Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Funktionale Schichten aus der Plasmadüse

08.05.2012
Sie bieten Schutz vor Rost, Kratzern und Feuchtigkeit oder verbessern die Haftung: Oberflächen mit einer Nanobeschichtung. Mit einem neuen Plasmaverfahren können sie einfacher und kostengünstiger aufgebracht werden – im industriellen Maßstab.

Bei der Herstellung von Produkten ist die Beschichtungstechnik ein wesentlicher Innovationstreiber für nahezu alle Bereiche des täglichen Lebens – etwa um kratzfeste Displays für Smartphones oder antibakterielle Oberflächen im Kühlschrank zu produzieren.


Dr. Jörg Ihde und Dr. Uwe Lommatzsch (vlnr) entwickelten ein neues Beschichtungsverfahren für funktionale Nanoschichten – mit einer Plasmadüse bei Atmosphärendruck. © Dirk Mahler/Fraunhofer

Andere Schichten schützen Bauteile vor Korrosion oder Alterung, wie beispielsweise in einem Solarzellenmodul oder einem Automotor, ohne dass sie dabei dem Endverbraucher auffallen. Zur Beschichtung werden derzeit in der Industrie vor allem nasschemische Verfahren oder Plasmaprozesse im Vakuum eingesetzt. Beides hat Nachteile: Vakuumanlagen sind teuer, auf kleinere Bauteile beschränkt und es wird relativ viel Zeit benötigt, um eine Schicht aufzubringen. Bei den nasschemischen Verfahren kommt es häufig zu einem hohen Ressourcen- und Energieverbrauch mit entsprechender Umweltbelastung und zu Schwierigkeiten bei der Behandlung von Materialkombinationen für den Leichtbau, wie Kunststoff-Metall oder Aluminium-Stahl.

»Das geht auch anders«, dachten sich Dr. Jörg Ihde und Dr. Uwe Lommatzsch vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen. Sie und ihr Team entwickelten gemeinsam mit der Plasmatreat GmbH ein neuartiges Plasma-Beschichtungsverfahren, das bei Umgebungsdruck, sprich an offener Atmosphäre, arbeitet. »Und genau das ist eine besondere Herausforderung«, erklärt Jörg Ihde. »Durch den über 10 000-fach höheren Druck und den Wegfall des Vakuumreaktors mussten wir vermeiden, dass sich störende Partikel bilden und in die Beschichtung einbauen. Das war der Schlüssel, um robuste und effiziente Industrieprozesse mit dem neuen Plasmasystem zu entwickeln.«

Eine Düse – verschiedene funktionale Schichten
Zentrales Element ist eine Plasmadüse. Die Düse ist nicht größer als eine typische Spraydose. Trotzdem verbirgt sich in ihr ein hochkomplexes Beschichtungssystem. »Wir erzeugen in der Düse durch eine elektrische Entladung kleine Blitze – ein Plasma, das in Form eines Strahls aus der Düse ausströmt. Am Ausgang der Düse speisen wir gezielt diejenigen Materialien ein, die im Plasma angeregt, fragmentiert und dann aus dem Plasmastrahl heraus als funktionale Nanoschicht auf der Oberfläche abgeschieden werden«, sagt Uwe Lommatzsch. »Wir erzielen dabei sehr hohe Abscheideraten, dadurch lassen sich schnelle und kostengünstige Produktionsprozesse realisieren.«

Der Einsatz einer Düse ermöglicht es, die Schicht sehr exakt und nur an den benötigten Stellen ressourcenschonend aufzubringen. »Wir können die Prozesse so steuern, dass sich mit der gleichen Düse Schichten mit unterschiedlichen Funktionalitäten, etwa zum Korrosionsschutz, zur Haftvermittlung oder -reduzierung auftragen lassen«, ergänzt Jörg Ihde. Dabei bedarf es nur sehr geringer Mengen an Beschichtungsmaterial und es können nahezu alle Materialien und Materialkombinationen beschichtet werden. Das Verfahren bietet über die Schichtqualitäten und -funktionalitäten hinaus noch mehrere Vorteile: Es kann leicht in eine Inline-Fertigung integriert werden, benötigt wenig Platz und lässt sich einfach automatisieren, also per Roboter steuern. Weiteres Plus: niedrige Investitionskosten und Schonung der Umwelt. Die positiven Eigenschaften lassen sich vielfältig in der Industrie nutzen: etwa um eine haftvermittelnde Beschichtung auf Autoscheiben vor dem Einkleben abzuscheiden, um umweltbedenkliche Chemikalien zu ersetzen oder als Ersatz für dicke Schutzlacke auf elektronischen Leiterplatten, denn damit ist eine bessere Entwärmung und damit höhere Lebensdauer erreichbar. Eingesetzt wird das Verfahren unter anderem bereits zum lokalen Korrosions- und Alterungsschutz in der Automobilindustrie sowie in der Energietechnik.

Für die Entwicklung eines ressourceneffizienten Verfahrens zur Hochrate-Abscheidung funktionaler Nanoschichten mittels Atmosphärendruck-Plasmatechnik erhalten Dr. Jörg Ihde und Dr. Uwe Lommatzsch einen der diesjährigen Joseph-von-Fraunhofer-Preise.

Dr. Jörg Ihde | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2012/mai/funktionale-schichten-aus-der-plasmaduese.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Neues Verfahren bringt komplex geformte Verbundwerkstoffe in die Serie
23.01.2017 | Evonik Industries AG

nachricht Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile
19.01.2017 | Fraunhofer IFAM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie

Vom Feld in die Schule: Aktuelle Forschung zu moderner Landwirtschaft für den Unterricht

23.01.2017 | Bildung Wissenschaft

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten