturerhöhung des Substrates beschreiben und auch erklären.Es soll untersucht werden, wie sich quantitativ die mechanischen Eigenschaften (v.a. die Härte) verschiedener Materialien und zwar sowohl des Substrates als auch der Pulver bei Abkühlung auf die Abscheidbarkeit mittels der ADM auswirken. Die Härtevariation erfolgt dabei durch Kühlen (Kryo-ADM). Das nur mit einen Bedarf von 18 Personenmonaten auf zwei Jahre angelegte Projekt sieht den Umbau eine der am Lehrstuhl vorhandenen ADM-Beschichtungsanlagen vor, so dass sowohl Pulver- als Substratkühlung möglich ist. Zum Nachweis des Effektes der Temperatur auf das Beschichtungsverhalten werden dann die eigentlichen Beschichtungsversuche in Form einer Versuchsmatrix bei verschiedenen Temperaturen für fünf Substratmaterialien und vier Pulver durchgeführt, sodass durch Temperaturvariation von Substrat und Pulverwerkstoff das Abscheidungsfenster gezielt und in der gewünschten Form eingestellt wird. Dabei sollen Werkstoffe verwendet werden, die im Tieftemperaturbereich eine große Änderung der mechanischen Eigenschaften aufweisen.Zum Ende des Projekts soll ein konzeptioneller Beweis erbracht worden sein, dass die Kryo-ADM die Schichtbildung verbessert (höhere Abscheideraten bzw. qualitativ bessere Schichten) bzw. eine Erweiterung des Prozessfensters ermöglicht (Abscheidung zuvor nicht mittels ADM abscheidbarer Materialien).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen