Lasersystem zur Materialbearbeitung im Mikrometerbereich

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454840439

Für die präzise Feinstrukturierung unterschiedlichster Materialien beispielsweise im Rahmen der keramischen Mikrosystemtechnik ist ein flexibles Lasermaterialbearbeitungssystem von äußerster Wichtigkeit. Rund ein Drittel der derzeitigen Forschungsarbeiten des Lehrstuhls für Funktionsmaterialien der Universität Bayreuth im Bereich der chemischen Sensorik sowie der Materialien und Technologien zur Energiewandlung sind auf das Lasersystem zur Materialbearbeitung im Mikrometerbereich angewiesen - Tendenz steigend. Neben der Ersatzbeschaffung des veralteten, vom Hersteller abgekündigten und zudem störanfälligen UV-Lasers, können überdies mit dem beantragten modernen Pikosekundenlasersystem Funktionsmaterialien mit minimalem Wärmeeintrag sowie geringeren Strukturbreiten aber sehr hoher Präzision, Schnelligkeit und Flexibilität bearbeitet werden. Die Möglichkeit, Low- und High-Temperature-Co-Fired Ceramics (LTCC- bzw. HTCC-Keramiken) direkt zu strukturieren und Beschichtungen im Mikrometerbereich zu strukturieren, ist besonders für die Miniaturisierung von selbstbeheizten Sensorelementen oder miniaturisierten Analysegeräten sowie für die Erzeugung planarer Hochfrequenzresonatoren von hoher Güte vorteilhaft oder gar unabdingbar. Der geringe Wärmeeintrag durch diese „kalte“ Ablation ermöglicht einen schonenderen Materialabtrag ohne thermische Schädigung darunterliegender Schichten. Komplexe Funktionsschichten für Gassensoren oder aber auch metallische Schichten auf flexiblen Kunststoffsubstraten oder -folien können erst damit strukturiert werden. Gerade die Kombination mit der europaweit führend weiterentwickelten aerosolbasierte Kaltabscheidung von Pulvern unterschiedlichster Materialklassen (Pulveraerosoldepositionsmethode, PADM) ermöglicht völlig neuartige Anwendungen und Materialpaarungen, da dann sowohl Schichtbildung als auch Strukturierung bei Raumtemperatur möglich sind. Das beantragte Pikosekundenlasersystem, ausgestattet mit einem kameragestützten Positioniersystem, automatischer Fokussierung sowie einem Messmikroskop, stellt für den Lehrstuhl für Funktionsmaterialien und seine Forschungsarbeiten ein elementar wichtiges, flexibles sowie hochpräzises Werkzeug dar, mit dem das Spektrum der prozessierbaren Materialien sowie Strukturbreiten deutlich erweitert werden kann und welches die vergleichsweise einfache und schnelle Herstellung von Prototypen ermöglicht. Neue Funktionalitäten, Messeffekte sowie innovative Lösungsansätze sind denkbar und sollen insbesondere in Verbindung mit der Pulveraerosoldeposition von Funktionsmaterialien in neuen Forschungsvorhaben erarbeitet werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Lasersystem zur Materialbearbeitung im Mikrometerbereich
• Gerätegruppe: 5740 Laser in der Fertigung
• Antragstellende Institution: Universität Bayreuth
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Ralf Moos