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SYLS: Lasergestützte Schichtabscheidung und Oberflächenmodifizierung

SYLS II: HV II

SYLS II.1: Hauptvortrag

Montag, 26. März 2001, 14:45–15:30, S5.1

Laser-CVD - Status und industrielles Potenzial — •Volkmar Hopfe — Fraunhoferinstitut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden, Winterbergstr. 28, D-01277 Dresden

Lasergestützte chemische Gasphasen-Beschichtungsverfahren (Laser-CVD) werden in unterschiedlicher Weise angewandt: (a) zur kontinuierlichen Großflächenbeschichtung für optische Schichten auf Glas- oder Kunststoffscheiben, (b) zur Beschichtung geometrisch komplizierter Substrate, wie Fasern und Pulver, (c) zur Direktstrukturierung von Wafern, (d) zum CAD gesteuerten Aufbau dreidimensionaler, freitragender Mikrostrukturen, sowie (e) zur Erzeugung engtolerierter Nanopartikel für hochfeste sinteraktive Keramiken. Keines der genannten Verfahren konnte bisher in die Industrie überführt werden, wohl aber sind industrielle Machbarkeitsstudien in Arbeit, über deren Potenzial im ersten Teil des Vortrags berichtet wird. Im zweiten Teil des Vortrags wird über ein neues produktives Verfahren zur Hochratebeschichtung von keramischen Fasern (aus Kohlenstoff, SiC, o.ä.) zur Herstellung schädigungstoleranter faserverstärkter Verbundwerkstoffe berichtet. Zur Kontrolle der Interfacereaktionen müssen die als Endlosmaterial vorliegenden Fasern, die in Bündeln von bis zu 105 Filamenten vorliegen, vor der Matrixeinbettung allseitig mit keramischen Schichten von ca. 50nm Dicke (aus Graphit, h-BN, TiB2, SiC,..) versehen werden. Basierend auf einem 6kW CO2-Industrielaser wurde ein kontinuierliches Luft-zu-Luft Beschichtungsverfahren bei Atmosphärendruck realisiert. Aufgrund der extrem hohen Depositionsraten beträgt die Beschichtungszeit nur ca. 0.1s, so dass auch thermisch empfindlichere Fasermaterialien beschichtet werden können. Der im IWS entwickelte Prototypreaktor ist mit einer umfangreichen Prozess-Sensorik zur Reaktorkontrolle und -optimierung versehen, u.a. mit einem in-situ FTIR-Sensor zur Überwachung der Prozesschemie. Thermofluiddynamische Modellrechnungen bildeten die Grundlage zum Reaktordesign und zur Abschätzung der Leistungsgrenzen. Anhand einer Kostenverteilung wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens analysiert.