Superharte ta-C-Schichten durch Laserpulsabscheidung
In vielen Zweigen der Industrie werden hochverschleißfeste Beschichtungen be- nötigt, um beispielswei-se Werkzeuge und Bauteile zu schützen und/oder zu funktionalisieren. Während sich die Vertreter der klassi
schen Hartstoffschichten (z.B. Titannitrid) bereits in großem Umfang im industriellen Einsatz befinden, sind die neuartigen ta-C-Schichten aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften momentan auf dem besten Wege da hin.
Bei den am Laserinstitut Hochschule Mittweida erzeugten ta-C-Schichten handelt es sich um spezielle Vertreter der diamantähnlichen Kohlenstoffschichten (engl. diamond like carbon – DLC), welche bzgl. ihrer Härte bis dato unüber- troffen sind. Die Schichten werden hier mittels Laserpulsabscheidung (PLD) erzeugt und sind aufgrund eines patentierten Verfahrens nahezu spannungsfrei. Bei optimalen Abscheidungsparametern sind Härten von bis zu 70 GPa (vgl. Diamant: H = 100 GPa) bei Elastizitäts-modulen von 700 bis 800 GPa realisierbar, wodurch die Beschichtungen äußerst widerstandsfähig gegen Verschleiß sind. Aufgrund der geringen mittleren Oberflächenrauigkeiten (Ra) von weni- gen Nanometern und des niedrigen Reibkoeffizienten (≤ 0,1) sind diese Schichten auch für tribologische Anwendungen prädestiniert. Mittels haftvermittelnder Subschichten ist es möglich, auf unterschiedlichs-ten Substratmaterialien hohe Haftfestigkeiten zu erzielen. Die niedrigen Temperaturen während der Schichterzeugung (< 90 °C) ermöglichen es, neben unterschiedlichen Metallen und Legierungen, auch temperaturempfindliche Materialien (Kunststoffe, Gläser etc.) zu beschichten.
Neben dem Einsatz zum Verschleißschutz bieten die ta-C-Schichten aufgrund ihrer chemischen Resistenz, Biokompatibilität und Dotierbarkeit eine breite Palette an weiteren Anwendungsmöglichkeiten, bspw. in der Medizintechnik, Lebensmittelindustrie oder Sensorik. Mittels Laserpulsabscheidung können homogene Schichtdicken von wenigen Nanometern bis zu einigen 10 µm erzeugt wer- den, wobei die resultierende Schichthärte zwischen 10 und 70 GPa über verschiedene Verfahrensparameter quasi frei wählbar ist. Dies ermöglicht es material- und anwendungsspezifische Schichtdesigns (Multilayer) umzusetzen.
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Hochschule Mittweida
Laserinstitut Hochschule Mittweida Prof. Dr. rer. nat.
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