Ausstattung

Anlagentechnik

Im Bereich Plasma- und Reaktionstechnik stehen 9 verschiedene Anlagen für unterschiedliche Aufgabengebiete zur Verfügung. Dazu zählen u. a. AP-PECVD-, LP-PECVD- und LP-PVD-, sowie thermische und solarthermische Anlagen für Ätz- bzw. Syntheseanwendungen. Die einzelnen Versuchsanlagen sind modular aufgebaut und können kundenspezifisch modifiziert werden. Darüber hinaus stehen Kaltwandreaktoren für die elektrische Faser- und Flächenkarbonisierung zur Verfügung.

Mobiler LARGE

Leihgerät Mobiler LARGE mit 150-mm-LARGE-Plasmaquelle
© Fraunhofer IWS Dresden

Leihgerät Mobiler LARGE mit 150-mm-LARGE-Plasmaquelle

150-mm-LARGE-Plasmaquelle aus Leihgerät
© Fraunhofer IWS Dresden

150-mm-LARGE-Plasmaquelle aus Leihgerät

Mit dem Mobilen LARGE steht dem Kunden erstmalig eine LARGE-Plasmaquelle als Leihgerät für Versuche vor Ort zur Verfügung.

Technische Daten

Für den Einsatz dieser potentialfreien Plasmaquelle (Lichtbogenlänge: 150 mm) sind folgende Komponenten kompakt und transportabel im Gerät verknüpft:

  • ein Gleichstromnetzgerät TopCon Quadro (Firma Regatron AG),
  • ein SPS-Steuerschrank (Fraunhofer IWS),
  • ein User Interface über Touchscreen (Fraunhofer IWS)
  • sowie bei Bedarf ein Wärmetauscher (Firma Schwämmle).

Anwendung

Der Mobile LARGE ist für die Plasmaaktivierung und Reinigung von Metallen, CFK und Polymeren konzipiert. Die 150-mm-LARGE-Plasmaquelle lässt sich an einem Roboterarm installieren oder in Bandanlagen integrieren.

Lediglich das Prozessgas, z. B. Druckluft u. / o. O2, CO2, N2, H2 (je nach gewünschter Funktionalisierung) und Kühlwasser sowie ggf. eine Absaugung (abhängig vom Prozess) sind vom Kunden bereitzustellen.

LARGE-Demonstrator

Plasmafeinreinigung eines genoppten Stahlbleches am LARGE-Demonstrator vor anschließender Verklebung
© Fraunhofer IWS Dresden

Plasmafeinreinigung eines genoppten Stahlbleches am LARGE-Demonstrator vor anschließender Verklebung

In dieser Anlage können verschiedene LARGE-Plasmabrenner mit einer Lichtbogenlänge von 80 mm bis 350 mm flexibel eingesetzt und im offenen System zur Plasmafunktionalisierung, Plasmafeinreinigung sowie zur Abscheidung von oxidischen Funktionsschichten auf 2D- und 3D-Bauteilen verwendet werden. Dazu wird das zu behandelnde Bauteil in beliebigem Abstand (1 – 8 cm) mit einem linearen Bewegungssystem mit Geschwindigkeiten von bis zu 150 m/min am LARGE-Plasmabrenner vorbeigeführt.

LARGE-Plasmaspritzanlage

80-mm-LARGE-Plasmaquelle im Betrieb mit vorgeschaltetem, außenmischendem Pulverdosiersystem
© Fraunhofer IWS Dresden

80-mm-LARGE-Plasmaquelle im Betrieb mit vorgeschaltetem, außenmischendem Pulverdosiersystem

REM-Aufnahme einer LARGE-Plasma-gespritzten Schicht
© Fraunhofer IWS Dresden

REM-Aufnahme einer LARGE-Plasma-gespritzten Schicht

Diese Prototypanlage ist mit zwei 80-mm-LARGE-Plasmaquellen und einem dem Plasma substratseitig vorgeschalteten außenmischenden Pulverdosiersystem ausgestattet. Sie erlaubt die Beschichtung von temperaturempfindlichen Bauteilen mit niedrigschmelzenden Pulvern (Sublimationstemperatur Ts ~ 600 °C) bei Substratgeschwindigkeiten von bis zu 100 m/min auf einer Beschichtungsbreite von 30 mm mit hohen Beschichtungsraten von bis zu 7 g/m².

LARGE-AP-PECVE-Anlage

AP-PECVE-Anlage mit 250-mm-LARGE-Plasmaquelle
© Fraunhofer IWS Dresden

AP-PECVE-Anlage mit 250-mm-LARGE-Plasmaquelle

Bei dieser Anlage handelt es sich um eine plasmagestützte CVE-Anlage, die im Durchlaufprozess bei Atmosphärendruck arbeitet. Kernstück dieser Anlage ist ein 250-mm-LARGE-Plasmabrenner. Ein Schleusensystem ermöglicht die Plasmabehandlung bei Atmosphärendruck unter Luftausschluss mit Substratgeschwindigkeiten von bis zu 30 mm/s. Die Anlage kann zum Strukturieren von Siliziumwafern, zum Fluorieren von temperaturstabileren Materialien bis hin zur Stickstoffanreicherung von Edelstahlbändern verwendet werden.

MW-AP-PECVD/-CVE-Anlage

MW-AP-PECVD/-CVE-Anlage mit Cyrannus®-Plasmaquelle
© Fraunhofer IWS Dresden

MW-AP-PECVD/-CVE-Anlage mit Cyrannus®-Plasmaquelle

Ähnlich der LARGE-AP-PECVE-Anlage wurde diese Anlage für die kontinuierliche Behandlung von Solarwafern entwickelt. Das Mikrowellenplasma wird mittels einer 6- bzw. 12-Zoll-Cyrannus®-Plasmaquelle (2,45 GHz) erzeugt und durch die Gasströmung aus der Quelle ausgetrieben. Die Reaktivgaszufuhr (z. B. SiH4, O2, NH3) erfolgt remote und ermöglichen das homogene Beschichten (SiN, SiC, SiO2) oder Ätzen des Substrates auf einer Breite von 156 mm. Zur Abscheidung Si-haltiger Schichten können sowohl Silan (SiH4) als auch flüssige, verdampfbare Precursoren zum Einsatz kommen.

Mikrowellen-PECVD-Batchanlage

MW-PECVD-Batch-Anlage mit Cyrannus®-Plasmaquelle
© Fraunhofer IWS Dresden

MW-PECVD-Batch-Anlage mit Cyrannus®-Plasmaquelle

Kernstück dieser Anlage ist 6-Zoll-Cyrannus®-Plasmaquelle. Die Plasmabehandlung kann im Druckbereich von 1,5 bis 101,3 kPa stufenlos stattfinden. Bei diesem Batchprozess werden die Reaktivgase (Ar, N2, O2, H2, NH3 …) durch Umströmen und Durchströmen des nichtthermischen kugelförmigen Plasmas (d < 15 cm, h < 12 cm) angeregt. Diese Anlage wird beispielweise zur Carbonisierung von Kohlenstofffasern oder zum Plasmanitrieren von Stahl verwendet.

Plasmaanlage für Präkursorfasern

IWS-Anlage zur Mikrowellen unterstützten Plasmastabilisierung und -karbonisierung von Präkursorrovings
© Fraunhofer IWS Dresden

IWS-Anlage zur Mikrowellen unterstützten Plasmastabilisierung und -karbonisierung von Präkursorrovings

  • Verarbeitung von Rovings
  • Handhabung im Grobvakuum
  • linear skalierbare Mikrowellenplasmaquelle mit einer Leistung bis 2x3 kW
  • mehrseitige Einkopplung der Mikrowellen in die Plasmaquelle durch 4-fach Verteiler
  • in-situ Einstellung und Überwachung der Rovinggeschwindigkeit und -spannung
  • Funktionalisierung der Fasern durch reaktive Plasmagase
  • variable Prozessgrößen: Mikrowellenleistung, Rovinggeschwindigkeit, Rovingspannung, Plasmagas und -zusammensetzung

Elektrische Anlage für Präkursorfasern

Arbeitsbereich der IWS-Anlage  zur elektrogestützten Karbonisierung von Präkursorrovings
© Fraunhofer IWS Dresden

Arbeitsbereich der IWS-Anlage zur elektrogestützten Karbonisierung von Präkursorrovings

  • Verarbeitung von Filamentgarnen und Rovings
  • Einkopplung des elektrischen Stromes direkt in die Faser
  • Handhabung in Ar-Atmosphäre
  • Temperaturüberwachung und -regelung
  • in-situ Einstellung und Überwachung der Fasergeschwindigkeit
  • variable Prozessgrößen: Spannung/Stromstärke, Fasergeschwindigkeit, Gasfluss, Elektrodenabstand

Elektrospinnanlage

Spinneinheit der Elektrospinnanlage zur Herstellung von Präkursorfaservliesen mit Plattenkollektor
© Fraunhofer IWS Dresden

Spinneinheit der Elektrospinnanlage zur Herstellung von Präkursorfaservliesen mit Plattenkollektor

  • Spinneinheit
  • waagerechte Spritzen-Kanülen-Anlage
  • Kanüle (hohl mit variablen Innendurchmesser oder Kern-Mantel-Aufbau)
  • Plattenkollektor oder rotierender Kollektor
  • Hochspannungsgenerator
  • Steuereinheit
  • variable Prozessgrößen: Förderrate, Abstand Kanüle-Kollektor, Spannung, Spinndauer