Laserpulsabscheidung (PLD) von Multilagenschichtsystemen aus Kohlenstoff für verschleißbeanspruchte Oberflächen (Multilagenkohlenstoffschichten)

Das Gesamtziel des Vorhabens, das auf dem Gebiet der Beschichtungstechnologien angesiedelt ist, ist die Entwicklung von neuartigen Mehr- und Multilagenschichtsystemen, deren Subschichten sämtlich aus amorphem Kohlenstoff mit jedoch in weiten Bereichen variierender Härte bestehen, zur Beschichtung von besonders verschleißbeanspruchten Oberflächen für eine Reihe von wichtigen Anwendungen beispielsweise im Automobilbau (z. B. Motorenbauteile), auf Werkzeugen (z. B. Stanzwerkzeuge) und für die Beschichtung von medizinischen Implantaten (z. B. Endoprothesen).

Um gleichzeitig die Voraussetzungen für den industriellen Einsatz dieser Mehr- und Multilagen-Schichtsysteme zu schaffen, ist ein weiteres Ziel die Entwicklung und Konzeption von Verfahren und Vorrichtungen für die Erzeugung derartiger Schichtsysteme mit exakt definierten Parametern mittels Laserpulsabscheidung (PLD), die für die homogene Beschichtung von realen Bauteilen bzw. Werkzeugen unterschiedlicher Geometrie (z. B. Zylinder, Kugeln) geeignet sind.

Für die Erreichung dieser Ziele in der geplanten Projektlaufzeit ist es sinnvoll und notwendig, die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in enger Zusammenarbeit zwischen dem Laserinstitut Hochschule Mittweida als Forschungseinrichtung und der CREAVAC-Creative Vakuumbeschichtung GmbH als mittelständischem Unternehmen durchzuführen und die beteiligten Mitarbeiter gleichzeitig für den Technologie- und Wissenstransfer zu befähigen und die Netzwerkbildung zwischen Forschungseinrichtung und KMUs zu befördern. Die eigentliche Überführung der Technologien in die industrielle Anwendung und damit die wirtschaftliche Verwertung der Ergebnisse soll im Anschluss an das Projekt in maßgeblicher Regie dieser Mitarbeiter erfolgen. Damit wird ein hohes Technologietransferniveau von der Hochschule Mittweida zur CREAVAC-Creative Vakuumbeschichtung GmbH forciert.

Des Weiteren sollen durch die Mitarbeiter bereits während der Projektlaufzeit Kontakte zu potentiellen Anwendern aus der Industrie erweitert bzw. neu geknüpft werden, die in die Bildung eines Netzwerkes münden sollen, wodurch die Chancen auf eine umfassende wirtschaftliche Verwertung der Ergebnisse weiter erhöht werden sollen und die Mitarbeiter zur Netzwerkbildung befähigt werden. Hierzu sollen bereits in der Vorhabenphase Testbeschichtungen auf Bauteilen bzw. Werkzeugen der Anwender erfolgen.


Teilziele und Teilprojekte

Am 31.12.2017 wurde der 1. Meilenstein erreicht.
Hauptsächlich wurde damit die Funktionsfähigkeit der Anlage und der Vorrichtungskomponenten nachgewiesen, so dass in den nachfolgenden Untersuchungen dreidimensionale Bauteile mit Schichten und Schichtsystemen versehen werden können. In Zusammenarbeit mit dem Projektpartner wurden die notwendigen Vorrichtungskomponenten für die Laserpulsabscheidung qualifiziert, die vorhandene PLD-Beschichtungsanlage wurde für die Beschichtung dreidimensionaler Substrate angepasst und die Berechnung der erforderlichen Bewegungsparameter sowie deren Implementierung in die Anlagensteuerung konnte ebenfalls erfolgreich abgeschlossen werden. Die Anlagensteuerung wurde vom Projektpartner CREAVAC-Creative Vakuumbeschichtung GmbH bereits optimiert und für die Vollautomatisierung vorbereitet.

Am 31.12.2018 wurde der 2. Meilenstein erreicht.
Die Anlagensteuerung wurde erfolgreich umgesetzt und deren Funktionsfähigkeit konnte mit der Beschichtung der ersten Stanzwerkzeuge dreidimensional nachgewiesen werden. Mit der Ermittlung optimaler Haftschichtsysteme und geeigneter Kohlenstoff-Multilagenschichtsysteme konnten auch diese Anforderungen des Meilensteins erfolgreich erreicht werden. Ein weiterer Schwerpunkt des Projektes liegt in der Qualifizierung der beteiligten Mitarbeiter. Der im Laserinstitut Hochschule Mittweida zuständige Mitarbeiter hat seine Qualifikation für Schichtabscheidung und -analyse nachgewiesen. Er hat Erfahrungen in der Schichtanalyse mittels Nano- und Mikroindentation, Rasterelektronenmikroskop, konfokalem Laserscanning-Mikroskop, Oberflächenprofilometer, Atomkraftmikroskop, Raman-Spektroskopie, UV-/VIS-/IR-Spektroskopie und Ellipsometrie. Simulationen mit den Software-Paketen „FilmDoctor“ und „Elastica“ wurden ebenfalls durchgeführt.

Die aktuellen Forschungsergebnisse zu den Multilagenkohlenstoffschichten wurden am 20.05.2019 auf der 46th International Conference on Metallurgical Coatings and Thin Films (ICMCTF) in San Diego vorgestellt. Die Erkenntnisse stießen auf größtes Interesse seitens der anwesenden Vertreter aus Forschung und Industrie.



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Das Projekt wird dankenswerter Weise aus Mitteln des Freistaates Sachsen und der Europäischen Union im Rahmen des Programms InnoTeam im Zeitraum vom 01.04.2017 - 31.03.2020 gefördert.

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