Oberflächen- und Schichttechnik

---

Die Oberflächen- und Schichttechnologie nimmt eine Querschnittsfunktion in vielen Produktionsprozessen ein. Mit Beschichtungen können die Eigenschaften von Materialoberflächen entscheidend verändert und maßgeschneidert werden:

• Lokale funktionale Oberflächen für eine höhere Energie- und Ressourceneffizienz (z. B. Hartstoff- und Verschleissschutzschichten, oberflächenintegrierte Sensorik)
• Dünne Schichten mit charakteristischen optischen Eigenschaften (z. B. optische Filter, transparente Schichten mit geeigneten Reflektionseigenschaften)
• Tribologische Schichten (z. B. Gleitlacke für Lager)
• Barriere-Schichten (z. B. Verbundfolien mit geringem Diffusionsvermögen für Sauerstoff in der Lebensmittelindustrie oder für Dämmpaneele in der Baustoffindustrie)
• Chemisch funktionalisierte Schichten (z. B. keimfreie Oberflächen, gezielte Lamination oder Delamination, kratzfeste Lacke)

Um Oberflächen gezielt zu funktionalisieren, sind oftmals komplexe Verfahren und hohe apparative Voraussetzungen notwendig. Aus produktionstechnischer Sicht sind deshalb folgende Forschungsschwerpunkte wichtig:

Integration in den Fertigungsablauf

Das große Innovationspotential der Schicht- und Oberflächentechnik für die Energie- und Ressourceneffizienz lässt sich nur erschließen, wenn es gelingt, diese Technologie in Fertigungsabläufe einzufügen. Das Aus- und Einschleusen von Teilen aus der Prozesskette zu einer separaten Beschichtungsanlage wird immer weniger akzeptiert. Integrierte Anlagen müssen absolut zuverlässig qualitativ hochwertige Schichten im Takt der Produktion erzeugen können. Im Projekt ODPat soll die Plasmadiffusion mit nachfolgender Plasma-CVD-Beschichtung und die Wärmebehandlung in einem durchgängigen Prozess in einer einzigen Anlage integriert werden.

Um Brennstoffzellen zukunftsfähig zu machen, muss deren Langzeitstabilität und Ressourceneffizienz erheblich gesteigert werden. Dies hat sich das Projekt LOKEDEL zur Aufgabe gemacht. Die Projektpartner entwickeln eine massenfertigungstaugliche Rollenproduktion der Substrate und Oberflächenveredelungsverfahren für Korrosionsschutz- und Kontaktschichten.

Neue Verfahren zur Verbesserung von Produkteigenschaften

Durch Reibung und Verschleiß entstehen in den Industrieländern jährlich Verluste in Höhe von 5 Prozent des Bruttosozialprodukts. Daher sollen im Projekt NANODYN mit Hilfe nanoskalig strukturierter Schichten die tribologischen Eigenschaften von Bauteilen optimiert werden.

Um Fouling auf Mikrobauteilen zu verhindern, wird im Projekt Nanoefficiency ein neuartiges Beschichtungsverfahren entwickelt. Mit diesem Verfahren kann nanoskaliges Titandioxid (TiO2) auf zum Beispiel Mikrosiebe, -membrane oder Mikropumpen aufgebracht werden kann.

Fertigungsketten für ressourceneffiziente Hochleistungsprozesse

Die Integration von Auslegung, Herstellung und Vermessung der lokal funktionalen Oberflächen in Hochleistungsprozessen erfordern neue Konzepte. Das Ziel des Verbundprojekts P3T ist die Entwicklung eines modularen prototypischen Anlagenkonzepts zur kontinuierlichen, ressourcenschonenden und kosteneffizienten Fertigung von strukturierten Metallisierungen für Elektronikkomponenten und Biosensoren.

Ziel des Projektes Smartsurf ist die Verschleiß- und Reibungsminimierung sowie Verbesserung von Strömungs- und Benetzungseigenschaften an technischen Bauteilen. Dafür wird eine hochpräzise, neuartige Prozessmaschinentechnik auf Basis von Ultrakurzpulslasern mit Mehrfachstrahltechnik und einer Hochgeschwindigkeitsscantechnik konzipiert. So lassen sich zukünftig nachbearbeitungsfreie, funktionale Mikro- und Nanostrukturen auf rotationssymmetrischen und komplexen 3D-Bauteilstrukturen aus Metall oder Keramik fertigen. Die Auslegung und Simulation belastungsangepasster Strukturgeometrien sowie deren Charakterisierung mittels Online-Messtechniken führen zu einem hoch modularen Gestaltungskatalog.

Die Replikation von komplexen, dickwandigen Hybridoptiken aus Kunststoff mit Formtoleranzen von weniger als 5 µm lässt sich zurzeit nicht kostendeckend anbieten. Das Ziel des Projekts OPTILIGHT ist der Aufbau einer ressourceneffizienten Produktionskette, die von der Auslegung über die Prozessgestaltung bis zur Replikation entwickelt wird.


Stand: August 2011