Analyse des Verschleißes von Glaskohlenstoff beim Heißumformen von Quarzglas in Abhängigkeit von der Oberflächenqualität des Glaskohlenstoffs

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs, seit 7/2019
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 219186825

Präzisionsblankpressen von Quarzglas ist eine alternative und vielversprechende Methode zur Fertigung von optischen Komponenten aus Quarzglas in mittleren und großen Mengen. Dabei ist Glaskohlenstoff zurzeit der vielversprechendste Werkstoff, der sich als Werkzeugmaterial zum Umformen von Quarzglas eignet. Doch auch wenn sich Glaskohlenstoff hinsichtlich seiner mechanischen, thermischen und chemischen Stabilität grundsätzlich eignet, zeigt auch dieser Werkstoff mit zunehmender Pressdauer ein Verschleißverhalten in Form von Glasanhaftungen, welches eine Überarbeitung der Werkzeuge notwendig macht und damit zu einer Unwirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses führt. Im vorangegangenen Projekt wurde gezeigt, dass bereits vorhandene Mikro- und Nanodefekte auf der Oberfläche der polierten Glaskohlenstoff-Werkzeuge eine wichtige Rolle bei der Ausprägung des Verschleißes spielen. In diesen Defekten, die wie kleinste Kerbungen wirken, treten während des Pressprozesses hohe Druck- und vor allem Zugspannungen auf, die mit zunehmender Pressanzahl zu einem sukzessiven Ausbruch von Material führen, was wiederum zu einem Wachstum der Defekte und damit zu einem Zerstören der optischen Funktionsfläche führt. Zudem lagert sich in diesen Fehlstellen Glas ab, was die Funktionsfähigkeit der optischen Fläche ebenfalls beeinträchtigt bzw. zerstört.Begünstigt wird das Phänomen der Glasanhaftungen durch Adhäsionsvorgänge zwischen dem Glas und dem Werkzeug. Durch die relativ langen Kontaktzeiten, insbesondere auf dem unteren Werkzeug, kommt es zu Verbindungen zwischen dem SiO2-Molekülen des Quarzglases und dem Kohlenstoffnetzwerk des Werkzeugs, die so stark sein können, dass im Pressvorgang weiteres Glasmaterial vom Glasverbund gelöst wird und auf der Werkzeugoberfläche verbleibt. Ziel des Folgeprojekts ist es daher, die Verschleißmechanismen von Glaskohlenstoff beim Pressen von Quarzglas detailliert zu beschreiben, ihre Entstehungsursachen zu verstehen und basierend darauf Vermeidungsstrategien zu entwickeln. Im Fokus der Forschungsarbeiten stehen die Herstell- und Bearbeitungsverfahren des Werkstoffs sowie mögliche Verschleißschutzschichten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke, bis 6/2019