Chemiereport_2016-2

D ie Werkstoffe, die man heute für hochbeanspruchte Bau- teile einsetzt, haben eine erstaunliche Leistungsfähigkeit. Dennoch stößt man an Grenzen: „Beim Einsatz von Zer- spanungswerkzeugen oder in Turbinen treten oft Temperatu- ren von mehr als 1.000 Grad auf. Dabei besteht die Gefahr, dass die Materialien degradieren“, erzählt Rostislav Daniel, der am Department für Metallkunde und Werkstoffprüfung der Mon- tan-Universität Leoben das CD-Labor für Hochentwickelte Syn- these neuartiger multifunktionaler Schichten leitet. So kommt es bei derartigen Temperaturen beispielsweise zu Phasenumwand- lungen oder Oxidationen, die sich ungünstig auf die Eigenschaf- ten der eingesetzten Materialien auswirken. Im CD-Labor sucht man daher nach Möglichkeiten der Beschichtung, die die Performance der ohnehin schon leistungs- fähigen Grundmaterialien noch erhöht. „Wir verwenden dazu Plasma-unterstützte Beschichtungsverfahren. Dabei entstehen nanostrukturierte Schichten, weitab vom thermodynamischen Gleichgewicht, die in großen Volumina gar nicht herstellbar wären.“ Trotz ihrer Metastabilität zeigen sich die so erzeugten Strukturen äußerst stabil und wandeln sich erst bei weit über 1.000 Grad Celsius um. Grundsätzlich steht eine breite Palette an Materialien zur Verfügung, die in dünnen Schichten (die Schichtdicken liegen zwischen zwei und fünf Mikrometern) auf das Trägermaterial aufgebracht werden können, aus der je nach gewünschter Funktionalität ausgewählt werden kann. Dazu muss man die Zusammenhänge zwischen der Mikro- und Nano- struktur der Schichten und ihren makroskopischen Eigenschaf- ten kennen. Gemeinsam ist den Schichten, dass sie „hierarchisch strukturiert“ sind, also auf verschiedenen Skalen unterschiedli- che Strukturen aufweisen. Die Optimierung des kathodischen Lichtbogens Ausgangspunkt des CD-Labors ist ein Verfahren, das sich kathodische Lichtbogenverdampfung nennt. Dabei fungiert das aufzubringende Material als Target (Kathode), das von einem elektrischen Lichtbogen in eine Vakuumkammer hineinver- dampft wird. Ein großer Teil des verdampften Materials wird ionisiert, liegt also als Plasma vor. Ziel des CD-Labors ist es, die Prozesse, die sich bei diesem Verfahren abspielen, im Detail zu verstehen, um so die Ausbildung hierarchisch strukturierter Nanoschichten noch besser charakterisieren und weiterentwi- ckeln zu können. „Derzeit setzen sich bei diesem Verfahren noch recht große Partikel mit Abmessungen bis zu einigen Mikro- metern ab“, erzählt Daniel. Durch genaue Untersuchungen der Bewegung des Lichtbogens, aber auch der komplexen Prozesse, die bei der Entstehung des Plasmas und beim Auftreffen der Par- tikel auf das Grundmaterial eine Rolle spielen, soll das Wachs- tum der Nanoschichten besser verstanden werden. Erstes Ziel des Labors ist daher die Weiterentwicklung der Prozesstechnolo- gie, etwa die Optimierung der Kathodengeometrie oder die Erhö- hung der Kathodenkühlleistung. In weiterer Folge sollen neuar- tige Schichtsysteme entwickelt werden, die auch unter extremen Bedingungen gute Leistungen erbringen. Zu diesem Zweck wer- den Beziehungen zwischen Mikrostruktur und Eigenschaften mithilfe moderner analytischer Verfahren ermittelt. Industriepartner des CD-Labors ist die Eifeler-Vacotec GmbH, ein Tochterunternehmen der Voestalpine Stahl. Eifeler-Vaco- tec benützt seit vielen Jahren Plasma-unterstützte Beschich- tungsverfahren, um hochwertige Bauteile, etwa für die Luft- und Raumfahrt, herzustellen. Eine Sparte des Unternehmens beschäftigt sich aber auch selbst mit dem Bau von Beschich- tungsanlagen. In diese Geschäftsfelder soll das im CD-Labor erarbeitete Know-how einfließen. CD-Labor optimiert Plasma-unterstützte Beschichtungsmethoden Kleine Strukturen, große Wirkung An der Montan-Universität Leoben hat ein CD-Labor seine Arbeit aufgenommen, das sich mit Beschichtungstechnologien für Hochleistungsmaterialien beschäftigt. Kontakte BMWFW - Abteilung C1/19 - AL Dr. Ulrike Unterer DDr. Mag. Martin Pilch T: (0)1 711 00 - 8257 www.bmwfw.gv.at/Innovation/Foerderungen CDG Dr. Judith Brunner T: (0)1 504 22 05 - 11 www.cdg.ac.at Durch genaue Charakterisierung der Mikrostruktur lassen sich die Eigenschaften von Werkzeugbeschichtungen optimieren. EntgeltlicheEinschaltung,Foto:Montan-UniversitätLeoben T: (0)171100 - 8257 T: (0)15042205 - 11

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