Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Vorhabens war die Entwicklung einer Ionenquelle mit einem Strahldurchmesser von 10 cm und einer Leistung von 10 kW mit ablenkbarem Strahl als Instrument zur sekund\u00e4ren Ionenstrahlbeschichtung. Mit der zu entwickelnden Anlage sollten zur galvanischen Beschichtung vergleichbare Proze\u00dfzeiten erreicht werden. Der Vorteil der Ionenstrahlbeschichtung liegt darin, da\u00df keine giftigen Abw\u00e4sser in die Umwelt gelangen, noch S\u00e4ure- oder Laugend\u00e4mpfe entstehen und eingeatmet werden m\u00fcssen. Hinzu kommt, da\u00df keine schwermetallhaltigen Abwasserschl\u00e4mme entstehen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der ersten Phase wurde die Hochleistungsionenquelle einschlie\u00dflich des zur Plasmaanregung notwendigen Hochfrequenzgenerators entwickelt und gebaut. Parallel dazu wurden aus vorhandenen Bauteilen eine Vakuumanlage konzipiert und einschlie\u00dflich eines k\u00fchlbaren Targethalters und eines drehbaren Substrathalters aufgebaut. Nach der Inbetriebnahme des Systems wurden erste Probebeschichtungen durchgef\u00fchrt. W\u00e4hrend dieser Testphase wurde die Ionenquelle modifiziert, z.B. wurde die HF-Spule in Transformatoren\u00f6l gelagert, so da\u00df auch bei m\u00f6glichen \u00dcberschl\u00e4gen zwischen den Gittern, bedingt durch Flitter, keine Entladungen zwischen Spule und Ionenquellenmantel entstehen kann. Bedingt durch die hohe Leistung der Ionenquelle mu\u00dfte ein neues Prinzip der Extraktionsgitterlagerung gefunden werden, die eine gleichm\u00e4\u00dfige thermische Ausdehnung und Extraktions- und Abschirmgitter gew\u00e4hrleistet. Nach dem reibungslosen Betrieb der Ionenquelle wurden dann diverse von der Industrie zur Verf\u00fcgung gestellten Probek\u00f6rper beschichtet und am Forschungsinstitut f\u00fcr Edelmetalle und Metallchemie analysiert. Daneben wurden die von der Industrie zur Verf\u00fcgung gestellten Probek\u00f6rper in den dortigen Labors untersucht und getestet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Zwischen der galvanischen Beschichtung und der sekund\u00e4ren Ionenstrahlbeschichtung kann im Prinzip keine scharfe Trennung zwischen physikalischen und chemischen Erscheinungen gemacht werden, zumal sich die grundlegenden Vorg\u00e4nge bei beiden Methoden der Schichterzeugung \u00e4hneln. Bei beiden Prozessen spielen Keimbildung, Keimwachstum, Oberfl\u00e4chen-, Korngrenzen- und Volumendiffusion eine entscheidende Rolle, ebenso wie Adsorptionseigenschaften, aber auch die Eigenschaften des Grundmaterials.
\nEs kann von den wissenschaftlichen Grundlagen her nur schwer von Gegens\u00e4tzen zwischen beiden Prozessen gesprochen werden. Anders sieht es indes im praktischen Betrieb aus. Waren fr\u00fcher bei der galvanischen Beschichtung bzw. der Beschichtung mittels Aufdampfen oder Zerst\u00e4ubung im Vakuum, die gleiche chemische Vorreinigung des Substrats (Entfettung, Aufrauhung, halftvermittelnde Schichten) bzw. Nachbehandlung (Passivierung, Lackierung, Verst\u00e4rkung) notwendig, er\u00f6ffnet sich mit der Ionenstrahlbeschichtung die M\u00f6glichkeit auf die chemischen Vorreinigungsschritte, wie auf die Nachbehandlung zu verzichten. Dies wird einfach dadurch m\u00f6glich, da\u00df der Entladungsraum des Ionen erzeugenden Plasmas vom eigentlichen Beschichtungsraum getrennt ist, und die Energie einschlie\u00dflich der Ionenstrahlbeschichtungsmethode breit variiert werden kann. Hinzu kommt, da\u00df durch die jetzt m\u00f6glichen hohen Ionenstromdichten (25 mA\/cm2 bei 1000 V), die sich nochmals um den Faktor 4 bis 5 erh\u00f6hen lassen, Beschichtungsraten m\u00f6glich sind, die um den Faktor 2 bis 3 \u00fcber denen der Galvanik liegen. Auch lassen sich mit der Ionenstrahlbeschichtungsmethode die Struktur der abgeschiedenen Schichten in weit gr\u00f6\u00dferem Ma\u00dfe beeinflussen.
\nDie Ionenstrahlbeschichtungstechnologie bietet au\u00dferdem die M\u00f6glichkeit, keramische Schichten mit Schmierpartikel-Einlagerungen zu erzeugen. Und mit der Ionenstrahltechnologie lassen sich, im Gegensatz zur Galvanik, d\u00fcnnste Schichten aus Nanopartikeln abscheiden.
\nMit der Ionenstrahltechnologie l\u00e4\u00dft sich auch der Nachteil der PVD-(Physical-Vapor-Deposition) Methoden, n\u00e4mlich die Stengelkristallbildung, verhindern. Durch die Wahl der Verfahrensparameter l\u00e4\u00dft sich die Struktur der Schicht in weiten Grenzen beeinflussen. Da das Substrat dem Plasma bei der Ionenstrahlbeschichtung nicht ausgesetzt ist, sind die Substrattemperaturen auch bei hohen Beschichtungsraten niedrig (60 bis 180\u00ba C). Auch das Problem der Porigkeit ist durch die Ionenstrahlanwendung gel\u00f6st.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Der Prototyp der Ionenstrahlbeschichtungsanlage wurde im Rahmen einer Gemeinschaftsausstellung mit der Deutschen Bundesstiftung Umwelt auf der Messe in Hannover pr\u00e4sentiert. Daneben wurde das Konzept der Ionenstrahlbeschichtung in einem Sonderheft vom Umwelt-Magazin vorgestellt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die sekund\u00e4re Ionenstrahlbeschichtung ist eine Alternative zur Galvanik. Die Beschichtungsraten von Chrom liegen bereits jetzt \u00fcber den galvanischen Beschichtungsraten. Und noch ist das Entwicklungspotential der Ionenstrahltechnologie bei weitem nicht ausgenutzt. So lassen sich die Beschichtungsraten noch erheblich erh\u00f6hen und bei Kombination von zwei oder drei Quellen lassen sich Schichten erzeugen, die neuartige Eigenschaften besitzen<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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