Dünne Schichten mit erstaunlichen Eigenschaften

Der Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik (Prof. Dr. Christoph Leyens) der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus erhält vom Land Brandenburg aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 100.000 €, um die Forschung an dünnen Schichten weiter voran zu treiben.

Dünne Schichten beeinflussen in zunehmendem Maße die Qualität und Funktionalität von Produkten. In der Regel nur wenige Tausendstel Millimeter „dick“, lassen Dünnschichten unter anderem Automotoren verschleißärmer und zuverlässiger laufen, schützen Brillengläser vor dem Verkratzen, versiegeln Oberflächen und machen diese korrosionsbeständig, oder verleihen einem Bauteil einfach „nur“ ein dekoratives Aussehen.

Viele dieser dünnen Schichten werden heute mit sogenannten PVD-Verfahren hergestellt (physical vapor deposition), bei denen im Vakuum Material zerstäubt wird, das sich dann als Schicht auf dem Bauteil niederschlägt. Mit dieser Methode lassen sich Schichten aus Metall und Keramik herstellen, je nach Anwendungsbereich. „Die Vielfalt der heute am Markt erhältlichen Dünnschichten ist sehr groß und das Anwendungsspektrum entsprechend breit“, erläutert Professor Dr.-Ing. Christoph Leyens vom Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik der BTU Cottbus.

Einen Nachteil haben PVD-Verfahren allerdings: Während des Zerstäubungsvorganges werden nur die Bauteilflächen beschichtet, die im direkten „Sichtkontakt“ mit der Zerstäubungsquelle stehen. Komplizierte Bauteilgeometrien oder sogenannte Hinterschneidungen lassen sich daher nur durch aufwendige Bauteilrotation oder eventuell gar nicht richtig beschichten. „Einmal von der Beschichtungsquelle aus in Bewegung gesetzt, fliegen die zerstäubten Partikel einfach nur geradeaus“, sagt der Experte für Oberflächentechnik der BTU Cottbus. „Durch einen kleinen Trick gelingt es uns aber trotzdem, sie um die Ecke zu lenken. Mit einem neuartigen Beschichtungsverfahren zerstäuben wir die Beschichtungsquellen schlagartig und sehr kurzzeitig mit hoher Leistung, so dass nicht wie beim herkömmlichen Verfahren neutrale Partikel sondern Metallionen entstehen, also elektrisch geladene Metallteilchen.

Diese Metallionen lassen sich dann durch andere elektrische Felder gezielt an solche Stellen des Bauteils lenken, die man normalerweise nicht beschichten kann. Was sich so einfach anhört, ist in der Praxis aber ziemlich kompliziert und erfordert einigen Forschungsaufwand. Dieser lohnt sich aber, denn die Möglichkeiten, die sich damit eröffnen, sind gewaltig.“

Im Dezember 2006 hatte die BTU Cottbus, vom Land Brandenburg und dem Bund finanziert, ein neues Beschichtungszentrum in Betrieb nehmen können, dessen technische Ausstattung einmalig in Europa ist. Nun wurde vom Land Brandenburg ein aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördertes Projekt bewilligt, das den Ausbau der Kompetenzen der BTU Cottbus im Bereich hoch innovativer Oberflächenverfahren weiter vorantreibt. In dem Projekt „Innovatives Oberflächenverfahren zur Herstellung von funktionalisierten Oberflächen auf komplexen Bauteilgeometrien“ wollen die Cottbuser Forscher untersuchen, welche Potentiale in der Erzeugung von Metallionen bei der Herstellung von dünnen Schichten bestehen. Dass man mit deren Hilfe sehr gut haftende und verschleißbeständige Dünnschichten herstellen kann, wurde bereits nachgewiesen.

Nun geht es darum zu zeigen, dass das von den Cottbusern verwendete sogenannte HIPIMS-Beschichtungsverfahren (High Power Impulse Magnetron Sputtering) dünne Schichten auch auf geometrisch komplexe Bauteile aufbringen kann. Der Fokus wird dabei auf Beschichtungen für Anwendungen in der Luftfahrt, der Automobilindustrie und in der Energietechnik liegen. Professor Leyens und sein Team erhalten dafür eine Unterstützung vom Land Brandenburg in Höhe von knapp 100.000 Euro. Diese Forschungsarbeiten werden ergänzt durch laufende anwendungsorientierte Entwicklungsvorhaben sowie Grundlagenforschungsprojekte, die durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert werden.

Weitere Informationen:
Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens, Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik, BTU Cottbus, Telefon: 0355/69-2815, Email: Leyens@tu-cottbus.de