FraUNhOFer iNstitUt F²r schicht UN' OberF/gcheNtechNi. ist ... · dem Fraunhofer-Institut für...

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R S c H I c H T- U N d O b E R F l ä c H E N T E c H N I k I S T

2010JAHRESBERICHT

Jah

re

sb

er

ich

t 2

01

0F

ra

UN

hO

Fe

r i

st

jahresbericht

2010

F r a u n h o F e r I S T

3


Sehr geehrte Damen und Herren,

Sie halten heute unseren Jahresbericht für das Jahr 2010 in den Händen. Wir freuen uns, Ihnen

auch mit diesem Bericht wieder interessante Informationen über aktuelle Entwicklungen aus

dem Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST bieten zu können.

Mit vielen Highlights und spannenden Projekten war das Jahr 2010 für unser Institut wieder ein

sehr erfolgreiches Jahr. Auf den folgenden Seiten erfahren Sie mehr.

An dieser Stelle möchten wir Ihr Augenmerk auf diejenigen lenken, deren Leistung und Enga-

gement, Vertrauen und Unterstützung Grundlage für den Erfolg unseres Instituts ist: allen voran

die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Fraunhofer IST, unsere Partner aus Forschung und

Entwicklung, unsere Auftraggeber aus der Industrie, unsere Förderer, Kollegen und Freunde.

Ihnen allen danken wir ganz herzlich.

1 Rechts: Institutsleiter

Prof. Dr. Günter Bräuer.

Links: stellvertretender Insti-

tutsleiter Dipl.-Ing. Wolfgang

Diehl mit diamantbeschichte-

ten Gleitringen.

1

Prof. Dr. Günter Bräuer Dipl.-Ing. Wolfgang Diehl

Vorwort

4


5


inhalt Vorwort 3

Highlights2010 6

Preise 8

Kuratorium 10

AusdemKuratorium 11

DasInstitutimProfil 12

DasInstitutinZahlen 14

IhreAnsprechpartner 17

Organisationsstruktur 18

Forschungs-undDienstleistungsangebot 20

MaschinenbauundFahrzeugtechnik 25

Nanocontainer – Kleine Teile, grosse Wirkung 26

P3T – Neuartige Technologie zur Herstellung flexibler Elektronik 28

Nanokomposite für Sputter-Dehnungsmessstreifen 30

Luft-undRaumfahrt 33

Detektion von Lagerschäden durch integrierte Dünnschichtsensorik 34

Neuartige Kompositschichten gegen Partikelerosion in Gasturbinen 36

Werkzeuge 39

Bionische Behandlungskonzepte für Industriemesser 40

Borhaltige Werkzeugbeschichtungen für die Warmumformung 42

Technologische Grundlagen für die Umformung von Titanlegierungen 44

Werkzeugbeschichtungen für das Presshärten von borlegierten Stählen 46

Entwicklung von Sensormodulen für die Optimierung von Tiefziehprozessen 48

Praxistaugliche Dünnschicht kraftsensoren zur Überwachung von Schneidprozessen 50

Diamantbeschichtete Keramik DiaCer® – Ein leistungsfähiger Werkstoffverbund für hohe Anforderungen 52

Energie,Glas,Fassade 55

Die eisfreie Scheibe 56

Grossflächige silizium-basierte Schichten mit Heißdraht-CVD 58

Saatschichten optimieren den Lichteinfang in Dünnschicht-Solarzellen 60

Beständige transparente und hydrophobe Oberflächen 62

Optik,Information,Kommunikation 65

HIPIMS-Abscheidung von leitfähigen keramischen Nanokompositschichten 66

Sputtern optischer Schichten mit Rotatable-Kathoden 68

Ratengeregelte Parylene®-Schichten für optische Anwendungen 70

Markteinführung Plasma kit »Select« 72

MenschundUmwelt 75

Antimikrobielle Ultra- Präzisionswaage 76

Herstellung superhydrophober Schichten mit Atmosphärendruckplasmen 78

Dünnschichtsensorik für Gitarrensaitenhalter 80

LeistungenundKompetenzen 83

Hochionisierte gepulste Plasmaprozesse – Hipp-Prozesse 84

PACVD-Hochrate-Abscheidung von DLC-Schichten 86

Neue 3-D-Plasmasimulation für industrierelevante Probleme 88

Simulation des Ionenbombardements beim Magnetron-Sputtern 90

Namen,Daten,Ereignisse2010 93

Messen und Konferenzen 94

ICCG8 – High-Tech-Beschichtungen auf Glas und Kunststoff 96

Workshops 98

Ereignisse 100

Veröffentlichungen 102

Mitarbeit in Gremien 102

Internationale Gäste 103

Schutzrechtanmeldungen 103

Publikationen 104

Vorträge, Poster 108

Dissertationen 115

Diplomarbeiten 115

Masterarbeiten 115

Bachelorarbeiten 115

DasFraunhoferISTinNetzwerken 117

Die Fraunhofer-Gesellschaft auf einen Blick 119

Fraunhofer-Verbund Light & Surfaces 120

Das Kompetenznetz Industrielle Plasma-Oberflächentechnik e.V.– INPLAS 122

Mitgliedschaften 124

Bildverzeichnis 126

Impressum 128

6


7


»Abschied vom Eiskratzer«. Diese und ähnliche Überschriften

fand man im Spätherbst 2010 in fast allen Tageszeitungen

der Republik. Rundfunk und Fernsehen schlossen sich an.

Passend zum nahenden Winter stellte das Fraunhofer IST

eine beschlag- und eisfreie Verglasung vor, die ein vorläufiges

Ergebnis der fünfzehnjährigen Forschung auf dem Gebiet

transparent leitfähiger Schichten repräsentiert. Den Schlüssel

zur Herstellung solcher Schichten bildet ein so genanntes

hochionisiertes Plasma. Es macht sie härter als Glas und damit

unter anderem auch brauchbar für die Windschutzscheibe des

Automobils. Sicher müssen sich die Autofahrer noch etwas

gedulden, bevor das neue Produkt bei unseren Projektpartnern

in Serie geht, aber die Machbarkeit ist gezeigt, und das

lästige Kratzen an eisigen Wintermorgen dürfte damit der

Vergangenheit angehören.

Die »eisfreie Scheibe« ist nur eines der zahlreichen Highlights,

die das Jahr 2010 für unser Institut bereithielt. Anlässlich der

Fraunhofer-Jahrestagung im Mai wurde einem Forscherteam

aus vier Fraunhofer-Instituten und sieben Unternehmen unter

Federführung von Wissenschaftlern des Fraunhofer IST der

Wissenschaftspreis des Stifterverbandes verliehen. Ausgezeich-

net wurde das Team für die gemeinsame Entwicklung eines

neuen Materialverbundes, nämlich einer diamantbeschichteten

Keramik, die besonders beanspruchten Werkzeugen und

Bauteilen eine längere Lebensdauer bei verbessertem

Einsatzverhalten ermöglicht. Die Innovation ist bereits

industriell umgesetzt: Bei Gleitringdichtungen, die von dem

Unternehmen EagleBurgmann Germany für kritische Umfelder

wie dem Fördern von Öl-, Sand- und Gasgemischen eingesetzt

werden, verlängert die Diamantbeschichtung die Standzeit je

nach Anwendung um den Faktor 4 bis 1000.

Dichter, härter, verschleißärmer, transparenter – dank innovati-

ver Plasmatechnik werden unsere Oberflächen und Schichten

immer besser. Aber nicht nur das Plasma, sondern ebenso

unsere Elektrochemie hat Neues zu bieten. Wenn demnächst

der erste europäische Beobachtungssatellit Sentinel-1

Informationen zur Erde sendet und von dort empfängt, so sind

Antennen im Spiel, die in unserer Galvanikanlage metallisiert

wurden. »Schichten für unsere Zukunft«: Auch in 2010 sind

wir also mit unseren aktuellen Entwicklungen dieser Vision

des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik

wieder etwas näher gerückt. Aber nicht nur aus technisch-

wissenschaftlicher, sondern auch aus wirtschaftlicher Sicht

war das Berichtsjahr ein voller Erfolg. Der Krise zum Trotz

steigerten wir unseren Wirtschaftsertrag gegenüber 2009 um

mehr als 10 Prozent. Mit mehr als 5 Mio € liegt der absolute

Wert erneut auf einem »Allzeithoch«.

Am 27. Mai wurde in Gegenwart des Vorstandes der

Fraunhofer-Gesellschaft, Vertretern aus Wissenschaft,

Forschung und Industrie sowie der Stadt Braunschweig das

neue Technikum des Instituts eingeweiht. Es bietet beste

Voraussetzungen für den weiteren Ausbau der Forschungs-

aktivitäten und die Zusammenarbeit mit dem Institut für

Oberflächentechnik IOT der Technischen Universität. Im

Juni fand zum zweiten Mal unter Federführung des IST die

highlights 2010

1

»International Conference on Coatings on Glass and Plastics

ICCG 8« in Braunschweig statt. An 5 Konferenztagen trafen

sich in der Stadthalle rund 400 internationale Experten aus der

Community der Glas- und Kunststoffbeschichtung, um neues-

te Ergebnisse aus Forschung und Anwendung zu diskutieren.

Die Tatsache, dass das Internationale Organisationskomitee

erneut unserem Institut die Rolle des lokalen Organisators

anvertraute, unterstreicht die Bedeutung unserer Arbeiten in

diesen wichtigen Feldern der Beschichtungstechnik. Anlässlich

des 20. Geburtstages des IST öffneten wir schließlich

am 28. August zusammen mit unserem Nachbarn, dem

Fraunhofer WKI, unsere Türen für die Braunschweiger Bürger,

um ihnen einen Einblick in unsere Arbeit zu ermöglichen. Wie

erzeugt man Blitze im Labor? Was macht man mit Plasmen?

Wie kann Diamant Wasser reinigen? Wie werden Oberflächen

verschleiß- und reibarm? Diese und viele weitere Fragen

beantworteten unsere Mitarbeiter den interessierten Gästen.

Mit mehr als 900 Besuchern war die Resonanz überwältigend.

Das vom Fraunhofer IST initiierte und unterstützte Kompe-

tenznetz »Industrielle Plasmaoberflächentechnik (INPLAS)«

entwickelte sich hervorragend weiter. Der im Auftrag des

Netzwerks produzierte Informationsfilm »Plasma leuchtet ein«

wurde im Herbst bei dem ersten Cannes Corporate Media &

TV-Wettbewerb, bei dem er gegen eine starke internationale

Konkurrenz aus 27 Ländern antreten musste, mit einem der

beiden Spitzenpreise ausgezeichnet. Der Film zeigt sehr an-

schaulich die heutigen Schlüsselanwendungen und Potenziale

der Plasmatechnik.

Bestehende internationale Kooperationen des Fraunhofer IST,

insbesondere mit Frankreich, Südafrika und Südkorea wurden

gefestigt, neue Vernetzungen wurden geschaffen und durch

entsprechende Vereinbarungen besiegelt. Zusammen mit Wis-

senschaftlern der Sheffield Hallam University (UK) wurde ein

»HIPIMS Research Centre« gegründet (HIPIMS steht für High

Power Impulse Magnetron Sputtering), um die Möglichkeiten

hochionisierter Plasmen für die Beschichtungsindustrie in

Zukunft gemeinsam herauszuarbeiten.

Wenn wir Ihnen auf den folgenden Seiten ausgewählte

Ergebnisse aus einem der erfolgreichsten Jahre des

Fraunhofer IST präsentieren dürfen, so verdanken wir dies vor

allem unseren Auftraggebern aus der Industrie und unseren

Zuwendungsgebern, aber auch unseren hervorragenden

Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Mit anspruchsvollen

technisch-wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Zielen wird

unser Institut auch in 2011 weiter auf Erfolgskurs bleiben.

1 2 2 3

8


9


wissenschaftspreis des stifterVerbands 2010

je nach Anwendung um den Faktor 4 bis 1000. Ziehsteine

sind ein Umformwerkzeug für das Herstellen von Drähten.

Besonderheit hier: die Innenbeschichtung, die durch eine Mo-

difikation des Verfahrens möglich ist. So wurden Ziehsteine für

unterschiedliche Durchmesser beschichtet, um auch sehr dicke

Drähte und nichtkreisförmige Drahtquerschnitte zu realisieren.

Die Test-Werkzeuge, die zum Beispiel in der Produktion bei

den Drahtwerken Elisental eingesetzt wurden, waren selbst

nach der Produktion vieler Tonnen Draht kaum verschlissen.

Gleitringdichtungen für Pumpen werden inzwischen von

der Condias GmbH mit Diamant beschichtet und von Eagle-

Burgmann in verschiedenen schwierigen Einsatzbereichen

vermarktet. Viele weitere Anwendungen sind denkbar.

»Letztlich ist DiaCer® für alle Komponenten im Maschinenbau

interessant, die einen hohen Verschleißschutz benötigen«,

fasst Dr. Schäfer zusammen.

Die Projekt-Partner

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS

Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstrukti-onstechnik IPK

EagleBurgmann Germany GmbH & Co. KG

Ceram Tec AG

Condias GmbH

Drahtwerk Elisental W. Erdmann GmbH & Co.

Drahtzug Stein GmbH & Co. KG

H.C. Starck Ceramics GmbH & Co. KG

KSB AG

Gemeinsam mit Forschern aus vier weiteren Fraunho-

fer - Instituten und Partnern aus der Industrie wurden die

Braunschweiger Fraunhofer-Wissenschaftler Dr. Lothar

Schäfer und Dr. Markus Höfer, Dr. Simone Kondruweit und

Markus Armgardt vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und

Oberflächentechnik IST für ihre erfolgreichen Arbeiten zu Ent-

wicklung, Anwendung und Transfer des Werkstoffverbundes

»Diamantbeschichtete Keramiken – DiaCer®« mit dem mit

50 000 Euro dotierten Wissenschaftspreis des Stifterverbandes

ausgezeichnet. Die Wissenschaftler aus Braunschweig haben

das Projekt koordiniert und waren maßgeblich an dem Erfolg

beteiligt. Der Wissenschaftspreis des Stifterverbands ist einer

der bedeutendsten deutschen Wissenschaftspreise.

Ein Material mit hohem Verschleißschutz zu entwickeln,

das war das Ziel eines Teams aus Forschung und Industrie.

Ihre Lösung verleiht besonders beanspruchten Werkzeugen

und Bauteilen eine längere Lebensdauer bei verbessertem

Einsatzverhalten. Diamant ist ein Material mit herausragenden

Eigenschaften: Er ist ausgesprochen hart, leitet Wärme gut

und chemische Substanzen können ihm nichts anhaben.

Keramik – insbesondere Hochleistungskeramik – kann

ebenfalls mit besonderen Qualitäten aufwarten: Sie ist robust

und hält extremen Temperaturen stand. Wissenschaftlern

aus vier Fraunhofer-Instituten ist es gemeinsam mit Partnern

aus der Industrie gelungen, einen neuen Werkstoffverbund

herzustellen und für Anwendungen nutzbar zu machen. Der

Werkstoffverbund »Diamantbeschichtete Keramik – DiaCer®«

vereint in sich das Beste von beiden Materialien. Überall dort,

wo Bauteile und Werkzeuge stark beansprucht werden, etwa

in Pumpen oder bei Umformwerkzeugen, bietet DiaCer® maxi-

malen Verschleißschutz, gepaart mit niedrigen Reibwerten.

Basis ist eine Siliziumnitrid oder -carbidkeramik, die von

Forschern des Fraunhofer-Instituts für Keramische Techno-

logien und Systeme IKTS in Dresden für die Beschichtung

mit Diamant modifiziert wurde. Deren Aufgabe war es,

herauszufinden, wie die Keramik beschaffen sein muss, damit

die Diamantschicht fest und gleichmäßig auf dem Grund-

körper haftet. Das ist ausschlaggebend für die Lebensdauer.

Wesentliche Erkenntnisse dazu lieferten die Material- und

Bauteil-Simulationen der Kollegen vom Fraunhofer-Institut für

Werkstoffmechanik IWM in Freiburg sowie die Beiträge zur Be-

arbeitung der Keramiken der Kollegen vom Fraunhofer-Institut

für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK in Berlin.

»Wir wiederum haben an der Beschichtung gearbeitet und

die Anlagen konzipiert«, sagt Projektkoordinator Dr. Lothar

Schäfer vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflä-

chentechnik IST in Braunschweig. Für die zu Grunde liegende

Heißdraht-CVD-Beschichtungstechnologie werden Bauteile

und Werkzeuge zunächst in einen Vakuumbehälter gelegt.

Anschließend führen die Forscher Methan und Wasserstoff

zu. Damit die Diamantschicht wächst, sind im Abstand von

einigen Zentimetern über den zu beschichtenden Objekten

Drähte gespannt. Sie werden bis zur Weißglut erhitzt. Dadurch

wird das Gas aktiviert und Kohlenstoff lagert sich auf der

Oberfläche in der kristallinen Diamantform ab. »Mit unserem

Verfahren können wir eine bis zu einem halben Quadratmeter

große Diamantschicht aufbringen«, so Schäfer. »Das ist

weltweit einzigartig«.

Zwei Beispiele zeigen die Vorteile: Bei Gleitringdichtungen,

die von EagleBurgmann Germany für kritische Umfelder wie

dem Fördern von Öl-, Sand- und Gasgemischen eingesetzt

werden, verlängert die Diamantbeschichtung die Standzeit

weitere preisearch T. Colwell Merit award 2010

Reinhold Bethke, Wissenschaftler am Fraunhofer IST, wurde

bei der weltgrößten Automobilkonferenz SAE in Detroit aus-

gezeichnet. Für seine Veröffentlichung zum Reibungsverhalten

von Diamond-Like-Carbon-Schichten bei Verwendung unter-

schiedlicher Motorenöle erhielt Bethke den Arch T. Colwell

Merit Award.

Preis für den besten Vortrag

Auf dem »3rd International Symposium on Transparent

Conductive Materials« auf Kreta in Analipsi wurde Christina

Polenzky, Doktorandin am Fraunhofer IST, für den besten

mündlichen Vortrag eines jungen Wissenschaftlers zur eigenen

Dissertation ausgezeichnet. Im Rahmen ihres Dissertations-

themas »Herstellung und Charakterisierung von p-leitenden

TCOs« präsentierte sie neueste Ergebnisse zur Herstellung

von CuCrO2 per Hohlkathodengasflusssputtern und zu einem

p-leitenden Cu-Al-O-System.

Cannes Corporate Media & TV award

Cannes Corporate Media & TV Award: Mit dem zehnminüti-

gen Film »Plasma leuchtet ein« gewannen CONMEDIA und

INPLAS e.V. in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IST einen

zweiten Platz in der Kategorie Wirtschafts- und Industriefilme.

Preisträger sind der Produzent Jochen Meusel von CONMEDIA

für den Auftraggeber INPLAS e.V. sowie Carola Brand, die am

Fraunhofer IST die Geschäftsstelle des Kompetenznetzes

INPLAS leitet.

10


11


Vorsitz

Dr. P. LichtenauerPlasmawerk Hamburg GmbH

Stellvertretender Vorsitz

Prof. Dr. H. OechsnerIFOS - Institut für Oberflächen- und Schichtanalytik GmbH an der TU Kaiserslautern

Dipl.-Ing. E. DietrichFrankfurt

Dr. U. EngelHagnau

Prof. Dr. H. FerkelVolkswagen AG

Dr. R. GrünPlaTeG GmbH

Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c.

J. HesselbachPräsident der Technischen Universität Braunschweig

Dr. H. HilgersMainz

RD A. KletschkeBundesministerium für Bildung und Forschung

Prof. Dr. A. MöbiusCookson Electronics Enthone GmbH

Dr. M. MüllerRobert Bosch GmbH

Dr.-Ing. A. PawlakowitschSingulus Technologies AG

Kuratorium

MinRat Dr. H. SchroederNiedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur

Dr.-Ing. W. SteinbachEagleBurgmann Germany GmbH & Co. KG

Dr.-Ing. M. SteinhorstDOC - Dortmunder OberflächenCentrum GmbH

Dr. G. J. van der KolkIonBond Netherlands BV

1 2

1 Mitglieder des

Kuratoriums.

2 Dr.-Ing. W. Steinbach

EagleBurgmann Germany

GmbH & Co. KG, Mitglied des

Kuratoriums.

Seit mehr als zehn Jahren arbeitet EagleBurgmann sehr erfolg-

reich und intensiv mit dem Fraunhofer-Institut für Schicht- und

Oberflächentechnik IST zusammen. Diese Kooperation

steht u. a. für wissenschaftlich exzellente Verbundprojekte

der angewandten Forschung gemeinsam mit Vertretern

der Wirtschaft. Exemplarisch für viele andere erfolgreiche

Kooperationen des Fraunhofer IST möchte ich an dieser Stelle

aus Sicht der Industrie eine preisgekrönte Erfolgsgeschichte

hervorheben: Die Entwicklung der DiaCer®-Technologie.

Ein neuer Werkstoffverbund für extreme Anforderungen

»Diamantbeschichtete Keramik DiaCer®« wurde durch die

Kombination von Werkstoff-, Beschichtungs- und Anwen-

dungs-Know-how sowie dem Wissen der Fraunhofer-Institute

auch im Hinblick auf die EagleBurgmann Gleitringdichtungen

zur Anwendungs- und Serienreife gebracht. Die wesentliche

Motivation für die Entwicklung eines Diamant-Keramik-

Systems bestand für EagleBurgmann in der Verlängerung

der Lebenszeit der Dichtungen und damit der Erhöhung der

Anlagenverfügbarkeit beim Kunden. Durch die Entwicklung

von diamantbeschichteten Gleitringdichtungen wurde in

verschiedensten kritischen Anwendungen die Lebenszeit der

Dichtungen extrem verlängert.

Die Beschichtungstechnologie wurde vom Fraunhofer IST in

das sehr erfolgreiche Unternehmen Condias eingebracht,

in dem die DiamondFaces®--Beschichtung im industriellen

Umfang stattfindet. Auf der Basis der weiteren intensiven

Zusammenarbeit mit den Fraunhofer-Instituten und Condias

werden die Einsatzgrenzen des Diamant-Keramik-Systems

weiter gesteigert und neue Anwendungsgebiete erschlossen.

Dazu zählen zum Beispiel die weitere Verringerung des

Reibwertes, der Einsatz in Gasdichtungen und die Optimierung

des Beschichtungsverfahrens. Die Anpassung der Technologie

aus dem Kuratoriumfür Gleitlager wird neue Türen im Bereich energieeffizienter

Maschinen und Anlagen öffnen. Die fruchtbare Zusammen-

arbeit und zügige Überführung eines Forschungsprojektes

in ein verkaufsfähiges Produkt wurde mit mehreren Preisen

belohnt: dem Technologietransferpreis der IHK Braunschweig,

dem Stifterverbandspreis 2010, dem Best Practice Award der

amerikanischen Unternehmensberatung Frost & Sullivan und

dem Innovation Award 2008 des amerikanischen Magazins

Flow Control, das jährlich überragende Leistungen in der

Fluid-Handling-Technologie auszeichnet. Das sind nationale

und internationale Auszeichnungen und Anerkennungen, auf

die alle Beteiligten sehr stolz sein können. Aber entscheidend

für die Erfolge sind die Menschen hinter diesen Projekten

und Vorhaben. Die Begeisterung für neue Technologien der

Verbundpartner motivieren die Mitarbeiter des Fraunhofer IST

und umgekehrt, kontinuierlich mit großer Einsatzbereitschaft

und Know-how die Forschungsarbeiten voranzutreiben. Die

vertrauensvolle und offene Kommunikation zwischen allen

Beteiligten bildet dabei die Basis für schnelle Fortschritte der

Entwicklungen. Die Arbeit im Kuratorium unterstützt die an-

wendungsorientierte Ausrichtung der Forschung. Interessante

Präsentationen der neuesten Forschungsergebnisse werden

begleitet von anwendungsorientierten Hinweisen und Anre-

gungen der Partner aus der Industrie und den Forschungsein-

richtungen vom Bund und dem Land Niedersachsen. So ist

das Fraunhofer IST für die Zukunft auch weiterhin exzellent

aufgestellt.

Dr.-Ing. W. SteinbachEagleBurgmann Germany GmbH & Co. KG

12


13


Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST bündelt als industrienahes

FuE-Dienstleistungszentrum Kompetenzen auf den Gebieten Schichtherstellung, Schichtanwen-

dung, Schichtcharakterisierung und Oberflächenanalyse. Zahlreiche Wissenschaftler, Techniker

und Ingenieure arbeiten daran, Oberflächen der verschiedensten Grundmaterialien neue oder

verbesserte Funktionen zu verleihen, um auf diesem Wege innovative, marktgerechte Produkte

zu schaffen. Zurzeit ist das Institut in diesen Geschäftsfeldern tätig:

Maschinenbau und Fahrzeugtechnik

Luft- und Raumfahrt

Werkzeuge

Energie, Glas und Fassade

Optik, Information und Kommunikation

Mensch und Umwelt

Zur Bearbeitung dieser Geschäftsfelder nutzt das Fraunhofer-Institut seine Kompetenzen in den

folgenden Bereichen:

Reibungsminderung und Verschleißschutz

Superharte Schichten

Niederdruckverfahren

Simulation

Atmosphärendruckverfahren

Elektrische und optische Schichten

Mikro- und Nanotechnologie

Analytik und Prüftechnik

das institut im profil

Entsprechend dem Querschnittscharakter von Schicht- und Oberflächentechnologien

kooperiert das Institut mit einer großen Zahl von Lohnbeschichtern, Anlagenbauern und

Schichtanwendern aus den unterschiedlichsten Branchen. Die wichtigsten sind Maschinenbau,

Verkehrstechnik, Fertigungstechnik, Elektronik, Optik, Informations-, Energie-, Medizintechnik

und Biotechnologie.

106 feste Mitarbeiter bearbeiten auf einer Büro- und Laborfläche von mehr als 4000 m2

vielfältige Forschungsaufträge, wobei das Leistungsangebot des Fraunhofer IST durch die

Kompetenzen anderer Institute des Fraunhofer-Verbunds »Light & Surfaces« ergänzt wird.

Viele Projekte werden mit öffentlichen Mitteln des Landes Niedersachsen, des Bundes, der

Europäischen Union und anderer Institutionen gefördert.

Wichtige Ziele des Fraunhofer IST:

Schnelle Umsetzung innovativer Lösungen aus anwendungsorientierter Forschung und Entwicklung in die industrielle Praxis,

Etablierung neuer zukunftsweisender Technologien am Markt und

Transfer dieser innovativen Technologien zu kleinen und mittleren Unternehmen.

14


15


Mitarbeiterentwicklung

Die Zahl der Beschäftigten ist mit 106 Mitarbeitern konstant

geblieben. Wie im Jahr zurvor entfällt die Hälfte der Stellen

dabei auf wissenschaftliches Personal, Doktoranden und

Ingenieure. Die Forschungsarbeit wird durch technisches Per-

sonal, studentische Hilfskräfte und Diplomanden unterstützt.

Alle administrativen Aufgaben werden vom kaufmännischen

Personal übernommen. Am Institut werden derzeit fünf junge

Mitarbeiter zu Physiklaboranten und Fachinformatikern der

Fachrichtung Systemintegration ausgebildet.

das institut in ZahlenBetriebshaushalt

Der Betriebsaufwand liegt bei insgesamt 12,1 Mio € . Der

Personalaufwand wuchs im Vergleich zum Vorjahr um eine

halbe Million Euro an und beträgt nunmehr knapp 7 Mio €.

Dabei haben die Personalkosten einen Anteil von knapp

60 Prozent am Betriebshaushalt.

ertragsstruktur

Das WirtschaftsRho des Vorjahres von 36,6 Prozent konnte auf

43,1 Prozent gesteigert werden. Für das Jahr 2010 konnten

5,2 Mio € erwirtschaftet werden, was gegenüber 2009 eine

deutliche Steigerung bedeutet. Die öffentlichen Erträge betragen

in 2010 3,4 Mio €. Insgesamt konnten die externen Erträge

also um 600 T€ auf 8,6 Mio € gesteigert werden. Durch das

positive operative Ergebnis wurde die Institutsrücklage erneut

aufgestockt.

Investitionshaushalt

2010 wurden ca. 1,4 Mio € für Investitionen ausgegeben.

Ein Drittel dieser Ausgaben wurden für Normalinvestitionen

getätigt. Weitere Investitionen wurden im Rahmen von

Sonderzuwendungen ermöglicht.

2003 04 05 06 07 08 09 10

100

80

60

40

20

0

Anzahl der Mitarbeiter.

Mitarbeiter

10

12

8

6

4

2

0

Mio

€

2003 04 05 06 07 08 09 10

Personal- und Sachkosten.

Sachkosten

Personalkosten

12

10

8

6

4

2

02003 04 05 06 07 08 09 10

Mio

€

Ertragsstruktur.

Wirtschaftserträge

Öffentliche Erträge

Grundfinanzierung

Interne Programme

3,5

3

2,5

2

1,5

1

0,5

02003 04 05 06 07 08 09 10

Mio

€

Investitionen.

Erstausstattung

Projektinvestitionen

Normal- und strategische Investitionen


17


Prof.Dr.GünterBräuer Dipl.-Ing.WolfgangDiehl Dr.SimoneKondruweit

Dr.KlausBewilogua Dr.JochenBrand Prof.Dr.Claus-PeterKlages Dr.LotharSchäfer

Dr.RalfBandorf

Dr.MichaelThomasDr.AndreasPflug

Dr.KirstenSchiffmann

Dr.ThomasJung

Dr.MichaelVergöhl

Dr.AndreasDietz

Dr.BerndSzyszka

Dr.SaskiaBiehl

Dipl.-Kaufm.MichaelKaczmarek

ihre ansprechpartnerDas 1990 gegründete Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST ist Ihr

Ansprechpartner für alle Fragen zur Dünnschichttechnologie. In der Organisation gibt es neben

der Geschäftsleitung und dem Marketing sieben Abteilungen:

Transferzentrum Tribologie

Neue tribologische Beschichtungen

Diamanttechnologie

Optische und elektrische Schichten

Optische Funktionsschichten

Sensorische Funktionsschichten

Mikro- und Sensortechnologie

Großflächenbeschichtung

Magnetron-Sputtern

Hohlkathodenverfahren

Simulation

Atmosphärendruckverfahren

Galvanotechnologie

Atmosphärendruck-Plasmaverfahren

Analytik und Qualitätssicherung

InSTITuTSleITung TranSFerzenTruM TrIBologIe Dr.-Ing. Jochen Brand Telefon +49 531 2155-600 | [email protected]

Prof. Dr. Günter BräuerTelefon +49 531 [email protected]

Prototypen- und Kleinserienfertigung | Anlagenkonzeptionierung | Plasmadiffusion | Reinigungstechnologie

DorTMunDer oBerFläChenCenTruM DoCDipl.-Ing. Hanno PaschkeTelefon +49 231 844 5453 | [email protected]

STellVerTreTenDer InSTITuTSleITer neue TrIBologISChe BeSChIChTungen Dr. Klaus Bewilogua Telefon +49 531 2155-642 | [email protected]

Dipl.-Ing. Wolfgang DiehlTelefon +49 531 [email protected]

Kohlenstoffbasierte Schichten (DLC) | Harte und superharte Schichten | Definierte Benetzung | Werkzeugbeschichtungen (Umformen, Schneiden, Zerspanen) | PVD- und PACVD-Prozesse

DIaManTTeChnologIe Dr. Lothar Schäfer Telefon +49 531 2155-520 | [email protected]

Werkzeuge und Bauteile | Diamantelektroden für elektrochemische An-wendungen | Diamantbeschichtete Keramiken DiaCer® | Heißdraht-CVD-Prozesse | Großflächige Heißdraht-CVD-Systeme | Heißdraht-CVD von siliziumbasierten Schichten für die Photovoltaik und die Mikroelektronik

VerwalTung oPTISChe unD elekTrISChe SChIChTen Dr. Michael Vergöhl Telefon +49 531 2155-640 | [email protected]

Dipl.-Kaufmann Michael KaczmarekTelefon +49 531 2155-220 | [email protected]

oPTISChe FunkTIonSSChIChTenDr. Michael VergöhlTelefon +49 531 2155-640 | [email protected]

Optische und elektrische Schichtsysteme | Prozessentwicklung | Materialentwicklung

SenSorISChe FunkTIonSSChIChTenDr. Ralf BandorfTelefon +49 531 2155-602 | [email protected]

Sensorische Multifunktionsschichten | Hochionisierte Pulsprozesse (HIPIMS) | Mikrotribologie

MIkro- unD SenSorTeChnologIeDr. Saskia BiehlTelefon +49 531 2155-604 | [email protected]

Dünnschichtsensorik | Mikrostrukturierung 2-D und 3-D | Adaptronische Schichtsysteme

MarkeTIng unD koMMunIkaTIon groSSFläChenBeSChIChTung Dr. Bernd Szyszka Telefon +49 531 2155-641 | [email protected]

Dr. Simone KondruweitTelefon +49 531 2155-535 | [email protected]

MagneTron-SPuTTern

Dr. Bernd SzyszkaTelefon +49 531 2155-641 | [email protected]ßflächenelektronik | Prozesstechnologie | Transparente und leitfähige Schichtsysteme | Prozesssimulation | Neue Halbleiter für Photovoltaik und Mikroelektronik

hohlkaThoDenVerFahrenDr. Thomas JungTelefon +49 531 2155-616 | [email protected]

Plasmaquellen | Hochratenverfahren | Oxid- und C-Schichten | Erosionsschutzschichten

SIMulaTIonDr. Andreas PflugTelefon +49 531 2155-629 | [email protected]

Anlagen- und Prozessentwicklung | Simulation von Schichteigenschaften | Virtuelle Prozessanalyse

aTMoSPhärenDruCkVerFahren Prof. Dr. Claus-Peter Klages Telefon +49 531 2155-510 | [email protected]

aTMoSPhärenDruCk-PlaSMaVerFahrenDr. Michael ThomasTelefon +49 531 2155-525 | [email protected]

Biofunktionale Oberflächen | Mikroplasmen | Niedrig-Temperatur-Bonden | Oberflächenfunktionalisierung und -beschichtung

galVanoTeChnologIeDr. Andreas DietzTelefon +49 531 2155-646 | [email protected]

Komposite | Leichtmetallbeschichtung | Verfahrensentwicklung | Kunststoffmetallisierung

analyTIk unD QualITäTSSICherung Dr. Kirsten Schiffmann Telefon +49 531 2155-577 | [email protected]

Chemische Mikro- und Oberflächenanalyse | Mikroskopie und Kristallstruktur | Prüftechnik | Kundenspezifische Prüfverfahren | Auftragsuntersuchungen

or

ga

nis

ati

on

ss

tru

Ktu

r

20


21


forschungs- und dienstleistungsangebot Vorbehandlungwir reinigen oberflächen

Erfolgreiche Beschichtungen setzen eine richtige Vorbehand-

lung der Oberfläche voraus. Wir bieten daher:

Effiziente Oberflächenvorbehandlung auf wässriger Basis inklusive Trocknung

Spezielle Glasreinigung

Plasmavorbehandlung und Plasmareinigung

Plasmaaktivierung und Plasmafunktionalisierung

Nasschemische Ätzvorbehandlung

Partikelstrahlen

beschichtungwir entwickeln Prozesse und Schichtsysteme

Dünne Schichten sind das Kern geschäft des Fraunhofer

IST. Zur Schicht herstellung verfügt das Institut über ein

brei tes Spektrum an Technologien: Von der Plasma-

beschichtung im Vakuum und bei Atmosphärendruck

über Heißdraht-CVD-Verfahren bis hin zur Gal vanik. Unser

Leistungsangebot um fasst:

Schichtentwicklung

Prozesstechnik (einschließlich Prozessdiagnostik, -modellierung und -regelung)

Simulation von Schichtsystemen und Prozessen

Entwicklung von Anlagenkomponenten und -verfahren

prüfung und charaK terisierungwir sichern Qualität

Eine schnelle und zuverlässige Analytik und Qualitätssicherung

ist die Voraussetzung für eine erfolgreiche Schicht entwicklung.

Wir bieten unseren Kunden:

Mechanische, chemische, mikro morphologische und strukturelle Charakterisierung

Prüfverfahren und produktspezifische Qualitätskontrollen, z. B. Verschleißmessung an beliebigen Bauteilen

Prüfung der Schichthaftung

Optische und elektrische Charakterisierung

Schnelle und vertrauliche Schadensanalyse

Prüfung der Korrosionsbeständigkeit

anwendungwir übertragen Forschungsergebnisse in die Praxis

Für einen effizienten Transfer von Technologien in die Praxis

bieten wir ein breites Spektrum an Know-how:

Wirtschaftlichkeitsberechnungen, Entwicklung wirtschaftlicher Produktionsszenarien

Prototypenentwicklung, Klein serienfertigung, Beschichtung von Musterbauteilen

Anlagenkonzepte und Fertigungsintegration

Beratung und Schulungen

Produktionsbegleitende Forschung und Entwicklung

22


23


analytiK und Qualitätssicherung Produktionsanlagen für a-C:H:Me, a-C:H, Hartstoff-

Schichten (bis 3 m3 Volumen)

Beschichtungsanlagen auf der Basis der Magnetron- und RF-Dioden- Zerstäubung

Sputteranlagen für optische Präzisionsschichten

In-line-Beschichtungsanlage für groß flächige optische Funktions schichten (bis 60 × 100 cm2)

Industrielle Beschichtungsanlagen mit HIPIMS-Technologie

PVD-Beschichtungsanlage (Elektronenstrahl und thermisch)

Plasmadiffusionsanlagen

Anlagen für Hohlkathodenverfahren

Atomlagenabscheidung (ALD) Beschichtungsanlage für thermische und Plasma-ALD

Heißdraht-CVD-Anlagen für die Abscheidung von kristallinen Diamantschichten auf Flächen bis 50 x 100 cm2

Heißdraht-CVD-Anlagen für die Abscheidung von Silizium-basierten Schichten (Chargenverfahren und Durchlaufverfahren bis 50 × 60 cm2)

Anlagen für die Abscheidung mittels plasmaaktiviertem CVD (PACVD)

Atmosphärendruck-Plasma anlagen zur großflächigen Funktionalisierung und Beschichtung (bis 40 cm Breite)

Mikroplasmaanlagen zur selektiven Funktionalisierung von Oberflächen (bis ∅ = 20 cm)

Bond-Aligner mit integriertem Plasmatool zur Vorbehand-lung von Wafern im Reinraum

Rolle-zu-Rolle-Anlage zur ortsselektiven Oberflächenfunktionalisierung

Anlage zur Innenbeschichtung von Beuteln oder Flaschen

Laser für 2-D und 3-D-Mikrostrukturierung

Zwei Mask Aligner für photolithographische Strukturierung

Mikrostrukturierungslabor (40 m2 Reinraum)

Technikumsanlage für galvano technische Prozesse

Z15-stufige Reinigungsanlage auf wässriger Basis

Reinraum Technikum (25 m²)

Reinraum Sensorik (35 m²)

laborausstattung und grossgeräte Hochauflösendes Rasterelektronenmikroskop mit energiedi-

spersiver Röntgenspektroskopie (EDX)

Elektronenstrahl-Mikrosonde (WDX)

Sekundärionen-Massenspektro meter (SIMS)

Röntgen-Diffraktometer zur Strukturanalyse und für Reflektrometrie-Messungen (XRD, XRR)

Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS)

Glimmentladungsspektroskopie (GDOES)

Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskop (STM,AFM)

Mikro- und Nanoindentor zur Härteprüfung

Optische und taktile Profilometrie

Automatisierte, zerstörungsfreie Schicht dickenmessung

Prüfeinrichtungen für Reibung, Verschleiß und Schichthaftung

Prüfeinrichtung für Korrosionsmessung

IR- und UV/VIS-Spektrometer und Ellipsometer

Messeinrichtungen für Oberflächen energie

Einrichtungen für Korrosions- und Klimatests nach DIN EN

Messeinrichtungen für elektrische und magnetische Schicht eigenschaften

Testsysteme für die elektrochemische Abwasserbehandlung

Messgeräte und Verfahren zur Charakterisierung der photokatalytischen Aktivität

Messplatz für die Charakterisierung von Solarzellen

25

M a S C h I n e n B a u u n D F a h r z e u g T e C h n I k

Im Geschäftsfeld »Maschinenbau und Fahrzeugtechnik« werden Schichtsysteme und Oberflä-

chentechniken zur Reibungsminderung, zum Verschleiß- und Korrosionsschutz entwickelt und

anwendungsorientiert optimiert. Neben der Schichtanpassung an spezielle Applikationen sowie

der Entwicklung neuartiger Schichtsysteme steht die Entwicklung und Umsetzung produkt- und

produktionsangepasster Beschichtungsprozesse im Vordergrund. In diesem Jahr konnten

erfolgreiche Arbeiten z. B. auf folgenden Gebieten durchgeführt werden:

Nanocontainer – Kleine Teile, große Wirkung

P3T – Neuartige Technologie zur Herstellung flexibler Elektronik

Nanokomposite für Sputter-Dehnungsmessstreifen

Zu den Kunden dieses Geschäftsfeldes zählen neben Schichtherstellern vor allem Schichtan-

wender aus allen Bereichen des Maschinenbaus und der Automobilindustrie.

maschinenbau und fahrZeugtechniK

KontaKtDr. -Ing. Jochen Brand

Telefon + 49 531 2155-600

[email protected]

Dipl. -Ing. Carola Brand

Telefon + 49 531 2155-574

[email protected]

26 27


eigenschaften von nanocontainern

Nanocontainer sind mesoporöse Partikel z. B. aus Titandioxid,

die mit Polyelektrolyten (PE) umhüllt werden. Polyelektrolyten

sind wasserlösliche Polymere, die anionische oder kationische

Ladungen tragen. Bekannte PE sind z. B. Polyallylamin-

Hydrochlorid (PAH+) oder Polyacrylsäure (PAA-). Die Nanocon-

tainer werden abwechselnd mit unterschiedlich geladenen

PE umhüllt (Layer-by-Layer-Technology, LBL). Abhängig vom

letzten PE trägt die Hülle der Nanocontainer dann entweder

eine negative oder positive Ladung.

Selbstorganisierende Monoschichten kleben

nanocontainer fest

Diese mesoporösen Partikel lassen sich dann auf dem zu be-

schichtenden Substrat durch eine selbstorganisierende Mono-

schicht (Self Assembled Mono layer: SAM-Layer) fixieren. Dazu

wird das Werkstück vorher galvanisch mit einer dünnen Gold-

schicht überzogen. SAM-Schichten bestehen aus langkettigen

Kohlenstoffmolekülen, an deren einem Ende eine Thiolgruppe

(-SH) hängt. Diese Thiolgruppe verbindet sich fest mit der

Goldoberfläche. Am anderen Ende der SAM-Schicht befindet

sich eine funktionelle Gruppe, die eine elektrische Ladung tra-

gen kann. Wenn diese Gruppe die entgegengesetzte Ladung

der Nanocontainer trägt, verhilft das den Partikeln zu einer

haftfesten Anbindung. Bei der nachfolgenden galvanischen

Metallisierung, z. B. mit Nickel oder Zink bleiben die Partikel

an der Oberfläche haften und werden von dem Metall um-

hüllt. Diese Partikel können im Falle einer Beschädigung ihren

Wirkstoff freisetzen und bilden somit die Grundlage zu einer

selbstheilenden Schicht.

Tiefenprofil einer galvanisch abgeschiedenen Schicht mit

Selbstheilungseffekt.

C O S Ti

Fe Ni Au

Kon

zent

ratio

n [a

t%]

Tiefe [µm]

100,00

10,00

1,00

0,10

0,010 0,50 1,00 1,50

Hochleistungsschichten für Verschleißschutz- oder auch An-

tihaftungsanwendungen werden bisher häufig mit kommer-

ziellen Verfahren wie der Abscheidung von PTFE in Chemisch

Nickel oder SiC in Nickel realisiert. Bei beiden Prozessen ist die

Abscheidung flüssiger oder chemisch aktiver Substanzen nur

dann möglich, wenn sie vorher in Nanocontainern mit einem

Durchmesser von durchschnittlich 200 nm gespeichert und

dann mit einer Polymerhülle umhüllt werden. Auf diese Weise

können die Partikel gleichmäßig in die Metallmatrix eingebaut

werden.

galvanische Dispersionsabscheidung

Am Fraunhofer IST wurde auf Basis der galvanischen Disper-

sionsabscheidung ein neues Konzept mit funktionalisierten

Nanocontainern entwickelt, mit dem Partikel aus flüssigen

Substanzen nicht nur in die Matrix, sondern auch direkt

an der Substratoberfläche fixiert werden können, um z. B.

spezielle Wirkstoffe in hoher Konzentration dort zu platzieren,

wo sie benötigt werden. Die Grundlagen dazu wurden am

Fraunhofer IST im Rahmen eines von der VW-Stiftung geför-

derten Projektes erarbeitet.

nanocontainer – Kleine teile, grosse wirKung

1 2

KontaKtDr. Andreas Dietz

Telefon +49 531 2155-646

[email protected]

Metal l i sche Oberf lächen lassen s ich modif iz ieren, wenn in ihre Matr ix k le ine Nanocontainer e ingebaut

werden, die spezie l le Wirkstoffe enthalten. Mit der am Fraunhofer IST entwickelten neuen Methode lassen

s ich die Part ikel jetzt se lekt iv genau dort e inbauen, wo s ie benöt igt werden.

1 Schema einer selbst-

heilenden Schicht mit

Nanocontainern.

2 »Element mapping«

eines Querschliffs:

Blau: Nickel, Rot: Titan,

Gelb: Gold, Grün: Eisen.

1 µm

28 29


die für den Erfolg des nachfolgenden Metallisierungsprozesses

erforderlichen stickstoffhaltigen Gruppen auf der Polymerober-

fläche erzeugt werden. Eine definierte Gasatmosphäre in der

Plasmazone wird über ein nahe der Elektrode positioniertes

Gasdüsensystem erzeugt.

Materialsparende additivtechnik bei der Metallisierung

Die plasmafunktionalisierten Bereiche der Folie werden

durch außenstromlose oder in einem zweiten Schritt durch

galvanische Verfahren selektiv metallisiert. Im Gegensatz

zu oft verwendeten Subtraktivverfahren können mit dem

am Fraunhofer IST entwickelten Verfahren Prozessschritte,

Ätzchemikalien und vor allem wertvolles Metall, wie z. B.

Kupfer eingespart werden, aufwendige Recyclingprozesse

entfallen. Nach der Metallisierung erfolgt die Bestückung im

Rolle-zu-Rolle-Verfahren und das Verlöten mit neuartigen

energiesparenden Reflow-Lötprozessen.

ausblick

Kosteneffizienz und Eignung des P3T-Konzeptes für die

ressourcenschonende Massenproduktion sollen in einer pro-

totypischen Produktionslinie, die alle Prozessschritte enthält,

demonstriert werden.

Schematische Darstellung des Plasma-Printing »Rolle-zu-

Rolle«.

Prozessgas

Anpress-mechanismus

Folie

Zylinder mit gravierten Strukturen

Hochspannungs-elektrode

Plasma-Printing von rolle-zu-rolle

Der Anlagenaufbau zur kontinuierlichen Durchführung des

Plasma-Printing besteht aus einer tiefgravierten metallischen

Walze und einer feststehenden Hochspannungselektrode,

die mit einem isolierenden Material als Dielektrikum umhüllt

ist. Die metallische Walze ist gleichzeitig Gegenelektrode.

Während der Plasmabehandlung rotiert die Walze zusammen

mit der Folie, so dass sie von der Hochspannungselektrode

gegen die Walzenoberfläche gedrückt wird. Die Vertiefungen

der Walzenstrukturen bilden zusammen mit der darüber

laufenden Folie gasgefüllte Mikrohohlräume, in denen dielek-

trisch behinderte Entladungen generiert werden (Graphik).

Auf diese Weise wird das Druckbild der Walze, also z. B. die

Leiterbahnstruktur, in Form einer ortsselektiven chemischen

Funktionalisierung auf die Folienoberfläche übertragen. Das

Plasma-Printing wird z. B. mit Mischungen aus Stickstoff,

Wasserstoff und Helium als Prozessgas durchgeführt, damit

p3t – neuartige technologie Zur herstellung flexibler eleKtroniK

KontaKtDr. Jochen Borris

Telefon +49 531 2155-666

[email protected]

Dr. Michael Thomas

Telefon +49 531 2155-525

[email protected]

Im BMBF-Verbundprojekt »Plasma Pr int ing & Packaging Technology – P3T« steht, entwickelt das Fraunhofer

IST zusammen mit Partnern aus Industr ie und Wissenschaft e ine neuart ige Rol le-zu-Rol le-Technologie zur

Herste l lung von f lex ib len Leiterplatten, RF ID-Antennen und Biosensoren. Die P3T-Prozesskette beginnt mit

dem Plasma-Pr int ing-Prozess, bei dem eine Fol ie durch ortsse lekt ive P lasmamodif iz ierung mit Mikroplas-

men bei Atmosphärendruck struktur iert wird. Dann folgen nasschemische Metal l i s ierung, Bestückung und

Ver lötung. Z ie l i s t es, e inen kosten- und ressourceneff iz ienten Prozess zu entwickeln.

1 Anlage zur Durchfüh-

rung des Plasma-Printing im

Rolle-zu-Rolle-Prozess.

2 Mittels P3T hergestellte

RFID-Antennenstruktur auf

Polymerfolie.

1 2

30 31


nanokomposite für DMS

Nach aktuellen Untersuchungen bestehen Nanokomposit-

schichten, die sich für Dehnungsmessstreifen eignen, aus

halbleitenden Matrixschichten mit eingelagerten metallischen

Partikeln. Diese Partikel haben idealerweise eine Größe von

wenigen Nanometern. Interessante Nanokomposit-Schichten

sind z. B. metallhaltige DLC-Schichten (Me-DLC). Der Wider-

stand der halbleitenden DLC-Schicht hat einen negativen

Temperaturkoeffizienten (NTCR) und die metallischen Partikel

haben einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTCR). Das

unterschiedliche Temperaturverhalten führt bei geeignetem

Materialverhältnis zu einem temperaturunabhängigen

Widerstand. Darüber hinaus ist der Widerstand der Schichten

abhängig vom Abstand der elektrisch leitfähigen Partikel

untereinander und ändert sich somit deutlich stärker unter

Dehnung als bei reinen Metallschichten. Mit Me-DLC sind

temperaturkompensierte DMS-Sensorschichten mit k-Faktoren

über 10 realisierbar. In der nebenstehenden Graphik sind die

k-Faktoren von Me-DLC-Schichten mit drei unterschiedlichen

Metallen dargestellt. Die besten Ergebnisse wurden bisher mit

nickelhaltigen DLC-Schichten (Ni-DLC) erreicht.

Weitere interessante Nanokomposite sind Ti-Si-C-Schichten.

Beim Sputtern vom Ti3SiC2-Target entstehen Schichten mit

nanokristallinen TiC-Partikeln (PTCR) in einer amorphen

SiC-Matrix (NTCR). Obwohl diese Schichten mit k-Faktoren von

ungefähr 2 keine hohe Dehnungsempfindlichkeit besitzen,

sind sie für Hochtemperaturanwendungen dennoch von

Interesse, da erste Untersuchungen sehr niedrige Temperatur-

koeffizienten und eine Temperaturstabilität bis

700 °C zeigen.

Dehnungsempfindlichkeit verschiedener Me-DLC-Schichten

(k-Faktor) in Abhängigkeit vom Metallgehalt der DLC-

Schicht.

k-Fa

ktor

Me/(Me+C) [at %]

Ni-DLC Fe-DLC Cu-DLC

20 30 40 50 60 70 80 900

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

hohe Messgenauigkeit von Dehnungsmessstreifen

Sputter-DMS besitzen eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber

herkömmlichen Folien-DMS. Sie können z. B. mit einem sehr

hohen Automatisierungsgrad und hoher Positionsgenauigkeit

aufgebracht werden und durch ihre geringe Schichtaufbau-

höhe von nur wenigen Mikrometern einfacher in vorhandene

Bauteile integriert werden. Besonders interessant für eine

hohe Messgenauigkeit ist jedoch die deutlich erhöhte Deh-

nungsempfindlichkeit spezieller gesputterter Nanokomposit-

Schichten im Vergleich zu herkömmlichen Metallfolien.

wichtige größen bei der Materialentwicklung für DMS

Dehnungsmessstreifen nutzen das Prinzip der Änderung des

elektrischen Widerstandes unter Dehnung. Der sogenannte

k-Faktor ist ein Maß für die Dehnungsempfindlichkeit des

DMS. Die üblicherweise genutzten Metalle haben einen

k-Faktor von ungefähr 2, andere Materialien können jedoch

deutlich höhere k-Faktoren erreichen. So werden bei Halblei-

tern k-Faktoren > 100 gemessen. Allerdings sind Halbleiter

nur bedingt für den Einsatz in DMS geeignet, denn sie haben

einen stark temperaturabhängigen Widerstand, der durch den

Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands (TCR)

beschrieben wird. Interessant für die DMS-Entwicklung sind

insbesondere Materialien, die sowohl einen hohen k-Faktor als

auch einen Temperaturkoeffizienten nahe Null besitzen.

nanoKomposite für sputter-dehnungsmessstreifen

1

KontaKtUlrike Heckmann

Telefon +49 531 2155-581

[email protected]

Dr. Ralf Bandorf

Telefon +49 531 2155-602

[email protected]

Mit gesputterten Dünnschichten als Sensorschichten in Dehnungsmessstre ifen werden die bereits heute

v ie lfä l t igen Einsatzbereiche von Dehnungsmessstre ifen (DMS) zukünft ig noch erweitert . Untersuchungen

an spezie l len Nanokompositen zeigen ein hohes Potenzia l für innovat ive Sputter-DMS mit verbesserten

E igenschaften.

1 Sputter-DMS auf

Kugellagerring.

33

l u F T- u n D r a u M F a h r T

Im Geschäftsfeld »Luft- und Raumfahrt« werden Verfahren und Schichten für Sonderwerk-

stoffe wie zum Beispiel Leichtbauwerkstoffe entwickelt, für die es oft noch keine etablierten

Beschichtungsverfahren gibt. Anwendungsgebiete sind überwiegend Verschleiß- und Korrosi-

onsschutz in der Luftfahrt sowie optische und elektrische Funktionen in der Raumfahrt. Zurzeit

werden im Fraunhofer IST folgende Themen behandelt:

Galvanische Metallisierung von CFK-Hohlleitern

Metallisierung von Titanbauteilen mit Kombinationsverfahren

Verschleißschutzschichten für Triebwerke in Düsenflugzeugen

Lagersensorik – Zustandsüberwachung in Flugzeugen

Entwicklung von Oberflächen für trennmittelfreie Formwerkzeuge

Galvanische Beschichtung von Magnesium für Leichtbau im Flugzeug

Zu den Kunden zählen Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrtindustrie

sowie deren Zulieferer.

luft- und raumfahrt

KontaKtDr. Andreas Dietz

Telefon +49 531 2155-646

[email protected]

34 35


deteKtion Von lagerschäden durch integrierte dünnschichtsensoriK

beschäftigt. Da die Lasten in den Wälzflächen jedoch derart

hoch sind, dass die sensorischen Schichten vor Erreichen der

für die Luftfahrt geforderten Aktuatorlebensdauer verschlei-

ßen würden, wurde am Fraunhofer IST ein Anwendungsfall

mit dem Schichtsystem auf dem Außenring und außerhalb

der Hauptlastbereiche untersucht. Diese neuen Sensorsysteme

wurden in Zusammenarbeit mit dem Institut für Flugsystem-

technik des deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR)

innerhalb des europäischen Projektes »More Open Electrical

Technologies« (MOET) entwickelt und am DLR hinsichtlich

der erforderlichen Empfindlichkeit und Anwendbarkeit für die

Zustandserkennung getestet.

Das piezoresistive Dünnschichtsystem

Auf die Stirnseite des Außenlagerringes wird im ersten

Beschichtungsschritt homogen eine 6 µm dicke amorphe

Kohlenwasserstoffschicht DiaForce® in einem PACVD-Prozess

abgeschieden. Um lokale Messstellen zu erzeugen, werden mit

Hilfe von einseitig adhäsiven Polyimidmasken, die mit einem

Lasersystem geschnitten wurden, im Lift-off-Prozess einzelne

Chromelektroden hergestellt. Nachfolgend werden die

Kontaktbereiche mit Gold beschichtet, so dass eine lötfähige

Verbindung entsteht. Alle Metallisierungen werden in PVD-

Prozessen abgeschieden. Zum Schluss wird auf die gesamte

Oberfläche, außer den Kontaktbereichen, eine elektrische

Isolations- und Verschleißschutzschicht SICON® abgeschieden

(Bild 1).

Detektion von lagerschäden an einem elektro-

mechanischen aktuator

Für die Versuche am DLR wird ein Aktuatorkomponenten-

teststand verwendet, der einen »Direct Drive« Aktuator

widerspiegelt. Der Prüfstand zur Untersuchung von Lagern

unterschiedlichster Schadenstypen und Schadensgrößen be-

steht aus einem permanent erregten Synchronmotor, der eine

Walzenumlaufspindel antreibt, die in Vierpunktlagern geführt

wird. Die Schädigung der Lager führt zu einer Veränderung

der Lastverteilung, die zur Anregung von Schwingungen führt,

welche sich durch das Schichtsystem messen lassen. In der

untenstehenden Graphik sind die gefilterten Signalverläufe

eines unbeschädigten (grün) und eines beschädigten (rot)

Lagers im Vergleich dargestellt.

Vergleich der Signalverläufe der Dünnschichtsensorik von

einem unbeschädigten und einem beschädigten Lager.

Span

nung

[mV

]

Zeit [s]

0,2

0,4

0

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

0,6

0,8

1,0

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

anwendungsbereich »zivile luftfahrt«

Im Bereich der Flugsteuerungssysteme von Verkehrsflugzeu-

gen stellt die Anwendung elektrohydraulischer Aktuatoren

zur Ansteuerung der Ruderflächen noch immer den Stand der

Technik dar. Diese fluidischen Systeme bedeuten einen hohen

Wartungsaufwand und sind ein wesentlicher Kostentreiber

im Rahmen des Flugbetriebs. Der Trend sowohl im Bereich

der Flugsteuerungssysteme im Speziellen als auch anderer

Luftfahrzeugsysteme im Allgemeinen geht daher immer mehr

zu einem verstärkten Einsatz elektrischer bzw. elektrome-

chanischer Systeme. Diese elektromechanischen Stellsysteme

weisen jedoch sehr viele Komponenten auf, die mechanisch

miteinander interagieren, wodurch Verschleiß entsteht. Um die

Auswirkungen von einer einfachen Reduktion des Wirkungs-

grads bis hin zu irreversiblen Klemmfällen zu verhindern, wird

ein Zustandsüberwachungssystem integriert. Dessen Aufgabe

ist es, Fehler in einem möglichst frühen Stadium zu erkennen

und die Restlebensdauer des Stellantriebs zu prognostizieren.

Die hier beschriebene Dünnschichtsensorik ist ein integraler

Bestandteil dieses Systems.

Sensorsysteme zur zustandserkennung von aktuatoren

der primären Flugsteuerung

Die Integration von piezoresistiven Dünnschichtsystemen, die

direkt in der Laufbahn von Lagern die Belastungen detektie-

ren, ist ein Arbeitsgebiet, mit dem sich die Gruppe Mikro- und

Sensortechnologie am Fraunhofer IST schon seit Jahren

Mit dem Zie l , zuver läss ige und langzeitstabi le Sensorsysteme zu entwickeln, d ie Lagerschäden in der Lauf-

bahn frühzeit ig detekt ieren, wurden am Fraunhofer IST Dünnschichtsysteme auf der St i rnseite von Außen-

lagerr ingen aufgebaut und charakter is iert .

KontaKtDr.-Ing. Saskia Biehl

Telefon +49 531 2155-604

[email protected]

1 Lager mit sensorischem

Dünnschichtsystem.

2 VFW 614 ATTAS und A

380 ATRA aus der DLR Flug-

zeugflotte in Braunschweig.

1 2

36 37


neuartige Kompositschichten gegen partiKelerosion in gasturbinen

1 Am Schaden, den der

Einschlag eines einzelnen

Partikels erzeugt, lassen sich

die Erosionsmechanismen

gut studieren.

2 Beispiel für eine

metallisch-keramische Mehr-

lagenschicht nach einem

Erosionstest.

3 Der gradierte Verlauf

zwischen dem metallreichen

Schichtbeginn (unten) und

dem keramikreichen Schicht-

abschluss (oben) soll die

Spannungen während des

Partikeleinschlags gut

verteilen.

2 31

keramische-Mehrlagenschicht nach einem Erosionstest. Das

unterschiedliche Erosionsverhalten der metallischen (hellen)

und der keramischen (dunklen) Komponente ist in dem

terrassenförmigen Bereich gut zu sehen. Die lagenweise

Abscheidung ermöglicht interessante Freiheitsgrade, mit

denen etwa der Verlauf der Härte oder des E-Moduls an die

Belastungssituation angepasst werden kann. Als Beispiel

wird in Bild 3 ein gradiertes Schichtsystem gezeigt, dessen

keramischer Anteil zur Oberfläche hin zunimmt. Ziel solcher

Designs ist es, Spitzen mechanischer Spannungen am

Substrat-Interface während eines Partikel-Einschlags möglichst

gering zu halten. Neben dem metallischen oder keramischen

Charakter der Schichten lässt sich durch die Prozessparameter

auch die Kompaktheit und Mikrostruktur des Schichtsystems

beeinflussen – ein wichtiger Faktor, wenn es darum geht, ein

gutes Verhältnis zwischen Härte und Schichteigenspannung zu

erzielen.

Schicht- und Quellenentwicklung am IST

Im Rahmen eines vom BMBF geförderten Verbund-Forschungs-

projekts »Metall-Keramik-Viellagenschichten für den Erosions-

schutz von Gasturbinen« forscht das Fraunhofer IST zusam-

men mit Rolls-Royce Deutschland Ltd. & Co. KG, der Alstom

AG, der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus

und der KCS Europe GmbH. In Erosionstests unter realitäts-

nahen Bedingungen haben die Fraunhofer-Schichten ihre

Wirksamkeit bereits unter Beweis gestellt. Die deutlich längere

Standzeit der beschichteten Titanoberfläche gegen über einer

unbeschichteten Referenz ist in der Abbildung zu sehen.

Neben der Schichtentwicklung befasst sich das Fraunhofer IST

auch mit der Entwicklung von Gasfluss-Sputterquellen, die für

die Beschichtung komplex geformter Bauteile wie Verdichter-

schaufeln oder ganzer Verdichterscheiben angepasst sind.

Erosionsverhalten eines metallisch-keramischen Multilagen-

Schichtsystems auf Titanproben gegenüber der unbeschich-

teten Referenz bei flachem Erosionswinkel (30°).

Mas

seve

rlust

Pro

be

Masse Erosionsmedium

Ti6246 unbeschichtet

Ti6246 beschichtet

anforderungen an erosionsschutzschichten

Mit Relativgeschwindigkeiten bis etwa 400 m/s schlagen Par-

tikel unterschiedlicher Masse und Gestalt unter verschiedenen

Winkeln beispielsweise in die Oberfläche von Verdichterschau-

feln aus Titan ein. Schutzschichten, die aus Gewichts- und

Formerhaltungsgründen Dicken zwischen 10 und 30 µm

haben, müssen scharfkantigen Sandpartikeln standhalten,

deren Größe das Zehnfache der Schichtdicke erreichen kann.

Treffen Partikel unter flachem Winkel auf, »schälen« sie me-

tallische Oberflächen, was durch keramische Oberflächen mit

hoher Härte verhindert werden kann. Treffen dagegen große

Partikel unter steilem Winkel auf, versagen spröde Materialien

sehr schnell, da sich Risse bilden. Hier sind bruchzähe Metalle

mit hohem Elastizitätsmodul vorteilhaft. Metallisch-keramische

Komposit-Schichten, wie sie zurzeit am Fraunhofer IST

entwickelt werden, entfalten ihre Schutzwirkung auch unter

den unterschiedlichen Belastungssituationen.

gesputterte Metall-keramik-Multilagenschichten

Mit einem Hochrate-Sputterverfahren, dem Gasfluss-Sputtern

(GFS), werden am Fraunhofer IST alternierend keramische

Lagen hoher Härte und metallische Lagen mit hohem E-Modul

abgeschieden. Bild 2 zeigt ein Beispiel für eine metallisch-

F lugsand, Vulkanasche, E ispart ikel , aber auch Wassertropfen, die in F lugtr iebwerke gelangen, können

durch ihre erodierende Wirkung Schäden an bewegl ichen Tei len verursachen, die hohe Kosten erzeugen,

Wartungsinterval le verkürzen und auch die Eff iz ienz des Tr iebwerks reduzieren. Daher besteht in der Luft-

fahrt industr ie e in erhebl iches Interesse an le istungsfähigen eros ionsmindernden Schutzschichten. Dabei

ste l l t das komplexe Belastungsprof i l von Schicht und Bautei l , das beim Einschlag von Part ikeln vor l iegt,

hohe Ansprüche an ein inte l l igentes Schichtdes ign.

KontaKtDr. Kai Ortner

Telefon +49 531 2155-637

[email protected]

39

w e r k z e u g e

Im Geschäftsfeld »Werkzeuge« kon zentriert sich das Fraunhofer IST u. a. auf diese Themen:

Verbesserung von Qualität und Leistungsfähigkeit bei Umform- und Schneidprozessen durch Antihaft - und Verschleißschutzbeschichtungen

Superharte Beschichtungen für Zerspanwerkzeuge

compeDIA®-Diamantschleif beläge für Präzisionsschleifwerk zeuge

Verschleißschutzschichten für die Warmumformung

Entwicklung von »intelligenten Werkzeugen« mit integrierten sensorischen Funktionen

Entwicklung von nanostrukturierten Kompositbeschichtungen

Wichtige Kunden dieses Geschäfts fel des sind Werkzeughersteller und Beschichtungsunterneh-

men sowie Werkzeuganwender z. B. aus dem Bereich Formenbau oder der Automobil industrie.

werKZeuge

KontaKtDr.-Ing. Jan Gäbler

Telefon +49 531 2155-625

[email protected]

Dr.-Ing. Martin Keunecke

Telefon +49 531 2155-652

[email protected]

40 41

w e r k z e u g e

OberflächenCentrum) und UMSICHT gelungen, ein industriell

nutzbares Werkstoffkonzept zur Verschleißlenkung zu finden.

Dabei werden verschleißbeständige und verschleißintensive

Zonen im Randbereich der Messerfreifläche angeordnet. In

einem speziell zur Abbildung extremer Abrasion konzipierten

Versuchsstand (Bild 2) werden mit Titandioxid gefüllte

Kunststoffstränge aus einem flexiblen PP-Typ geschnitten. Als

maßgebliche Prozesskennwerte werden über Konturvermes-

sungen und Kraftmessungen während des Schneidprozesses

der Messerverschleiß- und Schnittkraftverlauf erfasst.

Technische umsetzung

Das konventionelle Messer aus gehärtetem, kohlenstoffreichen

Stahl zeigt kontinuierlichen Verschleiß an der Schneide

(Graphik). Beim bionischen Messer zeigt sich nach kurzer

Zeit eine leichte Verringerung der Schnittkraft auf ein nahezu

konstantes Niveau. Das Verschleißvolumen ist taktil kaum noch

messbar, die Schneidkontur hat sich bereits nach wenigen

Schneidzyklen durch das tribologische System eingestellt

(Bild 3).

ausblick

Durch die systematische Herangehensweise ist es nun gelun-

gen ein erfolgreiches Behandlungskonzept zu entwickeln,

das im Verschleißverhalten dem bionischen Vorbild entspricht

und zukünftig auf verschiedene industrielle Schneidaufgaben

übertragen wird.

Spezifisches Verschleißvolumen (ermittelt aus Konturver-

messungen) in Abhängigkeit vom Schnittweg.

800

400

0

1200

1600

0 500 1000 1500 2000

Spez

. Ver

schl

eißv

ol. [

1000

µm

3 /m

m]

Schnittweg [m]

Rodentics®-Messer

Ausgangs-kontur

KonventionellesMesser

Vorbild natur

Wird der Zahn eines Nagetieres auf seinen mikrostrukturellen

Aufbau hin untersucht, zeigt sich ein äußerst komplex

aufgebautes System. Dieses besteht im hufeisenförmigen

äußeren Randbereich aus einem extrem verschleißfesten

Material, dem Zahnschmelz. Dieser ist gekennzeichnet

durch in alle Raumrichtungen geflochtene Strukturen aus in

gleicher Weise harten und elastischen Schmelzprismen. Diese

speziellen Strukturen im Schmelz werden Hunter-Schreger-

Bänder genannt. Die Spanfläche des Zahnes dagegen besteht

aus dem weichen, knochenähnlichen Dentin. Die extrem

haftfeste Verbindung beider Materialbereiche wird durch eine

dreidimensionale Verzahnungsstruktur, kombiniert mit einer

organischen Membran erreicht. Während des Gebrauchs ver-

schleißt die weiche Dentinfläche, so dass der darunterliegende

harte Zahnschmelz an der Schneidkante freigestellt wird. Der

Rattenzahn bleibt immer scharf.

werkstoffkonzeptentwicklung

In der technischen Nachbildung dieses Systems ist es den bei-

den kooperierenden Fraunhofer-Instituten IST (am Dortmunder

bionische behandlungsKonZepte für industriemesser

1 Versuchsmesser nach der

Rodentics-Behandlung in der

PACVD-Anlage.

2 Schneidanlage am

Fraunhofer UMSICHT mit

eingebautem Messer.

3 Messerkontur nach Ver-

schleißbeanspruchung von

25.000 Schnitten, Ansicht

des Querschliffes mit freiste-

hender Schneide (2300-fache

Vergrößerung).

KontaKtDipl.-Ing. Hanno Paschke

Telefon +49 231 844-5453

[email protected]

Aus der Natur kennen wir evolut ionäre Pr inzipien, die technischen Systemen tei lweise weit über legen s ind,

wie z. B. die Zähne von Ratten oder auch Biebern. Diese T iere s ind durch einen sehr spezif ischen Zahnauf-

bau in der Lage mit immer scharfen Werkzeugen auch äußerst harte Mater ia l ien wie Beton zu durchnagen.

Das zugrunde l iegende Schärfungspr inzip wurde mitte ls e ines angepassten Mater ia lkonzeptes, kombiniert

mit PACVD-Beschichtungstechnologien, erfolgreich für industr ie l le Schneidaufgaben nutzbar gemacht.

Das daraus result ierende RODENTICS©-Konzept wurde zusammen mit dem Fraunhofer UMSICHT in Ober-

hausen entwickelt .

2 31

42 43

w e r k z e u g e

Verschleißanalyse

Analysen der Testwerkzeuge zeigen im Bereich der am

stärksten beanspruchten Bereiche des Dorns signifikant unter-

schiedliche Verschleißbilder für die getesteten Varianten auch

in metallographischen Untersuchungen (Bild 2). Die Daten für

eine Verschleißauswertung in Bezug auf Adhäsion (positive

Werte) und Abrasion (negative Werte) wurden mit einer 3-D-

Koordinatenmessmaschine durch Vergleich der beanspruchten

Kontur mit der Ausgangskontur ermittelt (linke Graphik).

Verschleißanalyse von Schmiedeprozessen nach 3000

Umformoperationen bei 1150 °C.

Plasma-nitriert

Mono-schichtTi-B-N

8 LagenTi-B-N

25 LagenTi-B-N

Abr

asio

n [µ

m]

150

70

0

-30

-90

110

30

Die Streuung der Messwerte ist typisch für Schmiedeprozesse,

jedoch zeigt sich ein eindeutiger Trend bei der Bewertung der

unterschiedlichen Designvarianten. Im Ergebnis zeigen borar-

me Varianten mit hoher Periodizität das für diese Applikation

am besten geeignete Schichtdesign.

ausblick

Zurzeit wird in Industrieversuchen das Potenzial dieser

Schichtsysteme in der Produktion für den Anwendungsbereich

Warmumformung getestet. Weitere Arbeiten beschäftigen

sich mit der Kombination aus PACVD-Schichtsystemen und

Nitrierbehandlungen sowohl in kontinuierlichen als auch

zweistufigen Prozessen. Vorhergehende Untersuchungen

zeigen einen wesentlichen Einfluss der Behandlungsparameter

auf das Rissverhalten der Werkzeugoberflächen.

Schichtdesign des erfolgreich getesteten Mehrlagensystems

Ti-B-N (B' entspricht einem borarmen Standard).

Sputter Tiefe [nm]

Ato

mko

nzen

trat

ion

[%]

100

80

40

20

05000 1000 1500 2000 2500 3000

601000 µm

Ti BFe

B' NO CCr

Schichtdesign mit gradierten Systemen

Ternäre Systeme des Systems Ti-B-N besitzen hochinteressante

strukturelle Eigenschaften: Nach der PACVD-Abscheidung

werden Nanokomposite gefunden, die aus nanokristallinen

Anteilen von TiN und TiB2 sowie amorphen Phasen mit

unterschiedlichen Boranteilen bestehen. Im PACVD-

Beschichtungsprozess können nun Gradienten in der

Phasenverteilung bezüglich des Bor- und Stickstoffanteils

durch das Prozessgasangebot eingestellt werden. Dadurch

werden unterschiedliche Mehrlagensysteme möglich, die sich

im Design bezüglich der Phasenkomposition (Boranteile) und

der Lagenanzahl unterscheiden (rechte Graphik).

anwendungsuntersuchungen

In Kooperation mit dem Institut für Umformtechnik und

Umformmaschinen IFUM, Abteilung Massivumformung

in Hannover werden in gemeinsamen Industrieprojekten

unterschiedliche borhaltige Mehrlagendesigns mit plasma-

bzw. gasnitrierten Referenzen verglichen. Die gewählte

Dorngeometrie der Testwerkzeuge repräsentiert Schmiede-

gesenke mit extremen Konturen (Bild 1). Die durchgeführten

Umformprozesse in einer Exzenterpresse mit automatisiertem

Rohteilhandling und Kühlschmiersystem bilden reale Umform-

bedingungen reproduzierbar ab.

borhaltige werKZeugbeschichtungen für die warmumformung

1 Beschichtete Testwerk-

zeuge in der PACVD-Anlage.

2 Nitriertes Referenzwerk-

zeug, Verschleißbild an den

Dornen der Testwerkzeuges

nach 3000 Umformopera-

tionen bei 1150 °C. (links),

Testwerkzeug mit optimier-

tem Mehrlagensystem Ti-B-N,

Verschleißbild an den Dornen

der Testwerkzeuges nach

3000 Umformoperationen

bei 1150 °C (rechts).

KontaKtDipl.-Ing. Hanno Paschke

Telefon +49 231 844–5453

[email protected]

Die Oberf lächen von Werkzeugen für die Warmmassivumformung verschle ißen durch die hohen Umform-

kräfte und hohen Anwendungstemperaturen von über 900 °C, die zu Zunderbi ldung bei den umzuformen-

den Rohl ingen und Thermoschock-Belastungen während der Kühlschmierphase führen, sehr schnel l . Neue

ternäre Mehrlagen- PACVD-Schichtsysteme auf Bas is wechselnder Mater ia lzusammensetzungen hins icht-

l ich des Bor- , T i tan- und St ickstoffgehaltes zeigen v ie lversprechende Ansätze zur Entwicklung verschle iß-

reduzierender Werkzeugbeschichtungen.

1 2

44 45

w e r k z e u g e

Reißen der Bauteile und zu Schäden an der Oberfläche.

Verstärkt wird dieser Effekt durch Umformtemperaturen von

250 ° C – 950 ° C, die für die Verarbeitung von Titanlegie-

rungen notwendig sind. Dies stellt hohe Anforderungen an

Werkzeuge und Umformprozesse.

Forschungsschwerpunkte

Die Fraunhofer - Institute arbeiten an Lösungen in folgenden

Forschungsbereichen:

Entwicklung temperierter Umformprozesse zur Verbesse-rung des Umformvermögens von Titanlegierungen auf Basis des Hot-Gasforming (IWU)

Entwicklung von Werkzeugwerkstoffen für das Umformen von Titan im Temperaturbereich bis 950 °C (IKTS)

Entwicklung angepasster Werkzeugbeschichtungen zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß (IST und IWS)

Bereitstellung von Materialkennwerten der relevanten Titanlegierungen und Simulation des Umformverhaltens (IWM)

Entwicklung angepasster Schneid- und Fügeverfahren zur

Weiterbearbeitung der Blechbauteile (IWU)

Titan als werkstoff

Der Werkstoff Titan ist für seine herausragenden Eigenschaf-

ten bekannt. Dazu gehören vor allem eine hohe spezifische

Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität.

Durch Legierungszusätze können diese Eigenschaften noch

weiter verbessert werden. Titanwerkstoffe haben daher

eine große Bedeutung für die Luft- und Raumfahrt, für die

chemische Industrie, für die Medizintechnik sowie für see-

wasserbeständige Bauteile. Titan ist das vierthäufigste Metall

der Erdkruste. Langfristig ist von einer guten Verfügbarkeit

und zunehmenden Anwendung auszugehen.

Problemstellung

Einer breiteren Anwendung der Titanwerkstoffe stehen zurzeit

hohe Kosten bei der Herstellung und Verarbeitung gegenüber,

da effiziente Umformverfahren, wie z. B. Tiefziehen oder

Innenhochdruck-Umformen nur mit großen Einschränkungen

angewendet werden können. Selbst dünnwandige komplexe

Bauteile werden daher meist spanend, z. B. durch Fräsen

aus dem Vollen hergestellt. Haupthinderungsgrund sind die

tribologischen Verhältnisse zwischen den Titanwerkstoffen

und dem Werkzeug. Titan neigt in besonders hohem Maße

zur Anhaftung auf der Werkzeugoberfläche. Es kommt zum

technologische grundlagen für die umformung Von titanlegierungenIn e inem Verbund mit den Fraunhofer- Inst i tuten IWU, IWM, IKTS und IWS werden unter Federführung des

Fraunhofer IST die Grundlagen für e ine eff iz iente Umformung von T itanlegierungen erarbeitet . Z ie l i s t

e ine preiswertere Fert igung von T itanbautei len, um deren Anwendungsmögl ichkeiten auszuweiten.

1 2

Bisherige ergebnisse

Mit Hilfe von Tribometerversuchen bis 900 °C wurden

geeignete Werkzeugwerkstoffe und Beschichtungen für die

weiteren Versuche ausgewählt. Ein erster Prototyp eines Fan

Blades, wie er in Flugzeugtriebwerken Verwendung findet,

konnte am Fraunhofer IWU aus hochfestem Titan TiAl6V4

umformtechnisch hergestellt werden (Bild 3). Ausreichende

Umformgrade können mit der neuen Umformtechnologie

bereits erzielt werden. Entwicklungsbedarf besteht noch

hinsichtlich der Formgenauigkeit der Bauteile. Ebenso konnten

erste Teile von Abgasanlagen für den Automobilbau aus Titan

durch Hot-Gasforming ausgeformt werden (Bild 4).

1 Titanschwamm.

2 Fanrotor aus Titan.

3 Prototyp eines Fan

Blades für Flugzeugtrieb-

werke, umformtechnisch

hergestellt aus TiAl6V4.

4 Teil einer durch Hot-

Gasforming aus Titan herge-

stellten Abgasanlage.

KontaKtDipl.-Ing. Martin Weber

Telefon +49 531 2155–507

[email protected]

3 4

46 47

w e r k z e u g e

Dazu wurden verschiedene modifizierte Chromnitrid-, Bor-

und Kohlenstoffschichten in Vorversuchen auf ihre Eignung

geprüft. Temperversuche bei unterschiedlichen Temperaturen

gaben Aufschluss über Veränderungen an den Schichten bei

Temperaturen bis 1000 °C (Bild 2). Anschließend wurden mit

ausgewählten Schichten Anwendungsversuche im Streifenzug

und beim Tiefziehen (Bild 3) am Institut für Umformtechnik

und Umformmaschinen der Universität Hannover IFUM

durchgeführt. Die Versuchsmatrix umfasste sechs Werk-

zeugbeschichtungen, drei Werkzeugstähle und den sowohl

unbeschichteten als auch unterschiedlich beschichteten

Blechwerkstoff 22MnB5.

Das ergebnis

Den größten Einfluss auf das Verschleißverhalten der

Werkzeuge weisen die verschiedenen Blechbeschichtungen

auf. Während bei unbeschichteten Blechen starker abrasiver

Verschleiß auftritt, können durch die Wahl einer geeigneten

Blechbeschichtung der Verschleiß und die Bildung von Anhaf-

tungen, im Vergleich zu den bisher überwiegend verwendeten

AlSi-Beschichtungen, signifikant reduziert werden. Weitere

Verbesserungen des Verschleißverhaltens können durch die

Verwendung von Chromnitridschichten erzielt werden, die mit

Vanadium oder Wolfram modifiziert sind (Bild 4).

Das Presshärten

Hochfeste Stähle, wie sie für die Fertigung hoch belasteter

Blechbauteile verwendet werden, weisen in der Regel ein

sehr schlechtes Umformvermögen auf. Um dem abzuhelfen,

hat sich in den vergangenen Jahren das Presshärten etabliert.

Dabei werden die zugeschnittenen Bleche auf 950 °C erwärmt

und anschließend in einem gekühlten Werkzeug umgeformt

und ausgehärtet. Die Ausgangshärte des überwiegend

verwendeten Stahls 22MnB5 steigt dabei von 600 auf bis zu

1600 N/mm². Nachteilig bei dem Verfahren ist vor allem der

hohe Werkzeugverschleiß. Bei Temperaturen von etwa 800 °C

auf der Werkzeugoberfläche sind keine konventionellen

Schmierstoffe mehr einsetzbar. Dazu kommt die Verzunderung

der Werkstückoberfläche als Folge der Erwärmung, die einen

starken Abrasivverschleiß zur Folge hat. Zur Vermeidung der

Zunderbildung werden die Bleche häufig beschichtet. Weit

verbreitet sind AlSi-Schichten, die jedoch stark zu Anhaf-

tungen auf der Werkzeugoberfläche neigen, die regelmäßig

entfernt werden müssen (Bild 1).

Der Projektinhalt

Ziel des Forschungsvorhabens »Prozessschmierung Press-

härten« (IGF-Projekt 14979 N) war es, die tribologischen

Bedingungen auf der Werkzeugoberfläche zu verbessern.

werKZeugbeschichtungen für das presshärten Von borlegierten stählenDie ste igenden Fest igkeitsanforderungen an Blechkomponenten im Automobi lbau haben in den vergange-

nen Jahren zu e iner zunehmenden Bedeutung des Presshärtens von bor legierten Stählen geführt . Durch

die Kombinat ion aus T iefz iehen und Härten in e inem Prozess lassen s ich Bautei lfest igkeiten größer a ls

1500 N/mm² erz ie len. Nachtei l ig ist der hohe Werkzeugverschle iß. E ine wesent l iche Verbesserung br ingen

Werkzeugbeschichtungen, die am Fraunhofer IST im Rahmen eines IGF-Projektes entwickelt wurden.

1 2

Verschleißbeständigkeit der Schichten nach Temper-

versuchen (2 Stunden in Umgebungsluft).

Temperatur [°C]A

bras

ivve

rsch

leiß

[10-1

5 m3 /

mN

]TiAIN CrVN 27 % V CrVN 19 % V

CrVN 13 % VCrWN 150 V CrN CrNbN

NbN

RT0

10

20

30

40

400 500 600 700 800 900

1 Werkzeugverschleiß

beim Presshärten.

2 Vergleich der Schichtver-

änderungen nach einer Wär-

mebehandlung bei 800 °C im

Kalottenschliff: Rissbildung

und starke Oxidation der

Oberfläche bei CrN (unten),

geringe Veränderungen bei

CrWN (oben).

3 Durchführung der

Tiefziehversuche.

4 Optimiertes Werkzeug

nach den Ziehversuchen.

KontaKtDipl.-Ing. Martin Weber

Telefon +49 531 2155–507

[email protected]

3 4

48 49

w e r k z e u g e

Sensorverhalten während der Blechumformung

Mit den Sensormodulen wurden in unterschiedlichen Anlagen

Versuchsreihen durchgeführt. Dabei wurde gezeigt, dass

das Eintuschieren dieser sensorischen Werkzeugeinsätze

in die Matrize der Umformanlagen einfach zu realisieren

ist. Während des Tiefziehprozesses steht das sensorische

Dünnschichtsystem in direktem Reibkontakt zum Blech. Der

charakteristische Signalverlauf weist ein Widerstandsminimum

an jeder Elektrodenstruktur auf, wenn das Blech sich aus dem

Kontakt bewegt. An einer Versuchsanlage am Fraunhofer IWU

wurde die allgemeine Funktionstüchtigkeit der Sensormodule

nachgewiesen. Unter Industriebedingungen konnten die Mo-

dule in der Dickblechumformung beim Tiefziehen von runden

Stahlgrundkörpern mit einem Durchmesser von 266 mm

und einer Dicke von 6 mm bei der AWEBA Werkzeugbau

GmbH getestet werden. Ein charakteristischer Signalverlauf

ist in der nebenstehenden Graphik dargestellt. Auch in der

Motorträgerfertigung wurden Sensormodule getestet. Dazu

wurde eine hydraulische Presse EHP 1600 der Firma Erfurt

mit den Sensormodulen ausgestattet. Auch hier konnte die

Funktionstüchtigkeit mit Erfolg nachgewiesen werden.

ausblick

Derzeit werden die Sensormodule in der Produktion

eingesetzt, um ihre Langzeitstabilität zu testen. Der Anwen-

dungsbereich soll sich nicht nur auf den Tiefziehprozess

beschränken, sondern auch bei anderen Umformprozessen,

wie der Innenhochdruckumformung oder dem Blechbiegen

Einsatz finden. Diese Entwicklungen sind Ergebnisse aus dem

vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

innerhalb des Rahmenkonzepts »Forschung für die Produktion

von morgen« geförderten Projekt ORUM (Optimierte Regelung

von Umformprozessen durch Werkzeuge mit integrierter

Dünnschichtsensorik) mit dem Förderkennzeichen 02PU2040.

Es wurde vom Projektträger Forschungszentrum Karlsruhe

(PTKA), Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PFT),

betreut.

Kennlinienverlauf von drei Sensorstrukturen während

der Dickblechumformung.

15 25 4535 55 655

1

Sensor 9 Sensor 2 Sensor 3

Zeit [s]

Blec

hein

zug

R Sens

or /

R 0 [1

]

0,98

0,985

0,99

0,995

1

1,005

Sensorisches Dünnschichtsystem

Das Schichtsystem besteht aus der piezoresistiven Kohlenwas-

serstoffschicht DiaForce®, die auf der polierten Seite des Werk-

zeugeinsatzes in einer Dicke von 6 µm homogen abgeschie-

den wird. Darauf wird eine nur 200 nm dünne Chromschicht

aufgebracht, die mittels Photolithographie und nasschemi-

scher Ätzung strukturiert wird. Flexible Masken ermöglichen

die Strukturierung selbst in tiefliegenden Kontaktbereichen.

Vor dem Tiefziehprozess liegen die Sensorstrukturen alle

im Kontakt mit dem Stahlblech und laufen während des

Umformvorganges nacheinander aus diesem Kontaktbereich.

Damit diese Chromstrukturen langzeitstabil sind, werden sie

mit einer elektrischen Isolations- und Verschleißschutzschicht

aus SiCON® in einer Dicke von 3 µm beschichtet. Die einzelnen

Stadien des Fertigungsprozesses der Sensormodule sind in

Bild 1 dargestellt. Es wurden unterschiedliche Geometrien der

Grundkörper gefertigt und verschiedene Anordnungen der

Elektroden strukturiert. Bild 2 zeigt eine Mikrostruktur von

einem Ausschnitt einer Elektrodenanordnung aus Bild 3, bei

der die Elektrodenlängen sich nur um 100 µm unterscheiden.

entwicKlung Von sensormodulen für die optimierung Von tiefZiehproZessen

1


Telefon +49 531 2155-604

[email protected]

Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Staufenbiel

Telefon +49 531 2155-765

[email protected]

Fehlerhaft ausgeformte Tei le, Reißer und Faltenbi ldung senken die Wirtschaft l ichkeit von Umformprozes-

sen. Ursache dafür s ind vor a l lem Schwankungen der Prozessparameter, wie beispie lsweise der Werkstoff-

kennwerte. E ine durch integr ierte Dünnschichtsensor ik geregelte Prozessführung kann Schwankungen

ausgle ichen und den Ausschussantei l minimieren. Das Fraunhofer IST entwickelt h ierfür neuart ige senso-

r ische Dünnschichtsysteme, die in direkten Kontakt mit dem auszuformenden Werkstück treten und den

Umformprozess sehr präzise verfolgen.

2 3

1 Schrittweiser Aufbau der

Sensormodule für die Serien-

fertigung.

2 Mikroskopaufnahme

eines Elektrodenspitzen-

bereiches von Bild 3.

3 Sensormodul mit einer

Auflösung von 100 µm.

100 µm

50 51

w e r k z e u g e

kommerziellen Kraftsensoren durchgeführt. Hierbei zeigte sich

das große Potenzial der Dünnschichtsensorik: Die Sensoren

detektieren nicht nur die Druckbelastung, sondern messen

auch den Rückhub beim Herausziehen des Schneidstempels

aus der Matrize. Der Verschleiß an der Schneidkante konnte

durch eine zeitliche Verzögerung der Kraftkennlinien um bis

zu 25 Prozent ermittelt werden (untere Graphik). Aufschwei-

ßungen am Schneidstempelschaft hingegen erzeugten einen

Kraftanstieg beim Schneiden, der sehr genau Aufschluss über

die Verschleißsituation gibt (obere Graphik).

ausblick

Dieses Dünnschichtsensorsystem kann universell im direkten

Kraftfluss von Schneidwerkzeugen eingesetzt werden. Die ei-

gens für Schneidprozesse entwickelte Elektronik vom HSG-imit

soll die Prozesse überwachen und den Bediener vor Ausfällen

der Anlage warnen. Durch die Prozessüberwachung können

Ressourcen geschont und die Materialkosten minimiert

werden. Das weite Anwendungsgebiet dieser Sensorsysteme

stellt eine kostengünstige industrielle Fertigung in hohen

Stückzahlen in Aussicht.

Aufschweißungen am Schneidstempel führen zu einem

Anstieg der Schneidkraft.

-10

-15

-5

0

5

10

15

20

25

Kra

ft [k

N]

Zeit [s]

neuer Stempel 2.000 Hub 4.000 Hub6.000 Hub

0,990 1,0000,995 1,005 1,0151,010 1,020

Verschleiß an der Schneidkante führt zu einem verzögerten

Schneidprozess.

0

4

8

12

16

Kra

ft [k

N]

Zeit [s]

neuer Stempel Stempelmanipulation 1Stempelmanipulation 2

0,990 1,000 1,010 1,020 1,030

Dünnschichtsensorintegration

Auf standardisierte Stahlscheiben wird ein sensorisches Drei-

schichtsystem appliziert. Durch nasschemisch geätzte

200 nm dünne Chromelektroden auf der Sensorschicht, kön-

nen an verschiedenen Stellen ortsaufgelöste Druckzustände

gemessen werden. Um die Sensorstrukturen zu schützen,

bildet eine elektrisch isolierende Reibungs- und Verschleiß-

schutzschicht den Abschluss des Dreischichtsystems. Ein

Flex-Board kontaktiert die Kontaktpads der Sensoren und führt

die Signale aus dem Werkzeug einer Elektronik zu, die diese

aufbereitet. Mit einer für den Schneidprozess entwickelten

Software können Abweichungen im Schneidprozess, wie

z. B. Bruch einer Werkzeugkante oder Aufschweißungen am

Schneidstempel frühzeitig erkannt und behoben werden.

Sensorverhalten bei Versuchsreihen

In umfangreichen Versuchsreihen wurden am Fraunhofer IWU

die Integration der Sensormodule in die Werkzeuge, das

Erkennen von Fehlerbildern und die Langzeitstabilität nachge-

wiesen. Die Plausibilitätsprüfung der Sensorsignale wurde mit

praxistaugliche dünnschicht-Kraftsensoren Zur überwachung Von schneidproZessen

1 Dünnschichtsensorik mit

Flex-Boardkontaktierung

für die Überwachung von

Schneidprozessen.

2 Gehaustes Sensormodul.

Das IGF-Vorhaben 16113 BG

der Forschungsvereinigung

Europäische Forschungsge-

sellschaft Dünne Schichten

e. V. - EFDS, Gostritzer

Straße 63, 01217 Dresden

wurde über die AiF im

Rahmen des Programms zur

Förderung der industriellen

Gemeinschaftsforschung

und -entwicklung (IGF)

vom Bundesministerium für

Wirtschaft und Technologie

aufgrund eines Beschlusses

des Deutschen Bundestages

gefördert.

21


Telefon +49 531 2155-604

[email protected]

Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Staufenbiel

Telefon +49 531 2155-765

[email protected]

Fehlerhaft gestanzte Blechtei le oder Werkzeugbrüche mindern die Wirtschaft l ichkeit von Schneidprozes-

sen. Der Bedarf an Systemen zur Onl ine-Prozessüberwachung wird immer stärker. Schneidspaltverengung

und Werkzeugverschle iß wirken s ich unmitte lbar auf die Schneidkraft aus. Zur Detekt ion der Schneidkraft

werden piezores ist ive Dünnschichtsensoren auf Bas is der amorphen Kohlenwasserstoffschicht DiaForce®

entwickelt . Das gesamte Schichtsystem weist e ine Dicke von nur 9 µm auf und bes i tzt dabei hervorragen-

de tr ibologische und sensor ische E igenschaften. Diese Dünnschichtsensoren können durch ihre ger inge

Baugröße im direkten Kraftf luss des Werkzeugs e ingesetzt werden und dort d i rekt die Schneidkraft ohne

Störeinf lüsse messen.

52 53

w e r k z e u g e

DiaCer®-Wendeschneidplatten für die Zerspanung und von

DiaCer®-Gleitringdichtungen und Gleitlagern wurden als

Beispiel für Formwerkzeuge auch DiaCer®-Ziehsteine für die

Drahtherstellung entwickelt und erprobt.

DiaCer®-ziehsteine mit Diamantinnenbeschichtung

Bei der Entwicklung eines Beschichtungsprozesses für

diamantbeschichtete Ziehsteine bestand eine wesentliche

Herausforderung darin, die Diamantschicht im Innern der

Ziehsteine mit ausreichender Schichtdicke haftfest aufwachsen

zu lassen. Hierzu wurde am Fraunhofer IST ein modifizierter

HF-CVD-Prozess entwickelt. Mit dieser Prozessvariante wurden

Ziehsteinprototypen mit Durchmessern von 1 mm – 27 mm

hergestellt, wodurch Diamantziehsteine praktisch im gesamten

industriell relevanten Durchmesserbereich verfügbar werden.

Eine Auswahl von erfolgreichen Erprobungen in industriellen

Drahtziehprozessen ist in der Tabelle dargestellt. Die Unter-

suchungen wurden mit industriellen Drahtziehmaschinen bei

Drahtherstellern wie Drahtwerk Elisental, Drahtzug Stein und

Durum durchgeführt. Die DiaCer-®Ziehsteine wurden jeweils

nur in der letzten Ziehstufe eingesetzt und überstanden den

Der werkstoffverbund DiaCer®

DiaCer® basiert auf keramischen Grundkörpern aus Siliziumni-

trid beziehungsweise Siliziumcarbid, auf die eine polykristalline

Diamantschicht abgeschieden wird. Das Fraunhofer IST

setzt zur Abscheidung polykristalliner Diamantschichten

Beschichtungsprozesse auf der Basis der Heißdraht-aktivierten

Gasphasenabscheidung (hot-filament HF-CVD) ein. Diese

Prozesse wurden im Institut sowohl für Beschichtungsflächen

bis 50 cm x 100 cm, als auch für die Diamantabscheidung

auf komplexen Geometrien entwickelt und in die Industrie

transferiert. Die Silizium-basierten Keramiken sind für die

Abscheidung von Diamantschichten besonders gut geeignet,

da sich durch die Ausbildung von Si-C-Bindungen zwischen

der Diamantschicht und der Keramik besonders hohe

Haftfestigkeiten erzielen lassen. Zudem sind die thermischen

Ausdehnungskoeffizienten von Diamant und den Keramiken

nicht so unterschiedlich wie im Fall von metallischen

Grundkörpern, was bei der Abkühlung von der Beschichtungs-

temperatur (800 °C – 900 °C) zu eher moderaten thermisch

induzierten Spannungen im DiaCer®-Werkstoffverbund führt.

Neben der gemeinsamen Entwicklung und Erprobung von

diamantbeschichtete KeramiK diacer® – ein leistungsfähiger werKstoffVer-bund für hohe anforderungen

Die Werkstoffe Keramik und Diamant werden in der Industr ie häuf ig e ingesetzt , wenn es gi l t , hohen An-

forderungen an Mater ia l ien zu genügen. E ine Erweiterung der Nutzung und Erhöhung der Leistungsfähig-

keit der E inzelwerkstoffe lässt s ich durch die Verbindung der beiden Werkstoffe in Form von diamantbe-

schichteten Keramiken DiaCer® erz ie len. In Kooperat ion der Fraunhofer- Inst i tute IKTS, IPK, IST und IWM

wurde dieser Werkstoffverbund entwickelt und in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industr ie zur

Anwendungsreife gebracht. Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen den Fraunhofer-Forschern und den

Partnern aus der Industr ie wurde im Jahr 2010 mit dem Wissenschaftspreis des St if terverbands in der

Kategor ie Forschung im Verbund ausgezeichnet.

verschleißbedingten Austausch mehrerer Sätze an vorgela-

gerten Hartmetallziehsteinen. Vorteile der DiaCer®-Ziehsteine

sind: Erhöhung der Werkzeuglebensdauer, Einsparung von

Rüstzeiten, Steigerung der Produktivität von Ziehprozessen.

Daneben sind für die Industriepartner insbesondere die Ein-

haltung extrem enger Toleranzen über eine lange Fertigungs-

dauer und die größere Flexibilität bezüglich der realisierbaren

Ziehsteingeometrien (Formziehsteine) von großem Interesse.

ausblick und Danksagung

Derzeit werden Komplettsätze von DiaCer®-Ziehsteinen in

einem 9-stufigen Ziehprozess erprobt. Der Fokus zukünftiger

FuE-Arbeiten liegt auf der Vermeidung oder Reduzierung

von Ziehmitteln und auf der Entwicklung wirtschaftlicher

Fertigungsprozesse für DiaCer®-Ziehsteine. Die Arbeiten zum

Werkstoffverbund DiaCer® wurden zum Teil im BMBF-Rah-

men-Programm WING mit Beteiligung von Industriepartnern

gefördert. An den Entwicklungen zu den DiaCer®-Ziehsteinen

waren insbesondere die Unternehmen Allgemeine Gold- und

Silberscheideanstalt, DiaCCon, Drahtzug Stein, Drahtwerk

Elisental, Durum und H.C. Starck Ceramics beteiligt.

Standzeiten von DiaCer®-Ziehsteinen im Vergleich zu

konventionell eingesetzten Ziehsteinen. PKD = gesinterter,

polykristalliner Diamant.

Drahtmaterial DrahtmengeinTonnen

Referenz-ziehsteine

Al-undMg-Legierungen

> 60 7-fache Stand-zeit gegenüber Hartmetall

Eisenlegierungen > 70 wie PKD

GefüllteNi,NiCrundFeCrDrähtemitFüllpartikelnausausWC,Si…

> 7,5 wie PKD

KontaKtDr. Lothar Schäfer

Telefon +49 531 2155-520

[email protected]

Dr. Markus Höfer

Telefon +49 531 2155-620

[email protected]

1 Heißdraht-CVD-

Diamantbeschichtung eines

Siliziumnitrid-Ziehsteins mit

26 mm Durchmesser.

1

55

e n e r g I e , g l a S , F a S S a D e

Im Geschäftsfeld »Energie, Glas und Fassade« konzentrieren sich die Arbeiten des Instituts

unter anderem auf die Entwicklung von:

Schichtsystemen und zugehörigen Prozessen für Photovoltaik anwendungen,

kostengünstigen transparenten leitfähigen Schichtsystemen (TCOs) für die Photovoltaik und Photo thermie, Architektur- und Autoglas,

Halbleiterschichten für Dünnschicht-Photovoltaik,

Untersuchungsmethoden zur Charakterisierung von Dünnschicht-Solarzellen,

verbesserten funktionellen Schichten und Beschichtungsprozessen auf Architekturglas,

Schichtsystemen für Brennstoffzellen,

verbessertem kostengünstigen Hochtemperatur-Korrosionsschutz für Turbinenschaufeln.

Zu den Kunden gehören Unternehmen der Glas-, Photovoltaik- und Elektro industrie, der

Energie- und Bauwirtschaft, Heizungs- und Sanitärhersteller sowie Anlagenhersteller und

Lohn beschichter.

energie, glas, fassade

KontaKtDr. Bernd Szyszka

Telefon + 49 531 2155-641

[email protected]

Dr. Volker Sittinger

Telefon + 49 531 2155-512

[email protected]

56 57


die eisfreie scheibe 1 Großflächenbeschich-

tung am Fraunhofer IST.

KontaKtDr. Bernd Szyszka

Telefon +49 531 2155-641

[email protected]

Magnetron-Sputtern (HIPIMS). Bei dieser Methode wird das

gesputterte Material in erheblichem Umfang ionisiert. Am

Fraunhofer IST konnte gezeigt werden, dass beim Übergang

zu Bedingungen mit maximalem Ionisationsgrad nanokristalli-

ne Indium-Zinn-Oxid (ITO) Schichten entstehen, die auch beim

Biegen des Glases bei ~ 650 °C kein Kornwachstum zeigen.

Die Schichteigenschaften

Der Stromverlauf im HIPIMS-Puls resultiert in dem am IST

verwendeten Laboraufbau der Firma Advanced Energy aus

Kapazität und Ladespannung der zugrundeliegenden Kon-

densatorbank. Hinzu kommt eine Regelung zum Verkürzen der

Pulsdauer, um zu starkes Arcing der Kathode zu vermeiden.

Sowohl bei 2,0 kV als auch bei 2,5 kV Ladespannung ent-

stehen zunächst nahezu röntgenamorphe Schichten, welche

nach Temperung bei ~650 °C einen scharf ausgeprägten

Röntgenreflex zeigen, was mit einem Übergang von der

amorphen zur kristallinen Phase einher geht, anders bei 3 kV

Ladespannung. Hier resultieren bereits bei der Herstellung

nanokristalline Schichten, die einen breiten Reflex im

Θ-2Θ Diagramm zeigen, der auch durch das Tempern nur

geringfügig verändert wird. Diese Schichten weisen eine aus

der Röntgenbeugung ermittelte Korngröße von nur ~ 20 nm

auf. Das nanokristalline Wachstum führt aufgrund der

Hall-Petch Relation zu einer Härtung der Schichten und zu

Vorarbeiten aus den 1980er Jahren

Ausgangspunkt für unsere Arbeiten waren die bereits in

den 1980er Jahren an der Universität Uppsala erzielten

Ergebnisse zu vereisungsfreien Frontscheiben auf der

Basis von transparent leitfähigen, pyrolytisch hergestellten

SnO2:F-Beschichtungen.1 Das mit der Low-E Schicht versehene

Fahrzeug ist komplett eisfrei, während die unbeschichtete

Frontscheibe deutlich vereist ist. Diese Technologie konnte

jedoch nicht weiter umgesetzt werden, da sich die rauen

SnO2:F-Beschichtungen als sehr verschleißanfällig erwiesen

und die notwendige Stabilität für die Anwendung im Fahr-

zeugbereich nicht aufbringen konnten. Die Innovation beruht

darauf, dass transparent leit fähige und somit niedrig emittie-

rende (Low-E) Schichten sehr kostengünstig und mit deutlich

besseren Eigenschaften herstellbar sind, als bisher verfügbare

Beschichtungen. Insbesondere ist diese neue, bei Raumtem-

peratur auf Glas aufgebrachte PVD-Beschichtung biegefähig

sowie chemisch und mechanisch extrem widerstandsfähig,

was das Verschleißverhalten gegenüber unbeschichtetem Glas

deutlich verbessert.

hIPIMS-Sputtern von TCos

Der Schlüssel für das Erreichen dieser bisher nicht für

möglich gehaltenen Eigenschaftskombinationen liegt in einer

neuen Art der Prozessführung, dem Hochleistungs-Impuls-

Autofahren im Winter macht nur beschränkt Freude. E iner der Gründe s ind beschlagene und vereiste

Scheiben. Am Fraunhofer- Inst i tut für Schicht- und Oberf lächentechnik IST wurde jetzt e ine neue Beschich-

tung für Autoscheiben entwickelt , d ie hier Abhi lfe schaffen kann. Die transparente Schicht ist so le i t fähig

wie e in Metal l – dadurch wird das Glas zu e inem Wärmespiegel , was das Auskühlen und Vereisen der

Scheiben verhindert . Auf diese Weise wird das langwier ige und das gerade bei E lektroautos energiezeh-

rende Fre iheizen der Scheiben überf lüss ig.

einer gesteigerten thermischen Stabilität. Die elektrischen und

optischen Eigenschaften der Schichten entsprechen im vollen

Umfang denen von herkömmlichen ITO-Beschichtungen, allein

ein erhöhter Schichtwiderstand ist zu beobachten.

Das anwendungspotenzial

Die eisfreie Autoscheibe, die gemeinsam mit VW und Audi

entwickelt wurde, bietet eine echte sicherheitstechnische In-

novation für die KFZ-Branche. Die elektrische Leitfähigkeit der

Beschichtungen dämpft jedoch die Kommunikation per Funk,

so dass Anpassungsarbeiten im Bereich der GPS- und Handy-

Antennen sowie im Bereich der Notruf-Systeme vorzunehmen

sind. Im Kontext der Elektromobilität wird die Bedeutung der

Technologie nochmals gesteigert, da hier passive, energieneu-

trale Lösungen gefordert sind, wohingegen ein aufwendiges

Heizen des Innenraums auf Kosten der Batterieladung sehr

unerwünscht ist. Weitere Anwendungsbereiche resultieren aus

dem Übergang zu dreifach-Verscheibungen im Baubereich.

Auch hier kommt es durch die verbesserte Isolation mehr und

mehr zur Kondensation auf der Außenseite der Scheiben,

was durch unsere Technologie effizient unterdrückt werden

kann. Zusätzlich kann die Schicht auch als Heizleiter eingesetzt

werden, um etwa im Bereich der chemischen Verfahrens-

technik Reaktorgefäße mit einer transparenten Heizung zu

versehen. Völlig neue Themengebiete werden im Bereich der

transparenten oxidischen Elektronik erschlossen, hier bietet die

neue Technologie Möglichkeiten, um etwa in Kombination mit

Sol-Gel p-TCOs den Aufbau von transparenten Dioden und

darauf basierenden Schaltungen zu gewährleisten.

[1]: I. Hamberg et al., Applied Optics 26 (1987) 2131

1

58 59


bestimmt. Der Mikrostrukturfaktor beschreibt die Art der Bin-

dung der Siliziumatome mit Wasserstoff. Ein niedriger Mikro-

strukturfaktor ist gewünscht und gleichbedeutend mit vielen

Si-H-Bindungen und wenigen Si-H2- und Si-H3-Bindungen.

Der Mikrostrukturfaktor wurde in Abhängigkeit verschiedener

Prozessparameter mit Hilfe statistischer Versuchsplanung

bestimmt. In einem zweiten Schritt wurden in Kooperation mit

dem IEK5-PV des FZ Jülich drei p-i-n-Solarzellen mit Absorbern

dieses Versuchsplans hergestellt und die elektrischen Kennwer-

te gemessen. Die Graphik auf der rechten Seite zeigt die Be-

schichtungsrate und den Mikrostrukturfaktor in Abhängigkeit

von Drahttemperatur und Silanfluss. Die Ergebnisse stammen

aus zwei statistischen Versuchsplänen. Gute Werte für den

Mikrostrukturfaktor lassen sich auch für hohe Raten >1,5 nm/s

erreichen. Die gemessenen Effizienzen nach Tempern für

drei hergestellte Solarzellen liegen zwischen 4,5 Prozent und

5,1 Prozent bei Raten von 0,9 nm/s bis 1,5 nm/s. Dabei ist

zu berücksichtigen, dass die Teile der Zelle an verschiedenen

Orten hergestellt wurden, wodurch in der Regel niedrigere

Effizienzwerte erzielt werden.

ausblick

Die zukünftigen Arbeiten zur Abscheidung von Silizium-

basierten Schichten mit dem Heißdraht-CVD-Verfahren

umfassen einerseits Aspekte der Materialoptimierung für

spezifische Anwendungen, z. B. in den Bereichen Photovoltaik

und Mikroelektronik, andererseits produktionsspezifische

Fragestellungen zur Senkung der Herstellungskosten für

siliziumbasierte Schichten. Ziel ist es, die Heißdraht-CVD-

Technologie für Silizium-basierte Schichten, ähnlich wie dies im

Fall von Diamantschichten schon erreicht wurde, in industrielle

Fertigungsprozesse zu transferieren.

Beschichtungsrate (oben) und Mikrostrukturfaktors (unten)

in Abhängigkeit von Drahttemperatur und Silanfluss.

2000

1900

2300

2200

2100

20 30 5040 60 70 80 90 100 110

Beschichtungsrate [nm / s]

Dra

htte

mpe

ratu

r [°

C]

Design I Design II

Silanfluss [sccm]

0,3

1,01,2

1,40,4 0,5 0,6

0,8

2000

1900

2300

2200

2100

20 30 5040 60 70 80 90 100 110

Mikrostrukturfaktor

Dra

htte

mpe

ratu

r [°

C]

Design I Design II

Silanfluss [sccm]

0,20,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,360,26

0,180,16

0,14

0,8

Das Beschichtungsverfahren

Heißdraht-CVD (Chemical Vapour Deposition) ist ein etab-

liertes Beschichtungsverfahren für Diamantschichten. Auch

bei der Herstellung von Silizium-basierten Schichten bietet es

gegenüber bewährten plasmaunterstützten Beschichtungsver-

fahren eine Reihe von Vorteilen:

Kostengünstig durch hohe Beschichtungsraten, hohen Gasumsatz und geringe Investitionen

Einfaches Skalieren auf große Flächen

Substratschonende Abscheidung ohne Ionenbombarde-ment (kein Plasma)

Kalte Prozesse unter 100 °C möglich

Am Fraunhofer IST stehen mehrere Heißdraht-CVD-

Anlagen zur Herstellung von Silizium-basierten Schichten

zur Verfügung. Bild 1 zeigt eine Inline-Anlage mit sieben

Kammern, wovon jeweils drei Beschichtungsmodule mit einer

Anregungszone von jeweils 500 x 600 mm ausgestattet sind.

Die Module sind durch Zwischenkammern voneinander ge-

trennt. Die Substrate können auf beiden Seiten in die Anlage

eingeschleust werden.

hohe Qualität und Beschichtungsrate: a-Si:h als absorber

Die Qualität der in der Inline-Anlage hergestellten a-Si:H-

Schichten wurde in einem ersten Schritt über den Mikro-

strukturfaktor aus Fourier-Transform-Infrarot (FTIR)-Spektren

grossflächige siliZium-basierte schichten mit heissdraht-cVd

2

KontaKtDipl.-Ing. Artur Laukart

Telefon +49 531 2155-508

[email protected]

Dr. Lothar Schäfer

Telefon +49 531 2155-520

[email protected]

Das Beschichtungsverfahren Heißdraht-CVD ist e ine v ie lversprechende Technologie für die kostengünst ige

Abscheidung von Si l iz ium-basierten Schichten. In der Photovolta ik werden amorphe Si l iz iumschichten

(a-S i :H) unter anderem als Absorber und zur Pass iv ierung verwendet.

1 7-Kammer Inline-

Beschichtungsanlage für

Heißdraht-CVD.

2 Substratcarrier mit

diversen Substraten und In-

terferenzlinien bei statischer

Beschichtung.

1

60 61


500 nm

µc-Si:H

a-Si:H

TCO (ZnO:Al)

TCO (ZnO:Al)

Glas

Ag-Rückkontakt

von ZnO:Al entwickelt. Anschließend wird die Restschichtdicke

durch DC-Sputtern mit höherer Rate hergestellt. Alle herge-

stellten Schichten haben eine Schichtdicke von ca. 900 nm.

Die Mobilität der rein DC- bzw. RF-gesputterten Schicht

(rot und schwarz) liegt bei 30 cm2/Vs (Graphik). Durch den

Einsatz der Saatschicht steigt dies drastisch auf fast 50 cm2/

Vs an, nähert sich aber bei höheren Saatschichtdicken wieder

dem Wert der RF-Schicht. Die hier nicht gezeigte Ladungs-

trägerdichte verhält sich bei zunehmender Saatschichtdicke

ähnlich, hat aber aufgrund der schwachen Änderung einen

viel geringeren Einfluss auf die Leitfähigkeit der Schicht als die

Mobilität. Schon bei geringer Saatschichtdicke verbessert sich

das Wachstum der darauf aufgebrachten DC-Schicht so stark,

dass der spezifische Widerstand aufgrund der verbesserten

Beweglichkeit stark absinkt (Graphik). Es werden Werte von

unter 300 µΩcm erreicht. Bei höheren Saatschichtdicken

nähert sich der spezifische Widerstand dem der rein RF-

gesputterten Schicht an. Der Standard RF-Prozess wurde im

gezeigten Versuch auf hohe Rate und nicht auf hohe Güte der

Schicht getrimmt, was den hohen spezifischen Widerstand

bei dem reinen RF-Prozess bedingt. Trotzdem kann mit diesem

Prozess eine hervorragende Saatschicht hergestellt werden, die

in Zusammenarbeit mit einem Kunden auf einen DC-Prozess

übertragen wurde.

Vorteile der Beschichtung

Durch die Saatschicht werden sehr gute optische und elek-

trische Eigenschaften von gesputtertem ZnO:Al erreicht, die

sich homogen auf großer Fläche ätzen lassen. Zudem stimmt

die Oberflächenätzstruktur mit der einer rein RF-gesputterten

Schicht überein, so dass die light trapping Eigenschaften und

damit die Wirkungsgrade darauf angefertigter a-Si/µc-Si-

Solarzellen deutlich steigen. Der RF-Saatschichtprozess ist auf

DC-Saatschichtprozesse übertragbar.

Änderung des spezifischen Widerstandes und der Mobilität

in Abhängigkeit zur RF-Saatschichtdicke. Referenz-Schicht:

ungeätzt, 30 x 30 cm².

48

40

32

700

500

300

100 300 500 700 900

µ [c

m2 /

Vs]

p [µ

Ωcm

]

Saatschichtdicke [nm]

DC

RF

Um die enorme Entwicklung in der Dünnschichtphotovoltaik

zu unterstützen, forscht das Fraunhofer IST seit einigen Jahren

an Schichten für Solarzellen wie u. a. transparent leitfähigen

Schichten (TCOs), Antireflexionsschichten, Diffusionsbarrieren,

Metallkontaktschichten oder PV-Absorberschichten. Typische

Dünnschicht-Solarzellen sind a-Si:H-/µc-Si:H-Tandemzellen

(Bild 1), CIGS oder CdTe-Zellen. Ein Nachteil der Silizium-

Dünnschicht-Tandemzelle ist die geringe Absorptionsfähigkeit

der mikrokristallinen Schicht. Die Ansätze zur Absorptionsstei-

gerung reichen von Antireflexionsschichten über Indexmat-

ching, metallische Rückreflektoren bis zur Strukturierung der

Frontkontakte (Bild 2), um das Licht möglichst oft hin- und

herzureflektieren und dabei zu absorbieren. Das Fraunhofer

IST konzentriert sich hier auf die Entwicklung von dotierten

Zinkoxid (ZnO)-Schichten, die vom metallischen oder kerami-

schen Target gesputtert werden. Die Industrie nutzt derzeit

das Sputtern von keramischen Targets.

lösungskonzept

Das Fraunhofer IST hat in Zusammenarbeit mit seinen Kunden

einen Seedlayer entwickelt, der die optischen und elektrischen

Eigenschaften der ZnO:Al-Schichten verbessert und die Ober-

flächenstruktur nach dem nasschemischen Ätzen optimiert.

In einem ersten Schritt wurde eine RF-Saatschicht auf Basis

saatschichten optimieren den licht-einfang in dünnschicht-solarZellen

2 31

KontaKtDr. Volker Sittinger

Telefon +49 531 2155-512

[email protected]

Dipl.-Phys. Wilma Dewald

Telefon +49 531 2155-669

[email protected]

Am Fraunhofer IST wurden Saatschichten für transparent le i t fähige Kontakte auf Bas is von Aluminium

dot iertem Zinkoxid (AZO) entwickelt . Diese führen zu hervorragenden opt ischen und elektr ischen Eigen-

schaften sowie zu den gewünschten L ichteinfangstrukturen des AZOs, die durch nasschemisches Ätzen in

verdünnter Salzsäure erzeugt werden.

1 Schematische Skizze

einer Silizium-Dünnschicht-

Solarzelle.

2 Geätztes Zinkoxid mit

optimierter Lichtstreu-Struk-

tur durch den Einsatz einer

Saatschicht.

3 Homogen geätzte

ZnO:Al-Schicht, 30 x 30 cm²,

die auf einer Saatschicht ab-

geschieden wurde.

62 63


sind wiederum in ihrer Transmission reduziert.

Mit dem Ansatz, den organischen Schichten andere

Komponenten beizumischen, lässt sich eine Optimierung aus

Transparenz, Hydrophobie und mechanischer Belastbarkeit

erzielen. Am Fraunhofer IST werden dazu Belastungstests

durchgeführt, die der Zielanwendung des Kunden möglichst

nahe sind. Dazu gehören automatisiert ablaufende mecha-

nische Verschleißtests an den beschichteten Oberflächen.

Für bestimmte Anwendungen sind hydrophobe Schichten

nicht ausreichend, z. B. wenn bereits bei kleinster Neigung

ein Abperlen der Wassertropfen notwendig ist. Über eine

gezielt eingestellte Oberflächenrauheit einer weiteren Schicht

in Kombination mit einer hydrophoben Beschichtung lassen

sich derartige »ultrahydrophobe« Oberflächen realisieren.

Am Fraunhofer IST wurden transparente, ultrahydrophobe

Beschichtungen in Zusammenarbeit mit Partnern entwickelt.

Die Oberflächenstrukturen müssen dabei sehr klein sein, was

in der Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme in Bild 2 zu

sehen ist. Nur so ist gewährleistet, dass diese Strukturen das

sichtbare Licht so wenig streuen, dass die Schicht transparent

bleibt. Das gezeigte Schichtsystem wurde gesputtert und

hat Strukturbreiten von 100–200 nm, also unterhalb der

Wellenlänge des sichtbaren Lichtes (380-680 nm). Ein derart

beschichtetes gekrümmtes Glas zeigt in Bild 1 sowohl die

Transparenz als auch die ultrahydrophobe Eigenschaft der

Oberfläche mit springenden, gefärbten Wassertropfen.

ausblick

Neben den mechanischen Anforderungen können auch

chemische und umweltverträgliche Aspekte berücksichtigt

werden. Die bestehenden Beschichtungsprozesse am Fraunho-

fer IST erlauben zudem die Beschichtung von Kunststoffen.

hintergrund

Es gibt verschiedene Anwendungen, bei denen eine

transparente glatte Oberfläche so beschaffen sein soll, dass

Wassertropfen bei leichter Neigung dieser Oberfläche sehr

leicht abgleiten. Derartige Oberflächen bezeichnet man als

hydrophob. Der Effekt ist umso besser, je größer der Kon-

taktwinkel des Wassertropfens und je glatter die Oberfläche

ist. Typisch für hydrophobe Oberflächen sind Kontaktwinkel

von 120°. Hydrophob beschichtete transparente Oberflächen

zeichnen sich dadurch aus, dass die Sicht nicht durch fest

hängende Wassertropfen behindert wird. Wird die Oberfläche

sogar ultrahydrophob beschichtet, kann eine zusätzliche

reinigende Wirkung durch die ablaufenden Wassertropfen

erzielt werden.

entwicklungen

Es gibt eine Vielzahl von hydrophoben Beschichtungen, die

alle auf gezielt ausgewählten funktionellen Molekülen beru-

hen. Viele dieser Schichten zeigen aufgrund ihrer organischen

Natur ein eher schlechtes Abriebverhalten. Schichten mit sehr

gutem Abriebverhalten, wie das am IST entwickelte SICON®,

beständige transparente und hydrophobe oberflächen

1 Gefärbte Wassertropfen

in einer ultrahydrophob

beschichteten Glasschale.

2 REM-Aufnahme einer

rauen kristallinen ZnO-

Schicht für ultrahydrophobe

Oberflächen.

KontaKtDipl.-Phys. Oliver Werner

Telefon +49 531 2155-532

[email protected]

Dr. Michael Vergöhl

Telefon +49 531 / 2155-640

[email protected]

Am Fraunhofer IST werden transparente hydrophobe und ultrahydrophobe Schichten entwickelt . Anwen-

dungen dafür f inden s ich im Bereich der Außenverglasung und in Nasszel lenbereichen sowohl auf Glas a ls

auch auf Kunststoffen.

1 2

65

o P T I k , I n F o r M a T I o n , k o M M u n I k a T I o n

Die Themen im Geschäftsfeld »Optik, Information und Kommunikation«

umfassen unter anderem:

Die Entwicklung elektrischer Kontakt- und Isolationsschichten

Die Entwicklung von Schicht systemen für Displays

Die Entwicklung und das Design von Mehrlagenschichten für optische Filter

Die Entwicklung von sensorischen Schichten

Die Entwicklung neuer Materialien sowie Strukturierungs- und Metallisierungstechnologien zur Substitution von ITO-Schichtsystemen in Flachbildschirmen

Zu den Kunden dieses Geschäftsfeldes zählen Unternehmen der optischen Industrie, der

Telekommunikation, der Automobilindustrie, Hersteller von Displays und Datenspeichern sowie

Anlagenhersteller und Lohnbeschichter.

optiK, information, KommuniKation

KontaKtDr. Michael Vergöhl

Telefon + 49 531 2155-640

[email protected]

Dr. Ralf Bandorf

Telefon + 49 531 2155-602

[email protected]

66 67


einstellung der Schichtmorphologie

Durch die Energie der auftreffenden Teilchen während des

Schichtwachstums lässt sich die resultierende Struktur und

Morphologie der Schichten nachhaltig beeinflussen. In Bild 1

sind die Bruchkanten einiger Schichten abhängig von dem

Spitzenstrom im Pulsprozess und der Substrat-Biasspannung

dargestellt. Mit zunehmendem Spitzenstrom Imax zeigt das

Bruchbild einen Übergang von einer säulenförmigen zu

einer glasartigen Struktur. Wird eine Biasspannung an das

Substrat angelegt, stellt sich diese Strukturveränderung bereits

bei geringerem Spitzenstrom und damit bei einer höheren

Abscheiderate ein.

Mechanische und elektrische eigenschaften

Mit steigendem Spitzenstrom sinkt der elektrische Widerstand

der Schichten um die Hälfte. Gleichzeitig steigt die Nanohärte

auf etwa 23 GPa an. Die Dichte liegt mit etwa 4,5 g/cm3 im

Bereich des Volumenwertes für Ti3SiC2. Die Biasspannung

beinflusst die Abscheiderate nur geringfügig. Die Härte dage-

gen ist stark von der Bias abhängig, so dass mit Bias dichtere,

härtere Schichten bei geringerer Spitzenstromdichte und somit

höherer Rate möglich sind.

Härte und Dichte der Schichten als Funktion des Puls-

spitzenstromes und der Biasspannung.

10

12

14

16

18

20

22

24

0 200100 300 400

Här

te [

GPa

]

Spitzenstrom [A]

Härte (ohne Bias) Härte (mit Bias)

M-a-X-Schichten

Seit den sechziger Jahren sind leitfähige Keramiken,

sogenannte Mn+1AXn-Phasen als Volumenmaterial bekannt

(M: Metall, A: Gruppe A-Element, X: C oder N). Diese ternären

Materialien verbinden die Eigenschaften der Metalle und

Keramiken derart, dass sie eine gute elektrische Leitfähigkeit

besitzen, duktil sind und gleichzeitig keramische Eigenschaften

wie eine hohe Verschleißbeständigkeit und Oxidationsresistenz

zeigen. Seit den neunziger Jahren werden diese Schichten

auch als Dünnschichten abgeschieden. Eingesetzt werden

die tribologisch wie thermisch hochbelastbaren Schichten in

verschiedenen elektrischen Anwendungen wie beispielsweise

elektrischen Kontakten.

hipims-abscheidung Von leitfähigen Keramischen nanoKompositschichten

1-4 REM-Bruchkanten als

Funktion des Pulsspitzenstro-

mes und der Biasspannung.

1 63A bei 0V (oben)

65A bei 100V (unten).

2 104A bei 0V (oben)






5 DC Referenz

3,9A bei 100V.

KontaKtDr. Ralf Bandorf

Telefon +49 531 2155-602

[email protected]

Sogenannte MAX-Phasen verbinden auf vorte i lhafte Weise keramische und metal l i sche E igenschaften. Die

entstehenden Schichten zeichnen s ich durch e lektr ische Leitfähigkeit , Dukt i l i tät , verbunden mit Oxida-

t ions- und Verschle ißres istenz aus. Mit gepulsten Hochle istungsplasma-Prozessen (High Power Impulse

Magnetron Sputter ing HIP IMS) lassen s ich, im Vergle ich zu k lass ischen PVD-Verfahren, die result ierenden

Schichteigenschaften so modif iz ieren, dass s ich beispie lsweise e ine höhere Härte, ger ingerer e lektr ischer

Widerstand und eine glasart ige Struktur e inste l len.

1 2 3 54

68 69


Kathodentyp (planar, zylindrisch)

Sauerstoff-Partialdruck (oxidischer Mode, Übergangsmode: Stöchiometrische Schichten bei metallischen Kathoden)

Prozessleistung

Die Partikelbelastung konnte im Laufe des Projekts um meh-

rere Größenordnungen reduziert werden. So verbessert eine

saubere Umgebung und eine Reduzierung der Prozessleistung

insbesondere bei Planarkathoden die Partikelbelastung

erheblich. Im Gegensatz dazu konnte bei den Rohrkathoden

keine Leistungsabhängigkeit erkannt werden. Allerdings hat

auch die Targetform (Dicke, Herstellungsart) Einfluss auf den

Partikeleintrag. Die saubersten Prozesse wurden in diesem

Beispiel mit Rohrkatoden erreicht. Im optimalen Fall war das

Partikelniveau nur noch geringfügig höher als bei Ionenstrahl

gesputterten Schichten, die zum Vergleich hergestellt worden

sind.

zusammenfassung

Mit Magnetron-Sputtern können defektarme Beschichtungen

sowohl mit planaren als auch mit zylindrischen Kathoden

hergestellt werden. Nach bisherigen Ergebnissen haben

die zylindrischen Kathoden im Falle von SiO2 ein besseres

Defektniveau und sind zudem unempfindlicher gegenüber

höheren Prozessleistungen. Die Vermeidung von Arcs hat nach

wie vor eine entscheidende Bedeutung für die Vermeidung

von Partikeln.

Danksagung

Die gezeigten Ergebnisse wurden im Rahmen des Projekts

»Partikelarme Beschichtungsprozesse« (Projekt 15615N) er-

zielt, welches aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für

Wirtschaft und Arbeit (BMWA) über die Arbeitsgemeinschaft

industrieller Forschungsvereinigungen »Otto von Guericke«

e. V. (AiF) gefördert wurde.

Partikelbelastung verschiedener Prozesse.

10

1

100

1000

3-10 µm< 3µm >10µm

Part

ikel

(1/

cm2 )

Größe (µm)

Handling Rohr Rohr IBS #1planar oxide

experimenteller aufbau

In der Sputter-Drehtelleranlage »Dyscus« von der FHR

Anlagenbau GmbH wurden am Fraunhofer IST verschiedene

SiO2- Schichten durch reaktives Pulsmagnetron-Sputtern herge-

stellt, deren Basisniveau der Partikelbelastung in verschiedenen

Optimierungsschritten minimiert werden konnte. Dies

umfasste unter anderem die Optimierung des Pumpsystems

und des Substrathandlings.

Zur Leistungseinspeisung wurde ein bipolar gepulster

Sputterprozess eingesetzt, dabei kam ein Doppel-Magnetron

mit planaren Kathoden (650 x 120 mm2, Eigenbau) und Rohr-

kathoden (Targetlänge 550 mm, SCI) zum Einsatz. Mit einer

Lambdasonde wurde der Prozess geregelt, wobei die Leistung

als Stellgröße fungierte. Untersucht wurden verschiedene

Targetmaterialien und Herstellungsvarianten (Si, Nb, SiOx,

gespritzt, gebondet). Im Ergebnis zeigte sich, dass die opti-

schen Eigenschaften von SiO2- Schichten relativ unabhängig

von der Kathodenart sind und die Brechungsindizes zwischen

n (550 nm) = 1,465 und 1,471 variieren. Hervorzuheben ist,

dass die vom Rohr abgeschiedenen Schichten eine deutlich

höhere Rate erreichen als die vom planaren Target hergestell-

ten Schichten. In die Messung der Partikelbelastung wurden

verschiedene Prozessparameter einbezogen:

sputtern optischer schichten mit rotatable-Kathoden

KontaKtDr. Michael Vergöhl

Telefon +49 531 2155-640

[email protected]

Magnetron-Sputtern ist e ine bedeutende Technologie zur Herste l lung von dünnen Funkt ionsschichten mit

Anwendungen in den Bereichen F lachglas, Photovolta ik, Display sowie in der opt ischen Industr ie. Die

Leistungsfähigkeit opt ischer Beschichtungen wird unter anderem durch Schichtdefekte erhebl ich gemin-

dert . Durch den Einsatz von neuart igen zy l indr ischen Sputterquel len sowie durch e ine geeignete Prozess-

führung können Schichtdefekte deut l ich reduziert werden.

1

1 Schema der Sputter-

anlage »DYSCUS«.

2 Lineares Doppel-

magnetron (oben)

Zylindrisches Doppel-

magnetron (unten).

2

70 71


len und parallelen Kombinierbarkeit mit anderen Beschich-

tungsprozessen im Niederdruckbereich (< 10-2 mbar) erfolgen.

Dies ist im klassischen Parylene®-Beschichtungsprozess nicht

gegeben, so dass am Fraunhofer IST in Zusammenarbeit mit

industriellen Kooperationspartnern eine ratengesteuerte

Parylene®-Beschichtungsquelle für den Niederdruckbereich

entwickelt wurde (Bild 2). Mit dieser Beschichtungsquelle

konnte die Abscheidung von im sichtbaren Spektralbereich

hochtransparenten Parylene®-Schichten mit einer Brechzahl

von n = 1,65, mit guter optischer Qualität und Schichthaftung

auf Glas-, Polycarbonat- und PMMA-Substraten realisiert

werden. Die abgeschiedenen Schichten verfügen zudem

über eine hohe Bruchdehnung von > 24 Prozent und eine

gute Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln wie Wasser,

Isopropanol und Aceton. Die Beschichtungsrate kann mit der

entwickelten Quelle in einem Bereich von 0,1Å/s bis einige

1 Å/s auf 5 Prozent genau geregelt werden.

ausblick

Durch Kombination der Parylene®-Schichten mit keramischen

und metallischen Schichtmaterialien können die Eigenschaften

der Polymerschichten weiter modifiziert werden. So sollten

sich bei hoch bleibender mechanischer Flexibilität die optische

Brechzahl der Schichten weiter erhöhen oder die Durchlässig-

keit von Molekülen durch die Schichten verringern lassen.

Transmissionspektren 150 nm dünner Parylene®-Schichten.

40

20

0

80

60

100

400300 500 600 800700 900 1000

Tran

smis

sion

[%]

Wellenlänge [nm]

4,0 Å/s 2,0 Å/s 1,0 Å/s 0,5 Å/sBeschichtungsrate:

Parylene®-Schichten

Parylene® ist ein Handelsname für Polymere, die aus

verschiedenen Varianten der Paraxylylene bestehen.

Gasphasenbeschichtungsverfahren für diese Materialien

sind seit vielen Jahren bekannt und werden kommerziell zur

Beschichtung von elektrischen Bauteilen, als Diffusionssperre

oder im medizinischen Bereich als biokompatible Beschichtung

eingesetzt. Für die Abscheidung wird meist ein festes Dimer

bei Temperaturen um 150 °C verdampft. Der Dampf wird

thermisch bei Temperaturen um 650 °C aktiviert, so dass gas-

förmige Radikale entstehen, welche durch Kondensation auf

die zu beschichtenden Bauteile polymerisieren können (Bild 1).

ergebnisse

Für die Verwendung in optischen Schichtsystemen ist eine

genaue Kontrolle der Schichtdicke und der Beschichtungsrate

nötig. Darüber hinaus muss die Parylene®-Abscheidung wegen

der besseren optischen Qualität der Schichten und der seriel-

ratengeregelte parylene®-schichten für optische anwendungen

1 Polymerisierung von

Paraxylylen.

2 Schwingquarzgeregelte

Hochvakuum-Parylenequelle.

KontaKtDr. Thomas Neubert

Telefon +49 531 2155-667

[email protected]

Pary lene®-Beschichtungen bes i tzen interessante opt ische, mechanische und chemische E igenschaften. Für

opt ische Interferenzschichten ist e ine homogene, ratengesteuerte Abscheidung bei Drücken kle iner a ls

10-2 mbar sowie die Kombinierbarkeit mit anderen Gasphasenbeschichtungsverfahren (Aufdampfen, Sput-

tern) nöt ig. Am Fraunhofer IST wurde zu diesem Zweck eine Beschichtungsquel le entwickelt , welche an

konvent ionel len Vakuumbeschichtungsanlagen betr ieben werden kann.

CH2 CH2

CH2 CH2

CH2 CH2

n

CH2 CH2

Thermische Aktivierung bei ca. 650 C

Kondensation und Polymerisation bei ca. 20 C

1 2

72 73


zung der Aktivierung auf ausgewählte Bereiche zu schützen.

Selektive Plasmaaktivierung wird sowohl für planare als auch

für Wafer mit Topografie verwendet, bei denen die Plasmaak-

tivierung gezielt in den Vertiefungen oder auf den erhabenen

Strukturen durchgeführt werden kann.

Vorteile

Die selektive Plasmabehandlung beim Waferdirektbonden

reduziert die Temperatur für die thermische Nachbehandlung

nach dem Bonden beträchtlich. Durch die Absenkung der

notwendigen Temperaturen von 1000 °C auf 200 °C werden

empfindliche Bauelemente besonders gut geschützt. Die Tech-

nologie erweitert somit das Prozessfenster beim Direktbonden

ganz erheblich. Der SELECT-Aufrüstsatz für das Direktbonden

und andere Prozessanwendungen von Wafern eröffnet damit

neue Wege für die Prozessierung von Bauelementen in der

Halbleiterindustrie. Die punktuelle Behandlung von Wafern

ermöglicht es, die Produktionskosten für Bauelemente durch

schlankere Prozesse bei gleichzeitig höherem Durchsatz zu

reduzieren. Die neue Technologie hat das Potenzial, das

Betriebskostenmodell für eine Vielzahl von Anwendungen

vollständig zu verändern.

niedrigtemperatur-Bonden

Die bisherigen Arbeiten zielten insbesondere auf die

Aktivierung von Silizium- und Glaswafern für das anschlie-

ßende Direktbonden bei niedrigen Temperaturen ab. Zur

Charakterisierung der Bondfestigkeit wurde ein Verfahren

entwickelt, welches es erlaubt, die Bondfestigkeit in-situ

während des Temperns im Ofen zu bestimmen. Die in der

Graphik vorgestellten Plasmaverfahren eignen sich neben

dem Aktivieren auch für lokales und ganzflächiges Reinigen,

Oxidieren, Beschichten oder Ätzen von Oberflächen. Dies

eröffnet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in den

Bereichen der Mikrosystemtechnik.

In-situ-Bondenergiemessungen an Siliziumwafern während

des Temperns. Die Plasmaaktivierung der Waferpaare

erfolgte in verschiedenen Prozessgasen vor dem Bonden.

Bond

ener

gie γ R

(T,t

) [Jm

-2]

Waf

erte

mpe

ratu

r T(

t) [°

C]

Zeit t [h]

Wafertemperatur

SauerstoffReferenz

Stickstoff

Syn. Luft

1,75

1,50

1,25

1,00

0,75

0,50

0,25

0 3 6 9 12 15 18

200

180

160

140

120

100

80

60

40

200

Markteinführung

SÜSS MicroTec und das Fraunhofer IST gaben im November

2010 die Markteinführung des Plasma Kit »SELECT« bekannt.

Die punktuelle Plasmabehandlung der Oberflächen vor der

Prozessierung von Wafern mit »SELECT« ersetzt standardisier-

te Prozessschritte und verringert die Gesamtkosten pro Wafer.

Diese selektive Plasmaaktivierung ist für eine Vielzahl von

Anwendungen in den Bereichen MEMS, Optik und Solartech-

nologie geeignet, die das Direktbonden von Wafern oder die

Oberflächenbearbeitung für die Herstellung von Mikrospiegel-

arrays, Mikroventilen, Sensoren oder mikrofluidischen Kanälen

nutzen. Der SELECT-Aufrüstsatz stellt eine Erweiterungsoption

für den MA/BA8 Gen3 von SÜSS MicroTec dar.

anwendungen

Die zum Patent angemeldete Technologie des Fraunhofer IST

basiert auf der selektiven Bearbeitung der Oberfläche auf

Molekularebene mittels Atmosphärendruckplasma. Die

voll flächige Oberflächenbehandlung von Wafern ohne lokale

Begrenzung kann die Funktionalität von Mikrobauelementen

und Elektronik beeinträchtigen, während es bei der selektiven

Behandlung möglich ist, empfindliche Teile durch die Begren-

marKteinführung plasma Kit »select« 1 Lokale Behandlung ei-

nes Siliziumwafers mittels

Plasma-Printing. In der Mitte

ist der Anschluss der ITO-

Elektrode zu sehen.

2 Partiell hydrophilisierter

Wafer: Der Wasserfilm

benetzt die vom Plasma

hydrophilisierten Bereiche

und zieht sich in den un-

behandelten Bereichen zu

Tropfen zusammen.

1

KontaKtDr.-Ing. Marko Eichler

Telefon +49 531 2155-636

[email protected]

Dem Fraunhofer IST und SÜSS MicroTec, e inem weltweit führenden Herste l ler von Equipment und Prozess-

lösungen für die Halble i ter industr ie und verwandte Branchen, ist d ie Markteinführung von »SELECT«,

e iner Technologieerweiterung für Bond Al igner und Mask Al igner gelungen. Der Aufrüstsatz ermögl icht

die se lekt ive P lasmaakt iv ierung von Waferoberf lächen.

2

75

M e n S C h u n D u M w e l T

Im Zentrum der Aktivitäten des Geschäftsfeldes »Mensch und Umwelt« steht die Entwicklung

von Oberflächen für Anwendungen in Medizintechnik, Biotechnologie und Umwelttechnik.

Beispiele sind:

Selektive Funktionalisierung und Beschichtung von Oberflächen mittels Atmosphären druck-Plasma verfahren (z. B. für Bioanalytik, Medizintechnik oder Migrationsbarrieren)

Diamantbeschichtete Elektroden zur elektrochemischen Wasser desinfektion und zur Behand-lung von Abwasser

Metallisierung von Kunststoff oberflächen für Biosensoren

Innenbeschichtung von Mikrofluidik komponenten, Zellkulturbeuteln und Schläuchen

Reibungsmindernde biokompatible Schichten (z. B. diamantähnliche Kohlenstoffschichten) für Anwendungen in der Medizintechnik, z. B. in der Prothetik

Plasmabehandlung zur Restaurierung und Konservierung von Kulturgütern

Kunden dieses Geschäftsfeldes sind unter anderem Unternehmen aus der Pharmaindustrie,

der Biotechnologie, Medizintechnik, Lebensmittelindustrie, der chemischen Industrie und

Umwelttechnik.

mensch und umwelt

KontaKtDr. Simone Kondruweit

Telefon +49 531 2155-535

[email protected]

Prof. Dr. Claus-Peter Klages

Telefon +49 531 2155-510

[email protected]

Dr. Michael Thomas

Telefon +49 531 2155-525

[email protected]

76 77


antimiKrobielle ultra- präZisionswaageDauerhaft ant imikrobie l le Oberf lächen – e in am Fraunhofer IST entwickeltes innovat ives Konzept zur Inte-

grat ion photokatalyt ischer Schichtsysteme in Innenraumanwendungen macht dies jetzt mögl ich. Dazu

werden inte l l igente L ichtkonzepte mit adapt iven Beschichtungsverfahren kombiniert . E in gelungenes Bei-

spie l h ierfür ist d ie s ich in der Entwicklung bef indende Verwendung von Photokatalysatoren in der Präz i-

s ionswaage Typ CUBIS der Sartor ius AG.

Kohlenstoffdioxid zersetzt, d. h. die Oberflächen werden durch

die photokatalytische Schicht antimikrobiell: Die Zellwand der

Bakterien wird aufgelöst, die Zellen lysieren. Ein weiterer Effekt

ist die photoinduzierte Superhydrophilie. Durch Einstrahlung

von geeignetem Licht spreitet Wasser auf der Oberfläche, ein

Kontaktwinkel < 10° wird erreicht. Um den photokatalytischen

Effekt in der Präzisionswaage zu aktivieren, sind zwei zentrale

Ansätze nötig:

Einsatz von miniaturisierten LEDs zur Einkopplung des Lichts in die transparenten Trägermaterialien

Materialanpassung des Photokatalysators zur Steigerung

der Aktivität im sichtbaren Bereich

Das lichtkonzept

Durch die Verwendung von leicht integrierbaren Miniatur-LEDs

wird eine Einkopplung des Lichts in die transparenten Materi-

alien der Präzisionswaage erreicht. Das verwendete Konzept

der Lichtein- und -auskopplung sichert die Ableitung der

generierten Wärme zur Stabilisierung des Waagenmikroklimas.

Die zum Einsatz kommenden Wellenlängen sind eng an das

Anregungsniveau des photokatalytischen Halbleiters gekop-

pelt. Standardmäßig sind schmalbandige Anregungen bei

365 nm (UV) und 405 nm (VIS) vorgesehen, jedoch kann das

Spektrum der Beleuchtung unter Einbeziehung von Design-

und UV-Schutzrichtlinien auch breitbandig in das Sichtbare

verschoben werden (Weißlichtanregung). Eine angepasste

Lichtsensorik passt Intensität, Wellenlänge und Homogenität

der Beleuchtung den Anforderungen des Benutzers an.

Das Beschichtungskonzept

Die VIS-aktiven TiO2-Photokatalysatoren werden durch

reaktive Puls-Magnetronsputterprozesse hergestellt. Durch

die definierte Einstellung der Plasmabedingungen sind

transparente Schichten mit einer hohen Gleichmäßigkeit und

Reinheit möglich. Durch Dotierung mit Übergangsmetallen wie

z. B. Molybdän oder Wolfram kann die Bandkante des photo-

katalytischen Halbleiters begrenzt in den langwelligen Bereich

verschoben werden, um eine Anregung der Oberflächen

mit sichtbarem Licht > 400 nm zu ermöglichen. Neben der

photokatalytischen Funktionalität werden zudem antistatische

Einflüsse durch Verwendung von transparenten leitfähigen

Oxiden (z. B. Indiumzinnoxid) berücksichtigt. Das optische,

elektrische und photokatalytische Design orientiert sich hierbei

am Anforderungskatalog des Anwenders.

anwendung Präzisionswaage

Waagen werden heutzutage von Industrie und Forschung un-

ter verschiedensten Umgebungs- und Nutzungsbedingungen

eingesetzt. Während größere Waagen im industriellen Umfeld

und im Handel häufig stark verschmutzenden, korrosiven

und abrasiven Einflüssen ausgesetzt sind und sehr robust sein

müssen, werden Präzisionswaagen im Laborbereich schon

durch geringste Verschmutzungen oder elektrostatische

Aufladungen empfindlich beeinflusst. Zwischen diesen

Extremen liegt ein sehr großes Anwendungsspektrum.

Entsprechend breit gefächert sind auch die Anforderungen an

die Oberflächeneigenschaften der Grundmaterialien wie z. B.

Glas, Kunststoff oder Metall:

Vermeidung statischer Aufladungen

Selbstreinigung

Reinigungsunterstützung

Desinfektion

Hier setzen photokatalytische Schichten an. Durch Absorption

von ausreichend energetischem Licht, meist UV-Strahlung,

werden adsorbierte organische Verbindungen zu Wasser und

1 Sartorius Analysenwaage

vom Typ Cubis

(MSA 524S-000-DU).

2 Funktionalisierte

Präzisionswaage mit

integrierten LEDs.

KontaKtDipl.-Chem. Tobias Graumann

Telefon +49 531 2155-780

[email protected]

Dipl.-Ing. (FH) Frank Neumann

Telefon +49 531 2155-658

[email protected]

1 2

78 79


herstellung superhydrophober schich-ten mit atmosphärendrucKplasmenWasserabweisende und selbstre in igende Beschichtungen lassen s ich mithi lfe von Atmosphärendruck-

Plasmaverfahren herste l len. Die Bas is d ieser Beschichtungen bi ldet e ine mikrostruktur ierte Oberf läche, d ie

mit e iner hydrophoben Deckschicht versehen wird. Atmosphärendruck-Plasmaverfahren ermögl ichen die

Beschichtung temperaturempfindl icher Bautei le wie Kunststoffe, Text i l ien, Leder und die Innenbeschich-

tung von geschlossenen Systemen wie Beutel oder Schläuche.

ein Kontaktwinkel größer als 150° erreicht werden. Bei einer

Innenbeschichtung von Kunststoffbeuteln wurden mit diesem

Schichtsystem Kontaktwinkel von bis zu 140° erzielt.

anwendungen

Durch Atmosphärendruck-Plasmaverfahren können auch

temperaturempfindliche Substrate wie Kunststoff, Leder und

Textilien beschichtet werden. Bei Kunststoffbeuteln oder

Schläuchen ermöglicht das Verfahren die Innenbeschichtung.

Durch den Zweischichtaufbau wurde die Stabilität der

Schichten deutlich erhöht, so dass derzeit die Anwendbarkeit

dieser Beschichtungen als schmutzabweisende Oberflächen

untersucht wird. Eine weitere potenzielle Anwendung des

Schichtsystems, die Reduzierung der Biofilmbildung, konnte in

einer Versuchsreihe in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe

von Prof. Krull am Institut für Bioverfahrenstechnik der

TU Braunschweig identifiziert werden. Durch Aufbringen

der Beschichtung wurde ein vermindertes Anwachsen von

Escherichia Coli K12-Zellen auf Silikonfolie beobachtet. Dieser

Effekt ist vermutlich auf die Verringerung der Kontaktfläche

zwischen den rauen Oberflächenstrukturen und den Bakteri-

enzellen zurückzuführen, wodurch die Anlagerung der Zellen

unterdrückt wird.

Adhäsion von E. Coli K12 auf unterschiedlichen Beschich-

tungen.

Zellz

ahl d

urch

Flu

ores

zenz

mik

rosk

opie

Lebe

ndtie

r [c

fu/m

L]

OD

590

nach

Kris

tallv

iole

ttfä

rbun

g

0,14

0,12

0,10

0,08

0,06

0,04

0,02

0,00PEG

68,7°KW:Silikon107,1°

TMS117,7°

Silan/TMS~157°

3000

2000

1000

1200

1000

800

600

400

200

00

Superhydrophobe Beschichtungen

In der Natur findet man häufig superhydrophobe Oberflächen

wie etwa die Blätter vieler Pflanzen oder das Gefieder von

Wasservögeln. Auf den Blättern der Lotuspflanze bildet Wasser

Tropfen mit Kontaktwinkeln von mehr als 150°. Anhaftende

Partikel werden auf diese Weise bei Regen einfach mit dem

abperlenden Wasser von der Oberfläche gespült – das Blatt

reinigt sich selbst (»Lotuseffekt«). Am Fraunhofer IST ist es

gelungen, derartige Beschichtungen in einem Atmosphären-

druck-Plasmaverfahren technisch umzusetzen.

Beschichtungsprozess

Die Beschichtungen werden mittels dielektrisch behinderter

Entladung (Barrierenentladungen) hergestellt. Mit dem

Ziel, eine mikrostrukturierte Oberfläche mit einer möglichst

starken Rauheit zu erhalten, wurden Siliziumoxidpartikel in

Kombination mit einer dünnen hydrophoben Schicht basie-

rend auf siliziumorganischen Monomeren oder fluorhaltigen

Kohlenwasserstoffen auf verschiedene Oberflächen aufge-

bracht. Auf Polymerfolien, Silikon oder Textilien konnte so

KontaKtM. Sc. Kristina Lachmann

Telefon +49 531 2155-683

[email protected]

Dipl.-Ing. Torsten Baranski

Telefon +49 531 2155-678

[email protected]

1 3 42

1 Wassertropfen (mit

Fuchsin angefärbt) auf super-

hydrophobem Vliesstoff.

2 Wasserrandwinkel-

messung auf einer super-

hydrophob beschichteten

Oberfläche.

3 REM-Aufnahme einer

superhydrophoben Beschich-

tung auf Vlies.

4 REM-Aufnahme: Innen-

beschichtung eines Kunst-

stoffbeutels mit superhydro-

phober Schicht.

80 81


dünnschichtsensoriK für gitarrensaitenhalter

1 In die Saitenhalterung

integrierte sensorische

Unterlegscheiben.

2 Saitenhalter mit sensori-

schem Dünnschichtsystem.


Telefon +49 531 2155-604

[email protected]

Das Fraunhofer IST entwickelt zusammen mit der F i rma M3i Technologies GmbH ein neuart iges Verfahren

zur Messung von Zugkräften, d ie während des Gitarrenspie ls auf die Gitarrensaiten ausgeübt werden. Die

Integrat ion von sensor ischen Dünnschichtsystemen auf Bas is der piezores ist iven DiaForce®-Schicht in das

Instrument ste l l t e ine v ie lversprechende Mögl ichkeit dafür dar.

Innendurchmesser 3 mm, Außendurchmesser 9 mm und

einer Dicke von 1,5 mm. Diese Scheiben wurden einseitig

mit der piezoresistiven Sensorschicht DiaForce® beschichtet.

Als Elektrodenmaterialien wurden Stahlfolien wie auch

metallisierte Kunststofffolien mit Laser geschnitten und in

direkten Kontakt mit der sensorischen Funktionsschicht

gebracht. Diese »intelligenten Unterlegscheiben« wurden,

wie in Bild 1 dargestellt, in die Gitarre integriert. Verschiedene

Kontaktmaterialien, Schichtdicken und Abscheideprozesse

wurden untersucht, bis man zu Parametern gelangte, die eine

solide Messung bei den auf der Gitarre existenten Zugkräften

und deren Abweichungen an jeder Saite erlauben. Auf eigens

dafür hergestellten Saitenhaltern wurden die sensorischen

Schichtsysteme mit den zuvor ermittelten Prozessparametern

beschichtet, um eine auch industriell herstellbare Lösung für

die Saitenzugmessung zu demonstrieren. In einer Variante

des sensorischen Schichtsystems wurden die Elektroden direkt

auf die DiaForce®-Schicht strukturiert abgeschieden (Bild 2).

Die ersten Versuche im Entwicklungsprozess zeigen sehr

vielversprechende Ergebnisse.

ausblick

Eine weitere mögliche Anwendung der DiaForce® -Schicht

wird zurzeit untersucht: Beschichtete Saitenhalter könnten

künftig die hexafonen Tonabnehmer ersetzen. Dazu müsste

die Schicht jedoch so empfindlich sein, dass die an der

Saitenaufhängung noch vorhandene Schwingungsenergie in

brauchbare Widerstandsänderung umgesetzt werden kann.

Derzeit wird untersucht, ob beschichtete Saitenhalter zukünf-

tig hexafone Tonabnehmer ersetzen können. Entscheidend

dafür ist, ob die Schicht sensibel genug ist, um die an der

Saitenaufhängung noch vorhandene Schwingungsenergie in

eine brauchbare Widerstandsänderung umzusetzen.

gitarren werden mit neuartigen sensorischen Schichtsys-

temen ausgestattet

Virtuoses Gitarrenspiel gründet auf einer makellosen Technik.

Die Messung des Saitenzugs ist ein wichtiges Element, um die

Spielweise eines Gitarristen möglichst eindeutig in Steuerdaten

umzusetzen, da das Gitarrenspiel verschiedene Saiten-

zug - (Bending) und Vibrato - Techniken einschließt. Mit der von

der Firma M3i Technologies GmbH zur Tonhöhenerkennung

entwickelten Laser Pitch Detection können diese Spannungen

nicht erfasst werden. Daher wurde in Zusammenarbeit mit der

Gruppe Mikro- und Sensortechnologie am Fraunhofer IST ein

mit DiaForce® beschichteter Saitenhalter entwickelt, der den

Zweck des Tension Sensing erfüllt.

entwicklung der Dünnschichtsensorik auf Basis der

piezoresistiven DiaForce®-Schicht

Die Entwicklung begann mit »intelligenten« Unterlegscheiben,

die an die Zugkräfte der Saiten angepasst und mit Kontakten

versehen wurden. Diese Unterlegscheibensensorik besteht

aus einseitig polierten Unterlegscheiben mit den Maßen

1 2

83

l e I S T u n g e n u n D k o M P e T e n z e n

Magnetron-Sputtern und hochionisierte gepulste Plasma-verfahren (HIPIMS, MPP)

Hohlkathodenverfahren

PACVD-Verfahren

Heißdraht-CVD-Verfahren

Atomlagenabscheidung (ALD)

atmosphärendruckverfahren

Galvanische Mehrkomponentensysteme

Elektrochemie

Atmosphärendruck-Plasmaver fahren

Mikroplasmen

Niedrig-Temperatur-Bonden

Kunststoffmetallisierung

Korrosionsschutz

Mikro- und nanotechnologie

Grenzflächenfunktionalisierung

Mikro- und Sensortechnologie

Nanokompositschichten

Zur Bearbeitung der in den vorangegangenen Kapiteln exemplarisch vorgestellten Geschäftsfelder nutzt das IST ein breites Spek-

trum an Kompeten zen, die sich zum einen auf spezielle Schichtsysteme beziehen und zum anderen auf Beschichtungsverfahren:

niederdruckverfahren elektrische und optische Schichten

Optische Schichten

Transparente leitfähige Schichten

Diamant-Elektroden

Silizium-basierte Schichten für Photovoltaik und Mikroelektronik

Oxidische Halbleiter

Isolationsschichten

Superharte Schichten

Diamant

Kubisches Bornitrid (cBN)

reibungsminderung und Verschleißschutz

Amorphe Kohlenstoffschichten (DLC)

Diamantschichten

Hartstoffschichten

Plasmadiffusion

Trockenschmierstoffschichten

analytik und Qualitätssicherung

8 I 9

leistungen und KompetenZen

Darüber hinaus bietet das Institut ein breites Spektrum an Geschäftsfeld übergreifenden Leistungen: Ober flächenvorbehandlung,

Schichtentwicklung, Prozesstechnik (einschließlich Prozessdiagnostik, -modellierung und -regelung), Schichtcharakterisierung

und -prüfung, Aus- und Weiterbildung, anwendungsbezogene Auslegung und Modellierung, Anlagen- und Komponentenent-

wicklung sowie Technologietransfer.

84 85


hochionisierte gepulste plasmaproZesse – hipp-proZesse

1

1 Prinzip: Unterschied

zwischen HIPIMS und regulä-

rem Sputtern.

KontaKtDr. Ralf Bandorf

Telefon +49 531 2155-602

[email protected]

Jahrzehnt ist die erfolgreiche Integration von HIPP-Prozessen.

Hierzu ist eine breite Expertise auf diesem Feld sowie die

fachkundige Auswahl der richtigen Technologie für die

gewünschten Prozesse erforderlich.

expertise und ausstattung des Fraunhofer IST

Das Fraunhofer IST befasst sich mit der Entwicklung von

Prozessen, Generatoren und Regelungen für HIPP-Prozesse.

Fokus sind HIPP-Prozesse (u. a. HIPIMS, MPP) im Bereich Glas-

beschichtung, TCOs, Photovoltaik, optische, elektrische und

sensorische Schichten sowie Tribologie. Seit 2009 leitet das

Fraunhofer IST eine COST Action zum Thema »Hochionisierte

Gepulste Plasmaprozesse«*. Das Fraunhofer IST verfügt

über nahezu alle kommerziell erhältlichen Hochleistungs-

Pulsgeneratoren sowie eigene Generator-, Regel- und Ver-

fahrenskonzepte zu HIPP-Prozessen. Aktuell sind mindestens

hochionisierte gepulste Plasmaprozesse an der Schwelle

zur industriellen Fertigung

Hochionisierte gepulste Plasmaprozesse wie das Hochleistungs

Impuls Magnetron Sputtern (High Power Impulse Magnetron

Sputtering HIPIMS) und das modulierte Pulsleistungs-

Sputtern (Modulated Pulse Power Sputtering MPP) waren im

letzten Jahrzehnt Gegenstand intensiver und grundlegender

Untersuchungen. Die kurzen, extrem leistungsstarken Pulse

können Plasmen mit 1000fach erhöhten Elektronendichten

erzeugen und so Schichteigenschaften wie Härte, Dichte,

Verschleißfestigkeit, Kristallstruktur nachhaltig beeinflussen.

Aktuell befinden sich ausgewählte Prozesse an der Schwelle

zur industriellen Integration. Dabei werden in Sonderfällen

konventionelle Verfahren verdrängt oder es können einzigar-

tige Schichteigenschaften erzeugt und neue Märkte erstmalig

erschlossen werden. Die Herausforderung für das nächste

Hochionis ierte gepulste P lasmaprozesse (HIPP-Prozesse) ze ichnen s ich durch e inen s ignif ikant erhöhten

Antei l an Ionen des schichtbi ldenden Mater ia ls aus, wodurch s ich die E igenschaften der Schichten nach-

halt ig beeinf lussen lassen.

sechs Labor- und Industrieanlagen für kundenspezifische

Entwicklungen mit HIPP-Technologie ausgestattet. Das

Fraunhofer IST verfügt über Generatoren von:

Advanced Energy (HIPIMS, FuE Prototyp)

Hüttinger Elektronik GmbH + Co. KG (HIPIMS)

Magpuls GmbH (HIPIMS)

Melec GmbH (HIPIMS)

ZPulser LLC (MPP)

ausblick

Zusammen mit der Sheffield Hallam University richten das

Fraunhofer IST und INPLAS e. V. die Internationale HIPIMS

Konferenz 2011 aus. Die weitere Zusammenarbeit mit der

Sheffield Hallam University wird damit auch über das im

Berichtsjahr in Sheffield gegründete HIPIMS-Entwicklungslabor

hinaus intensiviert.

* COST-Action MP0804 Highly Ionised Pulse Plasma Processes, HIPP-Processes; www.hipp-cost.eu

86 87


pacVd-hochrate-abscheidung Von dlc-schichten

1 PACVD-Anlage DLCar-

bon 1100 mit einer linearen

Mikrowellen-Plasma-Quelle

(Roth&Rau AG).

2 PACVD-Anlage DLCarbon

1100, geöffnete Kammer mit

linearer Mikrowellenquelle

(Roth&Rau AG).

KontaKtDipl.-Ing. Ingmar Bialuch

Telefon +49 531 2155-656

[email protected]

Dr. Klaus Bewilogua

Telefon +49 531 2155-642

[email protected]

bleiben. Die dabei betrachteten Prekursoren waren

Toluol – C7H8, Isobutylen – C4H8, Cyclopenten – C5H8 und

Cycloheptatrien – C7H8. Am Fraunhofer IST wurde mit einer

Industrie-Beschichtungsanlage (Kammervolumen ca. 1 m³)

gearbeitet (Bild 1). Die Untersuchungen zeigten, dass für

die betrachteten Prekursoren nur geringe Unterschiede der

Raten zu beobachten sind, wenn man Schichten mit gleichen

Eigenschaften betrachtet. Weitere wesentliche Ergebnisse:

Entscheidend für hohe Abscheideraten sind hohe, am Subs-trat umgesetzte Leistungen, die allerdings auch zu höheren thermischen Belastungen der Substrate führen.

Für die Prekursoren Acetylen (C2H2) und Isobutylen (C4H8) sind höhere Substratleistungen problemlos zu realisieren.

Zunehmende Schichthärten korrelieren mit abnehmenden Abscheideraten.

Mit zusätzlicher Mikrowellenanregung lassen sich, bei gleichen und teilweise höheren Schichthärten, wesentlich höhere Raten erreichen.

Die hier beschriebenen Untersuchungen zeigen, dass für die

Abscheidung harter a-C:H-Schichten mit hoher Rate Acetylen

(C2H2) und Isobutylen (C4H8) am vielversprechendsten sind.

Höhere Raten lassen sich vor allem durch höhere Leistungs-

dichten erreichen.

Plasma assisted Chemical Vapor Deposition (PaCVD)

Das aktuell in der Industrie am weitesten verbreitete Verfahren

zur DLC-Abscheidung ist die Plasma Assisted Chemical

Vapor Deposition (PACVD). Dabei wird das Substrat mit

einer gepulsten Gleichspannung (100 kHz-Bereich) in einem

Prekursor-Argon-Gemisch angeregt. Zur Schichtbildung tragen

Ionen aus dem Plasma und Radikale bei. Mit PACVD-Verfahren

lassen sich mit entsprechenden Prekursoren verschiedene DLC-

Modifikationen mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen

herstellen. Für eine effektive und kostengünstige industrielle

Nutzung sind hohe Abscheideraten von besonderem Interesse.

Durch zusätzliche Mikrowellenanregungen (MW-PACVD) las-

sen sich die Plasmadichten und damit auch die Abscheideraten

erheblich steigern. Besonders für die heute in der Industrie

etablierten harten a-C:H-Schichten sind Ratensteigerungen

und damit kostengünstigere Prozesse hoch interessant.

hochrate-Prozesse zur abscheidung harter

a-C:h-Schichten

In einem von der AiF geförderten Projekt (Projektpartner TU

Chemnitz, Institut für Physik) wurde die MW-PACVD - Technik

genutzt, um zu untersuchen, ob es Kohlenwasserstoff-

Prekursoren gibt, mit denen die Abscheideraten von reinen

a-C:H-Schichten gegenüber dem »Standard« - Prekursor

Acetylen (C2H2) weiter gesteigert werden können, dabei

aber die Schichteigenschaften, speziell die Härte, erhalten

Amorphe Kohlenstoffschichten mit d iamantähnl ichen Eigenschaften (DLC-diamond-l ike carbon) s ind we-

gen ihrer außergewöhnl ichen Eigenschaften, u. a. hohe Härte und niedr ige Reibwerte, zurzeit vor a l lem in

der Automobi l industr ie von herausragender Bedeutung.

ausblick

Am Fraunhofer IST wird eine neuartige PACVD-Beschichtungs-

anlage, die mit zwei linearen Mikrowellenquellen und einem

rotierenden Substratteller ausgestattet ist, in Betrieb genom-

men. Mit dieser Anlage sollen die Prozesse zur Abscheidung

verschiedener DLC-Modifikationen weiter optimiert werden.

Korrelation Schichthärte-Abscheiderate für die PACVD-

Abscheidung mit Acetylen- und Isobutylen-Prekursoren, An-

regung mit gepulster Gleichspannung (hellblaue Symbole)

bzw. mit zusätzlicher Mikrowellenanregung (rot).

15

5

35

25

0 10 20 30

Schi

chth

ärte

[G

Pa]

Abscheiderate [µm/h]

Isobutylen AcetylenIsobutylen + MW Acetylen + MW

1 2

88 89


ändert sich die Ladungsverteilung stetig und langsam. Aus

diesem Grund ist ein iterativer Ansatz für die Feldberechnung

sinnvoll, der auf die Lösung des vorigen Zeitschritts zurück-

greift und sehr schnell konvergiert. Das verwendete Verfahren

basiert auf dem Gauß-Seidel-Algorithmus, mit »Successive

Overrelaxation« (SOR) zur Konvergenzbeschleunigung. In

Kombination mit der Parallelisierung mit Hilfe des Message-

Passing-Interfaces (MPI) konnten enorme Performancegewinne

verzeichnet werden. Bild 3 zeigt eine simulierte Elektronen-

dichteverteilung in einem 3-D-PVD-Reaktormodell bei einer

Leistung von ca. 30 W/m. Räumlich wurde diese Anordnung

mit etwa 1 Million Gitterzellen aufgelöst. Die Berechnungszeit

wurde über die ersten 1000 Zeitschritte gemittelt und in

der rechten Graphik über die Anzahl verwendeter Central

Processing Units (CPUs) nach Anteilen separat aufgetragen. Es

zeigt sich, dass die neue Feldberechnung bis um das 20fache

schneller ist und zudem wesentlich effizienter mit steigender

Prozessanzahl skaliert. Dadurch sinkt der Rechenzeitanteil der

Feldberechnung an der Gesamtrechenzeit inklusive Teilchen-

bewegung und Kollision von zuvor über 90 Prozent auf bis

unter 20 Prozent. Hochgerechnet auf die vollständige PIC-

MC-Simulation (etwa 1 Million Zeitschritte) verkürzt sich die

Rechenzeit bei 32 CPUs von ca. einer Woche auf einen Tag.

Aus diesem Grund wurden bisher 3-D-Simulationen bei stark

verringerter Leistung (<1 W/m) durchgeführt, die aufgrund

niedrigerer Teilchendichte schneller konvergieren. Allerdings

lassen sich mit Plasmen derart geringer Dichte nicht alle

Phänomene realitätsnah beschreiben, denn die Teilchenwolke

ragt weit aus der Targetebene heraus (Bild 1). Erst bei höheren

Leistungen (>10 W/m) lokalisiert sich das Plasma in Targetnähe

und man erhält eine Plasmaverteilung, die einem realistischen

Sputterprozess nahekommt (Bild 2).

ausblick

Die Entwicklung der Hardwarearchitektur führt zu immer mehr

CPU-Kernen – von »multi-core« zu »many-core« – mit hohen

Anforderungen an die Skalierbarkeit der Simulation. Mit der

fortschreitenden Entwicklung angepasster Algorithmen für die

PIC-MC-Software können zukünftig immer komplexere und

größere Probleme behandelt werden. Als nächstes steht die

Erweiterung der magnetischen Feldberechnung zur Diskussion,

um induktiv angeregte Plasmen simulieren zu können.

Gemessene CPU-Zeit der PIC-MC-Simulation mit alter und

neuer Feldberechnung.

1

2000

1600

1200

800

400

02 3 4 6 8 12 16 24 32

alte Feldberechnung (FIM)

Anzahl paralleler Prozesse

neue Feldberechnung (TEX)Partikelbewegung + Kollision

Bere

chnu

ngsz

eit

pro

Zeitz

yklu

s [m

s]Für die fortschreitende Optimierung von industriellen Beschich-

tungsanlagen hinsichtlich Durchsatz und Präzision gewinnen

virtuelle Simulationswerkzeuge aufgrund der Kostenersparnis

gegenüber experimentellen Methoden zunehmend an

Bedeutung. Mit der am Fraunhofer IST entwickelten PIC-MC-

Software werden die komplexen Wechselwirkungsprozesse

innerhalb von Niederdruckplasmen erfasst. Die benötigte

Rechenzeit skaliert allerdings stark mit der Problemgröße

sowie mit der Plasmadichte, die proportional zu der Leistung

der Beschichtungsquelle ist. Für große 3-D-Geometrien wurde

eine neue Methode der Feldberechnung der geladenen

Teilchen unumgänglich, da die bisher verwendete elektrische

Feldberechnung anteilig bis zu 90 Prozent der Rechenzeit

bindet.

Performancegewinn durch neue Feldberechnung

Zur Bestimmung des elektrostatischen Feldes einer beliebigen

Ladungsverteilung muss die Poisson-Gleichung gelöst werden.

Mittels Diskretisierung lässt sie sich in ein lineares Gleichungs-

system überführen, das anschließend mittels frei erhältlicher

Softwarepakete (UMFPACK, PETSc) numerisch gelöst werden

kann. Allerdings stoßen diese Pakete entweder schnell an

die Hauptspeichergrenze und rechnen nicht parallel, d. h. auf

mehreren Prozessoren gleichzeitig, oder die Parallelisierung

skaliert nicht zufriedenstellend. Da während einer PIC-MC-

Simulation die Teilchenpositionen zeitlich aufgelöst werden,

neue 3-d-plasmasimulation für industriereleVante probleme

1 32

KontaKtDipl.-Phys. Christoph Schwanke

Telefon +49 531 2155-644

[email protected]

Am Fraunhofer IST wurde eine paral le le Part ic le- In-Cel l Monte-Car lo (P IC-MC)-Simulat ionsumgebung pro-

grammiert , mit der s ich Gasf lüsse sowie Gasent ladungen orts- und zeitaufgelöst berechnen lassen. Durch

die Neuentwicklung einer paral le l arbeitenden Feldberechnungsmethode konnte die Performance um den

Faktor 10 geste igert werden. Damit lassen s ich erstmals industr ienahe Plasmadichten für große 3-D Geo-

metr ien mit vertretbarem Aufwand behandeln.

1-2 Schnitt durch die 3-D-

Plasmaverteilung niedriger

und hoher Leistung.

1 0,06 W/m, Elektronen-

dichte 2,512 – 2,513/m³

2 30 W/m, Elektronendich-

te 5,514 – 5,515/m³

3 Simulierte Elektronen-

verteilung in einem PVD-

Reaktor.

90 91


In allen Fällen können Beschichtungsrate-Verteilungen auf

beliebig geformten Substraten, detaillierte Druckverteilungen

sowie Teilchenflüsse und Energieverteilungen von Ionen und

Prekursoren am Substrat aus der Simulation gewonnen wer-

den. Auf diese Weise wird ein detailliertes Prozessverständnis

aufgebaut. Im Prozess auftretende Instabilitäten, Inhomo-

genitäten und andere unerwünschte Nebeneffekte können

systematisch analysiert und beseitigt werden. Die Software ist

als Designtool sowohl für die Auslegung von Vakuum-Kesseln

als auch für die Konstruktion neuer Beschichtungsquellen

einsetzbar.

Beispiel: Sputterprozess mit gleichstrom- oder

hochfrequenter wechselstromanregung

Die Bilder 1 und 2 zeigen als Beispiel eine Anordnung zum

Magnetron-Sputtern mit Argon als Sputtergas. Das Sput-

tertarget (rot) ist entweder mit einer Gleichspannungs- oder

Wechselspannungsquelle verbunden. Die Pfeile repräsentieren

die Stromdichte der Ar+-Ionen, die Skala reicht hierbei von

108/cm²s (blau) bis 1014/cm²s (hellrot). Bei Gleichspannungs-

anregung werden die Ar+-Ionen größtenteils vom negativ

geladenen Sputtertarget angezogen. Durch den Ionenbe-

schuss des Targets entstehen gesputterte Teilchen und Sekun-

därelektronen. Letztere erzeugen durch Stoß-Ionisation mit

den Ar-Atomen im Gas weitere Ar+- Ionen. Das Substrat (grün)

wird hierbei nur in geringem Maße von Ionen bombardiert.

Demgegenüber entstehen bei hochfrequenter Wechselstrom-

anregung (13,56 MHz) die Ionen auch im freien Volumen zwi-

schen Target und Substrat aufgrund der Elektronen-Oszillation.

Aufgrund eines stark positiven Plasmapotenzials werden die

Ionen in Richtung aller umgebenden Flächen beschleunigt und

bombardieren dabei auch das Sub strat. Hierdurch ergeben sich

modifizierte Schichteigenschaften wie z. B. geringere Oberflä-

chenrauigkeit, höhere Dichte oder veränderte Kristallphasen.

ausblick

Particle-in-Cell Monte-Carlo-Simulation ermöglicht eine

detaillierte Vorhersage der Abscheidebedingungen am

Substrat in Abhängigkeit von Anlagenkonstruktion und

Prozessparametern. Hiermit lassen sich Prozesstechnologien

entwickeln, die maßgeschneidert im Hinblick auf geforderte

Schichteigenschaften sind. Weiterhin wird die Übertragbarkeit

eines Beschichtungsprozesses auf unterschiedliche Anlagen-

typen vereinfacht.

Am Fraunhofer IST wurde im Rahmen mehrerer geförderter

Projekte eine parallele Simulationsumgebung zur Beschreibung

von Gasströmungen und Gasentladungen im Niederdruckbe-

reich entwickelt. In dieser Software werden Gase und gelade-

ne Teilchen mit Hilfe von repräsentativen Simulationsteilchen

abgebildet. Durch fortlaufende Bewegung der Teilchen,

Aktualisierung der Feldverteilung und statistische Behandlung

von Kollisionen wird die Boltzmannsche Transportgleichung

gelöst. Durch Wahl der Gitterzellengröße und Simulationsteil-

chenanzahl kann die Genauigkeit der Simulation flexibel den

Erfordernissen angepasst werden. Das Simulationsverfahren

ist auf eine Vielzahl von Niederdruck-Beschichtungsverfahren

anwendbar, z. B.:

Magnetron-Sputtern

Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD)

Ionenunterstütztes Sputtern

Aufdampfen und Atomic Layer Deposition (ALD)

simulation des ionenbombardements beim magnetron-sputtern

1 2

KontaKtDr. Andreas Pflug

Telefon +49 531 2155-629

[email protected]

Dünne Schichten s ind neben Schichtdicke und Zusammensetzung auch durch weitere Aspekte wie z. B.

Kr ista l l s t ruktur, Dichte, Morphologie, e lektr ische Leitfähigkeit oder mechanische Verspannung gekenn-

zeichnet. Die Gesamtheit a l ler Schichteigenschaften ergibt s ich im Wesent l ichen aus den Tei lchenf lüssen

und Tei lchenenergien beim Wachstumsprozess. Diese Parameter hängen stark von der Anlagengeometr ie,

der Beschichtungsquel len-Konstrukt ion und von Prozessparametern ab und s ind exper imentel l nur schwer

zugängl ich. Die Übertragbarkeit von Beschichtungsprozessen zwischen verschiedenen Anlagetypen ist

somit stark e ingeschränkt. Mit der Part ic le- in-Cel l Monte-Car lo-S imulat ion können wir d ie Wachstumspa-

rameter am Substrat im Detai l vorhersagen und im Hinbl ick auf geforderte Schichteigenschaften maßge-

schneiderte Prozesstechnologien entwickeln.

1+2 Anordnung zum

Magnetron-Sputtern mit

Argon als Sputtergas

Rahmen (blau) geerdet.

1 Bei Gleichstrom.

2 Bei Wechselstrom.

93

n a M e n , D a T e n , e r e I g n I S S e 2 0 1 0

Auch im Jahr 2010 präsentierte sich das Fraunhofer IST wieder auf verschiedenen Plattformen.

Hier finden Sie eine Übersicht der wichtigsten Ereignisse und Aktivitäten des Jahres 2010:

Messen und Konferenzen

ICCG8 – High-tech-Beschichtungen auf Glas und Kunststoff

Workshops

Ereignisse

namen, daten, ereignisse 2010

94 95


PVSeC 2010

Valencia, 6. – 10. September 2010. Gemeinsam mit zwei den

Fraunhofer-Instituten ILT und IPA stellte das Fraunhofer IST

auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand seine Expertise auf

dem Gebiet der Dünnschicht-Photovoltaik anhand vielfältiger

Anwendungsbeispiele vor. Einen wichtigen Schwerpunkt der

Präsentation bildete das neue Anlagen-Modul »C2« für eine

Magnetron-Sputter-Anlage des Fraunhofer IST. Damit können

bereits heute Oberflächen mit völlig neuen Materialkombi-

nationen beschichtet werden.

6th International Conference on hot-wire Chemical Vapor

Deposition

Paris, 13. – 17. September 2010. Auf der »6th International

Conference on Hot-Wire Chemical Vapor Deposition (Cat-

CVD) Process – HWCVD 2010« in der École Polytechnique,

in Paris-Palaiseau, Frankreich, präsentierte die Abteilung

Diamanttechnologie des Fraunhofer IST zum ersten Mal die

neue Heißdraht-CVD-Inlineanlage. Ein eingeladener Vortrag

stellte die Arbeiten des Fraunhofer IST zur Heißdraht-CVD-

Technologie vor. Was damit schon heute im Bereich der

Siliziumbeschichtung möglich ist, demonstrierten mehrere

mit Silizium und Siliziumnitrid beschichtete Substrate, da-

runter zwei große beschichtete Planarsubstrate im Format

500 x 600 mm2.

messen und KonferenZenPSe 2010

Garmisch-Partenkirchen, 13. – 16. September 2010. Auf

der »12th International Conference on Plasma Surface

Engineering – PSE 2010«, Deutschlands größter internationaler

Plasmatagung, präsentierte sich das Fraunhofer IST gemein-

sam mit dem Fraunhofer FEP, den Firmen SOFTAL und MELEC

sowie dem französischen Netzwerk Via Méca auf einem vom

Kompetenznetz INPLAS e. V. organisierten Gemeinschafts-

stand. Das Fraunhofer IST zeigte dort ein breites Spektrum

seiner Entwicklungen.

IFaT enTSorga 2010

München, 13. – 17. September 2010. Im Rahmen der

Fraunhofer-Allianz Syswasser stellte das Fraunhofer IST die

am Institut entwickelte Technologie zur Behandlung von

Trinkwasser und zur Reinigung von Abwasser auf der Basis von

Diamantelektroden vor. Der Demonstrator stieß auf breites

Interesse der Messebesucher.

glasstec 2010

Düsseldorf, 28. September – 1. Oktober 2010. Ob die eisfreie

Scheibe, aktuelle Forschungsergebnisse im Bereich der trans-

parent leitfähigen Oxide (TCOs), das neue Anlagenmodul zum

zylindrischen Co-Sputtern C2 oder superhydrophobe Oberflä-

chen – das breite Kompetenzspektrum für Glas des Fraunhofer

IST war auf der weltgrößten Glasmesse deutlich sichtbar. Auf

der begleitenden Fachausstellung »Glass Technology live«

zeigte das Fraunhofer IST neueste Entwicklungen im Bereich

transparent leitfähige Schichten auf großen Flächen.

Biotechnica 2010

Hannover, 5. – 7. Oktober 2010. Das Fraunhofer IST war auf

dem niedersächsischen Gemeinschaftsstand mit den neuesten

Forschungsergebnissen zur Innenbeschichtung von Stammzel-

len- und Blutbeuteln für die Medizintechnik vertreten.

euroblech 2010

Hannover, 26. – 30. Oktober 2010. Das Fraunhofer IST stellte

neueste Forschungsergebnisse aus dem Bereich der Titan-

umformung auf der Weltleitmesse der blechbearbeitenden

Industrie vor. Von innovativen Umformprozessen für Bauteile

aus Titan, insbesondere aus höherfesten Titanlegierungen,

über die dafür erforderlichen Umformprozesse und Werkzeug-

werkstoffe bis zu angepassten Werkzeugbeschichtungen – die

präsentierte Bandbreite war groß.

k 2010

Düsseldorf, 27. Oktober – 3. November 2010. Das Fraunhofer

IST beteiligte sich auch in diesem Jahr am Fraunhofer-Gemein-

schaftsstand auf der weltweit größten Kunststoffmesse. Über

sieben Tage präsentierte sich das Institut unter anderem mit

neuen Technologien. Schwerpunkt waren Atmosphärendruck-

Plasmaverfahren, u. a. die Plasma-Printing-Technologie zur

Herstellung gedruckter Elektronik, flexibler Leiterplatten oder

Biosensoren. Darüber hinaus wurden Schichten auf Polycarbo-

nat mit hoher photokatalytischer Aktivität vorgestellt.

denkmal 2010

Leipzig, 18. – 20. November 2010. Wissenschaftler des

Fraunhofer IST präsentierten auf einer der wichtigsten

europäischen Messen zum Thema Denkmalpflege und

Restaurierung neue Methoden zur schonenden Reinigung von

Silberoberflächen im Atmosphärendruck-Plasma.

»karlsruher arbeitsgespräche«

Karlsruhe, 9. – 10. März 2010. Der BMBF-Kongress »Karlsru-

her Arbeitsgespräche Produktionsforschung« fand am 9. und

10. März 2010 zum zehnten Mal statt. Unter dem Motto »Pro-

duktion in Deutschland hat Zukunft« stellte das Fraunhofer IST

ein Projekt zum Thema »Integrierte Dünnschichtsensorik« und

ein weiteres zum Thema »Plasma Printing« vor.

hannover Messe 2010

Hannover, 19. – 23. April 2010. Das Fraunhofer IST war

in diesem Jahr mit der Gruppe Mikro- und Sensortechnik

innerhalb der Fraunhofer - Allianz Adaptronik auf der Hannover

Messe vertreten. Es wurden unterschiedliche Anwendungen

der Dünnschichtsenorik in Umformprozessen vorgestellt: vom

Tiefziehen bis zur Innenhochdruckumformung.

1st International Conference on hIPIMS

Sheffield, 6. – 7. Juli 2010. Ein weiterer Baustein der Koopera-

tion zwischen dem Fraunhofer IST, der Sheffield Hallam Uni-

versity und INPLAS e.V. ist die gemeinsame Ausrichtung einer

internationalen, jährlich stattfindenden HIPIMS Konferenz, die

abwechselnd in Sheffield oder in Braunschweig stattfinden

wird. Der Anfang wurde im Juni 2010 in Sheffield gemacht:

Hier fand die »1st International HIPIMS Conference« statt und

war mit 120 Teilnehmern aus aller Welt ein großer Erfolg.

96 97


ab und ist der Treffpunkt der Community der Glas- und

Kunststoffbeschichtung.« Zwei ausgewählte wissenschaftliche

Beiträge der ICCG8:

wie kann photokatalytische aktivität quantitativ

analysiert werden?

Photokatalytische Beschichtungen sind von großem

industriellem Interesse bei verschiedenen Anwendungen wie

selbstreinigenden, bewuchshemmenden, antibeschlagenden

und antimikrobiellen Oberflächen. Das bekannteste und in

kommerziellen Produkten am häufigsten eingesetzte photo-

katalytische Material ist kristallines Titandioxid (TiO2). Für die

Herstellung von TiO2-Beschichtungen können unterschiedliche

Beschichtungstechniken zum Einsatz kommen, wie zum

Beispiel Magnetron-Sputtern, thermische Aufdampfverfahren,

Sol-Gel-Verfahren, Lackiertechnik, thermisches Spritzverfahren

oder verschiedene CVD-Verfahren. All diese Technologien

werden innerhalb der Fraunhofer-Allianz Photokatalyse unter-

sucht. Um die Leistungsfähigkeit der mit den verschiedenen

Technologien hergestellten Beschichtungen besser miteinander

vergleichen zu können, entwickelt die Fraunhofer-Allianz Pho-

tokatalyse neue Methoden für eine quantitative Bestimmung

der photokatalytischen Aktivität. Dr. Michael Vergöhl, Sprecher

der Fraunhofer-Allianz Photokatalyse und der Leiter der Ab-

teilung Optische und Elektrische Schichten des Fraunhofer IST

stellte auf der ICCG8 einen Vergleich der verschiedenen

Herstellungsmethoden vor. Dr. Michael Vergöhl, Fraunhofer IST

Strukturierte Metallisierung von kunststoff- und gla-

soberflächen mittels Plasma-Printing

Kosteneffiziente und ressourcenschonende Technologien

zur strukturierten Funktionalisierung und Beschichtung von

Oberflächen im Mikrometerbereich spielen für die Glas - und

Kunststoffindustrie eine wichtige Rolle. Wissenschaftler des

Fraunhofer IST entwickeln derzeit zusammen mit Partnern aus

Industrie- und Wissenschaft eine neue Technologie zur ortsse-

lektiven Behandlung von Polymerfolien im Durchlaufverfahren

auf der Basis des Plasma-Printings bei Atmosphärendruck.

Damit können die Oberflächen von Folien beispielsweise so

funktionalisiert werden, dass additiv auf den plasmabehan-

delten Bereichen eine haftfeste Metallisierung mittels außen-

stromloser Verfahren möglich ist. Diese Technologie ermöglicht

die kostengünstige Herstellung von unter anderem flexiblen

Leiterplatten, RFID-Antennen oder Biosensoren bei gleichzeitig

sparsamem Umgang mit wertvollen Rohstoffen wie Kupfer.

Plasma-Printing ist aber auch für die Strukturierung von Glas-

oder Siliziumoberflächen, wie z. B. bei der Herstellung von

Solarzellen oder MEMS, einsetzbar. Dr. Michael Thomas, Fraunhofer IST

Die über 400 Teilnehmer erwartete an fünf Konferenztagen

ein von einem Gremium internationaler Experten zusammen-

gestelltes vielfältiges Programm aus Vorträgen zu Märkten

und Trends im Bereich Glas und Kunststoff, zur Technologie

der Plasma- und Ionenquellen, zu Atmosphärendruckplas-

maverfahren, zu Prozesskontrolle und Charakterisierung,

den Eigenschaften dünner Schichten und zu einer Vielzahl

verschiedener Anwendungen, u. a. aus den Feldern Photovol-

taik, Automotive, Architektur, Displays und flexible Elektronik.

Eine Podiumsdiskussion zum Thema »Large Area Thin Films for

Energy Efficiency« und eine Posterausstellung ergänzten das

umfangreiche Informationsangebot. In der begleitenden tech-

nischen Ausstellung präsentierten mehr als 40 internationale

Unternehmen und Forschungseinrichtungen ihre Produkte und

Neuentwicklungen. Die ICCG wurde zum zweiten Mal vom

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in

Braunschweig organisiert. Professor Dr. Günter Bräuer, Local

Chairman und Institutsleiter des Fraunhofer IST: »Die ICCG ist

auch in diesem Jahr wieder sehr erfolgreich verlaufen – eine

wichtige Konferenz – auch für unser Institut: Sie deckt sowohl

wissenschaftliche als auch anwendungsorientierte Aspekte

iccg8 – high-tech-beschichtungen auf glas und KunststoffVom 13. bis 17. Juni 2010 bot die 8. Internat ional Conference on Coat ings on Glass and Plast ics a ls d ie

führende Konferenz im Bereich Glas- und Kunststoffbeschichtungen Experten und Entscheidungsträgern

aus Wissenschaft und Wirtschaft wieder e ine wicht ige P lattform, um Zukunftstrends, neue Technologien,

Entwicklungen und Anwendungen zu diskut ieren und interessante Kontakte zu knüpfen. Die Internat iona-

le Konferenz wurde zum zweiten Mal federführend vom Fraunhofer IST und dem internat ionalen Organi-

sat ionskommitee der ICCG in Braunschweig organis iert .

98 99


worKshopskick-off workshop der arbeitsgruppen zur

CoST action MP0804

Brüssel, 10. – 11. Mai 2010. Im Rahmen der COST Action

MP0804, die sich mit hochionisierten gepulsten Plasmaprozes-

sen und deren Industrialisierung befasst, fand in Brüssel der

erste gemeinsame Workshop der Arbeitsgruppen der Action

statt. Es trafen sich 42 Experten auf dem Gebiet der gepulsten

Plasmaprozesse, wie z. B. HIPIMS oder MPP und diskutierten

auf hohem Niveau verschiedene Themen. Der Workshop

umfasste die Erzeugung von HIPP Plasmen, die Charakteri-

sierung von Plasma und Schichten sowie die Modellierung

und Simulation von HIPP-Prozessen. Die wissenschaftlichen

Themen wurden durch angewandte Forschungsergebnisse zu

Prozessen für nicht-reaktive und reaktive Schichtabscheidung

mit industrieller Zielsetzung ergänzt. Dieser Workshop

gab den offziellen Startschuss für die Arbeit der einzelnen

Arbeitsgruppen.

3. workshop zur Internationalen Standardisierung von

kohlenstoffschichten

Garmisch-Partenkirchen. Die internationale Normung

von Kohlenstoffschichten bildete den Schwerpunkt eines

Workshops, den das Fraunhofer IST auf der PSE 2010 in

Garmisch-Partenkirchen organisiert hat: Auf dem »3rd Work-

shop International Standardization of Carbon Films« stellten

Vortragende aus Europa und Asien den jeweiligen Stand der

eFDS-workshop »gepulste hochionisierte Plasmen – von

der grundlage zur anwendung«

Dresden, 28. November 2010. Gemeinsam mit der Europäi-

schen Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V. hat das

Fraunhofer IST den Workshop »Gepulste hochionisierte Plas-

men – von der Grundlage zur Anwendung« vorbereitet. Einer

Einführung in das Thema folgten verschiedene akademische

und industrielle Beiträge zum Stand der Technik im Bereich

gepulster hochionisierter Plasmen (PVD, PACVD, Diffusion). Im

Fokus standen Plasma-CVD- und PVD-Verfahren, mit der Ver-

tiefung Hochleistungs-Impuls-Magnetronsputtern (HIPIMS).

online-Vorlesung »Plasma leuchtet ein«

Welchen Siegeszug die Plasmatechnik bis heute bereits

angetreten hat und welche Potenziale in ihr für die Zukunft

stecken, beschreibt Prof. Dr. Günter Bräuer, Institutsleiter

am Fraunhofer IST in einer Online-Vorlesung zum Thema

»Plasma-Oberflächentechnik – ein Blick in eine bisher fast

unbekannte Welt«. Kompakt und verständlich, unterstützt

durch viele Graphiken und Zuspielfilme, führt Prof. Dr. Günter

Bräuer in das Anwendungsspektrum der Plasmatechnik und

die Möglichkeiten, die dünne Schichten bieten, ein. Die

Vorlesung kann als DVD unter www.ist.fraunhofer.de bestellt

werden.

Forschung, Normung und den industriellen Einsatz vor. In der

anschließenden Podiumsdiskussion betonten viele der circa

50 Teilnehmer die Notwendigkeit einer international einheitli-

chen Klassifikation und Nomenklatur, ISO-Norm, für amorphe

Kohlenstoffschichten (DLC) und CVD-Diamantschichten.

22. und 23. Treffen des Industrie-arbeitskreises werk-

zeugbeschichtungen und Schneidstoffe

Berlin, Braunschweig – März, November 2010. In diesem Jahr

traf sich der Industrie-Arbeitskreis, der vom Fraunhofer-Institut

für Schicht- und Oberflächentechnik IST und dem Institut für

Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF der TU Berlin or-

ganisiert wird am 3. März 2010 in Berlin am Produktionstech-

nischen Zentrum (PTZ) und ein zweites Mal am 16. November

2010 in den Räumen des Fraunhofer IST in Braunschweig.

Auf beiden Veranstaltungen präsentierten wieder namhafte

Experten aus Industrie und Forschung neueste Erkenntnisse

und Entwicklungen zu Herstellung und Einsatz von beschich-

teten Zerspanungswerkzeugen und Schneidstoffen, diesmal

unter anderem zu den Themen Werkstoffe im Powertrain,

Glatte Diamantbeschichtungen, Gesamtschneidstoffsysteme,

Temperaturregelung, Wälzbeständigkeit von DLC-Schichten,

Schleifen mit CVD-Diamantschichten und Schichtsysteme für

die Hartbearbeitung. In der begleitenden Industrieausstellung

wurden Produkte zur optischen Vermessung der Form und

Rauheit von Werkzeugen sowie Überwachungssysteme für

Zerspanungsprozesse vorgestellt.

100 101


ereignisseForschung für die Dünnschicht-Photovoltaik –

Fraunhofer IST und helmholtz-zentrum Berlin (hzB)

vereinbaren enge zusammenarbeit

Wie kann der Wirkungsgrad von Solarzellen weiter gesteigert

werden? Wie können die Kosten gesenkt werden? Antwort

auf diese und andere Fragen zur Dünnschicht-Photovoltaik

geben das Fraunhofer IST und das HZB zukünftig gemeinsam.

Beide Institute wollen ihre zentralen Kompetenzen bündeln:

Das Fraunhofer IST bringt sein Know-how zur Dünnschicht-

technik ein, das HZB ist führend auf dem Gebiet der

Dünnschicht-Photovoltaik. Um den Technologietransfer zu be-

schleunigen, wurde am HZB das Kompetenzzentrum PVcomB

gegründet. Hier werden Produktionstechniken zur Herstellung

von Dünnschichtmodulen aus Silizium und CIS erprobt. Das

Fraunhofer IST bringt dabei seine Forschungskompetenz auf

den Gebieten Oberflächentechnik und Schichtsysteme ein.

Fraunhofer IST gründet hIPIMS research Centre

Das Fraunhofer IST und die Sheffield Hallam Universität in

Sheffield UK haben ein gemeinsames HIPIMS Research Cen-

tre gegründet, um die internationale Spitzenstellung, die die

beiden Institutionen auf diesem speziellen Gebiet der PVD-

Beschichtungstechnologien besitzen, weiter auszubauen und

zu festigen. Ziele des Centres sind die Zusammenarbeit in

internationalen Projekten, der Austausch von Mitarbeitern und

Studenten sowie das Angebot von Blockvorlesungen in beiden

Institutionen. Das Centre wurde im Rahmen einer feierlichen

Zeremonie anlässlich der 1st International Conference on HI-

PIMS im Juni 2010 in Sheffield von Vice-Chancellor Professor

Mike Smith, SHU und Wolfgang Diehl, stellvertretender Insti-

tutsleiter Fraunhofer IST, vorgestellt und eröffnet.

reTeCza - globale Partnerschaft zur armutsminderung

in Südafrika

Im Rahmen des RETECZA Resource-Driven Technology Con-

cept Centre sollen kostengünstige und autonome Lösungen

für Hausbau, Infrastruktur sowie Fahrzeuge, die für den

Einsatz in abgelegenen Regionen Südafrikas geeignet sind,

entwickelt werden. Als erstes erfolgreiches Projekt der RETEZ-

CA Initiative wurde im Rahmen der 2. RETECZA Konferenz

im August 2010 in Kwa Maritane das »Hydrogen-Bike«, ein

wasserstoffbetriebenes Dreirad in Anwesenheit der südafri-

kanischen Forschungsministerin der Öffentlichkeit vorgestellt.

Die Presse- und Medienresonanz dazu war außergewöhlich

groß: über drei Monate wurden weltweit Fernsehbeiträge und

Radioreportagen ausgestrahlt. Das Fraunhofer IST arbeitet

innerhalb des Projektes im Bereich »Water Treatment« an Dia-

mantelektroden zur Abwasserbehandlung und Hygienisierung.

Wolfgang Diehl, stellvertretender Institutsleiter, vertritt das

Fraunhofer IST im Board des Projektes.

Mädchen-zukunftstag am Fraunhofer IST

Auch 2010 hieß es im Fraunhofer IST wieder: Mädchen unter

sich. Für die acht Teilnehmerinnen des Girls’ Days stand das

Erproben ihrer technischen Fähigkeiten im Vordergrund, als

sie in Reinraumkleidung Mikrostrukturen im Gelblichtlabor

herstellten. Mittels Fotolithografie und anschließender

nasschemischer Ätzung wurden dekorative Bilder in eine

Chromschicht strukturiert. Die hergestellten Designs

untersuchten die Mädchen danach mit Lichtmikroskopen

und Profilometern. Innerhalb eines Tages durchliefen die

Schülerinnen so die Prozesskette, die für die Mikrotechnologie

typisch ist. »Es ist jedes Jahr wieder ein gutes Gefühl zu sehen,

mit wie viel Interesse die Schülerinnen diese anspruchsvollen

Aufgaben meistern. Wir hoffen sehr, in Zukunft einige von

ihnen als Praktikantinnen hier am Institut wieder zu sehen«, so

die Beauftragte für Chancengleichheit des Instituts, Dr. Saskia

Biehl, über das Engagement der Teilnehmerinnen.

neubaueinweihung am Fraunhofer IST

Gemeinsam mit Prof. Dr. Alfred Gossner, Finanzvorstand

der Fraunhofer-Gesellschaft, und über 100 Gästen aus

Forschung, Industrie und Politik weihte das Fraunhofer-Institut

für Schicht- und Oberflächentechnik IST am 28. Mai 2010

den neuen Institutsteil ein. Nach drei Jahren Bauzeit sind die

beiden Abteilungen »Transferzentrum Tribologie« und »Neue

Tribologische Beschichtungen« in den Neubau eingezogen.

Von der Reinigung und Vorbehandlung der Werkstücke bis zur

Beschichtung wird hier in industriellem Maßstab gearbeitet.

Nicht nur die Abteilungen des Fraunhofer IST, sondern auch

das Universitätsinstitut für Oberflächentechnik IOT, das von

Prof. Bräuer und Prof. Klages geleitet wird, zieht in die neue

Halle und bringt Maschinen zur Oberflächenhärtung mit

den sogenannten Plasmadiffusionsverfahren ein. Hier ergibt

sich eine einzigartige Möglichkeit für die Zusammenarbeit

zwischen Grundlagenforschung und anwendungsnaher

Forschung. Die Infrastruktur des Gebäudekomplexes hat sich

besonders im ersten Stock verändert. Eine gläserne Brücke

mit elektrochromen Fenstern verbindet beide Institutsteile

miteinander. »Die Brücke steht für das verbindende Element

zwischen dem neuen und dem alten Institutsteil und damit für

die Zukunft unseres Instituts. Mit den schaltbaren Schichten

möchte das Fraunhofer IST ein weiteres Einsatzfeld für

modernste Dünnschichttechnologie präsentieren. Darüber

hinaus liefert das Hightech-Glas auch einen Beitrag zum

Klimaschutz«, so Prof. Bräuer, Institutsleiter des Fraunhofer IST.

Tag der offenen Tür 2010

Wie erzeugen die Forscher Blitze im Labor und was machen sie

mit einem Plasma? Wie kann man mit Diamant Wasser reini-

gen? Am 28. August 2010 lud das Fraunhofer IST gemeinsam

mit dem Fraunhofer WKI alle Interessierten aus Braunschweig

und Umgebung dazu ein, diese und viele andere spannende

Fragestellungen der Schicht- und Oberflächentechnik und der

Holzforschung spielerisch zu entdecken. In den Laboren und

auf dem Fraunhofer-Campus konnten die über 900 Besucher

einen ganzen Tag lang in vielfältigen Mit-Mach-Aktionen,

Vorführungen und einem bunten Rahmenprogramm für

Groß und Klein mit Kletterwand, Hüpfburg und vielem mehr

erleben, was hinter den Fassaden der Hightech-Institute steckt.

Das Fraunhofer IST feierte mit dem Tag der offenen Tür auch

seinen 20. Geburtstag.

Festkolloquium für Dr. Peter willich – Verabschiedung

von Monika geertsema

Mit einem Festkolloquium verabschiedete das Fraunhofer IST

am 22. Juni 2010 den international anerkannten Experten

und langjährigen Abteilungsleiter für Analytik und Qualitäts-

sicherung am Institut Dr. Peter Willich. Peter Willich baute die

analytische Abteilung im Fraunhofer IST federführend auf und

erweiterte sie bald durch den sehr erfolgreichen Bereich der

externen Auftragsanalytik. Mit seiner Expertise hat er das Profil

des Instituts von Beginn an maßgeblich geprägt. In diesem

feierlichen Rahmen wurde ebenfalls Monika Geertsema,

Sekretärin der Institutsleitung, verabschiedet. Sie war seit der

Etablierung des Fraunhofer IST 1994 dabei. Mit viel Herz,

Organisationstalent und Entschlossenheit hat sie sich stark für

die Mitarbeiter und unsere Kunden engagiert.

102 103

V e r ö F F e n T l I C h u n g e n

MITarBeIT In greMIenBandorf, R.: COST Action MP0804, Action Chairman.

Bandorf, R.: Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische

Baugruppen 3-D MID e. V., Mitglied.

Bandorf, R.: Humboldt Stiftung, Gutachter.

Bandorf, R.: International Conference on HIPIMS, Conference

Chairman.

Bandorf, R.: International Conference on Metallurgical Coatings and

Thin Films, Session Chairman.

Bandorf, R.: Society of Vacuum Coaters, Session Chairman, Volun-

teer Mentor.

Bandorf, R.: Zentrum für Mikroproduktionstechnik e. V., Mitglied.

Bewilogua, K.: DGM-Arbeitskreis »Materialkundliche Aspekte der

Tribologie und der Zerspanung«, Mitglied.

Borries, von, G.: Kompetenzzentrum »Ultradünne funktionale

Schichten«, Mitglied.

Brand, C.: Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V.

(EFDS), Mitglied.

Brand, C.: Kompetenznetz Industrielle Plasma-Oberflächentechnik

INPLAS e. V., Geschäftsführerin.

Brand, C.: Plasma Germany, Mitglied des Koordinierungs-

ausschusses.

Brand, J.: Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e.V.

(EFDS), Leitung des Fachausschusses »Tribologische Schichten«.

Brand, J.: Gesellschaft für Tribologie (GfT), Mitglied.

Brand, J.: International Colloquium Tribology, Tribology and Lubrica-

tion Engineering, Mitglied im Programme Planning Committee.

Bräuer, G.: AufsichtsratderPVATePlaAG, Mitglied.

Bräuer, G.: European Joint Committee on Plasma and Ion Surface

Engineering (EJC / PISE), Chairman.

Bräuer, G.: International Conference on Coatings on Glass (ICCG),

Mitglied des Organisationskomitees.

Bräuer, G.: International Council for Coatings on Glass (ICCG) e. V.,

Mitglied des Vorstands.

Bräuer, G.: ISFH, Mitglied des Beirats.

Bräuer, G.: Kompetenznetz Industrielle Plasmaoberflächentechnik

(INPLAS) e. V., Vorstandsvorsitzender.

Bräuer, G.: Nano- und Materialinnovationen Niedersachsen e. V.

(NMN), Mitglied des Vorstands.

Bräuer, G.: Zeitschrift »Vakuum in Forschung und Praxis«, Mitglied

des Kuratoriums.

Bräuer, G.: Zentrum für Mikroproduktionstechnik e. V., Mitglied des

Vorstands.

Diehl, W.: Deutsche Forschungsgesellschaft für Oberflächenbehand-

lung DFO, Mitglied des Vorstands.

Diehl, W.: Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V.

(EFDS), Mitglied des Vorstands.

Diehl, W.: ForschungRegion Braunschweig, Mitglied des Lenkungs-

kreises.

Diehl, W.: Glass Performance Days (GDP), Mitglied des Advisory

Boards.

Diehl, W.: Plasma Germany, Mitglied des Koordinierungsausschusses.

Diehl, W.: RETECZA NPO, Pretonia SA, Mitglied des Boards.

Diehl, W.: Society of Vacuum Coaters (SVC), Director, Mitglied des

Executive Board.

Diehl, W.: Society of Vacuum Coaters (SVC), Mitglied des »Internati-

onal Relations Committee«.

Diehl, W.: Technologietransferkreis ForschungRegion Braunschweig,

Mitglied.

Dietz, A.: Arbeitsgemeinschaft Elektrochemischer Forschung (AGEF),

Mitglied.

Dietz, A.: Deutsche Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentech-

nik e. V. (DGO), Mitglied des Vorstands.

Dietz, A.: Deutsche Gesellschaft für Galvano- und Oberflächen-

technik e. V. (DGO), stellvertretender Vorsitzender Ortsgruppe

Niedersachsen.

Dietz, A.: Fachausschuss »Forschung« der DGO, Mitglied.

Dietz, A.: Fachausschuss »Kombinationsschichten« der DGO,

Mitglied.

Dietz, A.: Gesellschaft für Korrosionsschutz (GfKorr), Mitglied.

Gäbler, J.: DIN Normenausschuss 062 Materialprüfung, Arbeits-

ausschuss 01-72 »Chemische und elektrochemische Überzüge«,

Mitglied.

Gäbler, J.: European Society for Precision Engineering and Nanotech-

nology, Mitglied.

Gäbler, J.: European Technology Platform for Advanced Materials

and Technologies EuMaT, Mitglied.

Gäbler, J.: Industrie-Arbeitskreis »Werkzeugbeschichtungen und

Schneidstoffe«, Leitung.

Gäbler, J.: Kompetenznetz Industrielle Plasma-Oberflächentechnik

INPLAS, Arbeitsgruppenleiter Werkzeuge.

Gäbler, J.: VDI-Richtlinien-Fachausschuss »CVD-Diamant-Werkzeu-

ge«, Mitglied.

Neumann, F.: CEN / TC386 »Photocatalysis«, WG2 »Air Purification«,

WG4 »Selfcleaning«, WG6 »Light Sources«, Mitglied, Europäisches

Komitee für Normung.

Neumann, F.: DIN Normenausschuss 062 Materialprüfung, Arbeits-

ausschuss NA 062-02-93 AA »Photokatalyse«, Mitglied; Leitung des

Arbeitskreises »Photokatalytische Selbstreinigung«, DIN Deutsches

Institut für Normung e.V..

Keunecke, M.: European Society for Precision Engineering and

Nanotechnology, Mitglied.

Keunecke, M.: International Conference on Metallurgical Coatings

and Thin Films (ICMCTF), Session Chairman.

Klages, C.-P.: Nano- und Materialinnovationen Niedersachsen e.V.

(NMN), Fachbeirat Oberflächen.

Klages, C.-P.: Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten

e.V. (EFDS), Mitglied des wissenschaftlichen Beirats.

Schäfer, L.: Beirat der Condias GmbH, Mitglied.

Schäfer, L.: Industriearbeitskreis »Werkzeugbeschichtungen und

Schneidstoffe«, Mitglied.

Schäfer, L.: Nano- und Materialinnovationen Niedersachsen e. V.

(NMN), Mitglied.

Schäfer, L.: Nanotechnologie-Kompetenzzentrum Ultrapräzise

Oberflächenbearbeitung CC UPOB e. V., Mitglied.

Thomas, M.: Arbeitskreis Atmosphärendruckplasmaverfahren (AK-

ADP), Mitglied.

Thomas, M.: EFDS-Fachausschuss »Atmosphärendruck Plasmatech-

nologien«, Mitglied.

InTernaTIonale gäSTeHerr Sang-gweon Kim, Ph.D., KITECH – Korea Institute of Industrial

Technology, Incheon, Korea, 01.03.–31.12.2010.

SChuTzreChTanMelDungenBandorf, R.: Dünnschichtanordnung und Verfahren zur Herstellung

einer Dünnschichtanordnung.

Bandorf, R.: Vorrichtung und Verfahren zum ionisierten Gasfluss-

Sputtern.

Bandorf, R.: Vorrichtung und Verfahren zur Ratenbestimmung von

ionisiertem schichtbildenden Material.

Biehl, S.; Staufenbiel, S.: Energieautarker sensorischer Kugelgewin-

detrieb.

Eichler, M.; Nagel, K.; Klages, C.-P.: Verfahren zur selektiven

plasmagestützten Behandlung von sich gegenüberliegenden Innen-

flächen eines Hohlkörpers und Verwendung desselben.

Pflug, A.; Siemers, M.; Werner, W.; Szyszka, B.: Verfahren zur

Reaktivgastrennung in In-line-Beschichtungsanlagen.

Szyszka, B.; Sittinger, V.: Anordnung umfassend eine transparente

elektrisch leitfähige Schicht, Anordnung umfassend eine photoelek-

trische Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer transparen-

ten Elektrode.

Veröffentlichungen

104 105


PuBlIkaTIonenAntsupov, G.; Brinksmeier, E.; Gäbler, J.: CVD-Diamantschichten

als Abrasivbelag beim Schleifen. In: Klocke, F. (Hrsg.): WZLforum:

3rd European Conference on Grinding ECG. Aachen: Apprimus

Wissenschaftsverlag, 2010, S. 12-1 − 12-3.

Bandorf, R.: Gepulste Hochleistungs-PVD-Verfahren. In: Europäische

Forschungsgesellschaft Dünne Schichten (EFDS): Gepulste hochioni-

sierte Plasmen − von der Grundlage zur Anwendung, Workshop am

24. November 2010 in Dresden. Dresden, 2010, getr. Zählung.

Bewilogua, K.; Keunecke, M.; Park, S. T.; Stein, C.; Weigel, K.; Rich-

ter, V.; Oyanedel Fuentes, J. A.: Cubic boron nitride coatings: sputter

deposition, properties and application tests. In: Society of Vacuum

Coaters (SVC): Technical Conference Proceedings 1991 − 2010.

Albuquerque: Society of Vacuum Coaters, 2010, pp. 87 − 92.

Bewilogua, K.; Bialuch, I.; Keunecke, M.: PECVD-Verfahren mit

gepulster Anregung zur Abscheidung von DLC-Schichten. In: Euro-

päische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten (EFDS): Gepulste

hochionisierte Plasmen − von der Grundlage zur Anwendung,

Workshop am 24. November 2010 in Dresden. Dresden, 2010, getr.

Zählung.

Biehl, S.; Staufenbiel, S.; Hauschild, F.; Albert, A.: Novel measu-

rement and monitoring system for forming processes based on

piezoresistive thin film systems. In: Microsystem technologies 16

(2010), 5, pp. 879 − 883.

Biehl, S.: Piezoresistive Dünnschichtsensorik auf Basis amorpher

Kohlenwasserstoffschichten und ihr Anwendungspotenzial. In:

Suchentrunk, R. (Hrsg.): Jahrbuch Oberflächentechnik, Bd. 66. Bad

Saulgau: Leuze, 2010, S. 324 − 330.

Bistron, M.; Behrens, B.-A.; Paschke, H.: Reduction of wear by

boron based multilayer coatings on forging dies. In: Steel research

international 81 (2010), 9, pp. 290 − 293.

Borris, J.: Oberflächenstrukturierung mittels Plasma-Printing bei

Atmosphärendruck. In: Plasma + Oberfläche (2010), 1, S. 8 − 10.

Borris, J.: Plasma-Printing plus Galvanotechnik: Ressourceneffiziente

Produktion flexibler Leiterplatten. In: JOT − Journal für Oberflächen-

technik (2010), 3, S. 48 − 50.

Borris, J.; Thomas, M.; Dohse, A.; Klages, C.-P.; Möbius, A.; Elbick,

D.; Prinz, U.; Wandner, K.-H.; Weidlich, E.-R.: P3T − a new technology

for the cost and resource efficient inline production of flexible

printed circuits, RFID antennas and biosensors. In: Circuit world 36

(2010), 4, pp. 18 − 21.

Borris, J.; Thomas, M.; Dohse, A.; Weidlich, E.-R.; Klages, C.-P.:

P3T − ein neuartiger Ansatz zur Herstellung flexibler Elektronik im

Rolle-zu-Rolle-Verfahren. In: Blasek, G. (Hrsg.); Dresdner Transferstel-

le für Vakuumtechnik: 18. Neues Dresdner Vakuumtechnisches Kollo-

quium (NDVaK): Beschichtung, Modifizierung und Charakterisierung

von Polymeroberflächen, Leibniz-Institut für Polymerforschung

Dresden e. V., 21. und 22. Oktober 2010. Dresden, 2010, S. 3 − 6.

Brand, P.-J.: Plasmatechnik und Galvanotechnik im Vergleich:

Konkurrenz oder Ergänzung − ein Systemvergleich. In: Grüne Galva-

notechnik: Stand und Perspektiven, Berichtsband über das 32. Ulmer

Gespräch am 29. und 30. April 2010 in Neu-Ulm (Donau), Edwin-

Scharff-Haus, Silcherstraße 40. Saulgau: Leuze, 2010, S. 46 − 52.

Bräuer, G.; Szyszka, B.; Bandorf, R.; Bewilogua, K.; Brand, J.; Ver-

göhl, M.: Gepulste Plasmen für industrielle Beschichtungsprozesse:

Übersicht zu den Verfahren und Anwendungen. In: Europäische For-

schungsgesellschaft Dünne Schichten (EFDS): Gepulste hochionisierte

Plasmen − von der Grundlage zur Anwendung, Workshop am 24.

November 2010 in Dresden. Dresden, 2010, getr. Zählung.

Bräuer, G.; Szyszka, B.; Vergöhl, M.; Bandorf, R.: Magnetron

sputtering: milestones of 30 years. In: Vacuum 84 (2010), 12, pp.

1354 − 1359.

Bruns, S.; Vergöhl, M.; Werner, O.; Wallendorf, T.: High rate deposi-

tion of mixed oxides by controlled reactive magnetron-sputtering

from metallic targets. In: Kondruweit, S. (Ed.) u. a.; International

Organizing Committee of ICCG u. a.: Proceedings of the 8th Internati-

onal Conference on Coatings on Glass and Plastics (ICCG): Advanced

Coatings for Large-Area or High-Volume Products, Braunschweig,

Germany, June 13 − 17, 2010. Braunschweig, 2010, pp. 185 − 189.

Cerezuela Barreto, M.; Borris, J.; Thomas, M.; Hänsel, R.; Stoll,

M.; Klages, C.-P.: Barriereeigenschaften durch Nanobeschichtung:

AD-Plasmapolymere auf PVC. In: Blasek, G. (Hrsg.); Dresdner

Transferstelle für Vakuumtechnik: 18. Neues Dresdner Vakuum-

technisches Kolloquium (NDVaK): Beschichtung, Modifizierung

und Charakterisierung von Polymeroberflächen, Leibniz-Institut

für Polymerforschung Dresden e. V., 21. und 22. Oktober 2010.

Dresden, 2010, S. 55 − 61.

Demir, M.; Weber, M.: Praxistaugliche Prozessschmierung für das

Presshärten: Zusammenfassung. In: Institut für Fertigungsforschung,

7. Forum Tribologische Entwicklungen in der Blechumformung, 11.

November 2010. Darmstadt, 2010, S. 147 − 164.

Dewald, W.; Sittinger, V.; Szyszka, B.; Gordijn, A.; Hüpkes, J.; Hamel-

mann, F.; Stiebig, H.; Säuberlich, F.: Angular resolved light scattering

of structured TCOs for the application in a-Si:H / µc-Si:H solar cells.

In: Kondruweit, S. (Ed.) u. a.; International Organizing Committee

of ICCG u. a.: Proceedings of the 8th International Conference on

Coatings on Glass and Plastics (ICCG): Advanced Coatings for

Large-Area or High-Volume Products, Braunschweig, Germany, June

13 − 17, 2010. Braunschweig, 2010, pp. 415 − 416.

Eichler, M.; Gabriel, M.: Local plasma treatment in a mask aligner for

selective wafer surface modification. In: Suss report (2010), April, pp.

8 − 11.

Eichler, M.; Michel, B.; Hennecke, P.; Gabriel, M.; Klages, C.-P.:

Low-temperature direct bonding of borosilicate, fused silica, and

functional coatings. In: Colinge, C. (Ed.) u. a.; Electrochemical

Society: Semiconductor Wafer Bonding 11: Science, Technology and

Applications, in honor of Ulrich Gösele. Pennington, NJ: Electroche-

mical Soc., 2010, pp. 339 − 348 (ECS transactions 33, 4).

Gäbler, J.: CVD-Diamantschichten als Abrasivbelag zum Schleifen:

AiF-Vorhaben 15038 N / 1. In: ZVO report (2010), 5, S. 36.

Gäbler, J.; Pleger, S.: Precision and micro CVD diamond-coated grin-

ding tools. In: International journal of machine tools & manufacture

50 (2010), 4, pp. 420 − 424.

Graumann, T.; Neumann, F.: Measurement of photocatalytic

properties of thin-films using novel solid-state luminescent dyes.





13 − 17, 2010. Braunschweig, 2010, pp. 241 − 243.

Hoffmeister, H.-W.; Schäfer, L.; Gäbler, J.; Wittmer, R.: Mikroschleifen

mit CVD-Diamant-Schleifscheiben. In: Hoffmeister, H.-W. (Hrsg.)

u. a.: Jahrbuch Schleifen, Honen, Läppen und Polieren: Verfahren

und Maschinen, 64. Ausgabe. Essen: Vulkan-Verl., 2010, S.

206 − 212.

Jacobsen, H.; Prume, K.; Wagner, B.; Ortner, K.; Jung, T.: High-rate

sputtering of thick PZT thin films for MEMS. In: Journal of electroce-

ramics 25 (2010), 2 − 4, pp. 198 − 202.

Jandl, C.; Hertel, K.; Dewald, W.; Pflaum, C.: High performance

computing for the simulation of thin-film solar cells. In: Wagner, S.

(Hrsg.) u. a.: High performance computing in science and enginee-

ring, Garching / Munich 2009: Transactions of the Fourth Joint HLRB

and KONWIHR Review and Results Workshop, December 8 − 9, 2009.

Berlin [u. a.]: Springer, 2010, pp. 553 − 564.

Jandl, C.; Dewald, W.; Pflaum, C.; Stiebig, H.: Simulation of

microcrystalline thin-film silicon solar cells with integrated AFM

scans. In: 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and

Exhibition / 5th World Conference on Photovoltaic Energy Conver-

sion, Proceedings, Feria Valencia, Convention & Exhibition Centre,

Valencia, Spain, September 6 − 10 (Conference), September 6 − 9,

2010 (Exhibition). Valencia, 2010, pp. 354 − 357.

Jandl, C.; Dewald, W.; Paetzold, U. W.; Gordijn, A.; Pflaum, C.;

Stiebig, H.: Simulation of tandem thin-film silicon solar cells. In:

Wehrspohn, R. B. (Ed.) u. a.: Photonics for Solar Energy Systems III.

Bellingham, Wash.: SPIE, 2010, 772516 (Proceedings of SPIE 7725).

Keunecke, M.; Stein, C.; Bewilogua, K.; Koelker, W.; Kassel, D.;

Berg, H. van den: Modified TiAlN coatings prepared by d. c. pulsed

magnetron sputtering. In: Surface and Coatings Technology 205

(2010), 5, pp. 1273 − 1278.

Klages, C.-P.; Hinze, A.; Willich, P.; Thomas, M.: Atmospheric-

pressure plasma amination of polymer surfaces. In: Journal of

adhesion science and technology 24 (2010), pp. 1167 − 1180.

Koeßler, D.; Ortner, K.; Höfer, M.; Szyszka, B; Jung, T.: Preparation of

photocatalytic TiO2-coatings by hollow cathode gas-flow sputtering.




106 107



13 − 17, 2010. Braunschweig, 2010, pp. 249 − 251.

Kondruweit, S. (Ed.); Szyszka, B. (Ed.); Pütz, J. (Ed.); International

Organizing Committee of ICCG; Fraunhofer-Institut für Schicht- und

Oberflächentechnik, Braunschweig: Proceedings of the 8th Internatio-

nal Conference on Coatings on Glass and Plastics (ICCG): Advanced


Germany, June 13 − 17, 2010. Braunschweig, 2010.

Kubart, T.; Nyberg, T.; Pflug, A.; Siemers, M.; Austgen, M.; Köhl,

D.; Wuttig, M.; Berg, S.: Modelling of sputtering yield amplification

effect in reactive deposition of oxides. In: Surface and coatings

technology 204 (2010), 23, pp. 3882 − 3886.

Lachmann, K.; Dohse, A.; Thomas, M.; Pohl, S.; Meyring, W.; Ditt-

mar, K. E. J.; Lindenmeier, W.; Klages, C.-P.: Surface modification of

closed plastic bags for adherent cell cultivation. In: Orszagh, J. (Ed.)

u. a.: HAKONE XII: 12th International Symposium on High Pressure

Low Temperature Plasma Chemistry, Book of Contributed Papers

Volume 2, Trencianske Teplice, Slovakia, September 12 − 17, 2009.

Bratislava, 2010, pp. 533 − 537.

Mark, G.; Parra, E.; Bandorf, R.; Vergöhl, M.: New superimposed

pulsed plasma technology using High Power Impulse Magnetron

Sputtering (HiPIMS) combined with DC or MF-frequency. In: Society

of Vacuum Coaters (SVC): Technical Conference Proceedings

1991 − 2010. Albuquerque: Society of Vacuum Coaters, 2010, pp.

224 − 228.

Matthai, A.; Bangert, S.; Grünhagel, O.; Hangleiter, B.; Schulz, U.;

Szyszka, B.: Minerva: a project for the development of an ultra

resistant coating on PC for automotive use. In: Kondruweit, S. (Ed.)

u. a.; International Organizing Committee of ICCG u. a.: Proceedings

of the 8th International Conference on Coatings on Glass and Plastics

(ICCG): Advanced Coatings for Large-Area or High-Volume Products,

Braunschweig, Germany, June 13 − 17, 2010. Braunschweig, 2010,

pp. 355 − 359.

Neubert, T.; Drost, S.; Vergöhl, M.: Organische Schichten für

optische Interferenzschichtsysteme. In: 6. Thüringer Grenz- und

Oberflächentage / 2. Thüringer Kolloquium »Dünne Schichten in

der Optik«, Tagungsband: Plenarvorträge, Kurzvorträge, Posterzu-

sammenfassungen, Gera, 7. − 9. September 2010. Jena: INNOVENT,

2010, S. 240 − 241.

Neubert, T.; Drost, S.; Nagel, K.; Vergöhl, M.: Polymer metal oxide

composite layers for optical functional coatings. In: Society of Vacu-

um Coaters (SVC): Technical Conference Proceedings 1991 − 2010.

Albuquerque: Society of Vacuum Coaters, 2010, pp. 308 − 312.

Paschke, H.; Weber, M.; Kaestner, P.; Bräuer, G.: Influence of diffe-

rent plasma nitriding treatments on the wear and crack behavior of

forging tools evaluated by Rockwell indentation and scratch tests. In:

Surface and Coatings Technology 205 (2010), 5, pp. 1465 − 1469.

Paulkowski, D.; Bandorf, R.; Schiffmann, K.; Bräuer, G.: Friction of

flat-flat micro contacts coated with amorphous carbon. In: Tribologie

und Schmierungstechnik 57 (2010), 4, pp. 41 − 43.

Pflug, A.; Siemers, M.; Schwanke, C.; Szyszka, B.: Simulation von

Plasma-Beschichtungsprozessen: Ein neues Design-Werkzeug für die

Vakuum- und Plasmatechnik. In: Vakuum in Forschung und Praxis 22

(2010), 3, S. 31 − 34.

Polenzky, C.; Ortner, K.; Szyszka, B.: Preparation and characterization

of Cu'Me'''. In: Kondruweit, S. (Ed.) u. a.; International Organizing

Committee of ICCG u. a.: Proceedings of the 8th International Confe-

rence on Coatings on Glass and Plastics (ICCG): Advanced Coatings

for Large-Area or High-Volume Products, Braunschweig, Germany,

June 13 − 17, 2010. Braunschweig, 2010, pp. 281 − 283.

Rademacher, D.; Vergöhl, M.: In situ thickness determination of mul-

tilayered structures using single wavelength ellipsometry and reverse

engineering. In: 2010 Optical Interference Coatings (OIC): Technical

Digest, Topical Meeting and Tabletop Exhibit, Tucson, Arizona, USA,

June 6 − 11, 2010. 2010, getr. Zählung.

Ring, S.; Säuberlich, F.; Wendelmuth, T.; Sittinger, V.; Szyszka, B.:

Large area DC sputtered zinc oxide front TCO for a-Si / µc-Si tandem

modules. In: 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference

and Exhibition / 5th World Conference on Photovoltaic Energy

Conversion, Proceedings, Feria Valencia, Convention & Exhibition

Centre, Valencia, Spain, September 6 − 10 (Conference), September

6 − 9, 2010 (Exhibition). Valencia, 2010, pp. 374 − 376.

Schiffmann, K.: Determination of fracture toughness of bulk

materials and thin films by nanoindentation: comparison of different

models. In: Philosophical magazine (2010), online publiziert am 28.

Juni 2010, DOI: 10.1080 / 14786435.2010.487984, 16 Bl..

Sittinger, V.; Diehl, W.; Szyszka, B.: Dünnschicht-Photovoltaik in

Deutschland: PV Dünnschichttechnologien im Überblick (a-Si / µSi,

CIGS und CdTe). In: Vakuum in Forschung und Praxis 22 (2010), 5,

S. 28 − 34.

Sittinger, V.; Horstmann, F.; Boentoro, W.; Werner, W.; Szyszka, B.:

Heat treatable TCO film for position 1 based on HiPIMS. In: Schnei-

der, J. (Ed.) u. a.; Technische Hochschule Darmstadt u. a.: Glass,

facade, energy: Engineered Transparency, International Conference

at Glasstec. 2010, pp. 565 − 574.

Sittinger, V.; Dewald, W.; Szyszka, B.; Säuberlich, F.; Stannowski, B.:

New approach towards an optimized light trapping morphology of

Al-doped ZnO films. In: Kondruweit, S. (Ed.) u. a.; International Orga-

nizing Committee of ICCG u. a.: Proceedings of the 8th International

Conference on Coatings on Glass and Plastics (ICCG): Advanced



Sittinger, V.; Ruske, F.; Pflug, A.; Dewald, W.; Szyszka, B.; Dittmar,

G.: Optical on-line monitoring for the long-term stabilization of a

reactive mid-frequency sputtering process of Al-doped zinc oxide

films. In: Thin solid films 518 (2010), 11, pp. 3115 − 3118.

Sittinger, V.; Dewald, W.; Werner, W.; Szyszka, B.; Ruske, F.:

Transparent conducting oxide deposition techniques for thin-film

photovoltaics. In: Photovoltaics international (2010), November, pp.

108 − 115.

Sittinger, V.; Szyszka, B.; Ulrich, S.; Pflug, A.; Ruske, F.; Dewald, W.:

Übersicht über die Einsatzgebiete und Anwendungen von transpa-

rent leitfähigen Oxiden (TCOs). In: Galvanotechnik 101 (2010), 12, S.

2870 − 2879.

Stöhr, U.; Dohse, A.; Hoppe, P.; Gehringer, A.; Thomas, M.; Klages,

C.-P.; Reinecke, H.: Porous photoresist stamps for selective plasma

treatment. In: Plasma processes and polymers 7 (2010), 1, pp. 9 − 15.

Szyszka, B; Pflug, A.; Sittinger, V.; Ulrich, S.; Vergöhl, M.; Werner,

W.; Kaiser, A.; Jung, S.; Bringmann, U.; Bräuer, G.; Köhl, D.;

Austgen, M.; Wuttig, M.; Weis, H.; Herwig, W.; Polle, A.; Herlitze,

L.: Rotatable target serial co-sputtering: a new core technology for

industrial large area glass coating? In: Kondruweit, S. (Ed.) u. a.;

International Organizing Committee of ICCG u. a.: Proceedings of

the 8th International Conference on Coatings on Glass and Plastics



p. 37.

Szyszka, B.; Löbmann, P.; Georg, A.; May, C.; Elsässer, C.: Develop-

ment of new transparent conductors and device applications utilizing

a multi disciplinary approach. In: Thin Solid Films 518 (2010), S.

3109 − 3114.

Szyszka, B.; Polenzky, C.; Löbmann, P.; Götzendörfer, S.; Elsässer, C.;

Körner, W.: Pathways towards p-type oxide layer for optoelectronic

applications. In: Advances in Science and Technology 75 (2010), S.

16 − 24.

Szyszka, B.; Pflug, A.; Sittinger, V.; Ulrich, S.: Sputteryield-Amplifi-

cation − Ein lange bekannter, doch bisher kaum genutzter Effekt zur

Ratenerhöhung von Sputterprozessen In: Vakuum in Forschung und

Praxis 22 / 3 (2010), S. 15 − 17.

Thomas, M.; Eichler, M.; Borris, J.; Lachmann, K.; Barreto, M. C.;

Klages, C.-P.: Erzeugung funktioneller Oberflächen durch plasmaun-

terstützte Beschichtung mittels dielektrischer Barrierenentladung

(DBD-PACVD). In: 6. Thüringer Grenz- und Oberflächentage / 2. Thü-

ringer Kolloquium »Dünne Schichten in der Optik«, Tagungsband:

Plenarvorträge, Kurzvorträge, Posterzusammenfassungen, Gera,

7. − 9. September 2010. Jena : INNOVENT, 2010, S. 151 − 155.

Thomas, M.; Borris, J.; Klages, C.-P.: Micropatterning using

atmospheric pressure plasma processes. In: Kondruweit, S. (Ed.) u. a.;

International Organizing Committee of ICCG u. a.: Proceedings of

the 8th International Conference on Coatings on Glass and Plastics



pp. 99 − 101.

Thomas, M.; Hinze, A.; Klages, C.-P.: Optimierung von DBD-Plas-

maquellen durch grundlegende Untersuchungen der Plasmaunter-

stützten CVD-Abscheidung. In: Europäische Forschungsgesellschaft

Dünne Schichten (EFDS): Gasmanagement für Atmosphärendruck-

Plasmatechnologien, Workshop am 15. April in Dresden. Dresden,

2010, getr. Zählung.

Thomas, M.; Borris, J.; Dohse, A.; Weidlich, E.-R.; Elbick, D.; Klages,

C.-P.: Plasma-Printing: Strukturierte Oberflächenfunktionalisierung

108 109


und selektive nasschemische Metallisierung. In: Grüne Galvano-

technik: Stand und Perspektiven, Berichtsband über das 32. Ulmer

Gespräch am 29. und 30. April 2010 in Neu-Ulm (Donau), Edwin-

Scharff-Haus, Silcherstraße 40. Saulgau: Leuze, 2010, S. 102 − 106.

Thomas, M.; Borris, J.; Weidlich, E.-R.; Elbick, D.; Klages, C.-P.:

Plasma-Printing: Strukturierte Oberflächenfunktionalisierung und

selektive nasschemische Metallisierung. In: PLUS 12 (2010), 12, S.

2828 − 2832.

Vergöhl, M.; Althues, H.; Frach, P.; Glöß, D.; Graumann, T.; Hübner,

C.; Neumann, F.; Neubert, T.; Schottner, G.; Song, D. K.: Measu-

rement of the photocatalytic activity of TiO2 films deposited by

different methods. In: Kondruweit, S. (Ed.) u. a.; International Orga-

nizing Committee of ICCG u. a.: Proceedings of the 8th International




Vergöhl, M.; Rademacher, D.: Particle generation during reactive

sputtering of SiO2 with planar and cylindrical magnetrons. In: Kon-

druweit, S. (Ed.) u. a.; International Organizing Committee of ICCG

u. a.: Proceedings of the 8th International Conference on Coatings

on Glass and Plastics (ICCG): Advanced Coatings for Large-Area or

High-Volume Products, Braunschweig, Germany, June 13 − 17, 2010.

Braunschweig, 2010, pp. 191 − 195.

Vergöhl, M.; Bruns, S.: Properties of TiO2 films deposited by bipolar

reactive HiPIMS. In: Kondruweit, S. (Ed.) u. a.; International Organi-

zing Committee of ICCG u. a.: Proceedings of the 8th International




Vergöhl, M.; Rademacher, D.; Fritz, B.: Sputtern optischer Schichten

mit Rotatable-Kathoden: Partikelbelastung und Schichteigenschaf-

ten. In: 6. Thüringer Grenz- und Oberflächentage / 2. Thüringer

Kolloquium »Dünne Schichten in der Optik«, Tagungsband: Plen-

arvorträge, Kurzvorträge, Posterzusammenfassungen, Gera, 7. − 9.

September 2010. Jena : INNOVENT, 2010, S. 298 − 301.

Wäsche, R.; Hartelt, M.; Springborn, U.; Bewilogua, K.; Keunecke,

M.: Wear of carbon nitride coatings under oscillating sliding condi-

tions. In: Wear 269 (2010), 11 / 12, pp. 816 − 825.

Bewilogua, K.; Keunecke, M.; Park, S.-T.; Stein, C.; Weigel, K.;

Richter, V.; Oyanedel Fuentes, J. A.; Diehl, W.: Cubic Boron Nitride

Coatings – Sputter Deposition, Properties and Application Tests, SVC

53th Annual Technical Conference Proceedings, Orlando, FL, USA,

April 2010.

Bewilogua, K.: New developments of hard carbon and boron nitride

coatings, Seminar Faculty of Mathematics and Physics, Charles

University Prague, Prag, Tschechien, Oktober 2010.

Bewilogua, K.; Bialuch, I.; Keunecke, M.: PECVD-Verfahren mit

gepulster Anregung zur Abscheidung von DLC-Schichten, Workshop

»Gepulste hochionisierte Plasmen – von der Grundlage zur Anwen-

dung«, Dresden, Deutschland, November 2010.

Biehl, S.: Energieautarke µ-Systeme in Werkzeugmaschinen (Vortrag),

BMBF-Öffentliches Statusmeeting für energieautarke Mikrosysteme

(EAS) und autonome vernetzte Sensorsysteme (AVS), Berlin, Deutsch-

land, 25. − 26. Februar 2010.

Biehl, S.: Optimierte Regelung von Umformprozessen durch inte-

grierte Dünnschichtsensorik (Poster), Karlsruher Arbeitsgespräche,

Karlsruhe, Deutschland, 9. − 10. März 2010.

Biehl, S.: Hydrogenated carbon layer system for sensory applications

(Poster), Twelfth International Conference on Plasma Surface

Engineering (PSE), Garmisch-Partenkirchen, Deutschland, 13. − 17.

September 2010.

Biehl, S.: Das Anwendungspotenzial von sensorischen Dünn-

schichtsystemen für den funktionsintegrierten Leichtbau (Vortrag),

Nano- und Materialinnovationen Niedersachsen e. V. (NMN) AK

Funktionsinte- grierter Leichtbau, Braunschweig, Deutschland, 28.

September 2010.

Biehl, S.: Energieautarke hochverschleißfeste Dünnschichtsensoren

für Anwendungen im Maschinenbau (Vortrag), Deutsche IMAPS

Konferenz, München, Deutschland, 12. − 13. Oktober 2010.

Biehl, S.: Dreidimensionale Strukturierung von Dünnschichtsystemen

für sensorische Anwendungen »3dThinSens« (Vortrag), Öffentliche

Präsentation der Wissenschaftlichen Projekte des Jahres 2010 von vdi

/ vde Berlin, MST-Vision, Berlin, Deutschland, 25. November 2010.

Biehl, S.: Measurement and Monitoring System for Forming Proces-

ses based on Piezoresistive Thin Film Systems (Vortrag), Nanosens

2010, Wien, Österreich, 2. − 3. Dezember 2010.

Weber, M.; Kaestner, P.; Köster, K.; Thomsen, H.; Paschke, H.: Influ-

ence of different plasma nitriding treatments and coatings on the

wear behaviour of forging tools for the production of automotive

diesel injection parts. In: Society of Vacuum Coaters (SVC): Technical

Conference Proceedings 1991 − 2010. Albuquerque: Society of

Vacuum Coaters, 2010, pp. 519 − 524.

VorTräge, PoSTerAntsupov, G.; Gäbler, J.; Brinksmeier, E.; Schäfer, L.; Riemer, O.;

Rickens, K.: Precision Grinding with CVD Diamond Coated Grinding

Wheels (Poster), 11th International euspen Conference, Delft,

Niederlande, Mai / Juni 2010.

Antsupov, G.; Brinksmeier, E.; Riemer, O.; Gäbler, J.; Schäfer, L.: CVD

Diamond Coating as Abrasive Layer for Grinding, 23. Treffen des

Industrie-Arbeitskreises Werkzeugbeschichtungen und Schneidstoffe,

Braunschweig, Deutschland, November 2010.

Antsupov, G.; Brinksmeier, E.; Riemer, O.; Gäbler, J.; Schäfer, L.: CVD

Diamond Coating as Abrasive Layer for Grinding, 66. Kolloquium für

Wärmebehandlung, Werkstofftechnik, Fertigungs- und Verfahrens-

technik, Wiesbaden, Deutschland, Oktober 2010.

Antsupov, G.; Brinksmeier, E.; Gäbler, J.: CVD-Diamantschichten als

Abrasivbelag beim Schleifen, European Conference on Grinding,

Aachen, Deutschland, November 2010.

Bandorf, R.; Gerdes, H.; Wallendorf, T.; Bräuer, G.: Characterization

of HIPIMS discharges with tailored constant current phase (Talk), 1st

International Conference on HIPIMS, Sheffield, United Kingdom,

6. − 7. Juli 2010.

Bandorf, R.; Gerdes, H.; Bräuer, G.: Influence of Target Material and

Cathode Impedance on HIPIMS Plasmas (Invited Talk), MIATEC 2010,

Metz, Frankreich, 15. − 18. Juni 2010.

Bandorf, R.; Gerdes, H.; Loch, D.; Bräuer, G.: Reactive Sputter

Deposition of Alumina Coatings by HIPP Processes (Talk), Twelfth

International Conference on Plasma Surface Engineering (PSE),

Garmisch-Partenkirchen, Deutschland, 13. − 17. September 2010.

Bandorf, R.: Gepulste Hochleistungs-PVD-Verfahren (Talk), EFDS

Workshop »Gepulste hochionisierte Plasmen – von der Grundlage zur

Anwendung«, Dresden, Deutschland, 24. November 2010.

Boentoro, T. W.; Szyszka, B.: Mechanical characterization of hard

coating on polycarbonate substrate with finite element analysis

(Poster), 8th International Conference on Coatings on Glass and

Plastics (ICCG), Braunschweig, Deutschland, Juni 2010.

Boentoro, T. W.; Öngün, Y.; Szyszka, B.: Entwicklung eines

Kratztestmodells für dünne Schichten auf Polycarbonat Substrat

und Miteinbeziehen von Spannungsrelaxation (Vortrag), Deutsche

SIMULIA-Konferenz, Heidelberg, Deutschland, September 2010.

Borris, J.; Thomas, M.; Lachmann, K.; Cerezuela-Barreto, M.; Klages,

C.-P.: Erzeugung funktioneller Oberflächen durch plasmaunterstützte

Beschichtung mittels dielektrischer Barrierenentladung (DBD-PACVD)

(Vortrag), 6. Thüringer Grenz- und Oberflächentage, Gera, Deutsch-

land, September 2010.

Borris, J.; Thomas, M.; Dohse, A.; Möbius, A.; Elbick, D.; Weidlich,

E.-R.; Klages, C.-P.: P3T – neuartiger Ansatz zur Herstellung flexibler

Elektronik im Rolle-zu-Rolle-Verfahren, 18. Neues Dresdner Kolloqui-

um, Dresden, Deutschland, Oktober 2010.

Borris, J.; Thomas, M.; Dohse, A.; Möbius, A.; Elbick, D.; Weidlich,

E.-R.; Klages, C.-P.: P3T – neuartiger Ansatz zur Herstellung flexibler

Elektronik im Rolle-zu-Rolle-Verfahren (Vortrag), 4. Fachtagung mit

Ausstellung – Transparent leitfähige Schichten (TCO) mit Grundlagen

TCO (»OTTI«-Tagung), Neu-Ulm, Deutschland, November 2010.

Bräuer, G.: Innovative Oberflächen durch funktionale Beschichtung

(Vortrag), DPG Frühjahrstagung, Regensburg, Deutschland, 22. März

2010.

Bräuer, G.: Patent Situation in HIPIMS Technology (Vortrag), Twelfth


Garmisch-Partenkirchen, Deutschland, 12. September 2010.

Bräuer, G.: Status der Dünnschicht-Photovoltaik in Deutschland

(Vortrag), NMN Symposium, Celle, Deutschland, 7. Oktober 2010.

Bräuer, G.: Gepulste Plasmen für industrielle Beschichtungsprozes-

se – Übersicht zu den Verfahren und Anwendungen (Vortrag), EFDS

Workshop »Gepulste hochionisierte Plasmen – von der Grundlage zur

Anwendung«, Dresden, Deutschland, 24. November 2010.

Bruns, S.; Werner, O.; Bandorf, R.; Wallendorf, T.: Flexible Control for

Reactive Pulsed Magnetron Sputter Process (Poster), 1st International

Conference on HIPIMS, Sheffield, United Kingdom, 6. − 7. Juli 2010.

110 111


Cerezuela Barreto, M.; Borris, J.; Thomas, M.; Hänsel, R.; Stoll, M.;

Klages, C.-P.: Barriereeigenschaften durch Nanobeschichtung – AD-

Plasmapolymere auf PVC, 18. Neues Dresdner Vakuumtechnisches

Kolloquium, Dresden, Deutschland, Oktober 2010.

Cerezuela Barreto, M.; Borris, J.; Thomas, M.; Hänsel, R.; Stoll, M.;

Klages, C.-P.: Reduction of plasticizer leaching from PVC by barrier

coatings deposited using DBD processes at atmospheric pressure

(Poster), Twelfth International Conference on Plasma Surface

Engineering (PSE), Garmisch-Partenkirchen, Deutschland, September

2010.

Dewald, W.; Sittinger, V.; Szyszka, B.; Gordijn, A.; Hüpkes, J.; Hamel-

mann, F.; Stiebig, H.; Säuberlich, F.: Angular resolved light scattering

of structured TCOs for the application in a-Si:H / μc-Si:H solar cells,

Proceedings of the 8th International Conference on Coatings on

Glass and Plastics (ICCG), Braunschweig, Deutschland, Juni 2010.

Dewald, W.: Light scattering and light management for a-Si:H / µc-

Si:H thin film solar cells using textured TCO films, ORAMA Summer

School, Analipsi / Hersonissos, Kreta, Griechenland, Oktober 2010.

Dewald, W.; Sittinger, V.; Ulrich, S.; Pflug, A.; Szyszka, B.; Schulte,

M.; Hüpkes, J.; Hamelmann, F.; Stiebig, H.: Optical characterization

of differently prepared doped ZnO for thin film silicon tandem solar

cells (Poster), 3rd International Symposium on Transparent Conductive

Materials (TCM), Analipsi / Hersonissos, Kreta, Griechenland,

Oktober 2010.

Diehl, W.; Sittinger, V.; Szyszka.B.: Thin Film Photovoltaics in

Germany (Vortrag), SVC 53th Annual Technical Conference, Orlando,

FL, USA, April 2010.

Diehl,W.; Gäbler, J.; Biehl, S.; Hauschild, F.; Kaestner, P.; Thomsen, H.;

Paschke, H.; Staufenbiel, S.; Weber, M.: New multifunctional coating

systems for forming and cutting tools (Keynote Paper), AFRIMOLD,

Johannesburg, Südafrika, August 2010.

Diehl, W.; Bandorf, R.; Bewilogua, K.; Biehl, S.; Brand, J.; Jung, T.;

Keunecke, M.; Klages C. P.; Kondruweit, S.: Functional Coatings

produced by Plasma Processes – Technology and Recent Applications

(Plenary Paper), 11th European Vacuum Conference / 6th European

Topical Conference on Hard Coatings, Salamanca, Spanien, Septem-

ber 2010.

Papa, F.; Gerdes, H.; Bandorf, R.; Ehiasarian, A. P.; Bräuer, G.; Hend-

riks, A.; Tietema, R.; Krug, T.: The Influence of Pulse Shape and Peak

Current Density on High Power Pulsed Sputtering Discharges (Pos-

ter), Twelfth International Conference on Plasma Surface Engineering

(PSE), Garmisch-Partenkirchen, Deutschland, September 2010.

Paschke, H.; Weber, M.; Kaestner, P.; Bräuer, G.: Influence of Diffe-

rent Plasma Nitriding Treatments on the Wear and Crack Behaviour

of Forging Tools Evaluated by Rockwell Indentation and Scratch Tests

(Poster), 37th International Conference on Metallurgical Coatings and

Thin Films, San Diego, CA, USA, April 2010.

Paschke, H.; Weber, M.; Bräuer, G.; Bistron, M.: Boron containing

coating systems for hot forming tools (Vortrag), 37th International

Conference on Metallurgical Coatings and Thin Films, San Diego,

CA, USA, April 2010.

Paschke, H.; Stueber, M.; Ziebert, C.; Bistron, M.; Mayrhofer, P.:

Composition, microstructure and mechanical properties of boron

containing multilayer coatings for hot forming tools (Poster), Twelfth


Garmisch-Partenkirchen, Deutschland, September 2010.

Paschke, H.; Weber, M.: Reibarme und verschleißfeste diamantähn-

liche Kohlenstoffschichten (DLC) für Komponenten und Werkzeuge

(Vortrag), DiF-Seminar »Verschleissschutz technischer Oberflächen«,

Krefeld, Deutschland, Juni 2010.

Petersen, M.; Heckmann, U.; Bandorf, R.; Gwozdz, V.; Schnabel,

S.; Bräuer, G.: Me-DLC Films as Material for Highly Sensitive

Temperature Compensated Strain Gauges (Poster), Diamond 2010,

Budapest, Ungarn, 5. − 9. September 2010.

Pflug, A.; Vergöhl, M.; Szyszka, B.: Gasentladungs-Sputtern

(Vortrag), OTTI-Fachtagung »Schichtherstellungstechniken für die

Präzisionsoptik«, Regensburg, Deutschland, 21. Januar 2010.

Pflug, A.; Siemers, M.; Schwanke, C.; Dewald, W.; Ulrich, S.; Sittin-

ger, V.; Szyszka, B.: Simulation of the ion energy distribution function

in magnetron sputtering (Vortrag), 3rd International Symposium

on Transparent Conductive Materials (TCM), Hersonnisos, Kreta,

Griechenland, Oktober 2010.

Pflug, A.; Siemers, M.; Schwanke, C.; Dewald, W.; Ulrich, S.;

Sittinger, V.; Szyszka, B.; Koehl, D.; Austgen, M.: PIC-MC simulation

Keunecke, M.; Stein, C.; Bewilogua, K.; Koelker, W.; Kassel, D.; van

den Berg, H.: Modified TiAlN coatings prepared by d.c. pulsed ma-

gnetron sputtering, 37th International Conference on Metallurgical

Coatings and Thin Films, San Diego, CA, USA, April 2010.

Keunecke, M.; Bialuch, I.; Bewilogua, K.; Hofmann, D.; Kunkel, S.:

Silicon modified DLC coatings deposited by PACVD and PVD sputter

techniques (Poster), 37th International Conference on Metallurgical

Coatings and Thin Films, San Diego, CA, USA, April 2010.

Keunecke, M.; Kölker, W.; van den Berg, H.; Chudoba, T.; Hünsche,

I.; Kessel, H. U.; Richter, V.; Ziegele, H.: Zerspanwerkzeuge aus

nanoskaligen Materialien und superharten Schichten zur Trocken-,

Hart- und Gussbearbeitung (NanoHM), 22. Industrie-Arbeitskreis

»Werkzeugbeschichtungen und Schneidstoffe«, PTZ Berlin, 3. März

2010.

Klages, C.-P.; Eichler, M.; Michel, B.: Atmospheric-pressure plasma

activation of silicon and glass surfaces for low-temperature direct

bonding (eingeladener Vortrag), AVS 57th International Symposium &

Exhibition, Session Atmospheric Pressure Plasmas, Albuquerque, NM,

USA, 17. − 22. Oktober 2010.

Lachmann, K.; Dohse, A.; Thomas, M.; Klages, C.-P.: Tailor-made

coatings by atmospheric-pressure plasma in closed plastic bag

systems (Vortrag), Cells meet surface, Braunschweig, Deutschland,

Mai 2010.

Lachmann, K.; Dohse, A.; Thomas, M.; Pohl, S.; Meyring, W.;

Dittmar, K. E. J.; Lindenmeier, W.; Klages, C.-P.: Surface modification

of closed plastic bags for adherent cell cultivation (Vortrag), HAKONE

XII: 12th International Symposium on High Pressure Low Temperature

Plasma Chemistry, Trencianske Teplice, Slowakei, 12. − 17. September

2010.

Laukart, A.; Harig, T.; Höfer, M.; Schäfer, L.: Large Area Deposition of

Silicon Thin Films by Hot Wire Chemical Vapor Deposition (HWCVD)

(Poster), 6th International Conference on Hot-Wire Chemical Vapor

Deposition (Cat-CVD) Process, Ecole Polytechnique, Palaiseau,

Frankreich, 13. − 17. September 2010.

Neubert, T.; Drost, S.; Vergöhl, M.: Organische Schichten für optische

Interferenzschichtsysteme, 6. Thüringer Grenz- und Oberflächentage

(ThGOT), Gera, Deutschland, September 2010.

Diehl, W.; Sittinger, W.; Szyszka, B.: Survey of Thin Film Solar

Technologies in Germany (eingeladener Vortrag), 9th Symposium of

European Vacuum Coaters, Anzio, Italien, Oktober 2010.

Diehl, W.; Bandorf, R.; Bewilogua, K.; Biehl, S.; Brand, J.; Jung, T.;

Klages, C. P.; Kondruweit, S.; Szyszka, B.; Thomas, M.; Vergöhl, M.;

Bräuer, G.: Plasma Process Technology – State of the Art and Recent

Applications (Plenary Paper), 1st Korea-Japan Symposium on Surface

Technology, Incheon, Korea, November 2010.

Dietz, A.; Hochsattel, T.; Moustafa, E.: New properties of electro-

deposited composite coatings with functionalized nano-container,

International Conference on Functional Nanocoatings, Dresden,

Deutschland, März 2010.

Dietz, A.; Hochsattel, T.; Moustafa, E.: Neue Eigenschaften von

Dispersionsschichten mit funktionalisierten Nanocontainern,

Galvanik-Symposium, Dresden, Deutschland, November 2010.

Eichler, M.; Michel, B.; Hennecke, P.; Gabriel, M.; Klages, C.-P.:

Low-Temperature Direct Bonding of Borosilicate, Fused Silica and

Functional Coatings (Vortrag), 218th ECS Meeting, Las Vegas, NV,

USA, Oktober 2010.

Gerdes, H.; Bandorf, R.; Parker, P.; Kelly, P.; Bräuer, G.: MF-

Superimposed-Reactive HIPIMS for Deposition of ZnO:Al (Poster);

Twelfth International Conference on Plasma Surface Engineering

(PSE), Garmisch-Partenkirchen, Deutschland, September 2010.

Graumann, T.; Neumann, F.: Some aspects of novel luminescent dye

solid-state photocatalytic assessment method (Poster), Third Interna-

tional Conference on Semiconductor Photochemistry, University of

Strathclyde, Glasgow, Schottland, 12. − 16. April 2010.

Graumann, T.; Neumann, F.: Measurement of photocatalytic proper-

ties of thin-films using novel solid-state luminescent dyes (Vortrag),

8th International Conference on Coatings on Glass and Plastics

(ICCG), Braunschweig, Deutschland, Juni 2010.

Heckmann, U.; Bandorf, R.; Petersen, M.; Gwozdz, V.; Peters, M.;

Bräuer, G.: Nanocomposite thin films as sensor material for strain

gauges (Vortrag), Twefth International Conference on Plasma Surface


2010.

112 113


of magnetron discharges in Ar / O2 gas mixtures (Vortrag), Reactive

Sputter Symposium RSD, Gent, Belgien, Dezember 2010.

Polenzky, C.: Statusbetrachtung Multi-Komponenten-Oxide und

amorphe TCOs (Vortrag), 4. Fachtagung mit Ausstellung – Trans-

parent leitfähige Schichten (TCO) mit Grundlagen TCO (»OTTI«-

Tagung), Neu-Ulm, Deutschland, November 2010.

Polenzky, C.; Ortner, K., Szyszka, B.: Preparation and characterization

of CuCrO2 (Vortrag), DPG Frühjahrstagung, Regensburg, Deutsch-

land, März 2010.

Polenzky, C.; Ortner, K.; Szyszka, B.: Preparation and characteriza-

tion of Cu'Me'''O2 (Vortrag), Proccedings of the 8th International

Conference on Coatings on Glass and Plastics (ICCG), Braunschweig,

Deutschland, Juni 2010.

Polenzky, C.: The 4-coefficient method (Vortrag), ORAMA Summer

School, Analipsi / Hersonissos, Kreta, Griechenland, Oktober 2010.

Polenzky, C.; Ortner K.; Szyszka B.: Preparation and characterization

of p-TCOs (Vortrag), 3rd International Symposium on Transparent

Conductive Materials (TCM), Analipsi / Hersonissos, Kreta, Griechen-

land, Oktober 2010.

Rademacher, D.; Richter, U.; Vergöhl, M.: In-Situ Thickness Determi-

nation of Multilayered Structures using Single Wave-length Ellipso-

metry and Reverse Engineering (Poster & Talk), Optical Interference

Coatings (OIC), Tucson, AZ, USA, Juni 2010.

Rechberger, M.; Paschke, H.; Kühne, T.: Fangen, Abbeißen,

Verschlingen: Zähne als Vorbild für selbstschärfende Industriemesser

(Vortrag), 5. Bionik-Kongress, Hochschule Bremen, Deutschland,

22. − 23. Oktober 2010.

Schäfer, L.: Mit Diamanten Wasser reinigen – Wie geht das? Umwelt-

chemisches Kolloquium des Instituts für Ökologische Chemie und

Abfallanalytik, TU Braunschweig, Deutschland, 29. Juni 2010.

Schäfer, L.; Höfer M.; Klaaßen E.; Kramer H.-J.: The status of elec-

trochemical water treatment and water disinfection using diamond

electrodes (invited talk), 2nd Annual RETECZA Conference, Kwa

Maritane Bush Lodge, Südafrika, 11. − 13. August 2010.

Schäfer, L.; Armgardt, M.; Harig, T.; Höfer, M.; Laukart, A.: Up-

scaling and industrialization of HWCVD processes for diamond and

silicon based coatings (invited talk), 6th International Conference

on Hot-Wire Chemical Vapor Deposition (Cat-CVD) Process, Ecole

Polytechnique, Palaiseau, Frankreich, 13. − 17. September 2010.

Schäfer, L.; Armgardt, M.; Harig, T.; Höfer, M.; Laukart, A.: Large

area diamond and silicon-based coatings by hot wire activated CVD

technologies (invited talk), 5th International Symposium on Vacuum

based Science and Technology SVST5, Kaiserslautern, Deutschland,

28. − 30. September 2010.

Schäfer, L.; Höfer, M.; van Geldern, M.; Otschik, J.; Schrüfer, A.:

Diamantbeschichtete Gleitringdichtungen und Gleitlager für höchste

Anforderungen (eingeladener Vortrag), 3. Nano und Material

Symposium Niedersachsen, Congress Union Celle, Deutschland,

6. − 7. Oktober 2010.

Schäfer, L.: Von der Materialforschung zum Produkt – DiaCer®

Diamantbeschichtete Keramikkomponenten (eingeladener Vortrag),

3. MATERIALICA Ceramics Kongress, München, Deutschland, 20.

Oktober 2010.

Schnabel, S.; Kotula, S.; Ulrich, S.; Szyszka, B.: Back contact

optimization for P3HT:PCBM bulk heterojunction solar cells (Poster),

Internationale Konferenz mit Fachausstellung, Organische Photovol-

taik, Würzburg, Deutschland, September 2010.

Schwanke, C.; Pflug, A.; Siemers, M.; Szyszka, B.: Parallel Particle-in-

Cell Monte-Carlo Algorithm (Poster), PARA2010 – State of the Art in

Scientific and Parallel Computing, Reykjavik, Island, Juni 2010.

Siemers, M.; Pflug, A.; Schwanke, C.; Szyszka, B.: Applied PIC-MC

Simulation for Process Analysis and Development (Vortrag), 8th

International Conference on Coatings on Glass and Plastics (ICCG),

Braunschweig, Deutschland, Juni 2010.

Sittinger, V.; Dewald, W.; Szyszka, B.: Industrialisierung der

TCO-Technologie für die Dünnschichtphotovoltaik (Vortrag), TCO-

Workshop OTTI, Neu-Ulm, Deutschland, November 2010.

Sittinger, V.; Dewald, W.; Kaiser, A.; Werner, W.; Szyszka, B.: Large

area deposition and long-term stabilization of a reactive mid-

frequency sputtering process of Al-doped zinc oxid films (Vortrag),

Asia-Pacific Interfinish (APIC), Singapur, Oktober 2010.

Sittinger, V.; Horstmann, F.; Boentoro, T. W.; Werner, W.; Szyszka, B.:

Heat Treatable TCO Film for Position 1 Based on HiPIMS (Vortrag),

1st engineered transparency, international conference on glasstec,

Düsseldorf, Deutschland, September 2010.

Sittinger, V.; Werner, O.; Kühnert, B.; Szyszka, B.; Wiese, R.; Voss,

N.: Development of a sensor platform for control and optimization

of industrial plasma processes (Poster), Twelfth International Confe-

rence on Plasma Surface Engineering (PSE), Garmisch-Partenkirchen,

Deutschland, September 2010.

Sittinger, V.; Dewald, W.; Szyszka, B:, Säuberlich, F.; Stannowski,

B.: New approach towards an optimized light trapping morphology

of Al-doped ZnO films (Poster), 8th International Conference on

Coatings on Glass and Plastics (ICCG), Braunschweig, Deutschland,

Juni 2010.

Sittinger, V.; Dewald, W.; Werner, W.; Szyszka, B.: Magnetron-

Sputterprozesse für TCO´s: i-ZnO, AZO und ITO, Teil 1: Forschung

und Entwicklung an AZO (Vortrag), EFDS Workshop »Transparente

Leitfähige Oxide«, Dresden, Deutschland, Juni 2010.

Sittinger, V.; Diehl, W.; Szyszka, B.: Thin film PV on large area: State

of the art and perspectives (Vortrag), DPG Frühjahrstagung der Sek-

tion Vakuumphysik und Vakuumtechnik, Regensburg, Deutschland,

März 2010.

Staufenbiel, S.: Optimierung von Produktionsprozessen durch Einsatz

von Kraftsensoren in Dünnschichttechnologie am Beispiel von Stanz-

und Schneideprozessen in der Blechbearbeitung (Vortrag), Innovative

F&E- Aktivitäten der Mikrosystemtechnik (IGF-Tag), HSG-IMIT,

Villingen-Schwenningen, Deutschland, 18. März, 2010.

Stein, C.; Keunecke, M.; Bewilogua, K.; Kölker, W.; van den Berg,

H.: c-BN coating systems with different interlayers for cutting inserts

(Vortrag), Twelfth International Conference on Plasma Surface


2010.

Szyszka, B.; Austgen, M.; Bräuer, G.; Bringmann, U.; Britze, C.; Her-

litze, L.; Herwig, W.; Jung, S.; Kaiser, A.; Koehl, D.; Pflug, A.; Polle,

A.; Sittinger, V.; Ulrich, S.; Vergöhl, M.; Weis, H.; Werner, W.; Wuttig,

M.: Rotatable Target Serial Cosputtering – A New Core Technology

for Industrial Large Area Glass Coating? (Vortrag), 8th International

Conference on Coatings on Glass and Plastics (ICCG), Braunschweig,

Deutschland, Juni 2010.

Szyszka, B.; Sittinger, V.; Dewald, W.; Ulrich, S.; Pflug, A.; Gurram,

S. K.; Polenzky, C.: Large area in-line magnetron sputtering of TCOs

(eingeladener Vortrag), 3rd International Symposium on TCOs, Kreta,

Griechenland, Oktober 2010.

Szyszka, B.; Sittinger, V.; Dewald, W.; Ulrich, S.; Pflug, A.; Gurram,

S. K.; Polenzky, C.: Magnetron sputtering of TCO films – an overview

on the state of the art & recent results, 1st Orama Summer School,

Kreta, Griechenland, Oktober 2010.

Szyszka, B.; Sittinger, V.; Ulrich, S.; Pflug, A.; Schäfer, L.; Höfer, M.:

Dünnschichtphotovoltaik auf Glas, Glass Technology Live, glasstec,

Düsseldorf, Deutschland, 1. Oktober 2010.

Szyszka, B.; Ulrich, S.; Polenzky, C.; Löbmann, P.; Götzendörfer, S.;

Elsässer, C.; Körner, W.: The Challenge of Oxide Electronics – An

Overview on Materials, Processes & Applications (eingeladener

Vortrag), SVST-5, Kaiserslautern, Deutschland, September 2010.


Körner, W.: Pathways towards p-type oxide layers for optoelectronic

applications (eingeladener Vortrag), CIMTEC 2010, Montecatini

Terme, Italien, Juni 2010.

Szyszka, B.; Bewilogua, K.; Brand, J.; Bräuer, G.; Dietz, A.; Diehl, W.;

Gäbler, J.; Klages, C.-P.; Schäfer, L.; Vergöhl, M.; Willich, P.: Industrial

thin film processes – Key technologies for cost effective light weight

construction, ACMA Workshop Light Weight Construction, Neu-

Delhi, Indien, März 2010.

Szyszka, B.; Ulrich, S.; Polenzky, C.; Löbmann, P.; Götzendörfer, S.;

Elsässer, C.; Körner, W.: The Challenge of Oxide Electronics – An

Overview on Materials, Processes & Applications, (eingeladener

Vortrag), 2nd International Workshop on Vacuum Electronics, Physik-

zentrum Bad Honnef, Deutschland, November 2010.

Szyszka, B.; Sittinger, V.; Ulrich, S.; Pflug, A.; Dewald, W.; Polenzky,

C.: Übersicht über die Einsatzgebiete und Anwendungen von TCOs,

4. Fachtagung mit Ausstellung − Transparent leitfähige Schichten

(TCO) mit Grundlagen TCO (»OTTI«-Tagung), Neu-Ulm, Deutschland,

November 2010.


Körner, W.: Oxidische Elektronik – ein neues Wachstumsgebiet für

die Informations- und Kommunikationsbranche, 4. Fachtagung mit

Ausstellung − Transparent leitfähige Schichten (TCO) mit Grundlagen

TCO (»OTTI«-Tagung), Neu-Ulm, Deutschland, November 2010.

Szyszka, B.; Sittinger, V.; Ulrich, S.; Pflug, A.; Schäfer, L.; Höfer, M.:

Dünnschichtphotovoltaik auf Glas, OTTI-Fachforum »Schichten auf

Glas«, Regensburg, Deutschland, Mai 2010.

114 115


Szyszka, B.; Polenzky, C.; Loebmann, P.; Göetzendörfer, S.; Elsässer,

C.; Körner, W.: Pathways towards p-type oxide layers for optoelec-

tronic applications (Vortrag), Proceedings of the CIMTEC 2010 – 5th

Forum on New Materials, Montecatini Terme, Italien, Juni 2010.

Thomas, M.: Erzeugung reaktiver Gruppen auf Oberflächen durch

Funktionalisierung oder Beschichtung mittels DBD (Vortrag),

Haftungsverbesserung durch Oberflächenfunktionalisierung mittels

Atmosphärendruckplasma, 5. Workshop des AK-ADP, Potsdam,

Deutschland, 9. − 10. Juni 2010.

Thomas, M.; Borris, J.; Klages, C.-P.: Micropatterning using atmos-

pheric pressure plasma processes (Poster), Advanced Coatings for

Large-Area or High-Volume Products, 8th International Conference on


Juni 2010.

Thomas, M.; Hinze, A.; Klages, C.-P.: Optimierung von DBD-

Plasmaquellen durch grundlegende Untersuchungen der Plas-

maunterstützten CVD-Abscheidung (Vortrag), Gasmanagement für

Atmosphärendruck-Plasmatechnologien, EFDS-Workshop, Dresden,

Deutschland, 15. April 2010.

Thomas, M.; Borris, J.; Dohse, A.; Weidlich, E.-R.; Elbick, D.; Klages,

C.-P.: Plasma-Printing: Strukturierte Oberflächenfunktionalisierung

und selektive nasschemische Metallisierung, 32. Ulmer Gespräch,

Neu-Ulm, Deutschland, 29. − 30. April 2010.

Vergöhl, M.; Rademacher, D.; Fritz, B.: Particle generation during

reactive magnetron sputtering of SiO2 with cylindrical and planar

cathodes (Poster & Talk), Optical Interference Coatings (OIC), Tucson,

AT, USA, Juni 2010.

Vergöhl, M.; Rademacher, D.; Fritz, B.: Particle generation during

reactive magnetron sputtering of SiO2 with cylindrical and planar

cathodes (Poster), 8th International Conference on Coatings on Glass

and Plastics (ICCG), Braunschweig, Deutschland, Juni 2010.

Vergöhl, M.; Rademacher, D.; Richter U.: In-Situ Thickness

Determination of Multilayered Structures using Single Wavelength

Ellipsometry (Talk), 3rd NanoCharm Workshop, Berlin, Deutschland,

Oktober 2010.

Vergöhl, M.; Althues, H.; Frach, P.; Glöß, D.; Graumann, T.;

Hübner, C.; Neumann, F.; Neubert, T.; Schottner, G.; Song, D. K.:

Measurement of the photocatalytic activity of TiO2 films deposited

by different methods (Vortrag), 8th International Conference on


Juni 2010.

Weber, M.; Demir, M.: Praxistaugliche Prozessschmierung für das

Presshärten (Vortrag), 7. Forum Tribologische Entwicklungen in der

Blechumformung, Darmstadt, Deutschland, 11. November 2010.

Weber, M.: Entwicklung technologischer Grundlagen für die

Umformung von Titanlegierungen (Vortrag), Fraunhofer Symposium

»Netzwert«, München, Deutschland, 7. − 8. Dezember 2010.

Weiss, P.; Dietz, A.; Ladwein, T.: Galvanische Abscheidung von

Aluminium aus ionischen Flüssigkeiten, Oberflächentage des ZVO,

Berlin, Deutschland, September 2010.

DISSerTaTIonenEigenbrod, V. J.: Superhydrophobe Oberflächen mit Fluorpolymeren

in hierarchischen Strukturen. Stuttgart: Fraunhofer-IRB-Verl., 2010

(Berichte aus Forschung und Entwicklung, 31). Zugl.: Braunschweig,

Techn. Univ., Diss., 2010.

Weinhold, R.: Herstellung und Charakterisierung ternärer Zink-

Legierungsüberzüge auf Stahlfeinblech. Aachen: Shaker, 2010. Zugl.:

Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2010.

DIPloMarBeITende Vries, M.: Herstellung und Charakterisierung von transparenten

Siliziumnitridschichten mittels High Power Impulse Magnetron

Sputtering, Fachhochschule Südwestfalen, September 2010.

Drost, S.: Binäre Metall-Mischschichten für Elektroden von

organischen Solarzellen, Ostfalia Hochschule für angewandte

Wissenschaften, Wolfenbüttel, März 2010.

Kodlubaj, K.: Charakterisierung des Ionenstroms und des Ionen-

anteils in hochionisierten Plasmen, Hochschule für angewandte

Wissenschaft und Kunst Göttingen, Mai 2010.

Schmalz, M.: Konstruktion und Optimierung eines 8“ Hoch-

temperatursubstratheizers, Ostfalia Hochschule für angewandte

Wissenschaften, Wolfenbüttel, Dezember 2010.

Schnabel, S.: Evaluation von mittels Gasflusssputtern hergestellten

Titanoxid-Schichten für den Einsatz in der organischen Photovoltaik,

Technische Universität Braunschweig, Juni 2010.

Scholtalbers, M.: Ionisierte Abscheidung von M-A-X-Schichten

mittels Hochleistungsimpuls-Magnetronsputtern, Jade Hochschule,

Wilhelmshaven, November 2010.

MaSTerarBeITenGwozdz, V.: Me-C:H als sensorische Schicht für Dehnungsmess-

streifen, Goethe Universität, Frankfurt am Main, November 2010.

BaChelorarBeITenBaumer, M.: Bauteilgerechte TiN-Prozessentwicklung als Basis für

borbasierte Schichtsysteme (Bachelor-Arbeit), Fachhochschule

Dortmund, März 2010.

Ben Abdallah, S.: Untersuchungen zur lokalen Behandlung von

Siliziumwafern, Fachhochschule Hannover, Juli 2010.

Hanke, C.: Konstruktion und Inbetriebnahme eines Versuchsstandes

zur Plasmabehandlung und -beschichtung (Bachelor-Arbeit),

Fachhochschule Magdeburg Stendal, April 2010.

Klaaßen, E.: Ozongenerator – Elektrolytische Erzeugung von Ozon,

Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften, Wolfenbüttel,

März 2010.

Peters, M.: Herstellung und Charakterisierung von Cu-DLC für

den Einsatz in Dehnungsmessstreifen, Helmut Schmidt Universität

Hamburg, Dezember 2010.

117

D a S F r a u n h o F e r I S T I n n e T z w e r k e n

Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST ist mit seiner Forschungs- und

Entwicklungstätigkeit Teil verschiedener interner und externer Netzwerke, die mit unterschiedli-

chen Schwerpunkten im Spannungsfeld zwischen Wirtschaft, Wissenschaft und Politik agieren.

Innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft bündelt das Institut seine Kompetenzen mit denen

anderer Fraunhofer-Institute unter anderem im Fraunhofer-Verbund Light & Surfaces und in

verschiedenen Fraunhofer-Allianzen, um Kunden und Partnern auch technologieübergreifend

optimale Lösungen für deren Aufgabenstellungen anbieten zu können.

das fraunhofer ist in netZwerKen

119


Mit ihrer klaren Ausrichtung auf die angewandte Forschung

und ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltech-

nologien spielt die Fraunhofer-Gesellschaft eine zentrale

Rolle im Innovationsprozess Deutschlands und Europas. Die

Wirkung der angewandten Forschung geht über den direkten

Nutzen für die Kunden hinaus: Mit ihrer Forschungs- und

Entwicklungsarbeit tragen die Fraunhofer-Institute zur

Wettbewerbsfähigkeit der Region, Deutschlands und Europas

bei. Sie fördern Innovationen, stärken die technologische

Leistungsfähigkeit, verbessern die Akzeptanz moderner

Technik und sorgen für Aus- und Weiterbildung des dringend

benötigten wissenschaftlich-technischen Nachwuchses.

Ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern bietet die Fraunhofer-

Gesellschaft die Möglichkeit zur fachlichen und persönlichen

Entwicklung für anspruchsvolle Positionen in ihren Instituten,

an Hochschulen, in Wirtschaft und Gesellschaft. Studierenden

eröffnen sich an Fraunhofer-Instituten wegen der praxisnahen

Ausbildung und Erfahrung hervorragende Einstiegs- und

Entwicklungschancen in Unternehmen.

Namensgeber der als gemeinnützig anerkannten Fraunhofer-

Gesellschaft ist der Münchner Gelehrte Joseph von Fraunhofer

(1787–1826). Er war als Forscher, Erfinder und Unternehmer

gleichermaßen erfolgreich.

Forschen für die Praxis ist die zentrale Aufgabe der Fraunhofer-

Gesellschaft. Die 1949 gegründete Forschungsorganisation

betreibt anwendungsorientierte Forschung zum Nutzen der

Wirtschaft und zum Vorteil der Gesellschaft. Vertragspartner

und Auftraggeber sind Industrie- und Dienstleistungsunter-

nehmen sowie die öffentliche Hand.

Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibt in Deutschland derzeit

mehr als 80 Forschungseinrichtungen, davon 60 Institute.

Mehr als 18 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, überwie-

gend mit natur- oder ingenieurwissenschaftlicher Ausbildung,

bearbeiten das jährliche Forschungsvolumen von 1,65

Milliarden Euro. Davon fallen 1,40 Milliarden Euro auf den

Leistungsbereich Vertragsforschung. Über 70 Prozent dieses

Leistungsbereichs erwirtschaftet die Fraunhofer-Gesellschaft

mit Aufträgen aus der Industrie und mit öffentlich finanzierten

Forschungsprojekten. Knapp 30 Prozent werden von Bund

und Ländern als Grundfinanzierung beigesteuert, damit die

Institute Problemlösungen erarbeiten können, die erst in fünf

oder zehn Jahren für Wirtschaft und Gesellschaft aktuell

werden.

Internationale Niederlassungen sorgen für Kontakt zu den

wichtigsten gegenwärtigen und zukünftigen Wissenschafts-

und Wirtschaftsräumen.

die fraunhofer-gesellschaft auf einen blicK

120 121


kompetenz durch Vernetzung

Sechs Fraunhofer-Institute kooperieren im Verbund Light

& Surfaces. Aufeinander abgestimmte Kompetenzen

gewährleisten eine schnelle und flexible Anpassung der For-

schungsarbeiten an die Erfordernisse in den verschiedensten

Anwendungsfeldern zur Lösung aktueller und zukünftiger

Herausforderungen, insbesondere in den Bereichen Energie,

Umwelt, Produktion, Information und Sicherheit. Koordinierte,

auf die aktuellen Bedürfnisse des Marktes ausgerichtete Stra-

tegien führen zu Synergieeffekten zum Nutzen der Kunden.

kernkompetenzen des Verbunds

Schicht- und Oberflächentechnologie

Strahlquellen

Mikro- und Nanotechnologie

Materialbearbeitung

Opto-mechanische Präzisionssysteme

Optische Messsysteme

Fraunhofer-Institut für angewandte optik und

Feinmechanik IoF, Jena

Das Fraunhofer IOF entwickelt zur Bewältigung drängender

Zukunftsfragen in den Bereichen Energie und Umwelt, Infor-

mation und Sicherheit sowie Gesundheit und Medizintechnik

Lösungen mit Licht. Die Kompetenzen umfassen die gesamte

Prozesskette vom Optik- und Mechanik-Design über die

Entwicklung von Fertigungsprozessen für optische und mecha-

nische Komponenten sowie Verfahren zur Systemintegration

bis hin zur Fertigung von Prototypen. Schwerpunkte liegen

auf den Gebieten multifunktionale optische Schichtsysteme,

Mikro- und Nanooptik, Festkörperlichtquellen, optische

Messsysteme und opto-mechanische Präzisionssysteme.

Fraunhofer-Institut für elektronenstrahl- und

Plasmatechnik FeP, Dresden

Die Kernkompetenzen des Fraunhofer FEP sind Elekt-

ronenstrahltechnologie, Puls-Magnetron-Sputtern und

Plasmaaktivierte Hochratebedampfung. Unsere Arbeitsgebiete

umfassen die Vakuumbeschichtung sowie die Oberflächen-

bearbeitung und -behandlung mit Elektronen und Plasmen.

Neben der Entwicklung von Schichtsystemen, Produkten und

Technologien ist ein wichtiger Schwerpunkt die Aufskalierung

der Technologien für die Beschichtung und Behandlung

großer Flächen mit hoher Produktivität. Unsere Technologien

und Prozesse finden Anwendung im Maschinenbau, in der

Solarenergie, der Biomedizintechnik, der Architektur und für

den Kulturguterhalt, in der Verpackungsindustrie, im Bereich

Umwelt und Energie, der Optik, Sensorik und Elektronik sowie

in der Landwirtschaft.

Fraunhofer-Institut für lasertechnik IlT, aachen

Im Bereich Laserentwicklung und -anwendung zählt das

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT weltweit zu den

bedeutendsten Auftragsforschungs- und Entwicklungs-

instituten. Unsere Technologiefelder umfassen Laser und

Optik, Lasermesstechnik, Medizintechnik und Biophotonik

sowie Lasermaterialbearbeitung. Hierzu zählen u. a. das

Schneiden, Abtragen, Bohren, Schweißen und Löten sowie die

Oberflächenbearbeitung, die Mikrofertigung und das Rapid

Manufacturing. Übergreifend befasst sich das Fraunhofer ILT

mit Laseranlagentechnik, Prozessüberwachung und -regelung,

Modellierung sowie der gesamten Systemtechnik.

Fraunhofer-Institut für Schicht- und

oberflächentechnik IST, Braunschweig

Das Fraunhofer IST bündelt als industrienahes FuE-

Dienstleistungszentrum Kompetenzen auf den Gebieten

Schichtherstellung, Schichtanwendung, Schichtcharakterisie-

rung und Oberflächenanalyse. Wissenschaftler, Techniker und

Ingenieure arbeiten daran, Oberflächen der verschiedensten

Grundmaterialien neue oder verbesserte Funktionen zu verlei-

hen, um auf diesem Wege innovative, marktgerechte Produkte

zu schaffen. Das Institut ist in folgenden Geschäftsfeldern

tätig: Maschinen- und Fahrzeugtechnik, Luft- und Raumfahrt,

Werkzeuge, Energie, Glas und Fassade, Optik, Information

und Kommunikation, Mensch und Umwelt.

Fraunhofer-Institut für Physikalische

Messtechnik IPM, Freiburg

Fraunhofer IPM entwickelt und realisiert optische Sensor- und

Belichtungssysteme. Bei den vorwiegend Laser-basierten

Systemen sind Optik, Mechanik, Elektronik und Software ideal

aufeinander abgestimmt. Die Lösungen sind besonders robust

ausgelegt und jeweils individuell auf die Bedingungen am

Einsatzort zugeschnitten. Auf dem Gebiet der Thermoelektrik

verfügt das Institut über Know-how in Materialforschung,

Simulation und Systemen. In der Dünnschichttechnik arbeitet

Fraunhofer IPM an Materialien, Herstellungsprozessen und

Systemen.

Fraunhofer-Institut für werkstoff- und

Strahltechnik IwS, Dresden

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

ist in den Geschäftsfeldern Fügen, Trennen und Oberflächen-

technik tätig. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten

basieren auf einem ausgeprägten werkstoff- und nanotech-

nischen Know-how und umfassenden Möglichkeiten der

Werkstoffcharakterisierung. Die Besonderheit des Fraunhofer

IWS liegt in der Kombination dieses Know-hows mit weitrei-

chenden Erfahrungen in der Entwicklung von Technologien

und Systemtechnik im Bereich der Schicht- und Lasertechnik.

fraunhofer-Verbund light & surfaces

KontaKtVerBunDVorSITzenDer

Prof. Dr. Andreas Tünnermann

Albert-Einstein-Straße 7

07745 Jena

Telefon +49 3641 807-201

VerBunDaSSISTenTIn

Susan Oxfart

Telefon +49 3641 807-207

www.light-and-surfaces.fraunhofer.de

122 123


das KompetenZnetZ industrielle plasma-oberflächentechniK e.V.– inplas

3

1 INPLAS-Gemeinschafts-

stand auf der »Plasma Sur-

face Engineering« PSE 2010

in Garmisch-Partenkirchen.

2 Teilnehmer des Grün-

dungstreffens des Gemein-

schaftsausschusses »Kombi-

nationsschichten« der DGO,

EFDS und INPLAS.

3 Cannes Corporate Media

& TV Award für den Infor-

mationsfilm »Plasma leuch-

tet ein«. Carola Brand und

Jochen Meusel nehmen den

»silbernen Delphin« entge-

gen.

KontaKtGeschäftsführerin

Dipl.-Ing. Carola Brand

Telefon +49 531 2155-574

[email protected]

Netzwerkkoordinator

Dr.-Ing. Gerrit von Borries

Telefon +49 531 2155-662

[email protected]

www.inplas.de

öffentlichkeitsarbeit

INPLAS war 2010 wieder an verschiedenen Veranstaltungen

und Konferenzen aktiv beteiligt:

Fachtagungen, wie u. a. die ICCG in Braunschweig und die HIPIMS-Konferenz in Sheffield.

INPLAS-Gemeinschaftsstand auf der Internationalen Tagung »Plasma Surface Engineering« PSE in Garmisch-Partenkirchen.

»Plasma-Ralley« in der Ausstellung der PSE, entworfen und umgesetzt von INPLAS für Plasma Germany.

aktive arbeit der arbeitsgruppen

Im September 2010 wurde der Gemeinschaftsausschuss

»Kombinationsschichten« am Fraunhofer IST von der

Deutschen Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik

DGO und INPLAS gegründet. Ziel ist es, die Kompetenzen auf

diesem Gebiet deutlich zu bündeln und stärker zu nutzen.

Die Arbeitsgruppe »Neuartige Plasmaquellen und -prozesse«

unter der Leitung von Herrn Dr. Cord, Singulus AG, traf sich

zum Thema »Plasmadiagnostik und Regelungstechnik« und

die AG »Werkzeuge« unter der Leitung von Herrn Dr. Gäbler,

Fraunhofer IST, hatte »Neue Märkte und Testverfahren« im

Blick.

INPLAS hat auch im Jahr 2010 wieder mit zahlreichen erfolg-

reichen Aktivitäten zur weiteren Stärkung und Bekanntheit der

Plasmatechnik beigetragen. Im folgenden sind die wichtigsten

Arbeiten des Netzwerkes dargestellt.

entwicklung und konzeption neuer Forschungsthemen

Die Erkenntnisse konnten gemeinsam mit allen Trägerge-

sellschaften von Plasma Germany erfolgreich kommuniziert

werden und in folgende Prozesse einfließen:

Ausschreibung des BMBF »Innovative Anwendungen der Plasmatechnik« im Rahmen des Förderprogrammes »Optische Technologien« vom Juni 2010

Strategieprozess »Photonik 2020«

kooperation mit dem französischen Maschinenbau-

netzwerk ViaMéca

Auf der Hannover Messe Industrie 2010 wurde mit Unterstüt-

zung des Bundesministeriums für Wirtschaft BMWi und der

Initiative Kompetenznetze Deutschland ein Kooperationsver-

trag zur engen Zusammenarbeit zwischen beiden Netzwerken

in den Bereichen Forschung, Lehre und Öffentlichkeitsarbeit

unterzeichnet.

Das Kompetenznetz INPLAS e. V. hat se ine Geschäftsste l le am Fraunhofer IST. Als Kompetenznetz ist

INPLAS beim Bundesminister ium für Wirtschaft (BMWi) akkredit iert und gehört zu den 100 besten Netz-

werken Deutschlands. INPLAS hat jetzt 33 Mitgl ieder, davon stammen 70 Prozent aus der Industr ie. INPLAS

wurde Pre isträger des Cannes Corporate Media & TV Awards.

großer Preis für kurzen Film

Der INPLAS-Informationsfilm »Plasma leuchtet ein« gewinnt

den silbernen Delphin des Cannes Corporate Media & TV

Award gegen starke Konkurrenz mit insgesamt 350 Einrei-

chungen aus 27 Ländern.

1 2 3

124 125


mitgliedschaftenPlasma Germany

www.plasmagermany.org

Competenz-Centrum Ultrapräzise

Oberflächenbearbeitung

CC UPOB e. V.

www.upob.de

Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e. V.

www.dgm.de

Deutsche Gesellschaft für Galvano- und

Oberflächentechnik e. V.

www.dgo-online.de

Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V.

(EFDS)

www.efds.org

European Society for Precision Engineering

and Nanotechnology (euspen)

www.euspen.eu

European Technology Platform for Micro- and

NanoManufacturing (MINAM)

www.minamwebportal.eu

ForschungRegion Braunschweig e. V.

www.forschungregion-braunschweig.de

Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische

Baugruppen 3-D MID e. V.

www.faps.uni-erlangen.de/mid

Fraunhofer-Netzwerk Elektrochemie

Zentrum für Mikroproduktion e. V. (ZeMPro)

www.microcompany.de

International Council for Coatings on Glass e. V.

Kompetenznetz Industrielle Plasma-Oberflächentechnik e. V.

(INPLAS)

www.inplas.de

Materials Valley e. V.

www.materials-valley-rheinmain.de

Nano- und Materialinnovation Niedersachsen e. V. (NMN)

www.nmn-ev.de

Nanotechnologie-Kompetenzzentrum

»Ultradünne funktionale Schichten«

www.nanotechnology.de

Nanotechnologie Kompetenzzentrum Ultrapräzise Oberflä-

chenbearbeitung CC UPOB e. V.

www.upob.de

NANOfutures European Technology Integration and Innovation

Platform (ETIP) in Nanotechnology

www.nanofutures2010.eu

PhotonicNet GmbH – Kompetenznetz Optische Technologien

www.photonicnet.de

Fraunhofer-Allianz Adaptronik

www.adaptronik.fraunhofer.de

Fraunhofer-Allianz Numerische Simulation von Produkten,

Prozessen

www.nusim.fraunhofer.de

Fraunhofer-Allianz Photokatalyse

www.photokatalyse.fraunhofer.de

Fraunhofer-Allianz Proteinchips

www.proteinchips.fraunhofer.de

Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik

www.allianz-reinigungstechnik.de

Fraunhofer-Allianz SysWasser

www.syswasser.de

Fraunhofer-Verbund Light & Surfaces

www.vop.fraunhofer.de

126 127


bildVerZeichnisabbildung auf der Titelseite

Das Fraunhofer IST metallisiert die Antennen aus Faserverbundwerkstoff CFK

für die »Sentinel-Mission« der ESA. Bild: Reiner Meier, BFF Wittmar

S. 36; 2: Dr. Kai Ortner , Fraunhofer IST


S. 38: Reiner Meier, BFF Wittmar

S. 40; 1: Hanno Paschke, IST / DOC

S. 40; 2: Marcus Rechberger, UMSICHT

S. 41; 3: Marcus Rechberger, UMSICHT

S. 42; 1: Hanno Paschke, IST / DOC

S. 43; 2: Jan Benz, Fraunhofer IST

S. 44; 1: Martin Weber, Fraunhofer IST

S. 44; 2: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)

S. 45; 3: Matthias Demmler, Fraunhofer IWU

S. 45; 4: Matthias Demmler, Fraunhofer IWU

S. 46; 1 – 2: Martin Weber, Fraunhofer IST

S. 47; 3 – 4: Martin Weber, Fraunhofer IST

S. 48; 1: Manuela Lingnau, Fraunhofer WKI

S. 48; 2: Sebastian Staufenbiel, Fraunhofer IST

S. 49; 3: Sebastian Staufenbiel, Fraunhofer IST

S. 50; 1: Manuela Lingnau

S. 51; 2: Manuela Lingnau

S. 52; 1: Tino Harig, Fraunhofer IST


S. 56; 1: Reiner Meier, BFF Wittmar


S. 58; 2: Artur Laukart, Fraunhofer IST

S. 60; 1: Falko Oldenburg, Fraunhofer IST

S. 60; 2: Dr. Volker Sittinger, Fraunhofer IST



S. 62; 2: Oliver Werner , Fraunhofer IST

S. 64: Falko Oldenburg, Fraunhofer IST

S. 66; 1 – 4: Michael Scholtalbers, Fraunhofer IST

S. 67; 5: Michael Scholtalbers, Fraunhofer IST

S. 68; 1: Hans-Ulrich Kricheldorf, Fraunhofer IST

S. 69; 2: Hans-Ulrich Kricheldorf, Fraunhofer IST


S. 72; 1: Krees Nagel, Fraunhofer IST

S. 72; 2: Krees Nagel, Fraunhofer IST


S. 76; 1: Dr. Stefan Fischer, Jannis Fatouros, MRC Systems GmbH

S. 76; 2: Sartorius AG

S. 78; 1: Torsten Baranski, Fraunhofer IST

S. 78; 2: Kristina Lachmann, Fraunhofer IST

S. 79; 3: Torsten Baranski, Fraunhofer IST

S. 79; 4: Kristina Lachmann, Fraunhofer IST

S. 80; 1: M3i Technologies

S. 80; 2: Manuela Lingnau, Fraunhofer WKI

S. 82: Dr. Kirsten Ingolf Schiffmann, Fraunhofer IST




S. 88; 1 – 2: Christoph Schwanke, Fraunhofer IST

S. 89; 3: Christoph Schwanke, Fraunhofer IST

S. 90; 1–2: Andreas Pflug, Fraunhofer IST

S. 92: Jan Benz, Fraunhofer IST

S. 94; 1: Antje Dohse, Fraunhofer IST

S. 95: Anika Heddergott, Fraunhofer IST

S. 96; 1: Myriam Schaller, Fraunhofer IST


S. 98: Saskia Biehl, Fraunhofer IST

S. 100; 1: Myriam Schaller

S. 100; 2: Elena Dröge

S. 116: Mandalla, photocase.com

S. 120; 1 – 4: Fraunhofer-Verbund Light&Surfaces


S. 122; 1 – 2: Sandra Palm, INPLAS/Fraunhofer IST, Braunschweig

S. 123; 3: Petra Bögge-Dörfler, INPLAS/nemo kommunikation & design

Alle anderen Bilder und Grafiken: Fraunhofer-Institut für

Schicht- und Oberflächentechnik IST, Braunschweig.






S. 8; 1: Dirk Mahler

S. 10; 1: Elena Dröge

S. 11; 2: EagleBurgmann Germany





S. 21: Dr. Kirsten Ingolf Schiffmann, Fraunhofer IST



S. 26; 1: Matthias Römer, GfG / Gruppe für Gestaltung GmbH

S. 28; 1: Jochen Borris, Fraunhofer IST




S. 34; 1: DLR: Institut für Flugsystemtechnik

S. 35; 2: DLR: Institut für Flugsystemtechnik


impressumDas Fraunhofer-Institut für Schicht-

und oberflächentechnik IST

Institutsleitung

Prof. Dr. Günter Bräuer

Stellvertretender Institutsleiter

Dipl.-Ing. Wolfgang Diehl

Bienroder Weg 54 E

38108 Braunschweig

Telefon +49 531 2155-0

Fax +49 531 2155-900

[email protected]

www.ist.fraunhofer.de

redaktion und koordination:

Dr. Simone Kondruweit

Dipl.-Sozialwiss. Elena Dröge

M. A. Anika Heddergott

layout

Dipl.-Des. Falko Oldenburg

Druck

Maul-Druck GmbH, Braunschweig

www.mauldruck.de

© Fraunhofer IST 2011

FraUNhOFer iNstitUt F²r schicht UN' OberF/gcheNtechNi. ist ... · dem Fraunhofer-Institut für...

Documents

Transcript of FraUNhOFer iNstitUt F²r schicht UN' OberF/gcheNtechNi. ist ... · dem Fraunhofer-Institut für...