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Oberflächen, die es drauf haben

18.03.2011
Ob in der Raumfahrt, im Maschinenbau oder in der Verpackungsindustrie – Beschichtungen können Werkstoffe verbessern oder ihnen zusätzliche Funktionen geben. Auf der Hannover Messe (4. bis 8. April 2011) zeigen Fraunhofer-Institute am Gemeinschaftsstand in Halle 6, Stand H21 Verfahren, Materialien und Analysemethoden rund um das Thema Oberflächen.

Zuckerguss hält den Kuchen frisch, sieht gut aus und schmeckt lecker. Nötig ist er jedoch nicht. In anderen Bereichen erfüllen Beschichtungen hingegen wichtige Funktionen. So werden Kunststoffantennen erst leitfähig durch eine Kupferschicht.


Solche Antennen wie rechts im Bild werden bald vom Satelliten »Sentinel« Daten zur Erde übermitteln. Möglich wird das erst durch die dünne Kupferschicht, die dem mit Kohlenstofffasern verstärkten Kunststoff eine gute Leitfähigkeit verleiht. Fraunhofer IST

Folien dichten besser ab durch eine Barrierebeschichtung. Doch im Gegensatz zum Glasieren eines Kuchens ist es häufig schwierig Werkstoffe zu beschichten. Am Oberflächen-Gemeinschaftsstand auf der Hannover Messe zeigen vier Fraunhofer-Institute verschiedene funktionelle Oberflächen, Beschichtungsverfahren sowie Techniken zur Analyse und Optimierung dieser Verfahren.

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFKs) sind Hochleistungswerkstoffe, die extrem leicht und gleichzeitig stabil sind. Sie sind daher besonders interessant für die Luft- und Raumfahrt, aber auch für andere Anwendungen. Viele Bauteile müssen jedoch zudem elektrisch leitfähig sein – eine Anforderung, die CFKs nur sehr schlecht erfüllen. Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig haben eine Methode entwickelt, mit der sie Kunststoffe mit einer festhaftenden Metallschicht überziehen und sie dadurch besser leitfähig machen können. Dazu ist einige Vorbehandlung nötig. Zunächst rauen die Wissenschaftler mit einer nasschemischen Ätzmethode die Oberfläche des Kunststoffs auf. Nur so kann die Metallschicht fest daran haften. Dann bringen sie in einem Tauchverfahren eine ganz dünne elektrisch leitfähige Schicht auf. Diese ermöglicht erst den darauf folgenden galvanischen Beschichtungsprozess. Mit diesem Verfahren überzogen die Experten bereits Röhren aus CFK mit Kupfer. Diese Antennen werden bald vom Satelliten »Sentinel« Umwelt- und Sicherheitsdaten zur Erde übermitteln.

Mit galvanischen Prozessen befassen sich auch die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart. Im Galvanotechnik-Bereich des Gemeinschaftsstandes stellen sie einen Elektrolytprüfstand vor. Dabei handelt es sich um ein Gerät, mit dem die Experten Beschichtungsverfahren überprüfen, optimieren und auch neu entwickeln. Die Prüfung ist standardisiert, reproduzierbar und sehr realitätsnah. Im Prinzip stellt der Prüfstand eine kleine nachgebildete Produktionseinheit dar. Der dreidimensionale Prüfkörper, der beschichtet wird, besitzt alle typischen problematischen Stellen wie Ecken, Kanten und Nuten. Darüber hinaus können Temperatur und Anströmung so eingestellt werden, wie sie in der Realität vorkommen. Bisher verfügbare Testsysteme sind hingegen weit von der Praxis entfernt und arbeiten beispielsweise mit idealgeformten Prüfkörpern.

Elektrische Leitfähigkeit durch Metallisierung ist ein Beispiel für funktionelle Beschichtungen, aber Oberflächen können auch andere Aufgaben übernehmen. Manche Folien sind so beschichtet, dass sie möglichst viel Wasserdampf abhalten. Denn Feuchtigkeit schädigt viele empfindliche Stoffe, wie beispielsweise Tabletten und Kartoffelchips, vor allem aber hochsensible aktive Schichten in organischen LEDs (OLEDs) oder organischen Solarzellen. Die bisher eingesetzten Schichten lassen aber immer noch einige Wassermoleküle hindurch. Die Menge ist von Material zu Material unterschiedlich, für viele Anwendungen aber von großer Bedeutung. Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden haben eine Messmethode entwickelt, mit der die durchgelassene Wassermenge deutlich empfindlicher als bisher bestimmt werden kann. Das System HiBarSens ist eins von mehreren Exponaten vom IWS am Gemeinschaftsstand Oberflächentechnik.

Ansprechpartner:
Dr. Andreas Dietz
Telefon +49 531 2155-646
andreas.dietz@ist.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, Braunschweig www.ist.fraunhofer.de
Dipl.-Ing. (FH) Klaus Schmid
Telefon +49 711 970-1760
klaus.schmid@ipa.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart www.ipa.fraunhofer.de
Dr. Wulf Grählert
Telefon +49 351 83391-3406
wulf.graehlert@iws.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden www.iws.fraunhofer.de

Birgit Niesing | Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.iws.fraunhofer.de
http://www.ipa.fraunhofer.de
http://www.ist.fraunhofer.de

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