Tribologische und funktionale Schichten

Auf dem Weg zur Supraschmierung spielen extrem harte »Diamor«-Schichten auf Kohlenstoff-Basis eine Schlüsselrolle. Das Fraunhofer IWS will diese zusätzlich mit Fremdatomen wie etwa Bor versetzen, sodass sie sich mit bestimmten Schmierstoffmolekülen verbinden und im laufenden Betrieb ultraschmierende Grenzflächen erzeugen. Das soll die Reibung im Motor im Vergleich zu heute etwa halbieren.
© Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS
Auf dem Weg zur Supraschmierung spielen extrem harte »Diamor«-Schichten auf Kohlenstoff-Basis eine Schlüsselrolle. Das Fraunhofer IWS will diese zusätzlich mit Fremdatomen wie etwa Bor versetzen, sodass sie sich mit bestimmten Schmierstoffmolekülen verbinden und im laufenden Betrieb ultraschmierende Grenzflächen erzeugen. Das soll die Reibung im Motor im Vergleich zu heute etwa halbieren.

Mit Laser-Arc-Technik im industriellen Maßstab werden diamantartige Kohlenstoffschichten (ta-C) für verschiedenste Kunden-Anwendungen entwickelt. Wir sind Vorreiter für die ta-C-Abscheidung mit hoher Beschichtungsrate, homogener Schichtdickenverteilung und dauerhafter Prozessstabilität. Mittels einer speziellen modularen Plasmafiltertechnik werden glatte, nahezu defektfreie Schichten erzeugt. Spezielle Haftschichtdesigns ermöglichen die Abscheidung von bis zu 100 µm dicken ta-C-Schichten. Durch die Verdampfung von Komposit-Grafiten können verschiedenste Dotierungen eingestellt und damit ta-C:X-Schichten mit unterschiedlichsten funktionalen Eigenschaften versehen werden. Mit der Laser-Arc-Technik lassen sich auch dichte, robuste MoS2-Schichten herstellen, die konventionell gesputterten Schichten deutlich überlegen sind.

Unser Leistungsangebot umfasst:

  • Extrem verschleißfeste ta-C-Schichten für Gleitkomponenten und Werkzeuge
  • Funktionalisierte ta-C:X-Schichten für elektrische/elektrochemische Anwendungen, z. B. Bipolarplatten, Elektroden und Sensoren
  • Robuste MoS2-Schichten für tribologische Vakuumanwendungen
  • Anpassung der Laser-Arc-Technik an Industrie-Anforderungen (z. B. Inline-Beschichtung)
 

Highlight

Plasmagefilterte ta-C Schichten

Basierend auf der Laser-ArcTM-Technologie wurde am IWS einen Plasmafilter entwickelt, mit dem die Herstellung glatter ta-C Schichten im industriellen Maßstab ermöglicht wird. Mit der neuen Filtertechnologie werden Droplets und Partikel effektiv aus dem Beschichtungsplasma abgetrennt, so dass die Abscheidung defektarmer und glatter ta-C Schichten gelingt. Die Filter-Technologie wurde speziell für das Laser-Arc-Modul LAM 500 entwickelt und erlaubt Beschichtungsraten von ca. 1 µm pro Stunde für eine voll bestückte Beschichtungskammer einer industriellen PVD-Anlage.

 

Anwendungen

Die vom IWS entwickelten Diamor®-Schichten aus tetraedrischem amorphen Kohlenstoff (ta-C) sind extrem verschleißfest und reibungsarm. Sie eignen sich daher hervorragend als Schutzschichten für Werkzeuge, Komponenten und Bauteile unter geschmierten und ungeschmierten Einsatzbedingungen.

 

Technologien

Für die industrielle Einführung der Diamor®-Schichten liefert das IWS zusammen mit Partner-Unternehmen neben der Technologie auch die erforderlichen Laser-Arc Beschichtungsquellen und -anlagen sowie die laserakustische Prüftechnik LAwave zur Qualitätssicherung und Schichtoptimierung.

 

Grundlagen

  • Grundlagen der ta-C Schichtherstellung
  • Voraussetzungen für die ta-C Schichtherstellung
  • ta-C Schichtbildung

Highlights und wissenschaftliche Expertise

 

Tribology Innovation Center Dresden (TICD)

Tribologische Beschichtungen und Oberflächenmodifikationen – Kompetenz in Reibungsminderung und Verschleißschutz

Projekte

Fraunhofer-Max-Planck-Kooperationsprogramm

TritiumStopp

Permeationsdichte Schichtsysteme als Tritium-Barrieren in Fusionsanwendungen
Laufzeit: 2025–2028