Untersuchung des Einsatzes der PVD-Schichttransplantation zur Generierung neuartiger Oberflächen und Eigenschaften bei der Mikrobauteilfertigung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kai Möhwald
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 200124478

Die fortschreitende Miniaturisierung von Mikrobauteilen stellt die Beschichtungstechnik vor neue Herausforderungen, welche neue Lösungsansätze erfordern. Ein Ansatz, welcher sich auf das Mikrogießen konzentriert, besteht darin, die benötigte Oberflächenbehandlung (z.B. eine Hartstoffbeschichtung) nicht als abschließenden Prozessschritt auf die fertig urgeformten Bauteile zu applizieren, sondern im Vorfeld die entsprechende Gussform des Bauteils zu beschichten und abschließend diese Beschichtung auf das Bauteil zu transplantieren. Somit entsteht ein hybrider Prozess, bei dem die Beschichtung beim Gießen stoffschlüssig auf das neu entstandene Bauteil transplantiert wird. Dieses Verfahren ermöglicht es, Bauteile mit Abmessungen von unter einem Millimeter endkonturnah mit neuartigen Oberflächen und Eigenschaften zu versehen. Bei dem Transplantationsprozess wird die Beschichtung zusammen mit ihren Materialeigenschaften und den Struktureigenschaften, welche von der Masterform übernommen werden, übertragen. Die bei diesen geringen Bauteilgrößen zu erwartenden problematischen Beschichtungsbedingungen (Handling, Kantenabrundungen usw.) entfallen, womit dieses Hybridverfahren zusätzlich eine Vereinfachung darstellt. Die positiven Eigenschaften der PVD-Schichten bleiben erhalten und versorgen die Mikrobauteile mit neuen Oberflächeneigenschaften, wie beispielsweise einer Steigerung der Verschleißbeständigkeit sowie einer Erhöhung der Oberflächenhärte. Vorversuche belegen, dass die transplantierten PVD-Beschichtungen eine hohe Oberflächengüte aufweisen, welche selbst den hohen Ansprüchen der Optik genügt. Strukturgrößen im sub-μm-Bereich werden bei dem Transplantationsprozess großflächig (ca. 6 cm²) auf die PVD-Beschichtung übertragen. Die erfolgreiche Transplantation von PVD-Mehrlagenschichten auf Mikrobauteile verdeutlicht das Potential dieses Verfahrens. Die aus den Vorversuchen gewonnenen Ergebnisse sollen in dem beantragten Projekt systematisch untersucht werden, mit dem Ziel, mikrostrukturierte Bauteile im hybriden Herstellungsprozess mit aus der Oberflächentechnik bekannten Hartstoffschichten auszustatten. Als Hartstoffschichten sind CrN und die titanbasierten TiN- und TiAlN-Schichten favorisiert, da diese sich als klassische Hartstoffschichten etabliert haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Friedrich-Wilhelm Bach (†)