Abgeschlossene Projekte

AiF-Nr. 20431 N  |  EFDS-Nr. IGF-16/13

Laufzeit: 01.09.2019 – 31.08.2022

Forschungsstelle
Institut für Oberflächentechnik IOT der RWTH Aachen

Abstract

Eine energieeffiziente Mobilität ist notwendig, um in Zukunft Einschränkungen bezüglich der Mobilität zu vermeiden und die Umwelt zu schonen. Die Steigerung der Effizienz von Kraftfahrzeugantriebssträngen ist dabei von großer Bedeutung. Der Wirkungsgrad eines Antriebsstrangs wird maßgeblich durch die Reibung in tribologischen Kontakten beeinflusst. Der zurzeit wichtigste Ansatz zur Reibungsreduktion im Antriebsstrang ist der Einsatz von Schmierstoffen, welcher jedoch in Abhängigkeit der Art sowie der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Schmierstoffs technische, wirtschaftliche und ökologische Nachteile birgt. Im Bereich der Elektromobilität werden vermehrt wasserbasierte Schmierstoffe eingesetzt, um über die niedrige Viskosität der Schmierstoffe Reibung zu reduzieren. Eine Erweiterung des Ansatzes bezüglich einer ganzheitlichen Reibungsreduktion ist der Verzicht auf konventionelle Schmiermedien im Antriebstrang, da die innere Reibung im Schmierstoff sowie Plansch- und Walkarbeiten eliminiert werden können. Der Trockenlauf stellt somit ein vielversprechendes Konzept zur Effizienzsteigerung von Antriebssträngen dar. Dessen Umsetzung bedarf jedoch einer Anpassung der Oberflächeneigenschaften im tribologischen Kontakt infolge des veränderten Beanspruchungskollektivs. Deshalb werden im beantragten Projekt nitridische Hartstoffschichten auf Cr-Basis mit selbstschmierenden Eigenschaften zur Reibungs- und Verschleißreduktion im Trockenlauf von Antriebsstrangkomponenten, wie z.B. Gelenken entwickelt. Die nitridische Hartstoffmatrix (Cr,Al)N wird dazu mit Mo oder W und S dotiert. Dies ermöglicht die Bildung der Festschmierstoffe Molybdän- bzw. Wolframdisulfid im tribologischen Kontakt und somit die Reibungs- und Verschleißreduktion im Trockenlauf. Die Herstellung der Schichten erfolgt mittels des industriell relevanten Verfahrens der Lichtbogenverdampfung, welches im Rahmen des Projektes hinsichtlich gepulster Leistungsversorgungen weiterentwickelt wird.

AiF-Nr. 20963 BG  |  EFDS-Nr. IGF-18/05

Laufzeit: 01.01.2020 – 30.06.2022

Forschungsstellen
Optotransmitter-Umweltschutz-Technologie e.V. (OUT)
Otto-von-Guericke-Universität

Abstract

Ziel des Projekts ist es, reaktive Sputterabscheideprozesse für die Herstellung von nitridischen Halbleiterschichten für Opto- und Leistungselektronik als auch für Solarenergiesysteme zu entwickeln. Obwohl Basisprozesse zur Verfügung stehen, sind diese für eine kommerzielle Verwertung noch nicht ausreichend untersucht. So sind die Depositionsraten noch gering und die plasmabedingte Schädigung der Schicht unverstanden. Für den Aufbau von Bauelementen sind Untersuchungen über die Dotierung der Schichten sowie die kontrollierte Abscheidung von ternären Schichten essentiell.
Um ein besseres Verständnis dieser Prozesse und damit eine bessere Kontrolle zu erzielen, müssen die Auswirkungen der Plasmaerzeugung auf die Partikelenergien studiert werden. Hierfür sind Untersuchungen des Plasmas und des Beschichtungsprozesses mittels Plasma- und Schichtdiagnostik vorgesehen, um die Zusammenhänge zwischen Partikelenergie, sowohl zur Begünstigung des Schichtwachstums als auch der Schichtschädigung durch hochenergetische Teilchen, umfassend zu beleuchten. Von grundlegender Bedeutung könnte hierbei die Dosierung des Energieeintrags über gepulste Plasmen in Kombination mit einer hohen Plasmadichte sein. Die sehr kurzen Impulsdauern (< 500 μs) beim HIPIMS führen zu einer hohen Ionisation des Prozessgases und damit zu einer erhöhten Ionenunterstützung. Diese könnte der Schlüssel sein, um zu Wachstumsraten vergleichbar zu gängigen GaN-basierten Herstellungsverfahren wie der metallorganischen Gasphasenabscheidung (MOVPE) (ca. 2 μm/h) aufzuschließen. Für KMU ist das reaktive Sputtern von nitridischen Halbleitern eine kostengünstige Alternative zur MOVPE, da es geringere Anschaffungs- und laufende Kosten aufweist. Insbesondere für die Erschließung von neuen Geschäftsfeldern in den Bereichen Leistungselektronik als auch Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie kann die zu entwickelnde Sputtertechnolgie für nitridische Halbleiter die Materialbasis für innovative Produkte liefern.

AiF-Nr. 21197 BR  |  EFDS-Nr. IGF-17/19

Laufzeit: 01.06.2020 – 31.05.2022

Forschungseinrichtungen:

  • Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, Dresden Klotzsche
  • Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V.
  • Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS

 

Abstract:

Für die Defektprüfung an gekrümmten Geometrien mit flexiblen Sensoren werden aktuell sogenannte Mehrkanalflexspulensysteme basierend auf der zerstörungsfreien Wirbelstromprüfung eingesetzt. Diese spulenbasierten Systeme arbeiten technologisch bedingt nur in höheren Prüffrequenzen und demnach in geringen Eindringtiefen. Der Nachfrage seitens der Industrie nach flexiblen Wirbelstromarrays für sensitive Anwendungen mit hoher Eindringtiefe von 1,5mm bis 10mm kann demnach aktuell nicht nachgekommen werden. Diese wird aber gerade in Bezug auf mittels Additive Manufacturing hergestellter Freiformbauteile als auch durch den vermehrten Einsatz von geometrisch komplex geformten Faserverbundkompositen immer größer.
Bei den konventionellen Systemen reduziert sich die Magnetfeldempfindlichkeit bei Verringerung der Messfrequenz ebenso wie die laterale Auflösung. GMR-Sensoren als Empfängersysteme weisen hingegen den Vorteil einer frequenzunabhängigen Magnetfeldempfindlichkeit auf und bieten daher die Option, eine höhere Diagnostiktiefe bei gleichbleibend hoher Ortsauflösung zu erreichen. Darüber hinaus sind GMR´s aufgrund ihrer geringeren Abmaße und der hohen Herstellungsreproduzierbarkeit als Arraysensoren prädestiniert. Der in diesem Projekt verfolgte Ansatz ermöglicht zudem den Aufbau flexibler GMR-Sensoren für den Einsatz an Bauteilen mit komplexer Geometrie.
Das übergeordnete Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines innovativen flexiblen Wirbelstrom-GMR-Sensorarrays mit verbesserter Empfindlichkeit, größerer Diagnostik-Eindringtiefe bis 10 mm bei einer Ortsauflösung 0,5 mm, um das Mapping von elektrisch leitfähigen Bauteilen mit komplexen Formen zu ermöglichen.
Durch den entstehenden Zugang zu innovativen Prüfverfahren und deren Herstellungstechnologien erhalten KMUs wichtige Vorteile bei Etablierung von eigenen Produkten. Es profitieren somit Hersteller der Prüfsysteme als auch Prüfdienstleister, welche ihre Produktportfolios mit innovativen Lösungen erweitern.

AiF-Nr. 20706 N  |  EFDS-Nr. IGF-17/08

Laufzeit: 01.07.2019 – 30.06.2022

Forschungsstellen:
TU Darmstadt – Institut für Werkstoffkunde

Abstract
Bei gleichzeitig korrosiv und tribologisch beanspruchten Bauteilen sind nach wie vor Hartchromschichten die erste Wahl. Die seit 2017 existierenden Restriktionen beim Gebrauch Chrom(VI)-säurehaltiger Elektrolyte infolge der REACHVerordnung sowie immer strengere Umweltauflagen erzwingen in vielen Bereichen die Identifikation alternativer Oberflächenschutzsysteme.
Daher besteht ein hohes wirtschaftliches Interesse an der Entwicklung von PVD-Hartstoffschichten, die neben ihren überlegenen tribologischen Eigenschaften auch einen Korrosionsschutz für un- und niedriglegierte Vergütungsstähle bewirken. Bisher sind aber keine industriellen PVD-Schichten verfügbar, die diese Anforderungen erfüllen. Mit den Ergebnissen des Vorgängerprojekts IGF 19124N liegt erstmals eine Ausgangsbasis für wettbewerbsfähige PVDSchichtsysteme vor.
Hauptziel des beantragten Forschungsprojekts ist die Leistungsoptimierung TiMgSEN-basierter PVD-Schichten zur Verbesserung des Korrosions- und Verschleißschutzes un- und niedriglegierter Stähle mit anwendungsspezifisch
individualisierten Anforderungsprofilen.
Die im Projekt angestrebten Ergebnisse bergen folgendes Innovationspotenzial:
-Erschließung neuer industrieller Anwendungsfelder, bei denen PVD-Beschichtungen aufgrund des bisher eingeschränkten Korrosionsschutzvermögens noch nicht zum Einsatz kamen.
-Identifikation von Grenzwerten und Parameterfenstern zur Sicherstellung eines reproduzierbaren Beschichtungsergebnisses.
-Verbesserung des Umwelt- und Gesundheitsschutzes durch Verzicht auf Chemikalien, insbesondere der kanzerogenen sechswertigen Chromsäureelektrolyte zur Herstellung von Hartchromschichten
-Wirtschaftliche Vorteile, da gegenüber den heute verfügbaren PVD-Schichtsystemen eine höhere Wertschöpfung bei ähnlichen Beschichtungskosten zu erzielen ist.
-Sicherstellung reproduzierbarer Beschichtungsergebnisse und die Gewährleistung des Korrosions- und Verschleißschutzes mittels anwendungsspezifisch individualisierter Schichten.

Veröffentlichungen:
Corrosion and wear protection of mild steel substrates by innovative PVD coatings“, Surface & Coatings Technology
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125659

AiF-Nr. 20662 BR  |  EFDS-Nr. IGF-17/05N

Laufzeit: 01.06.2019 – 31.05.2022

Forschungsstelle:
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Abstract

1 Forschungsziel
• Entwicklung Beschichtungsprozess zur gezielten, variierbaren Einstellung der Kantenschärfe (Kantenradius) an Werkstücken ausschließlich durch aufwachsende Beschichtung
• Weiterentw. Modellvorstellungen für Schichtwachstum an Kanten
• Evaluierung Haltbarkeit hergestellter Kanten in Modellversuch sowie deren Qualifizierung für anwendungsspezifische mechanische Beanspruchung
• Erstellung und Test von Demonstratoren für verschiedene Zielanwendungen sowie Abschätzung der künftigen, industriellen Umsetzbarkeit
2 Lösungsweg
In Vorarbeiten konnte nachgewiesen werden, dass durch eine gezielte Prozessführung während der Beschichtung (Prozessgasdruck, Verdampferstrom, elektrische Substratvorspannung, Magnetfelder) im Zusammenspiel mit einem angepassten Schichtsystem, die Erzeugung von im Vergleich zum Ausgangszustand verringerten Kantenradien möglich ist. Es sollen die dabei gefundenen Abhängigkeiten und Modellvorstellungen genutzt u. weiterentwickelt werden, um zu einer gezielten Einstellung des Kantenradius zu gelangen.
3 angestrebte Ergebnisse
Ergebnis ist ein Beschichtungsprozess, der eine gezielte Einstellung des Kantenradius beschichteter Substrate ausschließlich durch die aufwachsende Schicht ermöglicht. Eine Weiterentw. von Modellvorstellungen zum Schichtwachstum an Kanten wird angestrebt. Zu Projektende werden beschichtete und getestete Demonstratorwerkzeuge sowie eine fundierte Einschätzung der industriellen Umsetzbarkeit vorliegen.
4 Nutzen für KMU
Die neue Technologie wird vorrausichtlich angewendet für verschiedenste Werkzeuge mit definierten Kanten. Diese werden dadurch leistungsfähiger, langlebiger u. zuverlässiger. Interessenten sind Werkzeug- und Komponentenhersteller, Beschichtungsdienstleister sowie Anwender der Werkzeuge. Besonders im Bereich der Spezialwerkzeuge und der Beschichtung sind vorrangig KMU aktiv. Insbesondere für diese Firmen ergeben sich Möglichkeiten zum Ausbau aktueller Marktpositionen u. zur Erschließung neuer Märkte.

Ergebnisnotiz [PDF]

Abschlussbericht [PDF]

Poster [PDF]

AiF-Nr. 20231 N  |  EFDS-Nr. IGF-16/05

Laufzeit: 01.08.2019 – 30.04.2022

Forschungseinrichtungen
Institut für Oberflächentechnik IOT der RWTH Aachen

Abstract

Aufgrund weltweiter Forderungen nach CO2-Reduktion, nimmt die Bedeutung von Leichtbaukonzepten und somit des Aluminiumdruckgießens zu. Eine wirtschaftliche Produktion, verlangt nach einer Standzeiterhöhung der Druckgusswerkzeuge. Hierbei rücken Druckgusskerne aufgrund des erhöhten einwirkenden Beanspruchungskollektivs in den Fokus. Das Forschungsziel ist daher deren Standzeiterhöhung im Druckguss. Basierend auf den Ergebnissen des Vorgängerprojekts (AiF-Nr.: 16471 N) werden vielversprechende Methoden der Oberflächenmodifikation und Beschichtungsprozesse genutzt und weiterentwickelt. Der Forschungsschwerpunkt liegt auf der Analyse und Verbesserung der Thermowechselbeständigkeit der Kernwerkzeuge. Die Einflüsse der Herstellungsverfahren Härten, Plasmanitrieren, Kugelstrahlen und Beschichten auf das Eigenspannungsprofil in der Werkzeugrandzone wird in Abhängigkeit u.a. von Thermozyklustests sowie von industriellen Druckgussversuchen quantifiziert ausgelegt. Die Hartstoffschichten werden
mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) im Lichtbogenverdampfen hergestellt. Hierbei werden neuartige Pulsprozesse realisiert, die plasmadiagnostisch analysiert werden, um durch ein besseres Prozessverständnis kristallines Al2O3 herstellen zu können. Ein Großteil der deutschen Druckgussmaschinenhersteller und –betreiber, Werkzeughersteller sowie PVD- Anlagenhersteller und -Lohnbeschichter, und Zulieferer sind kleine und mittlere Unternehmen (KMU), die von anwendungsbezogenen Forschungsergebnissen profitieren. Am Forschungsvorhaben direkt beteiligt sind ein Hersteller von Trenn- und Schmierstoffen für den Druckguss, ein Anbieter von Verfestigungsstrahlarbeiten zur Werkzeugvorbehandlung, ein Entwickler von Plasmastromversorgungskonzepten sowie ein Anbieter industrieller Stromversorgungen. Relevanz der Ergebnisse besteht für Unternehmen aus den Wirtschaftszweigen Maschinenbau, Metallerzeugung und –bearbeitung insbesondere für die Herstellung von Metallerzeugnissen im Fahrzeugbau.

Ergebnisreport [PDF]

Poster [PDF]

Abschlussbericht [PDF]

AiF-Nr. 20584 BG  |  EFDS-Nr. IGF-17/11

Laufzeit: 01.07.2019 – 31.12.2021

Forschungseinrichtungen:
Technische Universität Chemnitz
Universität Erlangen-Nürnberg

Abstract

Funktionsrelevante Bauteile, bspw. in Gleitlagern und Gleitringdichtungen, sind anwendungsspezifischen Belastungen ausgesetzt. Durch unterschiedlichste Einsatzgebiete sowie teils Stückzahlen im Millionenbereich werden hohe Anforderungen hinsichtlich Produktionskosten, Nachhaltigkeit bzw. Lebensdauer sowie einer steten Verbesserung des Reibungs- und Verschleißverhaltens gestellt. Bei extrem belasteten Gleitringen in axialen Gleitringdichtungen existieren Lösungen aus Hartmetall sowie SiC, welche zusätzlich mit CVD-Diamant beschichtet sind. Dies bietet deutliche Vorteile, bspw. gegenüber ebenfalls industriell verwendeten Stahlkomponenten mit DLC-Beschichtung. Während Hartmetall jedoch deutlich schwerer und kostenintensiver als Stahl ist, sind SiC-Gleitringe stark bruchanfällig. Somit rücken CVDDiamantschichten auf Stahlsubstraten in den Fokus, welche allerdings bisher noch nicht wirtschaftlich realisiert werden können. Unter anderem entstehen beim Abkühlen starke Druckeigenspannungen in der Diamantschicht, die insbesondere bei dickeren Schichten ein Abplatzen der Schicht bewirken können. Es existieren Ansätze, diese Spannungen durch definiert mikrostrukturierte Oberflächen und eine damit einhergehende elastische Verformung der Übergangszone zwischen Substrat und Schicht zu reduzieren. Daher soll durch die gezielte Auslegung und Erzeugung einer Feingestalt bei der spanenden Endbearbeitung der Funktionsoberflächen eine Verbesserung der Haftung zwischen Substrat und Schicht ermöglicht werden. Dazu soll das ultraschallschwingungsüberlagerte Drehen genutzt werden. Im Rahmen experimenteller Untersuchungen erfolgt die Abscheidung von CVD-Diamantschichten auf den definiert mikrostrukturierten Oberflächen eines ausgewählten Stahlwerkstoffs. Die chemisch notwendigen Zwischenschichten werden an die Randbedingungen adaptiert. Im Anschluss erfolgt noch eine Funktionalisierung (Glättung der Rauheit sowie Hydrophilierung) der Diamantschicht. Daraufhin wird die tribologische Performance der einsatzspezifisch modifizierten Versuchsproben evaluiert. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend Versuchsbauteile von Industriepartnern entsprechend modifiziert und unter deren Rahmenbedingungen erprobt werden.

Abschlussposter [PDF]

Schlussbericht 20584 BG [PDF]

AiF-Nr. 20663 BR  |  EFDS-Nr. IGF-17/04

Laufzeit: 01.06.2019 – 31.05.2021

Forschungseinrichtung
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF)

Abstract

Neue transparente Polymere sind eine wichtige Basis für die Entwicklung optischer Systeme. Meist wird erst durch Beschichtungen die endgültige Funktionalität der Oberflächen erreicht. Spezifische Eigenschaften der Polymere, wie geringe Oberflächenhärte, Neigung zu Feuchte- und Gasabsorption und zu UV-Degradation beeinflussen die Beschichtbarkeit, die Lebensdauer und bestimmen den sinnvollen Einsatzbereich der Materialien. Im Fokus des Projektes stehen neue Kunststoffmaterialien, die bereits für Anwendungen in den Bereichen Kamerasysteme, Beleuchtungsoptik und
Fahrzeugbau sowie in der Medizintechnik angefragt werden. Die Materialien zeichnen sich teils durch eine ungewöhnlich hohe Brechzahl aus, eine andere Gruppe ist besonders transparent bis in den ultravioletten Spektralbereich. Ziel des Vorhabens ist es, die Wechselwirkungen beschichtungstypischer Plasmabedingungen mit speziellen für die Optik geeigneten Polymeroberflächen grundlagenwissenschaftlich zu verstehen und Handlungsanweisungen für Beschichtungsprozesse abzuleiten. Es werden Empfehlungen bezüglich vorteilhafter Anwendungsbedingungen für die
Polymere erarbeitet und gleichzeitig deren Grenzen aufgezeigt. Optimierte Beschichtungsbedingungen werden an optischen Modellsystemen erprobt und nachgewiesen. Es wird versucht, materialübergreif. allgemeinere Schlussfolgerungen für die Beschichtbarkeit der untersuchten Materialklassen zu ziehen, und diese wissenschaftlich zu belegen. KMU aus den Bereichen Kunststofftechnik, Materialentwicklung und Beschichtungsdienstleister können auf dieses Wissen direkt zurückgreifen, die Vorteile dieser neuartigen Kunststoffmaterialien gezielt ausnutzen sowie eventuelle Einschränkungen bei der Herstellung, Beschichtung und Anwendung berücksichtigen. Beschichtete Komponenten aus den untersuchten Materialien werden in zahlreichen innovativen Produkten, wie z.B. in Kamerasyst. für Kommunikationssyst.
sowie in den Bereichen Medizintechnik, Messtechnik und Beleuchtung Anwendung finden.

Schlussbericht [PDF]

AiF-Nr. 20007 BG  |  EFDS-Nr. IGF-17/16

01.11.2018 – 30.04.2021

IGF-Vorhaben in Kooperation zwischen der Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e.V. (IVLV) 100% und der Europäischen Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e.V. (EFDS) 0%.

Forschungsstellen:
Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
Institut für Korrosionsschutz, Dresden GmbH

Projektleiter:
Dr. rer. Nat. Matthias Reinelt
Dr. Anett Müller
Dipl.-Chem. Romy Regenspurger

CORNET  |  AiF-Nr. 230 EN  |  IGF-16/14

Laufzeit: 01.09.2018 – 28.02.2021

Forschungsstelle:
Fraunhofer IST, Braunschweig, Deutschland
University of Namur, Namur, Belgium
Materia Nova, Mons, Belgium

Abstract

Diamantartige Schichten (DLC) werden aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften bzgl. geringer Reibung in Kombination mit hoher Schichthärte, chemischer Beständigkeit und optischer Transparenz in einer großen Breite von industriellen Anwendungen eingesetzt. Dies umfasst die Automobilindustrie, Maschinenbau, insbesondere Schneid- und Formwerkzeuge. Die DLC Schichtabscheidung erfolgt entweder mit plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) oder physikalischer Vakuumabscheidung (PVD, Magnetronsputtern sowie Ionenquelle).

Bei den KMU häufig vorkommende, komplexe Substratgeometrien und –Anordnungen stellen hohe Anforderungen an die Beschichtungstechnik, da es auf gute Schichtdickenuniformität, hohe Schichtqualität und Reproduzierbarkeit ankommt. Bislang erfordern Umstellungen in der Substratbestückung regelmäßig aufwändige Einfahrexperimente, wodurch die Gesamt-Beschichtungskosten signifikant erhöht werden.

Um für KMU eine erhöhte Produktivität und Schichtqualität zu ermöglich, zielt DLCplus auf ein verbessertes Verständnis der im Prozess und beim Schichtwachstum relevanten Mechanismen im Beschichtungsprozess ab. Zur Erreichung dieses Ziels werden Modellierungen sowohl der Plasma- und Prozessdynamik als auch des Schichtwachstums auf atomarer Skala miteinander kombiniert Die angestrebte Kooperation zwischen Materia Nova und Universität Namur in Belgien sowie Fraunhofer IST in Deutschland ist notwendig, da hierbei komplementäre Kompetenzen sowohl bei der Prozess- und Schichtwachstumsmodellierung als auch bzgl. der zur Verfügung stehenden, experimentellen Prozesstechnik kombiniert werden. Das User Committee setzt sich aus Firmen aus dem metallverarbeitenden Bereich, Automobil-Zulieferern, Anlagenherstellern und Beschichtern zusammen. Die Firmen tragen mit industriell relevanten Spezifikationen bzgl. Substratgeometrie, Prozessbedingungen und Beschichtungsprodukten bei, zudem stellen sie Substrate zwecks Testbeschichtung und Referenzproben zur Verfügung.

Abschlussbericht [PDF]

AiF-Nr. 19885 BR  |  EFDS-Nr. IGF-16/03

Projektlaufzeit: 01.01.2018 – 31.08.2020

Forschungsstellen/Projektleiter:
iba e.V., Heilbad Heiligenstadt
Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e. V. INP, Greifswald

Abstract:
Forschungsziel ist die vorwettbewerbliche Entwicklung eines Plasmaprozesses zur Abscheidung haftfester, photokatalytisch aktiver TiO2-Schichten mittels Hochleistungsimpuls-magnetronsputtern (HiPIMS) in Kombination mit der plasmagestützten Ionenimplantation (Plasma based Ion Implantation – PBII). Hierbei erfolgt die Abscheidung der TiO2-Schicht mittels HiPIMS und wird durch eine Ionenimplantation (PBII) technologisch ergänzt werden. Damit werden (I) sowohl eine gezielte Dotierung der TiO2-Schichten mit Fremdatomen und damit die Anregung im sichtbaren Spektralbereich möglich als auch (II) das Einstellen einer antibakteriellen Wirkung bei Verwendung der Dotierungselemente Cu, Ag oder Zn. Die Schichthaftung wird durch den Kombinationsprozess auf den unterschiedlichen Substraten deutlich erhöht. Durch gezielte Parametervariation werden die von den Anwendern gewünschten Schichteigenschaften eingestellt, indem eine anwendungsspezifische Balance zwischen photoinduzierter Katalyse und photoinduzierter Hydrophilie realisiert wird. Die Anforderungen der potenziellen Anwender an die Funktionsschicht sind von der jeweiligen Branche abhängig.
Implantathersteller profitieren beispielsweise von der photoinduzierten Hydrophilie der Beschichtungen durch erhöhte Benetzbarkeit des Implantates und damit ein verbessertes Einheilen. Für Anwender der Steriltechnik steht die aktive Desinfektion der Oberfläche durch die photoinduzierte Katalyse im Vordergrund. Die Lebensmittelindustrie wiederum erhofft sich eine Verkürzung der erforderlichen Reinigungszyklen und dadurch eine erhebliche Kostenersparnis.

Schlussbericht [PDF]

AiF-Nr. 19541 BR  |  EFDS-17/06

01.05.2017 – 31.10.2019

IGF-Vorhaben in Kooperation zwischen der Gesellschaft für Korrosionsschutz e.V. (GfKorr) 100% und der Europäischen Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e.V. (EFDS) 0%.

Forschungsstellen:
Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.

Projektleiter:
Dr. Susanne Friedrich
Prof. Dr. Brigitte Voit

CORNET  |  AiF-Nr. 199 EN  |  IGF-16/04

Laufzeit: 01.09.2017 – 29.02.2020

Forschungsstellen
Fraunhofer IST, Braunschweig, Deutschland
Laser Zentrum Hannover, Hannover, Deutschland
Université de Namur, Namur, Belgium
CRM Group, Lüttich, Belgium

Abstract
Im Vorhaben wurde ein gemeinsamer digitaler Zwilling für PVD- und PECVD-Beschichtungsprozesse erstellt, der sowohl die Prozess- als auch die Schichtwachstumsdynamik beschreibt. Die bei den Projektpartnern bestehenden komplementären Softwaretools wurden weiterentwickelt und an verschiedenen Beschichtungsanlagen validierte Demonstrationsfälle erarbeitet. Die erweiterten Tools können für industrielle Simulationsstudien genutzt werden.

Veröffentlichungen

Abschlußbericht [PDF]

[Badorreck 2019]:
Badorreck, H.; Steinecke, M.; Jensen, L.; Ristau, D.; Jupé, M.; Müller, J.; Tonneau, R.; Moskovkin, P.; Lucas, S.; Pflug, A.; Grineviciūtė, L.; Selskis, A. & Tolenis, T.: Correlation of structural and optical properties using virtual materials analysis. In: Optics Express 27 (2019), Nr. 16, S. 22209

 

[Pflug 2019]:
Pflug, A.; Bruns, S.; Zickenrott, T.; Britze, C.; Vergöhl, M. & Kirschner, V.: Plasma and process modelling for PVD deposition onto moving 3D substrates. In: Proceedings of the 15th ISSP., Kanazawa, JP (2019).

 

[Schwerdtner 2020]:
Schwerdtner, P.: Ortsaufgelöste Untersuchung der optischen Eigenschaften von Tantalpentoxid-Schichten im IBS-Beschichtungsverfahren, Bericht, Universität Hannover, Masterarbeit, Universität Hannover, 2020, S. 101

 

[Tonneau 2020]:
Tonneau, R.; Pflug, A. & Lucas, S.: Magnetron sputtering: determining scaling relations towards real power discharges using 3D Particle-In-Cell Monte Carlo models. In: Plasma Sources Science and Technology (2020)

 

[Tonneau 2021]:
Tonneau, R.; Moskovkin, P.; Muller, J.; Melzig, T.; Haye, E.; Konstantinidis, S.; Pflug, A. & Lucas, S.: Understanding the role of energetic particles during the growth of TiO2 thin films by reactive magnetron sputtering through multi-scale Monte Carlo simulations and experimental deposition. In: Journal of Physics D: Applied Physics 54 (2021), Nr. 15, S. 155203

CORNET  |  AiF-Nr. 185 EBR  |  IGF-15/07

Laufzeit: 01.02.2017 – 31.12.2019

Forschungseinrichtungen
Dipl.-Ing. Matthias Demmler, Fraunhofer IWU, Chemnitz, Germany
Innovation and Development Promotion Centre – coordination of Metal Processing Cluster, Blatystok, Poland
Institute of Precision Mechanics, Warsaw, Poland
Rzeszow University of Technology, Rzeszow, Poland
 Moravian-Silesian Automotive Cluster c.a., Ostrava, Czech Republic
COMTES FHT a.s., Dobrany, Czech Republic
 

Dokumente:

Schlussbericht [PDF]

Poster Coolbend [PDF]

CORNET | AiF-Nr. 166 EBR   |  EFDS-Nr. IGF-15/09

Laufzeit: 01.07.2016 – 30.06.2018

Projektleiter:
Dr. Andreas Holländer; Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung, Postdam-Golm, Deutschland
sirris, Diepenbeek, Belgium
CRM Group, Liége, Belgium

Poster [PDF]

Abschlussbericht [PDF]

CORNET  |  AiF-Nr. 163 EBG  |  EFDS-Nr. IGF-15/05

Laufzeit: 01.06.2016 – 30.08.2018

IGF-Vorhaben in Kooperation zwischen der Forschungsgesellschaft Kunststoffe e.V. (FGK) 100% und der Europäischen Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e.V. (EFDS) 0%.

Forschungsstelle:
Fraunhofer IWU, Chemnitz, Deutschland
Plastikarsky klastr, Polen
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Polen

Für Informationen zu älteren Projekten wenden Sie sich bitte an die EFDS Geschäftsstelle.