Plasmatechnik und Nanomaterialien

Plasmagestützte Prozesse bei Atmosphärendruck erlauben die großflächige Reinigung und Aktivierung sowie das Ätzen von Oberflächen. Ebenso ist die Abscheidung qualitativ hochwertiger Funktionsschichten ohne Einsatz kostenintensiver Vakuumanlagen möglich. Dadurch sind u. a. kontinuierliche Beschichtungsprozesse auf temperaturempfindlichen Materialien sowie auf leicht gekrümmten Substraten unterschiedlicher Dicke realisierbar.

Am Fraunhofer IWS werden Prototypen von Reaktoren für Oberflächenbehandlungen wie Feinreinigung, Funktionalisierung oder Ätzen und zur Herstellung von oxidischen und nichtoxidischen Schichten, Nanopartikeln und Nanoröhren (Carbon Nanotubes, CNTs) sowie Karbonfasern entwickelt. Die Optimierung des Reaktordesigns basiert auf experimentellen Ergebnissen und thermofluiddynamischen Simulationen. Modulare Reaktordesigns sorgen für eine kostengünstige Adaption der Prozesse an neue Anwendungsgebiete und Schichtmaterialien.

Highlights

 

Großflächiger Hochrateauftrag niedrigschmelzender Pulver

Mittels der am Fraunhofer IWS entwickelten LARGE-Plasmatechnologie wurde ein Verfahren zum Auftrag von niedrigschmelzenden bzw. sehr feinkörnigen Beschichtungspulvern etabliert. In einer Prototypanlage konnten hohe Beschichtungsraten von bis zu 7 g/m² bei einer Sublimationstemperatur des Beschichtungspulvers Ts von ~ 600 °C und Substratgeschwindigkeiten von bis zu 100 m/min auf einer Beschichtungsbreite von 30 mm erreicht werden. Breitere oder strukturierte Beschichtungen sind aufgrund der Skalierbarkeit der LARGE-Plasmaquelle sehr einfach mit einer einzigen Plasmaquelle realisierbar.
 

Einsatz einer LARGE-Plasmaquelle für die Luftfahrtindustrie

In Zusammenarbeit mit verschiedenen europäischen Industriepartnern wurde die LARGE (Long Arc Generator)-Plasmaquelle für die Oberflächenfunktionalisierung bei Atmosphärendruck zur Marktreife gebracht. Seit April 2015 wird eine solche Quelle mit einer Arbeitsbreite von 150 mm zur Haftvermittlerschichtabscheidung auf Titanlegierungen sowie zur Plasmaaktivierung von karbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) bei Airbus Innovation Group in Ottobrunn eingesetzt.
 

Aufbau einer Labor-CVD-Beschichtungsanlage in Saudi Arabien

Eine Forschungsanlage zur Glasbeschichtung mittels thermischer CVD-Technologie wurde 2015 in Saudi Arabien aufgebaut. Mit dieser Anlage können Glassubstrate kontinuierlich bei Atmosphärendruck-bedingungen mittels Sprühauftrag beschichtet werden.