Entwicklung hochfester und schadenstoleranter Diamantlaminat-Beschichtungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Karsten Durst; Professor Dr.-Ing. Stefan Rosiwal
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386182271

In der zweiten Förderperiode sollen die neuartigen in der ersten Förderperiode entwickelten PVD/CVD in-situ Laminate hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Prozesstechnik weiterentwickelt und für die Applikation auf unterschiedliche Substrate vorbereitet werden. Wichtige Ansatzpunkte sind dabei die Anpassung der Diamant Struktur und damit deren Eigenspannungen und Topographie um eine Erhöhung der Festigkeit von monolithischem Diamant zu erzielen, basierend auf einer Reduktion der Korn- und Facettengröße. Weiterhin soll eine Anpassung der Interface-Haftfestigkeit der Diamant-Metall Laminate durch eine gezielte Einstellung der metallischen Zwischenschichtdicke und der chemischen Zusammensetzung erfolgen. Die neuen Diamant-Metall-Laminate sollen mittels in-situ 3- und 4-Punkt-Biegung und FEM Modellierung mechanisch charakterisiert werden. Ein neuer Fokus liegt dabei auf einer Quantifizierung der Grenzflächenadhäsion, realisiert durch 4PB Abziehversuchen, bei denen einzelne Laminatlagen vorgeschädigt sind. In Hinblick auf eine mögliche Anwendung werden neuartige wärmearme selbstlötende in-situ Lotverbindungen mit reaktiven Nano-Lötfolien untersucht. Basierend auf diesen Erkenntnissen ist eine eigene Prozessierung selbstlötender nano-PVD Wechselschichten direkt auf dem Laminat angedacht. Die Haftung bzw. Grenzflächenadhäsion auf den Substraten wird ebenfalls über 4PB Abziehversuche mit vorgeschädigten Biegebalken charakterisiert. Die Schutzwirkung der optimierten Laminate und Lötungen wird anschließend mittels Rockwell-C Indentierung und tribologischen Untersuchungen charakterisiert. Final erfolgt eine Showcase Studie mit einem Universaltribometer angepasst an das Tribosystem Aluminium-Ziehbacke im Streifenziehversuch, um das bessere Leistungspotential von Diamant-Metall-Laminaten gegenüber reinem Diamant aufzuzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen