Jahresbericht 2006 - Fraunhofer · 2020. 11. 29. · 6 Fraunhofer IWS Jahresbericht 2006 2....

Internet: www.iws.fraunhofer.de

Jahresbericht 2006

Fraunhofer IWS Jahresbericht 2006 1

Jahresbericht 2006

Das Jahr 2006 war durch eine konjunkturelle Erholung derdeutschen Wirtschaft gekennzeichnet. Hierdurch ergabsich für das IWS ein starker Anstieg der Aufträge aus derIndustrie. Die Industrieerträge konnten um über 15 %gesteigert werden. Auch das Volumen der öffentlichgeförderten Projekte stieg um 10 - 15 % gegenüber 2005.

2006 ist es uns wiederum gelungen, eine Reihe von neuenam IWS entwickelten Verfahren in die Produktion zu über-führen. Besonders hervorzuheben ist die Integration unse-res Laser-Arc-Verfahrens zur Herstellung diamantähnlicherSchichten in eine kommerzielle Beschichtungsanlage undderen Transfer in die Industrie. Darüber hinaus konntenmehrere Laser-Remote-Anlagen zum Schneiden undSchweißen sowie eine Laserhärte- und eine Laserinduk-tions-Anlage in die industrielle Nutzung überführt werden.

Mitarbeiter des IWS haben 2006 zum vierten Mal in neunJahren einen Fraunhofer-Preis erhalten. Ausgezeichnetwurde ein Verfahren zum Härten von Metallen durchnanodisperse Ausscheidungen und dessen Industrieüber-führung.

Ein weiteres Highlight des Jahres 2006 war die Eröffnungunseres Innovationsclusters »nano for production«. DiesesCluster wird vom Land, dem BMBF, der Industrie und derFhG unterstützt. Die Nanotechnik wird damit die zukünfti-gen Arbeiten des IWS noch stärker als bisher beeinflussen.

Nach einem überaus erfolgreichen Jahr 2006 gehen wirsehr optimistisch in das Jahr 2007.

Die Fähigkeit zur Innovation entscheidet über unser Schicksal.

Roman Herzog

Vorwort


Fraunhofer IWS Jahresbericht 20064

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Winterbergstr. 28 01277 Dresden

Telefon: 0351 / 2583 324 Fax: 0351 / 2583 300

E-mail: [email protected] Internet: www.iws.fraunhofer.de

Prolog 3

Inhalt 5

Highlights im Jahr 2006 6

Das Institut im Profil 8

Kurzporträt 8

Organisation und Ansprechpartner 10

Anbindung an die TU Dresden 11

Zentren und externe Projektgruppen 12

Ausstattung 16

Das Institut in Zahlen 18

Kuratorium und Gremien 20

Die Fraunhofer-Gesellschaft 21auf einen Blick

Fraunhofer-Verbund Oberflächentechnik 22und Photonik VOP

Forschungs- und Entwicklungsangebote 24

Füge- und Randschichttechnologien 24

Laserabtragen und -trennen, Systemtechnik 38

Thermische Beschichtungsverfahren 48

CVD-Dünnschichttechnologie 56

PVD-Dünnschichttechnologie 64

Röntgen- und EUV-Optik 72

Marketing 80

Simulation und Grundlagen 84

Namen, Daten und Ereignisse 87

Diplomarbeiten und Dissertationen 87

Vorlesungen und Mitarbeit in Gremien 88

Preise des IWS 2006 89

Besondere Ereignisse 90

Messebeteiligungen 91

Patente und Marken 93

Veröffentlichungen 94

Tagungsvorträge 98

Informationsservice 105

Kontaktadressen und Anfahrt 106


Inhalt


2. Workshop »Faserlaser«

Am 5. und 6. Juli 2006 fand der zweiteFaserlaser-Workshop im InternationalenKongresszentrum Dresden statt. In derrelativ kurzen Zeit seit dem 1. Work-shop (22.11.2005) wurden Forschungund Entwicklung auf diesem Gebietstetig vorangetrieben, dementspre-chend hat auch die Zahl der Faserlaser-Anwendungen deutlich zugenommen.Ca. 300 Teilnehmer haben sich überdie neuen Möglichkeiten informiert.

Prof. Dr. Hans-Jörg Bullinger (Präsident derFraunhofer-Gesellschaft) während der Eröffnungdes Nanotechnologie-Innovationsclusters »nanofor production«

Highlights im Jahr 2006

Prof. Dr. Frieder Meyer-Krahmer (Staatssekretärim BMBF) während der Eröffnung des Nanotech-nologie-Innovationsclusters »nano for produc-tion«

Teilnehmer am 2. Faserlaser-Workshop im Kongresszentrum Dresden

Die Preisträger Prof. B. Brenner und F. Tietz ander Härteanlage

»Nano for production«Eröffnung des Nanotechnologie-Innovationsclusters

Am 27. November 2006 fand im Bei-sein des Staatssekretärs im BMBF, Prof. Dr. Frieder Meyer-Krahmer, undder Staatssekretärin in der SächsischenStaatskanzlei, Andrea Fischer, die Er-öffnung des Nanotechnologie-Innova-tionsclusters »nano for production«am Fraunhofer IWS Dresden statt. Ander Eröffnung nahmen 100 hochrangi-ge Vertreter aus Industrie, Forschungund Politik teil.

Fraunhofer-Preis 2006für Prof. B. Brenner und F. Tietz

Turbinenschaufeln sind enormen Belas-tungen ausgesetzt. Ein neues Verfah-ren sorgt dafür, dass ihre Lebensdauerin der Dampfturbine erhöht werdenkann. Inzwischen hat das Verfahrenseine industrielle Feuertaufe überstan-den und bewährt sich in 23 großenDampfturbinen in Kraftwerken inDeutschland, Europa und dem Nahenund Fernen Osten. Für ihre Entwick-lungen zum »Randschichtaushärtendurch lokales Erzeugen von nanoskali-gen Ausscheidungen - ein neues Ver-fahren zum Verschleißschutz von aus-scheidungshärtbaren Werkstoffen«erhalten Prof. Dr. Berndt Brenner und Dipl.-Ing. Frank Tietz einenJoseph-von-Fraunhofer-Preis 2006.


Induktiv unterstütztes Laserstrahl-schweißen - IWS-Verfahrensent-wicklung für die industrielle Fertigung

Mit der Anlageninbetriebnahme beiGETRAG Neuenstein wurde im Dezem-ber 2006 eine weitere nach der Tech-nologie des Laserinduktionsschweißensarbeitende Anlage in die industrielleFertigung überführt. Es werden Hohl-wellen für PKW nach einem im IWSentwickelten Verfahren gefertigt.

TraceScout - Multigassensor

TraceScout - Multigassensor zurQualitätskontrolle von hochreinenProzessgasen

Die Produktion von integrierten Schalt-kreisen erfordert den Einsatz von mehrals 30 hochreinen Prozessgasen fürden Einsatz in Ätz-, Abscheide-, Oxida-tions-, Dotierungs- und Inertisierungs-schritten. Spurenverunreinigungen imppm- und ppb-Bereich bestimmendabei entscheidend über Qualität undAusbeute der prozessierten Wafer undbedürfen somit einer strengen Qua-litätskontrolle. Im Rahmen des EU-Pro-jekts ASSYST wurde in Zusammenar-beit mit den Firmen Intega Hans J. JehlGmbH und Norsk Elektro Optikk (Nor-wegen) ein Sensorsystem zum simulta-nen Spurengasnachweis von Wasser-dampf, Sauerstoff oder Kohlenwasser-stoffen in hochreinen unverdünntenSpezialgasen wie Silan, Ammoniakoder HCl entwickelt und im industriel-len Einsatz getestet.

Highlights im Jahr 2006

Anlage zum Laserinduktionsschweißen vonHohlwellen (oben) und Schweißprozess (unten)bei GETRAG Neuenstein (Hersteller: EMAG LaserTec)

Laser-Arc-Modul für die industrielleAbscheidung von superharten Koh-lenstoffschichten (ta-C)

Superharte amorphe Kohlenstoff-schichten (ta-C) stellen die neue Gene-ration reibungsarmer und verschleiß-fester Schutzschichten für Komponen-ten und Werkzeuge dar. Mit der Inte-gration des Laser-Arc-Moduls LAM400in die industrielle BeschichtungsanlageFlexiCoat 1000® der Hauzer TechnoCoating (NL) und deren Übergabe aneinen führenden Automobilzuliefererwurde ein entscheidender Schritt zurumfassenden industriellen Einführungder ta-C-Schichten auf der Basis derLaser-Arc-Technologie vollzogen.

FlexiCoat 1000® Beschichtungsanlage der Firma Hauzer Techno Coating mit integriertem Laser-Arc-Modul LAM400

Lasertechnik

- Laserstrahlschweißen und -löten - Laserstrahlhärten, -umschmelzen

und -auftragschweißen - Laseroberflächenveredelung mit

Zusatzwerkstoffen (Legieren, Disper-gieren)

- Reparaturbeschichten - Rapid-Prototyping-Verfahren - Laserstrahlschneiden und -trennen - Abtragen und Reinigen (für restaura-

torische und technische Zwecke) - Laserfeinbearbeitung - Mikrostrukturieren, Gravieren und

Markieren

Kurzporträt

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff-und Strahltechnik betreibt anwen-dungsorientierte Forschung und Entwicklung auf den Gebieten derLaser- und Oberflächentechnik. Schwerpunkte sind:

- das Laserstrahlfügen, -trennenund -abtragen,

- die Oberflächenbehandlungsowie

- das Aufbringen von dünnenSchichten zur Vergütung vonOberflächen.


Hauptarbeitsgebiete des Fraunhofer IWS,

welche es uns erlauben,Ihnen Problemlösungen aus

einer Hand anzubieten

Schichttechnik

- Dünnschichttechniken auf der Basisvon Laser-, Vakuumbogen-, Sputter-,CVD- und Elektronenstrahlverfahren

- Schichtsysteme und Verfahren zurBeschichtung mit karbidischen, nitri-dischen und oxidischen Hartstoffen

- Beschichtungen mit superhartemamorphem Kohlenstoff

- Nanometer-Multischichten für rönt-genoptische Komponenten

- Atmosphärendruck-Plasma-CVD- Plasmaspritzen

Eine Besonderheit des Fraunhofer IWSsind die Erfahrungen in der Strahl- undSchichttechnik in Kombination mitfundiertem Werkstoff-Know-how, ver-bunden mit der Möglichkeit einerumfassenden Werkstoffcharakterisie-rung. Um Ihnen optimierte Lösungenanbieten zu können, beschäftigen wiruns neben der Strahltechnik auch mitalternativen Techniken. Dies führt zusogenannten Hybridverfahren, beidenen die Vorteile der Lasertechnik mitden besonderen Eigenschaften andererVerfahren zu einer kostengünstigenLösung kombiniert werden.

Durch die enge Zusammenarbeit mitAnlagen- und Systemanbietern könnenwir unseren Kunden Problemlösungenaus einer Hand anbieten. Diese beru-hen auf neuartigen Konzepten. AlsBasis hierfür dient die Gesamtbetrach-tung des Bearbeitungssystems, desVerfahrens sowie des Bauteilverhal-tens. Die Ausstattung des FraunhoferIWS erlaubt es, Ihr Problem mitmodernster Anlagentechnik zu bear-beiten. Darüber hinaus ist es uns mög-lich, Pilotanlagen zu installieren unddie erarbeiteten Problemlösungen anNullserien zu erproben.

Das Institut im Profil

Unser Ziel: Problemstellungen kundengerecht lösen! Diese sind erst dann gelöst, wenn unser Kunde mit der erarbeiteten Lösung Geld verdient. Hieran arbeiten wir.

Se vogliamo che tutto rimanga come è,bisogna che tutto cambi.

Wenn wir wollen, dass alles bleibt, wie es ist, dann ist es nötig, dass alles sich verändert.

Giuseppe Tomasi di Lampedusa


Angebot

Problemlösungen aus einer Hand:Wir bieten Ihnen unsere Dienstleistun-gen auf folgenden Gebieten an:

- Beratungen,- Machbarkeitsstudien,- Durchführung von FuE-Arbeiten, - Verfahrenserprobungen, - Systementwicklungen, zusammen

mit unseren Partnern, - Aufbau und Betrieb von Pilotanla-

gen, - Werkstoff- und Bauteilprüfung, - Schadensfallanalysen sowie die - Ausbildung von Wissenschaftlern,

Ingenieuren, Anlagenbedienernund Laboranten.

Hybridverfahren

- Induktiv unterstütztes Laserstrahl-schweißen

- Plasmaunterstützte Laserstrahlbear-beitung (Schweißen, Schmelzen)

- Laserunterstütztes Plasmaspritzen- Abscheidung dünner Schichten

durch Kombinationen von Laser-,Vakuumbogen-, Elektronenstrahl-und CVD-Verfahren

- Modellierung von Kurzzeit-Wärme-behandlungsprozessen

Werkstofftechnik

- Charakterisierung von strahltechno-logisch behandelten Werkstoffenund Bauteilen

- Verschleiß- und Ermüdungstests - Mechanische, tribologische und opti-

sche Schichteigenschaften - Bestimmung der Thermoschock-

festigkeit und Temperaturwechsel-beständigkeit von Keramiken

- Schadensfallanalysen

Strukturanalyse

- Metallographische Gefügecharakteri-sierung

- Strukturbestimmung mittels Elektro-nenmikroskopie (REM, TEM)

- Charakterisierung von Oberflächen-eigenschaften mit optischer Spek-troskopie

Systemtechnik

- Entwicklung von Systemkomponen-ten, u. a. High-Speed-Strahlbewe-gung, flexible Strahlformung undSchweißnahtsensorik

- Prozesstechnische Optimierung vonLaserbearbeitungsanlagen

- Prozessdiagnostik für PVD- undCVD-Verfahren

- Beschichtungsmodule für Atmo-sphärendruck-Plasma-CVD- undPVD-Verfahren


Verträge

Das Fraunhofer IWS bietet IhnenDienstleistungs- sowie Werkverträgean und garantiert Ihnen bei Bedarfstrikte Vertraulichkeit.



Organisation und Ansprechpartner


- EFD Induction GmbH Freiburg, Außenstelle Dresden - ALOtec Angewandte Laser- und Oberflächensystemtechnik GmbH Dresden - AXO Dresden GmbH - Arc Precision Dresden GmbH

Gastfirmen im Fraunhofer IWS:



Lehrstuhl für Laser- und Oberflächentechnik

2006 waren am Lehrstuhl 33 Mitarbei-ter beschäftigt. Die Drittmittelerträgelagen über 1,0 Mio. €.

Der Lehrstuhl für Laser- und Ober-flächentechnik ist tragende Säule desInstitutes für Oberflächentechnik undFertigungsmesstechnik (ab 1. Oktober2006 Oberflächen- und Fertigungs-technik) der Fakultät Maschinenwesender TU Dresden. Die durchgeführtenProjekte sind stärker grundlagenorien-tiert und ergänzend zu den Arbeitendes IWS angelegt. Die Arbeitsgruppenbehandeln folgende Themen: - Fertigungsgestaltung - Lasertechnik - Oberflächentechnik - Schichttechnik - Klebtechnik - Abtragtechnik

Folgende Vorlesungen wurden ange-boten: - Prof. Beyer: Fertigungstechnik II - Prof. Beyer: Lasergrundlagen / Laser-

systemtechnik- Prof. Beyer: Plasmatechnik - Prof. Beyer: Rapid Prototyping- Prof. Beyer: Laserrobotik /

Lasertronik- Dr. Leson / Prof. Beyer: Oberflächen-

technik / Nanotechnologie - Prof. Schultrich: Dünnschicht-

technologie

Anbindung an die TU Dresden

CD zur Vorlesung Lasertechnik

Kooperation Fraunhofer IWS - TU Dresden

Durch eine Kooperationsvereinbarungist die Zusammenarbeit zwischen demIWS und der TU Dresden geregelt. AufBasis einer gemeinsamen Berufung istder Lehrstuhlinhaber, Prof. Beyer,gleichzeitig Leiter des Fraunhofer IWS.Hierbei gilt folgende Aufgabenteilung:Forschung und Lehre werden schwer-punktmäßig am Lehrstuhl, die ange-wandte Forschung und Entwicklungam IWS durchgeführt. Dabei sind IWS-Mitarbeiter in die Arbeiten des Lehr-stuhls und TU-Mitarbeiter ins IWSeingebunden. Letztlich stellenIWS und Lehrstuhl eine Einheitmit unterschiedlichenSchwerpunkten dar.

Vorteile für das IWS:- kostengünstige Grundla-

genforschung - Ausbildung von Nach-

wuchswissenschaftlern fürdas IWS

- Zugang zu wissenschaftli-chen Hilfskräften

Vorteile für die TU:- FuE - Einbindung in Industrieprojekte - Integration neues-

ter FuE-Ergebnissein die Lehre

- Ausbildung vonStudenten an modernstem Equip-ment

CD zur Vorlesung Fertigungstechnik II

Die Forschung lebt vom Austausch des Wissens.

Albert Einstein

Internationales Symposium Nano-fair 2006

Das internationale Symposium »Nano-fair 2006 - Neue Ideen für die Indu-strie« fand zum 5. Mal im November2006 in Karlsruhe statt. Damit hat sichdiese Veranstaltung in kurzer Zeit zueinem führenden Vortrags- und Dis-kussionsforum der Nanotechnologie inEuropa entwickelt, das einen besonde-ren Schwerpunkt auf die Schnittstellezwischen Wissenschaft und Wirtschaftund damit die angewandte Forschungund Entwicklung legt.

Angesichts der Bedeutung hatte dieBundesministerin für Bildung und For-schung Dr. Annette Schavan dieSchirmherrschaft für die Veranstaltungübernommen. Mehr als 200 Teilneh-mer aus Wissenschaft und Industrienutzten die Gelegenheit, um sich überneueste Entwicklungen und Produkteder Nanotechnologie zu informieren,und zu angeregten Fachdiskussionen.Die Themenschwerpunkte der Tagunglagen auf den Gebieten Elektronik,Werkstoffe, Oberflächen, Optik, Auto-mobilindustrie und Biowissenschaften.Ergänzt wurde das Symposium durcheine begleitende Fachausstellung, andem sich das Fraunhofer IWS und dasNanotechnologie-Kompetenzzentrumbeteiligte. Die nächste Nanofair wirdam 11. und 12. März 2008 in Dresdenstattfinden.

Zentren und externe Projektgruppen

12 Fraunhofer IWS Jahresbericht 2006


Nanotechnologie-Kompetenz-zentrum »Ultradünne funktionaleSchichten«

Die Nanotechnologie gehört zu denSchlüsseltechnologien des 21. Jahrhun-derts. Bereits heute gibt es marktreifeProdukte: Festplatten und Leseköpfefür die Datenspeicherung, die mitwenige Nanometer dünnen Schichtenüberzogen sind, oder Rastertunnelmi-kroskope, die die Welt der Atome undMoleküle sichtbar werden lassen, sindnur zwei Beispiele. Ultradünne Schich-ten sind dabei ein Schlüsselelementder Nanotechnologie.

Zur konsequenten Erschließung dieserindustriellen Anwendungsmöglichkei-ten haben 51 Unternehmen, 10 Hoch-schulinstitute, 22 außeruniversitäreForschungseinrichtungen und 5 Ver-bände ihr Know-how gebündelt undsich im September 1998 zu einemNetzwerk zusammengeschlossen. DieKoordination dieses Netzwerkes, dasvom Bundesforschungsministerium alsbundesweites Kompetenzzentrum fürden Bereich ultradünne funktionaleSchichten ausgezeichnet wurde, liegtbeim Fraunhofer IWS.

Chi più sa, più dubita.

Je mehr man weiß, desto mehr zweifelt man.

Papst Pius II.

Präsentation der Landeshauptstadt Dresden auf der Nanofair 2006 in Karls-ruhe

Wesentliche Schwerpunkte bilden dieOrganisation und Durchführung vonVeranstaltungen und Workshops sowiedie Vermittlung von kompetentenAnsprechpartnern. Darüber hinaus sindBeteiligungen an Fachmessen, eineaktive Öffentlichkeitsarbeit sowie Fra-gen der Aus- und Weiterbildung wich-tige Aktivitätsschwerpunkte.


Deutschlandjahr in Japan und Messe »Nanotech 2006« in Tokio

Im Rahmen des Deutschlandjahres inJapan 2005 / 2006 beteiligte sich dasIWS an verschiedenen Aktivitäten desFreistaates Sachsen. Das Nanotechno-logie-Kompetenzzentrum organisierteim Auftrag der WirtschaftsförderungSachsen GmbH den Messeauftritt desFreistaates auf der weltgrößten Nano-technologie-Messe »Nanotech Tokio2006« vom 21. bis 23. Februar 2006.

Mit 45868 Besuchern an drei Messe-tagen wurde ein neuer Besucherrekordaufgestellt. 385 Aussteller beteiligtensich in 3 Messehallen an der Nano-tech; dabei wurden 120 ausländischeAussteller und 265 inländische Ausstel-ler gezählt. Unter den ausländischenAusstellern kamen die meisten ausEuropa, davon 29 aus Großbritannienund 25 aus Deutschland.

Die »Nanotech 2006« wurde vomBundesaußenminister Dr. Frank-WalterSteinmeier und seiner Parlamentarier-und Unternehmerdelegation am erstenMessetag besucht. Den Messerund-gang des Ministers, der sich insbeson-dere für die sächsischen Exponateinteressierte, leitete Prof. Dr. Karl Leovon der TU Dresden, gleichzeitig stell-vertretender Institutsleiter des Fraun-hofer IPMS Dresden und Mitglied desNanotechnologie-Kompetenzzentrums.

Besuch des deutschen Außenministers Dr. Frank-Walter Steinmeier auf dem Stand des FreistaatesSachsen und des Nanotechnologie-Kompetenz-zentrums (v.l.n.r. Dr. Andreas Leson, FraunhoferIWS und Nano-CC; Karin Heidenreich, Wirt-schaftsförderung Sachsen GmbH; Dr. Frank-Walter Steinmeier, Bundesaußen-minister; Prof. Dr. Karl Leo, TU Dresden undNano-CC)


Australisch-Deutscher Workshopzur Nanotechnologie 2006

Aktuelle Forschungsergebnisse undneue Kooperationsansätze bildeten dieSchwerpunkte des bilateralen Seminarsmit deutschen und australischen Teil-nehmern am 23. und 24. November2006, das im Umfeld der Nanofairstattfand und vom Fraunhofer IWSorganisiert und gestaltet wurde. Inhalt-liche Schwerpunkte waren die ThemenNanomaterialien, Nanopartikel undNanoelektronik, deren aktueller Standjeweils von australischer und deutscherSeite vorgestellt wurde. Die australi-schen Teilnehmer nutzten zudem dieMöglichkeit, ihre Ergebnisse zugleichbei der Nanofair-Konferenz zu präsen-tieren.

Im Rahmen der »Nanotech 2006« fan-den mehrere begleitende Veranstaltun-gen statt. Besonders zu nennen sindder Workshop »Germany - Europe'sNo. 1 Nanotechnology Market«, orga-nisiert von Invest in Germany, sowiedas deutsch-japanische Expertentreffen »From Nanomaterials to Innovation«.

Mehrere Mitglieder unseres Nano-CCbeteiligten sich aktiv mit Vorträgen andiesen Veranstaltungen.


Industrielle Projektgruppe im Dortmunder OberflächenCentrum(DOC) der ThyssenKrupp Stahl AG

Dr. Axel ZwickLeiter der Projektgruppeam DOC in DortmundTel.: 0231 / 844 3512

Mit der Gründung des DortmunderOberflächenCentrums unter Beteili-gung der Fraunhofer-Gesellschaft bün-delte die ThyssenKrupp Stahl AG (TKS)ihre Kapazitäten und Kompetenzenauf dem Gebiet der Oberflächen-technik.

In diesem größten Forschungs- undEntwicklungszentrum Europas zurOberflächenveredelung von Flachstahlarbeiten TKS-Mitarbeiter und Mitarbei-ter des Fraunhofer-Instituts für Werk-stoff- und Strahltechnik IWS in Dres-den in einer neuen Form der »PublicPrivate Partnership« zusammen.Gemeinsames Ziel ist es, innovativeVerfahren der Oberflächentechnik zuentwickeln und in die industrielle Ferti-gung zu überführen.

Ein herausragendes Ergebnis dieserZusammenarbeit sind neuartige Zink-Legierungsüberzüge (ZE-Mg). Sie verei-nen bei einer Halbierung der Über-zugsdicke die sehr gute Korrosions-beständigkeit bewährter Zinküberzügemit einer wesentlich verbesserten Bear-beitbarkeit, wie die Fraunhofer-Projekt-gruppe für die Laserschweißeignungzeigen konnte. Außerdem wurdenHybrid- und Kombinationsprozesseentwickelt, insbesondere das Hybrid-schweißen von hochfesten Stahlbau-komponenten aber auch die Kombina-tionen aus Reinigen und Schweißen alsauch aus Schweißen und Nachverzin-ken.

Gebäude des Dortmunder OberflächenCentrums

Darüber hinaus bietet die Fraunhofer-Projektgruppe auf 1100 m2 Flächeeine Reihe sich ergänzender Verfahrenzur Oberflächenveredelung an. Mitmodernster Anlagentechnik lassen sichnahezu porenfreie und äußerst haft-feste Plasmaspritzschichten herstellenoder hoch beanspruchte Bereiche vonBauteilen und Werkzeugen mit demLaserauftragschweißen gezielt mit mil-limeterdicken Verschleißschutzschich-ten panzern. Aber auch im Vakuumlassen sich metergroße und tonnen-schwere Teile mit nano- bis mikro-meterdicken Höchstleistungsschichten,z. B. mit Diamor®-Schichtsystemen,versehen, die eine überragende Härtemit exzellenten Gleiteigenschaften ver-binden.

Die breite Palette dieser Verfahren, diesich teilweise untereinander kombinie-ren lassen, bietet zusammen mit demKnow-how der beteiligten Fraunhofer-Institute die Gewähr, dass der Kunde,sei es TKS, ein TKS-Kunde oder einanderes Unternehmen, die technischund wirtschaftlich optimale Problemlö-sung bekommt. Mit Hilfe eines mobi-len 4 kW-Festkörperlasers ist es sogarmöglich, Verfahrensentwicklungenaber auch »Trouble shooting« direktbeim Industriekunden zu realisierenund mit Hilfe von bis zu 75 m langenLichtleitkabeln produktionsnah umzu-setzen.


The reasonable man adapts himself to the world. The unreasonable one persists in trying to adept the world to himself. Therefore, all progress depends on the unreasonable man.

Der vernünftige Mensch passt sich der Welt an.Der Unvernünftige versucht immerfort die Welt sich anzupassen. Deshalb hängt der Fortschritt von dem unvernünftigen Menschen ab.

George Bernard Shaw

www.iws.fraunhofer.de/doc

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Fraunhofer Center for Coatings andLaser Applications (CCL)

Die USA-Aktivitäten des FraunhoferIWS Dresden sind im »Fraunhofer Cen-ter for Coatings and Laser ApplicationsCCL« zusammengefasst. Das CCL wirdvon Prof. Dr. Jes Asmussen (MichiganState University) geleitet. Prof. Asmus-sen ist Experte für Diamantbeschich-tungen. Seine bisherigen Arbeitenergänzen in idealer Weise das Know-how des IWS auf dem Gebiet der DLC-Beschichtungen. Unter Leitung vonProf. Asmussen wurde in Lansing einKohlenstoffcenter aufgebaut.

Das CCL hat 2 Divisions, die »CoatingTechnology Division« an der MichiganState University in East Lansing unterLeitung von Dr. Thomas Schülke unddie »Laser Applications Division« imGebäude des Headquarters von Fraun-hofer USA unter Leitung von Eric Stiles.

Laser Applications Division2006 war ein weiteres sehr ereignisrei-ches Jahr für die Lasergruppe des CCLin Plymouth, Michigan. Die räumlicheNähe zu Detroit führte zu einer engenZusammenarbeit mit der amerikani-schen Autoindustrie. Die Gruppe führ-te zahlreiche Projekte zum Laserstrahl-schweißen von Bauteilen aus demAntriebsstrang fort, insbesondere fürdas Fügen von Differentialen, Getrie-ben und Antriebswellen. Außerdemwurden Technologien zum Laser-MIG-Schweißen von hochfesten Stählen fürPkw-Karosserien entwickelt.

Gebäude des CCL, des »Center for Laser Tech-nology« (CLT) und des Headquarters von Fraunhofer USA in Plymouth


Prof. Jes AsmussenCenter Director

CCL / USATel. 1-517-355 4620

Gebäude des CCL in East Lansing, Michigan

Weitere Höhepunkte waren:- Entwicklung einer verschleißbestän-

digen Schicht für Bohrausrüstungen,hergestellt durch Laser-Auftrag-schweißen,

- Laserschweißen von Titanstrukturenfür Luftfahrtanwendungen.

Coating Technology DivisionDie Dünnschichtgruppe des CCL ist inEast Lansing, Michigan zu Hause.Durch die Zusammenarbeit mit derMichigan State University wurde dasTechnologiespektrum der Gruppeerheblich erweitert. Neben den bereitszuvor angebotenen PVD-Technologiengehören jetzt auch mikrowellen-basier-te CVD- und Materialbearbeitungs-technologien zum Arbeitsbereich desCCL in East Lansing. Darüber hinauswird als Folge der engen Einbindungder Gruppe in die Universitätsinfra-struktur ein erweiterter Charakterisie-rungsservice (Materialzusammenset-zung, Elektronenmikroskopie, Nanoin-denter, AFM) sowie die Entwicklungvon Prozessen zur Fertigung vonmikro-elektro-mechanischen Systemen(MEMS) angeboten.

Betriebshaushalt 2006 3,14 Mio. $

Personalaufwendungen 1,50 Mio. $Sachaufwendungen 1,64 Mio. $

www.ccl.fraunhofer.org


Laserstrahlquellen

mehrere Faserlaser bis 4 kW-cw und 1 kW-pm

mehrere CO2-Laser, 2 bis 6 kW (HF-angeregt)

mehrere Nd:YAG-Laser bis 4,4 kW-cw(lampen- und diodengepumpt) und 1 kW-pm

Nd:YAG-Lasersysteme mit Pulslängenim ms-, ns- und ps-Bereich für dieFeinbearbeitung, OPO-Systeme

mehrere Hochleistungs-Diodenlaser,1,4 bis 6,0 kW

TEA-CO2-Laser

Excimerlaser (193 nm und 248 nm)

frequenzvervielfachte Nd:YAG-Laser(532 und 355 nm)

gepulster Nd:YAG-Laser mit OPO

Handhabungssysteme

3D-Doppelgantry-Anlage, 22 Achsenmit 3D-Bearbeitungsköpfen,Geschwindigkeit bis 40 m min-1,Arbeitsraum 10 x 3 x 1,5 m3, zwei 4,5kW-CO2-Laser

mehrere CNC-Laser-Bearbeitungsanla-gen mit bis zu 8 Achsen, Geschwindig-keiten bis 20 m min-1, Arbeitsraum2,4 x 1,8 x 0,6 m3 bzw. 4 x 3 x 1,5 m3,CO2-Laserstrahlquellen 2,5 bis 6 kW

Laserinduktions-Hybridanlage mit 5 Achsen (6 kW-CO2-Laser, 80 kW-MF-Induktionsgenerator)

Präzisionsanlagen (Genauigkeitsklasse5 µm) mit 5 bzw. 4 CNC-Achsen, mitCO2-Laserstrahlquelle bis 6 kW

CO2-Nd:YAG-Kombinationsanlage (2 bzw. 3 kW) mit 4 CNC-Achsen fürPräzisionsbeschichtung

Laserstrahlschweißanlage mit 6 kW-CO2-Laser

Laseranlage zu Simultanbearbeitungmit zwei kooperierenden Robotern,Dreh-Schwenkeinheit und zwei faser-gekoppelten 6-kW-Diodenlasern

Schneidanlagen mit Linearantrieben bis 300 m min-1 Vorschub und CO2-Laserstrahlquelle bis 2,5 kW

universelle Excimerlaser-Mikrostruk-turierungsanlage

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Beschichtungsanlagen

Laser-PVD-Beschichtungsanlagen (Nd:YAG-, Excimer-, TEA-CO2-Laser) im Hochvakuum- und Ultrahoch-vakuumbereich

Anlagen zur Beschichtung mittelsVakuumbogen (Laser-Arc, gepulsterHochstrombogen, Gleichstrombogen,Magnetfilter)

Anlagen zur plasmagestützten CVD-Beschichtung bei Atmosphärendruck(6 kW Mikrowelle, 30 kW dc-Arc)

Anlagen zur Abscheidung von Ultra-präzisions-Vielfachschichten mittelsPLD, Ionenstrahlsputtern und Magne-tronsputtern

Kombinations-Beschichtungsanlage[Elektronenstrahl (40 kW) und Hoch-strombogen]

Anlagen zum atmosphärischen (auchmit Laserunterstützung) und zumVakuum-Plasmaspritzen mit Roboter-handhabung (APS, LAAPS, VPS)

Anlage zum Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF)

Anlage zum Plasma-Pulver-Auftrag-schweißen (PTA, 6 kW)

Ausstattung


Hochgeschwindigkeits-3D-Laser-Schneidanlagemit Linearantrieben

Blick in die Technikumshalle des IWS

Spezielle Komponenten

statische und flexible dynamischeStrahlformungssysteme für Laser-leistungen bis 10 kW

Facts do not cease to exist because they are ignored.

Tatsachen hören nicht auf zu existieren, nur weil man sie ignoriert.

Aldous Leonard Huxley

CNC-Bearbeitungszentren zum 5-Achs-Fräsen sowie Laser- und Plasma-Auftragschweißen

mobile Anlage zur rutschhemmendenAusrüstung verlegter Böden (mitdiodengepumptem Nd:YAG-Laser)

Anlage zur Abscheidung von Nanometermulti-schichten auf Großflächen

Spezielle Bearbeitungsanlagen

mobiler 4 kW-Nd:YAG-Laser im Con-tainer

transportabler Nd:YAG-Laser mit 5 · 107 Watt Pulsspitzenleistung (Puls-dauer 6 ns, max. Pulsfrequenz 20 Hz)mit Gelenkarm-Strahlübertragung undZoomoptik für Reinigungsarbeiten imAußeneinsatz

durchstimmbares Laserbearbeitungs-system (Wellenlänge 400 ... 2000 nm, > 100 mJ) mit flexiblem Strahlarm undCNC-Bauteilbewegung für das Abtra-gen dünner Schichten

Laserbearbeitungsstation mit Industrie-roboter und CO2-Slab-Laser

Anlage zur Abscheidung von nitridischen Hartstoffschichten


CNC- bzw. sensorgesteuerte Draht-förderer für das Laserschweißen

mobile MF- und HF-Induktionsquellen(4 - 20 kHz, 100 - 400 kHz)

modulares Pulverdüsensystem COAXnzum Laserstrahl-Präzisionsauftrag-schweißen

Prozessüberwachungssysteme für dasThermische Spritzen, Laserstrahl-Auf-tragschweißen und Laserschweißen

Softwarepaket zur DCAM Offline-Pro-grammierung von Robotern und CNC-Maschinen für alle thermischenBeschichtungsverfahren

Sensorsystem für die 3D-Geometrie-erfassung (automatisches teach-in) zurLaserbearbeitung von Bauteilen (On-und Offline-Konturverfolgung)

Strahldiagnosesysteme für CO2- undNd:YAG-Laser

UV/VIS-, FTIR- und NIR-Diodenlaser-Spektrometersysteme zur Diagnostikvon Prozessgasen und -plasmen

Messtechnik zur Kurzzeit-Prozessanaly-se (4-Kanal-Hochgeschwindigkeits-Bild-verstärkerkamera)


Vakuum-Plasmaspritzanlage

Messgeräte

Ausrüstung zur Gefügeanalyse ein-schließlich Präparationstechnik:- Metallographie - Transmissionselektronenmikroskopie - Rasterelektronenmikroskopie

Ausrüstung zur Werkstoffprüfung: - servohydraulische Prüfmaschinen - mechanische Zug- / Druck-Prüfma-

schine- Kerbschlagpendel - rechnergestütztes Mikrohärteprüf-

system, Härteprüfautomat - Resonanzermüdungsapparatur - Flachbiege-Torsions-Maschine - verschiedene Verschleißprüfsysteme

(Abrasiv-, Kavitations-, Oszillations-gleitverschleiß)

Laserakustik-Messsysteme zur Bestim-mung des E-Moduls von Schichten

Laserschock-Messsystem mit Hoch-geschwindigkeitspyrometer

Ausrüstung zur Oberflächen- undSchichtanalyse: - vollautomatisches Spektralellipsome-

ter (270 - 1700 nm) - UV-VIS-Spektrometer - Raman-Mikrospektrometer - FTIR-NIR-Spektrometer - FTIR-Spektrometer, FTIR-Mikroskop - registrierendes Eindruckmessgerät - Scratchtester - Rauheitsmessgerät - Tribometer - Eigenspannungsmessgerät

Röntgendiffraktometer (CuKα)Röntgendiffraktometer (MoKα)

optisches 3D-Koordinatenmesssystem


Das Institut in Zahlen

Gesamtmitarbeiter

Aufgrund einer Kooperationsvereinbarung zwischen der TU Dresden und demFraunhofer IWS sind der Lehrstuhl für Laser- und Oberflächentechnik (Prof. Beyer)und das IWS miteinander verbunden. Eine Reihe von Mitarbeitern des Lehrstuhlsarbeitet in einer Vielzahl von Projekten eng mit den IWS-Mitarbeitern zusammen.Dabei werden in der Regel die Forschungs- und Grundlagenarbeiten an der TUund die anwendungsbezogenen Verfahrensentwicklungen und systemtechni-schen Arbeiten am IWS durchgeführt.

Die Mitarbeiter teilen sich 2006 wie folgt auf:

Mitarbeiter im Fraunhofer IWS

Anzahl Personal 107 - Wissenschaftler 60 - Technische Angestellte 39 - Verwaltungsangestellte 8

Lehrlinge 15

Wissenschaftliche Hilfskräfte 65

Mitarbeiter CCL USA 13

Gesamt 200

Mitarbeiter am Lehrstuhl für Laser-und Oberflächentechnik der TUDresden

Anzahl Personal 33 - Wissenschaftler 20 - Technische Angestellte 12 - Verwaltungsangestellte 1

Studentische Hilfskräfte 19

Gesamt 52

Nur mit dem Unmöglichen als Ziel kommt man zum Möglichen.

Miguel de Unamuno

Gebäude 8400 m2

- Technikumshallen 2000 m2

- Laborräume 3070 m2

- Büroräume 2630 m2

- Infrastrukturräume 700 m2

Technikum im DOC (Dortmund) 1100 m2


Aufwendungen und Erträge 2006 (vorläufiges Ergebnis*)* Nachkalkulation noch nicht erfolgt

Mio. € Aufwendungen Betrieb und Investitionen 2006 16,4

Betriebshaushalt 14,2 - Personalaufwendungen 6,4 - Sachaufwendungen 7,8

Investitionshaushalt 2,2

Mio. € % Erträge 2006 16,4

Betrieb 14,2- Projekterträge aus der Industrie 7,1 50 - Projekterträge durch Bund, Land und EU 2,8 20 - Grundfinanzierung IWS 4,3 30

Investitionen 2,2 - Projekterträge aus der Industrie 0,3 - Projekterträge durch Bund, Land und EU 0,0 - Grundfinanzierung IWS 1,3 - Strategische Investitionen 0,6

Projekte

Im Jahr 2006 wurden am IWS 259 Projekte durchgeführt. Die Aufteilung der Pro-jekte nach ihrem finanziellen Volumen ist in der folgenden Grafik dargestellt. So wurden beispielsweise 128 Projekte mit einem finanziellen Volumen von 10 ... 50 T€ bearbeitet.

Das Institut in Zahlen


Kuratorium und Gremien

Kuratorium

Das Kuratorium berät und unterstütztdie Organe der Fraunhofer-Gesell-schaft sowie die Institutsleitung. Mit-glieder des Kuratoriums waren imBerichtszeitraum:

P. Wirth, Dr. Vorsitzender der Geschäftsführung der Rofin-Sinar Laser GmbH, Vorsitzender des Kuratoriums

R. Bartl, Dr. Director Production Planning MB Carsder DaimlerChrysler AG

I. Bey, Dr.Leiter des Projektträgers Forschungs-zentrum Karlsruhe und des BereichsProduktion und Fertigungstechnolo-gien der Forschungszentrum KarlsruheGmbH

S. Clobes, RD’inLeiterin des Referates Produktions-systeme und -technologien des Bundesministerium für Bildung undForschung

D. Fischer,Geschäftsführer EMAG Leipzig Maschi-nenfabrik GmbH

U. Jaroni, Dr. Mitglied des Vorstandes Division Autoder ThyssenKrupp Stahl AG(Kurator seit dem 01. Juli 2006)

F. Junker, Dr. Vorstand Produktionstechnik der Koenig & Bauer AG Werk Radebeul

P. G. Nothnagel, MR Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft und Arbeit (Kurator seit dem 01. Juli 2006)

R. J. Peters, Dr. Geschäftsführer des VDI-Technologie-zentrum GmbH

W. Pompe, Prof. Dr. Institut für Werkstoffwissenschaft derTechnischen Universität Dresden

F. Schmidt, MD Dr.Staatssekretär im Sächsischen Staats-ministerium für Wissenschaft undKunst (bis April 2006)

R. Zimmermann, MR Dr. Sächsisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst

Die 16. Zusammenkunft des Kura- toriums fand am 9. Februar 2006 imFraunhofer IWS Dresden statt.

Institutsleitungsausschuss (ILA)

Der Institutsleitungsausschuss (ILA)berät die Institutsleitung und wirkt beider Entscheidungsfindung über dieGrundzüge der Forschungs- undGeschäftspolitik des Institutes mit.

Mitglieder des ILA sind: Prof. Dr. E. Beyer Institutsleiter Dr. A. Leson Stellv. InstitutsleiterDr. A. Techel Stellv. Institutsleiterin

Verwaltungsleiterin(ab Sept. 2006)

Dr. S. Wilhelm Verwaltungsleiter(bis August 2006)

Prof. Dr. B. Brenner Abteilungsleiter Dr. V. Hopfe Abteilungsleiter Dr. L. Morgenthal Abteilungsleiter Dr. S. Nowotny Abteilungsleiter

(bis Juni 2006)Prof. Dr. B. Schultrich Abteilungsleiter Dr. G. C. Stehr Abteilungsleiter

(ab Juni 2006)

Gäste sind: Dr. S. Bonß WTR-Vertreter Prof. Dr. U. Günther LehrstuhlvertreterDr. C. Krautz MarketingDr. W. Grählert Betriebsrat Dr. S. Schädlich QM-Beauftragter

Wissenschaftlich-Technischer Rat(WTR)

Der Wissenschaftlich-Technische Rat(WTR) unterstützt und berät Organeder Fraunhofer-Gesellschaft. Ihm gehö-ren die Mitglieder der Institutsleitungund je Institut ein gewählter Vertreterder wissenschaftlich-technischen Mit-arbeiter an. Mitglieder des IWS imWTR waren im Berichtszeitraum: - Prof. Dr. E. Beyer - Dr. S. Bonß


Die Fraunhofer-Gesellschaft

Forschung für die Praxis ist die zentraleAufgabe der Fraunhofer-Gesellschaft.Die 1949 gegründete Forschungsorga-nisation betreibt anwendungsorientier-te Forschung für die Wirtschaft undzum Vorteil der Gesellschaft. Vertrags-partner und Auftraggeber sind Indu-strie- und Dienstleistungsunternehmensowie die öffentliche Hand. Im Auftragvon Ministerien und Behörden desBundes und der Länder werden zu-kunftsrelevante Forschungsprojektedurchgeführt, die zu Innovationen imöffentlichen Nachfragebereich und inder Wirtschaft beitragen.

Die Wirkung der angewandten For-schung geht über den direkten Nutzenfür die Kunden hinaus: Mit ihrer For-schungs- und Entwicklungsarbeit tra-gen die Fraunhofer-Institute zur Wett-bewerbsfähigkeit der Region, Deutsch-lands und Europas bei. Sie fördernInnovationen, stärken die technologi-sche Weiterentwicklung, verbesserndie Akzeptanz moderner Technik undsorgen auch für Information und Wei-terbildung des dringend benötigtenwissenschaftlich-technischen Nach-wuchses.

Ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbei-tern bietet die Fraunhofer-Gesellschaftdie Möglichkeit zur fachlichen undpersönlichen Entwicklung für an-spruchsvolle Positionen in ihren Institu-ten, in anderen Bereichen der Wissen-schaft, in Wirtschaft und Gesellschaft.Studentinnen und Studenten an Fraun-hofer-Instituten eröffnen sich wegender praxisnahen Ausbildung und Erfah-rung hervorragende Einstiegs- undEntwicklungschancen in Unternehmen.

Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibtderzeit mehr als 80 Forschungsein-richtungen, davon 56 Institute, an 40 Standorten in ganz Deutschland.12 500 Mitarbeiterinnen und Mitarbei-ter, überwiegend mit natur- oder inge-nieurwissenschaftlicher Ausbildung,bearbeiten das jährliche Forschungsvo-lumen von 1,2 Milliarden €. Davon fal-len mehr als 1 Milliarde € auf den Lei-stungsbereich Vertragsforschung. ZweiDrittel dieses Leistungsbereichs erwirt-schaftet die Fraunhofer-Gesellschaftmit Aufträgen aus der Industrie undmit öffentlich finanzierten Forschungs-projekten. Nur ein Drittel wird vonBund und Ländern als Grundfinanzie-rung beigesteuert, damit die InstituteProblemlösungen erarbeiten können,die erst in fünf oder zehn Jahren fürWirtschaft und Gesellschaft aktuellwerden.

Niederlassungen inEuropa, in den USAund in Asien sorgen fürKontakt zu den wich-tigsten gegenwärtigenund zukünftigen Wis-senschafts- und Wirt-schaftsräumen.

Namensgeber der alsgemeinnützig aner-kannten Fraunhofer-Gesellschaft ist derMünchner GelehrteJoseph von Fraunhofer(1787-1826), der als Forscher, Erfinder undUnternehmer gleicher-maßen erfolgreich war.

Die Fraunhofer-Gesellschaft auf einen Blick

Wir brauchen etwas Neues. Wir müssen lernen, in neuen Situationen neu nachzudenken.

Bertolt Brecht

Oben: Fraunhofer FEPMitte: Fraunhofer IPMUnten: Fraunhofer ILT


22

Fraunhofer-Institut für Elektronen-strahl- und Plasmatechnik FEP

Ziel des FEP ist die Erforschung undEntwicklung innovativer Verfahren zurNutzung von Elektronenstrahlen hoherLeistung und dichter Plasmen in Pro-duktionsprozessen für die Oberflä-chentechnik. Dabei stehen praktischeFragestellungen wie Prozessmonito-ring, Qualitätskontrolle, Reproduzier-barkeit, Aufskalierung und Wirtschaft-lichkeit im Vordergrund.

Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM

Das Fraunhofer IPM entwickelt opti-sche Systeme für die Spektroskopieund Laserbelichtungstechnik. Einbesonderer Schwerpunkt liegt dabeiauf der Verwirklichung hochdynami-scher Systeme. Neben der schnellenLaseransteuerung sind dafür besonde-re Kompetenzen bei der Signalverar-beitung gefragt. So wurden für dieInfrastrukturüberwachung von Hoch-geschwindigkeitsstrecken robuste,wartungsarme Messgeräte realisiert.

Kompetenz durch Vernetzung

Sechs Fraunhofer-Institute kooperieren im Verbund Oberflächentechnik undPhotonik. Aufeinander abgestimmteKompetenzen gewährleisten eine per-manente, schnelle und flexible Anpas-sung der Forschungsarbeiten an denraschen technologischen Fortschritt inallen industriellen Anwendungsberei-chen. Koordinierte, auf die aktuellenBedürfnisse des Marktes ausgerichteteStrategien führen zu Synergieeffekten. Es wird ein breiteres Leistungsangebot zum Nutzen des Kunden erzielt.

Fraunhofer-Verbund Oberflächentechnik und Photonik

Fraunhofer-Institut für LasertechnikILT

Im Bereich der Lasertechnik ist dasZusammenspiel zwischen Laserent-wicklung und Laseranwendung vonherausragender Bedeutung. NeueLaser erlauben neue Anwendungenund neue Anwendungen geben An-regungen für neue Lasersysteme. Des-halb erweitert das Fraunhofer ILTdurch die enge Kooperation mitführenden Laserherstellern und innova-tiven Laseranwendern ständig seineKernkompetenzen.


Fraunhofer-Institut für Angewand-te Optik und Feinmechanik IOF

Hauptgegenstand der Forschungstätig-keit des Fraunhofer IOF ist die optischeSystemtechnik mit dem Ziel der immerbesseren Kontrolle von Licht. Schwer-punkte sind multifunktionale optischeSchichtsysteme, mikro-optische Syste-me, optische Messsysteme und Syste-me zur Optik-Charakterisierung, fein-mechanische Präzisionssysteme sowiedie Mikromontage.

Fraunhofer-Institut für Werkstoff-und Strahltechnik IWS

Das Fraunhofer IWS forscht auf denGebieten der Lasertechnik (z. B. Laser-schweißen, Laserschneiden, Laserhär-ten), der Oberflächentechnik (z. B.Auftragschweißen), der Mikrobearbei-tung sowie der Dünnschicht- undNanotechnologie. Die in die Forschungund Entwicklung integrierte Werkstoff-prüfung und -charakterisierung fun-diert und erweitert das Spektrum desIWS.

Fraunhofer-Institut für Schicht- undOberflächentechnik IST

Das Fraunhofer-Institut für Schicht-und Oberflächentechnik IST bündeltals industrienahes FuE-Dienstleistungs-zentrum Kompetenzen auf den Gebie-ten Schichtherstellung, Schichtanwen-dung und Schichtcharakterisierung.Zurzeit ist das Institut in folgendenGeschäftsfeldern tätig: Maschinenbauund Fahrzeugtechnik; Werkzeuge;Energie, Glas und Fassade; Optik,Information und Kommunikation;Mensch und Umwelt.

Kontakt / Koordination

Sprecher des Verbundes:Prof. Dr. Eckhard Beyer

Koordination:Dr. Udo KlotzbachTelefon: 0351 / 2583 252E-Mail: [email protected]

Die Institute:www.fep.fraunhofer.de www.ipm.fraunhofer.de www.ilt.fraunhofer.de www.ist.fraunhofer.de www.iof.fraunhofer.de www.iws.fraunhofer.de

Fraunhofer-Verbund Oberflächentechnik und Photonik

Oben: Fraunhofer ISTMitte: Fraunhofer IOFUnten: Fraunhofer IWS

FEP

IWS

IOF

IST

ILT

IPM


Rèflèchir, c'est dèranger ses pensèes.

Nachdenken heißt, seine Gedanken in Unordnung zu bringen.

Jean RostandRedaktion: Mitte des Jahres 2006konnte die neue Technologiehalle ihrerBestimmung übergeben werden. Wes-halb ist sie nötig, insbesondere ange-sichts der Tatsache, dass das IWS jagerade erst im Jahre 2004 den Erwei-terungsbau beziehen konnte?

Prof. Brenner: Die Entwicklung derLaserstrahlmaterialbearbeitung undinsbesondere der dazugehörigen Anla-gentechnik - ich erinnere nur an unse-re große XXL-Laserstrahlschweißan-lage - nahm einen rascheren Verlaufals wir geplant hatten. So mussten wirfeststellen, dass uns für neue Projekte,Anlagenkonzepte und Bearbeitungs-maschinen für zukünftig zu ent-wickelnde Verfahren schon wieder derPlatz ausging. Darüber hinaus sind wirin einer Entwicklungsphase, in der esfür die geplanten Verfahrensweiter-und -neuentwicklungen keine Anlagen»von der Stange« mehr geben wirdund dem zufolge mehr Prototypen-anlagen konzipiert, erstellt und erprobtwerden müssen, was auch mehr undflexibler nutzbaren Platz bedingt.

Redaktion: Können Sie das an einemBeispiel näher erläutern?

Prof. Brenner: Ja gern. Zu einemunserer wichtigsten Kompetenzfeldergehört das Laserstrahlhärten. Die vor-handene Anlagentechnik und dieräumlichen Gegebenheiten ließen einequalitative Weiterentwicklung nur inunzureichendem Maße zu. Deshalbwurde von uns der Prototyp einerneuartigen Laserstrahlhärteanlage zumAnlasszonen-freien Härten der Funk-tionsflächen von großformatigen,formkomplizierten 3D-Bauteilen ent-wickelt, als erste Anlage in der neuenTechnologiehalle installiert und er-folgreich erprobt. Die Anlage ist miteiner installierten Laserleistung von 12 kW, einem Bearbeitungsraum von3,5 m x 2 m x 1,2 m und den 3D-Bewegungsmöglichkeiten sehr flexibelund vielseitig einsetzbar und gestattet

neben dem simultanen Anlasszonen-freien Laserstrahlhärten von benach-barten Flächen an 3D-verlaufendenKanten, z. B. von Turbinenschaufeln,Großwerkzeugen, Gesenken oder Spe-zialkugellagern bzw. Wellen größerenDurchmessers, von Maschinenbettenoder speziellen Kurbelwellen auch eineVielzahl anderer Bearbeitungsaufga-ben. Deshalb planen wir, die sich er-gebenden neuen Freiräume auch fürdie verfahrens- und systemtechnischeWeiterentwicklung von vielen anderenVarianten der lasergestützten oderinduktiven Randschichtveredlung, wie z. B. des Laserstrahlaushärtens, -umschmelzens, -gaslegierens oderentsprechender Hybridtechnologiensowie des Wärmeleitungsschweißenszu nutzen.

Redaktion: Apropos Laserstrahl-schweißen - über welche Fortschrittekönnen sie hier berichten?

Prof. Brenner: In einem öffentlichgeförderten Verbundprojekt mit demTitel »LaserPowertrain« gehen wir derVision nach, Verfahren für das rissfreieLaserstrahlschweißen einsatzgehärteterBauteile für den Pkw-Antriebsstrangohne die Entfernung des Einsatzes zuentwickeln. Das Gelingen hätte einegroße Breitenwirkung, wäre Kostensparend und Prozessketten verkürzend.Ich freue mich deshalb besonders, dasswir auch bei dieser besonderen Her-ausforderung positive Lösungsansätzefinden konnten.

Forschungs- und Entwicklungsangebot: Füge- und Randschichttechnologien


Prof. Berndt BrennerAbteilungsleiter (Tel. 2583 207,[email protected])


Dr. Jens StandfußGruppenleiter Schweißen (Tel. 2583 212, [email protected])

Laserstrahlgeschweißtes Getriebebauteil

Schweißen schwer schweißbarerWerkstoffe

Das Laserstrahlschweißen ist ein mo-dernes Schweißverfahren, das einenbreitgefächerten industriellen Einsatz,insbesondere in der Massenfertigung,gefunden hat. Vorwiegend werden je-doch nur Werkstoffe mit allgemeinguter Schweißeignung verarbeitet.Einen neuen Zugang zur Herstellungrissfreier Schweißverbindungen aushärtbaren und hochfesten Stählen,Gusseisen, Al- und Sonderlegierungensowie Bauteilen mit hoher Steifigkeitermöglichen Laserstrahlschweißverfah-ren mit integrierter Kurzzeitwärme-behandlung sowie werkstoffangepass-ten Zusatzwerkstoffen. Auf der Basiseines umfangreichen metallphysikali-schen und anlagentechnischen Hinter-grundwissens bieten wir Ihnen an: - Entwicklung von Schweißtechnolo-

gien, - Prototypschweißungen, - Verfahrens- und Anlagenoptimierung,- Ausarbeitung von Schweißanweisun-

gen.

Technologien zum beanspru-chungsgerechten Härten vonStählen mittels Laser oder Induk-tion bzw. beidem

Bei Bauteilgeometrien, Verschleißfällenund Werkstoffen, bei denen konven-tionelle Härtetechnologien versagen, bietet das Laserhärten vielfach neueLösungsansätze zur Erzeugung ver-schleißfester Oberflächen. Das trifftinsbesondere zu auf die selektive Här-tung von Bauteilen mit mehrdimensio-nal gekrümmten, innenliegenden oderschwer zugänglichen Flächen, Bohrun-gen oder Kerben sowie auf stark ver-zugsgefährdete Bauteile. Gestützt auflangjährige umfangreiche Erfahrungen,fachübergreifendes Know-how von derAnalyse des Verschleißfalles bis zuroptimalen technologischen Realisie-rung von Härteaufgaben bieten wir an: - Entwicklung von Randschichthärte-

technologien mit Hochleistungs-Diodenlasern, CO2-Lasern, Nd:YAG-Lasern oder Induktion bzw. beidem,

- Randschichtveredelung von Entwick-lungs- und Prototypmustern.

Laserstrahlgehärtete Turboladerwellen

Dr. Steffen Bonß Gruppenleiter Randschichtverfahren(Tel. 2583 201,[email protected])


Dr. Bernd WinderlichGruppenleiter Werkstofftechnik /Werkstoffcharakterisierung (Tel. 2583 224,[email protected])

Komplexe Werkstoff- und Bauteil-charakterisierung

Die Beherrschung moderner Füge- undRandschichtverfahren erfordert Kennt-nisse von den ablaufenden strukturel-len Änderungen bis zu den resultieren-den Bauteileigenschaften. Auf derBasis langjähriger Erfahrungen undeiner modernen Geräteausstattung fürdie strukturelle, mikroanalytische undmechanische Werkstoffcharakterisie-rung bieten wir an:- metallographische, elektronen-

mikroskopische (REM, TEM) undmikroanalytische (EDX) Charakterisie-rung der Realstruktur von Metallen,Keramiken und Werkstoffverbunden,

- Ermittlung von Werkstoffkennwertenfür die Bauteilauslegung und Qua-litätssicherung,

- Eigenschaftsbewertung von rand-schichtbehandelten und geschweiß-ten Bauteilen,

- Strategien zur werkstoff- und bean-spruchungsgerechten Bauteilgestal-tung,

- Aufklärung von Schadensfällen.

Beispiele aus den Arbeiten 2006

1. Neuartige roboterbasierte Laseran-lage zum Härten von formkompli-zierten Bauteilen 28

2. Härteprüfeinrichtung für die in-dustrielle Qualitätssicherung rand-schichtgehärteter Bauteile 30

3. Rissfreies Laserstrahlschweißen vonMischverbindungen aus Gusseisen und Einsatzstahl 31

4. Verbesserung des Restverfor-mungsvermögens vorverformter laserstrahlgeschweißter hochfesterFeinbleche 32

5. Laserstrahlschweißen mit Festkör-perlasern für luftfahrtspezifische Anwendungen 33

6. Schadenstolerante laserstrahlge-schweißte Stumpfstoßverbindun-gen für die Luftfahrt 34

7. Lasergestütztes Aufschmelzen von Schmelzklebstoffen 35

8. Mikrostrukturcharakterisierung lasermodifizierter Randschichten

36


Klebtechnik

Die Hauptarbeitsgebiete der GruppeKlebtechnik sind:- Oberflächenvorbehandlung mittels

Plasma- und Lasertechnik sowie der Vergleich mit herkömmlichen Vorbe-handlungsmethoden,

- konstruktives Kleben verschiedenerMaterialien (Metalle, Kunststoffe,Glas, Holz),

- Charakterisierung der Oberflächensowie der geklebten Verbunde mit-tels Kontaktwinkel-, Rauheits- undSchichtdickenmessung, Lichtmikro-skopie, REM / EDX und spektroskopi-schen Methoden,

- Bestimmung der Klebfestigkeitenund Alterungsuntersuchungen,

- Simulation und Aufbau einer Daten-bank.

Mit Laserunterstützung schmalflächengeklebtePlatten

Dr. Irene JansenGruppenleiterin Klebtechnik(Tel. 4633 52 10,[email protected])

Gefügebild: Schweißgefüge in austenitischemStahl

50 µm



Aufgabenstellung

Das Laserstrahlhärten von Stahlwerk-stoffen und Gusseisen etablierte sich inden letzten Jahren als ergänzendesVerfahren zu den markteingeführtenRandschichthärtetechnologien. Basisfür diese Entwicklung des seit mehr alszwanzig Jahren bekannten underprobten Verfahrens ist die Verfüg-barkeit leistungsstarker und vergleichs-weise preiswerter Hochleistungsdi-odenlaserquellen. Mit Leistungen imMulti-Kilowatt-Bereich waren sie dieVoraussetzung für zahlreiche system-technische Entwicklungen, die zumZiel hatten, das Randschichthärten mitdem Laser einfacher beherrschbar zumachen und es von einer Experten-technologie in eine Facharbeitertech-nologie zu überführen. So wurdenzum Beispiel spezielle Temperatur-messeinrichtungen, Laserleistungs-regelungen sowie Strahlformungsein-richtungen für verschiedene Anwen-dungsbereiche entwickelt und demAnwender marktgerecht zur Verfü-gung gestellt.

Mit den dadurch wachsenden Anwen-dungsmöglichkeiten entsteht zuneh-mend Bedarf an universellen und fle-xiblen Maschinensystemen, die dieseTechnologie unterstützen. Formkom-plizierte Bauteile mit geforderten Här-tezonen, die über die Möglichkeitenvon bisher verfügbaren Standardma-schinen hinausgehen, sind zum Bei-spiel Kanten von Werkzeugen oderKompressorschaufeln. Nicht selten sinddie vom Anwender festgelegten Härte-zonengeometrien so gestaltet, dass dieLaserbestrahlung mit einem Laserspotund von einer Seite nicht zum ge-wünschten Ergebnis führt. Die Be-handlung derartiger Geometrien inmehreren Laserprozessschritten istungeeignet, da im Überlappbereichder einzelnen Härtezonen der vorhergehärtete Werkstoff wieder angelassen

Neuartige roboterbasierte Laseranlage zum Härten von formkomplizierten Bauteilen

Lösungsweg

Mehrere Anlagenkonzepte wurdenuntersucht. Letztlich fiel die Entschei-dung zugunsten eines aus zwei Knick-armrobotern bestehenden Bewegungs-systems, deren Bewegungsabläufesteuerungstechnisch gekoppelt werdenkönnen. Ein zusätzliches Dreh-Schwenk-System für kleinere Bauteileergänzt die Möglichkeiten der Zugäng-lichkeit an zu härtende Bauteilbereiche(Abb. 1).

Jeder der Roboter hält und bewegt imprimären Anwendungsfall eine Laser-optik während das Bauteil auf demBoden steht oder in der Dreh-Schwenk-Einrichtung gehalten odersogar zusätzlich bewegt wird. DieLaserstrahlung liefern zwei fasergekop-pelte Hochleistungsdiodenlaser mitLeistungen von jeweils 6 Kilowatt. Här-tespurbreiten von bis zu 60 mm sindbei üblichen Härtetiefen von 1 bis 1,5 mm mit jedem der beiden Lasermöglich. Voraussetzung dafür sindStrahlformungsoptiken, die es erlau-ben, optimale Laserspotgeometrien zuerzeugen. Zum Einsatz kommen zweidynamische Strahlformungssysteme»LASSY« (Abb. 2) mit Scannerspiegelund integrierter Temperatursensorikzur Prozesssteuerung.

Abb. 2: Laseroptik »LASSY« montiert an Roboter

wird. Die simultane Bestrahlung sol-cher Geometrien mit zwei Laserstrahl-flecken von zwei Seiten läßt sich durchvorhandene Strahlteileroptiken nur miteingeschränkter Flexibilität ermögli-chen. Die Änderung der Relativpositio-nen der Strahlflecken ist während desProzesses nur eingeschränkt möglich.Es sollte daher ein Maschinensystemzum Laserstrahlhärten entwickelt wer-den, das diese Nachteile überwindet.

Abb. 1: Innenansicht der roboterbasierten Laser-anlage



Abb. 3: Simultan durchgeführter Härteprozess

Ergebnisse

Erste Bearbeitungsbeispiele warenKanten von Schneid- und Kantwerk-zeugen sowie Dampfturbinenschau-feln. Während bei Kantwerkzeugenentweder nur eine Seite breit gehärtetwerden konnte und die andere Seitenur geringe Härtebreiten aufwies,kann mit der entwickelte Laserhärtean-lage eine im Querschnitt symmetrischebreite Härtezone erzeugt werden(Abb. 3). Dabei bewegen sich die bei-den Roboter auf sehr unterschiedli-chen Bahnen zeitlich synchron und diebeiden Laserstrahlflecken erzeugenstets eine gemeinsame Erwärmungs-zone. Das Ergebnis ist eine homogenum die Kante verlaufende Härtezone(Abb. 4).

Verschleißbelastete Dampfturbinen-schaufeln konnten bisher nur einseitigmit dem Laser gehärtet werden. DurchWärmeleitung wurde versucht, dieHärtezone um die Eintrittskante her-umlaufen zu lassen. Die dadurcherreichten Härtezonengeometrien ent-sprechen nicht den von Anwenderngewünschten Geometrien zukünftigerTurbinenkonstruktionen. Mit derneuartigen Laserhärteanlage lassensich an diesen Bauteilen Härtezonenrealisieren, die diesen steigendenAnforderungen gewachsen sind. Dabeiist der Prozess sicher geregelt, so dasser robust und zuverlässig funktioniert.Das garantiert dem Anwender einehohe Produktqualität, die besondersbei höchstbelasteten Dampfturbinen-und Verdichterschaufeln wichtig ist.

Ansprechpartner

Dr. Steffen BonßTel.: 0351 / 2583 [email protected]

Damit sind für HärteanwendungenLaserspotgrößen von 4 mm Durchmes-ser bis 18 x 60 mm2 einstellbar. DieTemperaturerfassung erfolgt mit demkamerabasierten Temperaturmesssys-tem »E-MaqS« dessen Beobachtungs-richtung koaxial zum Laserstrahlwegist. Geregelt werden die Prozessedurch zwei gekoppelte Laserleistungs-regelungen »LompocPro«. Diesegewährleisten, dass die Bauteilober-flächentemperaturen der beiden sichüberlagernden Erwärmungszonen kon-stant auf dem gewünschten Niveaugehalten werden, indem sie die Laser-leistung der beiden Laser geeignet ein-stellt. Das System der gekoppeltenRegler konnte bereits bei der simulta-nen Verwendung von zwei Hochleis-tungsdiodenlasern mit fester geometri-scher Anordnung verwendet werden.Durch geometrische sowie zeitlicheKopplung der Bewegungsabläufe derbeiden Roboter können Temperaturfel-der am Bauteil erzeugt werden, diesich an zu härtenden Bauteilbereichenörtlich überlagern. So wird eine zeit-gleiche Erwärmung und Abkühlungvon durch zwei Laserstrahlfleckenbestrahlten Zonen erreicht.

Die roboterbasierte Laseranlage wurdegrundsätzlich zur industriellen Anwen-dung konzipiert. Eine lasersichere Um-hausung sorgt dafür, dass die Anlagedie Anforderungen der Laser Klasse 1erfüllt. Jalousien sorgen dafür, dass imEinrichtbetrieb Tageslicht durch Fensterin den Arbeitsraum treten kann. Einknapp 3 m breites Rolltor ermöglichtdie Beladung der Anlage. GroßeLasten werden mittels Gabelstapler inden Arbeitsraum bewegt. Für kleineresteht ein zellenintegrierter Kran mit250 kg Nutzlast zur Verfügung. DieBedienung der Anlage erfolgt komfor-tabel an einem Bildschirmarbeitsplatz,an dem alle Systeme kontrolliert undbedient werden können. MehrereKameras ermöglichen die Beobachtungdes Arbeitsraumes und des Prozesses.

Abb. 4: Beispiel eines simultan behandelten Bau-teils im Querschnitt

5 mm



Abb. 1: Härteprüfung an einer laserstrahl-gehärteten Eintrittskante einer Dampf-turbinenschaufel

Aufgabenstellung

Das Randschichthärten ist ein Verfah-ren zum beanspruchungsgerechtenHärten von Bauteilen, die aufgrundihrer dynamischen Beanspruchungoder wegen des bei konventionellerHärtung starken Verzuges nicht durch-gehend gehärtet werden können. Ofthandelt es sich um sehr komplexe Teileoder Einzelstücke, so dass keine Probe-teile für die zerstörende Untersuchungder Härtungszone zur Verfügung ste-hen. Andererseits ist die Messung mitHilfe stationärer Härteprüfgeräte nichtoder nur eingeschränkt möglich. Alter-nativ sind Handmessgeräte im Ange-bot, bei deren Einsatz jedoch eine defi-nierte Auflagefläche am Bauteil erfor-derlich ist, um das Prüfgerät währenddes gesamten Prüfvorganges lotrechtpositionieren und ruhig halten zu kön-nen.

Am Fraunhofer IWS sind derartige Här-teprüfungen auch an 3-dimensionalgekrümmten Oberflächen, wie sie bei-spielsweise an Eintrittskanten von Tur-binenschaufeln vorkommen, erforder-lich.

Härteprüfeinrichtung für die industrielle Qualitätssicherung randschichtgehärteter Bauteile

Lösungsweg

Um ein Handprüfgerät wie z. B. dasTIV105 von GE Inspection Technolo-gies (Prüfung nach Vickers mit HV 5)für die angesprochene Bauteilgruppenutzbar zu machen, wurde ein Prüf-tisch entwickelt, der die Ausrichtungdes Messkopfes in drei Linear- undzwei Schwenkachsen gestattet(Abb. 1). Die Grobausrichtung erfolgtmit Hilfe einer Portalkonstruktion mitrollengeführten Schienen in X- und Y-Richtung bzw. Kugelumlaufbuchsenmit Lastausgleich in Z-Richtung.

Mittels spindelgetriebenem Linearmo-dul sowie zweier Schwenkachsen,wovon eine zwecks genauerer Positio-nierung mit einem Schneckentrieb

Ergebnisse

Die Konstruktion wird im FraunhoferIWS seit April 2005 regelmäßig zurQualitätsprüfung von Turbinenschau-feln eingesetzt. Die erforderliche Ober-flächengüte der zu prüfenden Oberflä-chen wird mit einem transportablenSchleif- und Poliergerät angearbeitet.Zur statistischen Absicherung werdenfünf Messungen je Prüfpunkt durchge-führt. Die dabei auftretende Standard-abweichung liegt zumeist deutlich un-ter 10%.

Die gute Reproduzierbarkeit der Mess-ergebnisse im Gegensatz zum freihän-digen Aufsetzen des Messkopfes, hateinen renommierten Schaufelfertigerzur Investition in diese Härteprüfein-richtung veranlasst. Das Gerät wurdeAnfang August 2006 ausgeliefert. DieKombination des Handprüfgerätes zurHärtemessung mit dem vorgestelltenHärteprüfplatz hat sich im Einsatz, ins-besondere bei der Prüfung vongroßen, unhandlichen Bauteilen, sowiean frei geformten Oberflächenbewährt.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Frank TietzTel.: 0351 / 2583 203

[email protected]

versehen ist, erfolgt die Feinpositionie-rung. Damit ist eine exakt lotrechteAusrichtung des Härteprüfers gegen-über der zu prüfenden Bauteilober-fläche mit wenigen Handgriffen mög-lich und arretierbar. Auf einer weiterenFührungsbahn ist das Handprüfgerätso montiert, dass dieses in Prüfrich-tung zum Werkstück zugestellt wer-den kann. Die eigentliche Messungerfolgt dann gemäß Herstellervorschriftdurch manuell einzuleitenden Druckaxial zur Prüfspitze.

Das realisierte System verfügt übereinen Arbeitsraum von l = 1500 mm, b = 500 mm, h = 600 mm. Da dieMehrzahl der Komponenten ausNormteilen besteht, ist eine Skalierungdes Systems und damit eine Anpas-sung an die Messaufgabe gut möglich.



Rissfreies Laserstrahlschweißen von Mischverbindungen aus Gusseisen und Einsatzstahl

Abb. 1: Vergleich von laserstrahlgeschweißtenMischverbindungen aus Gusseisen undEinsatzstahl

Ergebnisse

Durch den Einsatz des Faserlaserskonnten die Schweißzeiten im Laboran voll einsatzgehärteten, fertig bear-beiteten Differentialgetrieben (Abb. 2)gegenüber den in der Serie laufendenSchweißprozessen um ca. 65 - 70 %reduziert werden. Die für das Verzugs-verhalten wesentlichen Energieeinträgewurden dabei auf ein Fünftel abge-senkt, was auch positive Effekte aufInvestkosten und Energie-verbrauch zur Folge hat.Ein Zusatzwerkstoff istdabei nicht erforderlich.

Die Prozessstabilität ist mitanderen Verfahren gutvergleichbar. Durch diesehr hohen Leistungsdich-ten entstehen weitgehend paralleleAnschmelzgrenzen mit entsprechendvorteilhaften Auswirkungen auf dasVerzugsverhalten der geschweißtenBauteile. Dadurch können gleichzeitigneue konstruktive Freiheitsgradegewonnen werden.

Aufgabenstellung

Das Laserstrahlschweißen der Misch-verbindung Gusseisen und Einsatzstahlfertig bearbeiteter Differentialgetriebefür Achsantriebe wird in der Automo-bilbranche seit kurzem industriell zu-verlässig beherrscht. Dabei werden bis-her vorzugsweise CO2-Laser mit hoherStrahlqualität eingesetzt. Die schweiß-technische Herausforderung bestehtnach wie vor in der Kombinationerschwerender Faktoren für dieSchweißbarkeit:

- Vergütungsstahl / Gusseisen alsMischverbindung,

- sehr steifes Bauteil,- Verzugsverhalten, - fertig bearbeiteter Zustand.

Rissfreie Schweißungen erfordern indieser Verfahrenskombination werk-stoffangepasste Zusatzwerkstoffe inForm von Folien oder Drähten undeine entsprechende Nahtvorbereitung.Das hat prozessbedingt Einschränkun-gen der maximal möglichen Schweiß-geschwindigkeiten und minimale Ener-gieeinträge zur Folge. Beides führt zurelativ breiten Schweißnähten. Diezunehmenden Anforderungen anKompaktheit und Laufruhe bei gestei-gert abgerufenen Stückzahlen sind miterhöhten Aufwendungen für die ein-gesetzte Anlagentechnik verbunden.Daher wäre es wünschenswert, wenndie Leistungsfähigkeit der Schweißpro-zesse mit den neuen zur Verfügungstehenden Strahlquellen verbessertwerden könnte.

Lösungsweg

Eine erfolgreiche und effektive Lösungwurde durch das Laserstrahlschweißender Mischverbindung Gusseisen undEinsatzstahl mit einem Faserlaser erar-beitet (Abb. 1). Neben einer verbesser-ten Strahlqualität und extrem hohenLeistungsdichte zeichnet sich diesedurch folgende Spezifika aus:

- sehr hohe Schweißgeschwindig-keiten,

- Unterdrückung eines harten, ver-gleichsweise spröden Martensits inder Schweißzone,

- extrem niedrige Energieeinträge, - sehr geringe Verzüge,- extrem schlanke Schweißnähte.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Uwe StammTel.: 0351 / 2583 [email protected]

1 mm1 mm

CO2-Laser mitZusatzwerkstoff

Faserlaser ohneZusatzwerkstoff

Abb. 2: Mit dem Faserlaser ge-schweißtes Differentialge-triebe und Ansicht derSchweißnaht



Lösungsweg

Zur Darstellung unterschiedlicher Vor-verfestigungszustände sind Proben ausdem hochfesten RestaustenitstahlHXT700T (TRIP700) durch Recken bzw.Walzen mit unterschiedlichen Vorver-formungsgraden hergestellt worden(Abb. 2). Sowohl längs als auch querzur Vorverformungsrichtung erfolgtedas Fügen dieser so verfestigten Pro-ben mittels Laserstrahlschweißen.

Verbesserung des Restverformungsvermögens vorverformter laser-strahlgeschweißter hochfester Feinbleche

Aufgabenstellung

Zur Realisierung innovativer Leichtbau-konzepte im modernen Karosseriebauwerden zunehmend hochfeste, mehr-phasige Feinblechstähle eingesetzt.Diese Werkstoffe weisen eine beson-ders hohe Festigkeit, eine gute Um-formbarkeit und ein hohes Verfesti-gungsvermögen bei Verformung auf.Im Zusammenbau sind bereits umge-formte Bauteile miteinander zu ver-schweißen. Die aus der Umformungresultierende teilweise starke Verfesti-gung wird dabei von der Schweiß-nahtaufhärtung überlagert. Die so ent-standenen, stark aufgehärteten Struk-turen müssen prozesssicher verarbeit-bar sein, die Betriebsbeanspruchungsicher ertragen und einer möglichenCrashbelastung standhalten. Um dasÜberschreiten der Formänderungs-grenze bei der Bauteilherstellung undim Betrieb zu verhindern, ist dieKenntnis des Restverformungsvermö-gen derartig verfestigter und an-schließend geschweißter Strukturenerforderlich. Für die Steigerung derBauteilsicherheit sind Möglichkeitenzur Erhöhung des Restverformungsver-mögens zu erarbeiten.

Ergebnisse

Durch eine prozessintegrierte induktiveWärmebehandlung ist das Restverfor-mungsvermögen von verfestigten undanschließend laserstrahlgeschweißtenStrukturen über den gesamten Blech-umformungsbereich signifikant steiger-bar (Abb. 1). Diese Ergebnisse lassenerwarten, dass das Verformungsverhal-ten unter hoher Beanspruchungsge-schwindigkeit, wie sie im Crashfall auf-tritt, ebenfalls mit dieser Technologieverbessert werden kann. Die Untersu-chungsergebnisse ermöglichen eineAbschätzung der Sicherheitsreservenverformter und anschließend ge-schweißter Baugruppen aus hoch-festen Feinblechen im Karosseriebau.Außerdem sind Maßgaben für die kon-struktive Bauteilgestaltung, wie zumBeispiel Lage, Kontur und Orientierungder Schweißnaht bezüglich der Bauteil-beanspruchung, ableitbar.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Axel JahnTel.: 0351 / 2583 237

[email protected]

Abb. 1: Grenzformänderungskurve HXT700T, εv= 5 % vorverformt (Walzen), dieUmformbarkeit wurde in Richtung derVorverformung und parallel zurSchweißnaht ermittelt

Abb. 2: Probe während des Vorverformensdurch Recken in der ZugprüfmaschineMTS 810

Das Restverformungsvermögen der soerzeugten Strukturen wurde in Abhän-gigkeit von der Schweißrichtung undder Vorverformungsrichtung ermittelt.Durch modifizierte Tiefungsversuchemit visioplastischer Formänderungs-analyse gelang es, Grenzformände-rungsschaubilder für charakteristischeZustände zu erstellen. Durch eine inden Laserstrahlschweißprozess inte-grierte induktive Kurzzeitwärmebe-handlung sollte das Restverformungs-vermögen von verfestigten und an-schließend geschweißten Strukturenerhöht werden. Die Grundlage bilde-ten dabei vorangegangene Arbeitenzur Verbesserung des Umformverhal-tens (von im Lieferzustand verschweiß-ten) hochfesten Feinblechstrukturendurch induktiv unterstütztes Laser-strahlschweißen (s. auch IWS-Jahresbe-richt 2003, S. 84).

Faserlaser YLR4000CO2-Laser



Aufgabenstellung

Das Laserstrahlschweißen hat sich inden letzten Jahren für das Fügen vonRumpfstrukturbauteilen aus hochfes-ten Aluminiumwerkstoffen etabliert.Für die Serienfertigung, insbesonderedas Schweißen von Stringer-Haut-Ver-bindungen, werden dazu derzeit indu-striell überwiegend CO2-Laser mit sehrhoher Strahlqualität verwendet, umdie Verzugsanforderungen bei dengroßformatigen und dünnwandigenStrukturen einzuhalten. Seitens derAnlagentechnik werden dabei die ho-hen Aufwendungen für Laser-Strahl-führungen mit Spiegeloptiken hinsicht-lich Investition und Justage sowie Ein-schränkungen hinsichtlich Bauteilzu-gänglichkeit in Kauf genommen. DieEntwicklungen im Bereich der Festkör-perlaserstrahlquellen in den letztenJahren ermöglichen nun das Laser-strahlschweißen mit vergleichbar nied-rigen Streckenenergien, so dass per-spektivisch eine Anwendung von Fest-körperlasern verstärkt auch im BereichLuftfahrt von Interesse ist. Für dieÜberprüfung der Einsatzmöglichkeitenist daher die Erprobung von speziellenFestkörperlaserschweißköpfen für luft-fahrtspezifische Anwendungen erfor-derlich.

Laserstrahlschweißen mit Festkörperlasern für luftfahrtspezifischeAnwendungen

Ergebnisse

Der entwickelte Nd:YAG-Schweißkopfzum beidseitig-gleichzeitigen Schwei-ßen von Stringer-Haut-Verbindungenmit integrierter pneumatischer Spann-technik (Abb. 1) wurde erfolgreichindustriell erprobt. Es zeigte sich, dassdurch die größeren Foki der verwende-ten Strahlquellen gegenüber CO2-Lasern ein deutlich größeres Prozess-fenster hinsichtlich der Positionieran-forderungen nutzbar ist, zusätzlichetaktile Sensoren zur Nahtverfolgungwurden daher nicht benötigt.

Für das Schweißen von Bauteilen mitstark eingeschränkter Zugänglichkeitkonnten die Vorteile von speziell ange-passten Festkörperlaserschweißköpfenaufgezeigt werden (Abb. 2). Bei Ver-wendung von Faserlasern mit ver-gleichbar hoher Strahlqualität wie beiCO2-Lasern können Schweißnähte mitgleichermaßen geringer Strecken-energie und Nahtqualität erzeugtwerden (Abb. 3). Vorteilhaft fürzukünftige Anwendungen sind dabeidie anlagenseitig deutlich reduziertenAufwendungen für Strahlführung und-justage.

Lösungsweg

Für das Laserstrahlschweißen vonStringer-Haut-Verbindungen wurdenein Nd:YAG-Schweißkopf zum beidsei-tig-gleichzeitigen Schweißen von Strin-ger-Haut-Verbindungen mit integrier-ter pneumatischer Spanntechnikgemeinsam mit Partnern entwickeltund erprobt (Abb. 1). Als Laserstrahl-quellen wurden dazu zwei diodenge-pumpte Festkörperlaser DY044 miteiner max. Leistung von je 4,4 kW

Abb. 2: Festkörperlaserschweißkopf zum einseitigen Schweißen von Schub-wand-Haut-Verbindungen bei stark eingeschränkter Zugänglichkeit

Abb. 1: Schweißkopf mit integrierter Stringer-spanntechnik zum beidseitig-gleichzei-tigen Schweißen von Stringer-Haut-Ver-bindungen

Abb. 3: Einseitig geschweißte Clip-Haut-Verbin-dung mit bandförmigem Schweißzusatz-werkstoff

genutzt. Es erfolgte ein Vergleich mitden Ergebnissen der Schweißungenmit den bisher üblicherweise einge-setzten CO2-Lasern hoher Strahlqua-lität, wie sie derzeit für derartige luft-fahrtspezifische Anwendungengenutzt werden.

Für zukünftige Anwendungen ist dasLaserstrahlschweißen von Versteifungs-elemente wie Clips, Spanten undSchubwänden bei bereits geschweiß-ten Längssteifen von Interesse. Für diedabei stark eingeschränkte Zugänglich-keit wurde ein speziell entwickelterFestkörperlaserschweißkopf entwickeltund erprobt (Abb. 2).

Ansprechpartner

Dr. Jens StandfußTel.: 0351 / 2583 [email protected]

1 mm1 mm



Schadenstolerante laserstrahlgeschweißte Stumpfstoßverbindungenfür die Luftfahrt

Aufgabenstellung

Die Qualifizierung geschweißter Haut-Haut-Verbindungen aus aushärtbarenAluminiumlegierungen für Rumpf-strukturen künftiger Flugzeuggenera-tionen ist für die Luftfahrtindustrie vongrößtem Interesse. Triebkräfte dafürsind vor allem die Gewichtsreduzie-rung und die Einsparung von Ferti-gungs- und Wartungskosten. Nach-dem das Laserstrahlschweißen vonStringer-Haut-Verbindungen im Flug-zeugbau erfolgreich Einzug gehaltenhat, besteht für die Anwendunggeschweißter Haut-Haut-Verbindungen

im Rumpfbereich(Abb. 1) die Heraus-forderung vor allemin der Gewährleis-tung der geforder-ten Schadenstole-ranz. Prinzipiellstellt die Schweiß-naht aufgrund desgeringeren Riss-widerstandes desSchweißgutesgegenüber demGrundwerkstoffeinen gefährlichenRisspfad und somiteine Schwachstellein der Struktur dar.Diese gilt es durchgeeignete Maßnah-men zu beseitigen.

Ergebnisse

Abb. 3 zeigt die Rissfortschrittsratender untersuchten Varianten in Abhän-gigkeit von der erreichten Risslänge.Während in der geradlinig verlaufen-den Schweißnaht sich der Riss wesent-lich schneller ausbreitet als im Grund-werkstoff, erfolgt das Risswachstum inder Schweißverbindung mit Sockel undwellenförmiger Naht deutlich langsa-mer als im Grundwerkstoff des Haut-bleches. Dies ist neben der Entlas-tungswirkung des Sockels auch daraufzurückzuführen, dass der Riss bedingtdurch den Schweißnahtverlauf nursehr kurze Strecken im Schweißgutzurücklegt.

Die erzielten Ergebnisse eröffnen dieMöglichkeit, schadenstolerantegeschweißte Haut-Haut-Verbindungenherzustellen, die der Belastung einerRumpfstruktur angepasst sind und imVergleich zu Nietverbindungen eingeringeres Gewicht aufweisen.

Abb. 3: Rissfortschrittsraten der Schweißvarianten in Abhängigkeit von derRisslänge a

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Dirk DittrichTel.: 0351 / 2583 228

[email protected]

Abb. 1: Strukturelement mit einer Haut-Haut-Verbindung (HH)

- Verringerung der Rissspannungs-intensität durch Aufdickung des Bleches im Bereich der Schweißnahtund daraus folgender Absenkungder Nennspannung im rissfreienQuerschnitt,

- Veränderung des Schweißnaht-designs mit dem Ziel der weitgehen-den Reduzierung von Risslängen-anteilen in der Schweißnaht.

Die Untersuchungen wurden an200 mm breiten und 2 mm dickenProben mit Mittenriss unter schwellen-der Zugbelastung mit einer Haut-Ober-spannung von 90 MPa durchgeführt.Getestet wurde die Rissausbreitung imungeschweißten Grundwerkstoff einerAlMgSiCu-Legierung, in einer geradli-nigen, senkrecht zur Belastung ange-ordneten Laserschweißnaht und ineiner optimierten Laserschweißverbin-dung mit einem 3 mm hohen Nahtso-ckel und einem wellenförmigen Naht-verlauf (Abb. 2).

Abb. 2: Wellenförmiger Schweißnahtverlauf

HH

Lösungsweg

Aus den bisherigen Untersuchungenim Rahmen eines Forschungsprojektesmit der Firma Airbus zur Verbesserungder Schadenstoleranz laserstrahlge-schweißter Stumpfstoßverbindungenbieten sich zwei Erfolg versprechendeWege an:


Aufgabenstellung

In der Holzbearbeitung wurden Laserbisher nur zum Trennen von Holz undHolzwerkstoffen eingesetzt. In derSchmalflächenbeschichtung wird mitdem Fügen durch Laserstrahlung einneues Arbeitsfeld erschlossen, wo-durch eine Verbesserung der Qualitätund eine Steigerung der Produktivitätin der Möbelfertigung erreicht werdenkann. Sowohl in der Industrie als auchim Handwerk werden nach der kon-ventionellen Methode mit Kantenan-leimmaschinen oder in Bearbeitungs-zentren Schmelzklebstoffe erhitzt,durch Walzenauftrag auf die Platten-schmalfläche bzw. das Beschichtungs-material aufgebracht und diese an-schließend miteinander verpresst.

Das Aufschmelzen der Klebstoffe istjedoch energieintensiv und zum Errei-chen der Betriebstemperatur (150 -210 °C) der Anlagen vergehen bis zu20 Minuten. Durch den direkten Kon-takt der Auftragswalze mit dem Plat-tenmaterial kommt es zu Verschmut-zungen, welche den Beleimvorgangbeeinträchtigen. Das Auftragssystemfür Schmelzklebstoffe ist schwer zu rei-nigen und die Umstellung auf andereKlebstoffe ist zeit- und arbeitsaufwän-dig. Außerdem limitiert das Abkühlver-halten der thermoplastischen Klebstof-fe den Werkstückvorschub. Es bestehtein hohes Interesse der Industrie analternativen Lösungen.

Ergebnisse

Vorteile des Verfahrens sind dieberührungslose Arbeitsweise und derlokal begrenzte Energieeintrag desLasers direkt an der Fügestelle. Es wirdkeine Energie zum ständigen Beheizendes Leimbehälters benötigt. Der Laserwird nur dann aktiviert, wenn eineSchmalfläche gefügt wird. Durch dendirekten Energieeintrag in den Kleb-stoff ist es möglich, ein größeres Kleb-stoffspektrum bei der Beschichtungeinzusetzen (z.B. höherschmelzendeKlebstoffe bzw. Klebstoffe mit hohenVernetzungstemperaturen, neuartigereaktivier- und vernetzbare Acrylatdis-persionen). Von höheren Schmelztem-peraturen profitieren auch die Folge-aggregate wie Bündig- und Feinfräser,denn die Klebstoffe binden schnellerab und benötigen mehr Energie zurReaktivierung, wodurch sich die Fräs-werkzeuge deutlich langsamer zuset-zen. Außerdem wird die Qualität derSchmalflächenbeschichtung durch diehöhere Temperaturfestigkeit verbes-sert. Die Wasseraufnahme ist geringerund es entsteht keine sichtbare Kleb-fuge. Die Umstellung auf andere Kleb-stoffe ist durch den Einsatz von Kleb-stofffolien innerhalb kurzer Zeit mög-lich.


Lasergestütztes Aufschmelzen von Schmelzklebstoffen

Abb. 2: Schematische Darstellung des Prozess-ablaufes

Lösungsweg

Im Rahmen eines AiF-Forschungspro-jektes wurde ein lasergestütztes Ver-fahren zur Schmalflächenbeschichtungentwickelt. Dabei wird vorbeschichte-tes Schmalflächenbeschichtungsmateri-al (Abb. 1) bzw. ein separates Kleb-stoffband kurz vor der Fügestelle mitder Platte gezielt durch Laser erwärmt(Abb. 2, 3).

Abb. 3: Schmalflächenbeschichtung mit dem La-ser in der maschinellen Möbelfertigung

Ansprechpartner

Dr. Irene JansenTel.: 0351 / 46 33 [email protected]

Abb. 1: Unterschiedliche Arten von Schmal-flächenbeschichtungsmaterial

Laserstrahl



Mikrostrukturcharakterisierung lasermodifizierter Randschichten

Aufgabenstellung

Bei vielen Bauteilen stellt die Rand-schicht den am höchsten beanspruch-ten Werkstoffbereich dar. Deshalbwerden mechanische, thermische undthermochemische Randschichtbehand-lungstechnologien sowie Beschich-tungsverfahren eingesetzt, um diemechanische Belastbarkeit der Rand-schichten zu verbessern, den Schutzvor Korrosion und Verschleiß zu er-höhen oder bestimmte Funktions-eigenschaften der Oberflächen zuerreichen. Der Einsatz von laserge-stützten Verfahren bietet sich dabei u. a. in solchen Fällen an, in denen nurbestimmte Bereiche der Oberflächebehandelt werden sollen oder wenngroße Temperaturgradienten erforder-lich sind.

Da das Verhalten der Randschichten inhohem Maße durch ihren mikrostruk-turellen Aufbau bestimmt wird, ist zurVerbesserung ihrer Eigenschaften undOptimierung ihrer Herstellungsverfah-ren eine umfassende und hochauflö-sende Charakterisierung der Oberflä-chen und oberflächennahen Bereicheunerlässlich. Methoden zur Erfassungder Topographie der Oberfläche, fürdie Beurteilung des oberflächennahenGefügezustandes oder die Ermittlungvon Änderungen der chemischen Zu-sammensetzung sind dafür besondersgefordert.

Lösungsweg

Im IWS werden zur umfassenden Charakterisierung von Randschichtenund Beschichtungen sich gegenseitigergänzende Methoden der Metallo-graphie, der Raster- und Trans-missionselektronenmikroskopie (REM,TEM) und der energiedispersiven Rönt-genmikroanalyse (EDX) eingesetzt.

Ergebnisse

Die folgenden Beispiele geben einenÜberblick über die Leistungsfähigkeitdes IWS auf dem Gebiet der Mikro-strukturcharakterisierung von Rand-schichten.

Für ausscheidungshärtbare Cr-Ni-Stäh-le wurde eine Technologie entwickelt,bei der durch lokales Laserlösungs-glühen und anschließende Auslage-rungswärmebehandlung eine ver-schleiß- und ermüdungsresistente auf-gehärtete Randschicht an den Stellender höchsten Bauteilbeanspruchungerzeugt werden kann. Die Optimie-rung des Verfahrens erforderte denEinsatz hochauflösender Strukturunter-suchungen. Als entscheidender mikro-struktureller Mechanismus für dieErzielung der gewünschten Härte-steigerung wurde die Bildung von Clustern aus Kupferatomen und feinerKupferausscheidungen nachgewiesen(Abb. 1).

Abb. 3: TEM-Hochauflösungsaufnahme einerMo-Si-Nanometer-Vielfachschicht (Quer-schnitt). Links oben ist das einkristallineSi-Substrat sichtbar; die Schichten sindweitgehend amorph.

Abb. 2: REM-Aufnahme eines ionenpoliertenQuerschliffs durch die äußerste Rand-schicht von lasergasnitriertem Ti-6Al-4V

Abb. 1: TEM-Aufnahme der Randschicht desStahls X5CrNiCuNb16.4 im überaltertenZustand: Nachweis der feinen Kupfer-ausscheidungen

5 µm

100 nm

TiNx-Schicht

3 nm

SiO2 Mo Si Mo Si

Dabei werden die verschiedenen in derElektronenmikroskopie zur Verfügungstehenden Abbildungsverfahren aus-genutzt: u. a. Material- und Kristall-orientierungskontrast im REM sowieHell- und Dunkelfeldabbildung undBeugungsanalyse im TEM bis zurHochauflösung.

Es werden spezielle Techniken zurschädigungsarmen Präparation vonQuerschliffen angewendet, wodurchauch heterogene Werkstoffe und kom-plizierte Schichtsysteme untersuchtwerden können.

Für verschiedenste Materialien stehenProzeduren für die zielgenaue Herstel-lung elektronentransparenter Quer-schnittspräparate durch Probenoberflä-chen bereit. Um den Anforderungennach Kantenschärfe und weitgehenderFreiheit von Präparationsartefaktennachzukommen werden in vielen Fäl-len Ionenstrahlmethoden eingesetzt.



Abb. 5: REM-Aufname eines laserschockver-formten Eiseneinkristalls im Orientie-rungskontrast mit Verformungs-zwillingen (Z).

Abb. 6: REM-Aufnahme eines Längsschliffs (linksoben) und TEM-Aufnahme des Randbe-reichs einer Laserbohrung mit sehr dün-nem Schmelzfilm (I) und Wärmeeinfluss-zone (II)

Abb. 4: TEM-Aufnahme eines Querschnittsdurch eine Ni-Cr-Si-Schicht mit aus derEDX-Mikroanalyse gewonnen Ergebnis-sen zur Elementverteilung in der Schicht

Ansprechpartner

Dr. Jörg BretschneiderTel.: 0351 / 2583 [email protected]

Mit dem Lasergasnitrieren wird eineVerbesserung der Verschleißbeständig-keit von Titanwerkstoffen bei gleich-zeitig hoher Dauerschwingfestigkeitangestrebt. Durch Aufklärung dereigenschaftsbestimmenden Strukturde-tails wurde herausgefunden, dass dieBildung von Titannitrid in der laserbe-handelten Randschicht die Riss-initiierung begünstigt. In Abb. 2 isterkennbar, dass sich auf der Ober-fläche der lasernitrierten Probe einetwa 1 µm dicker Film gebildet hat,der als Titannitrid identifiziert wurde.Vor dem Einsatz des Werkstoffesmuss deshalb dieser dünne Film vonder Oberfläche der 0,5 mm tiefenNitrierschicht entfernt werden.

Bei der Entwicklung von Dünnschicht-systemen stehen die Morphologie, derkristalline Aufbau und die Gleichmä-ßigkeit der Einzelschichten sowie dieBeschaffenheit der Grenzflächen imMittelpunkt. Hierbei liefert das TEMwichtige Informationen. Bei der inAbb. 3 dargestellten Mo-Si-Vielfach-schicht erkennt man u. a. die hohePräzision der Einzelschichten und diean der Unterseite der Mo-Schicht auf-tretende Diffusionszone. Bei der Unter-suchung einer Ni-Cr-Si-Schicht standdie Suche nach Unterschieden der che-mischen Zusammensetzung in ver-schiedenen Schichtlagen im Zentrumdes Interesses (Abb. 4).

Mittels Laserschockbehandlung sollendurch laserinduzierte Druckstöße lokalDruckeigenspannungen in Metallober-flächen eingebracht werden. Grundla-genuntersuchungen zu den dabei ab-laufenden Hochgeschwindigkeits-Ver-formungsprozessen haben u. a. daraufgezielt, den Einfluss von Parameternder Laserbehandlung auf die mechani-sche Zwillingsbildung zu erkennen.Durch Präparation mittels Ionenpoliturund Nutzung der im REM verfügbarenAbbildungskontraste konnten sowohl

10 nm

1 µm

100 µm

Si Cr Ni

0,5 µm

Z Z

I

III

II

die durch die plastische Verformunghervorgerufenen Oberflächengleit-stufen als auch die Änderung der Kristallorientierung im {211}<111>Zwillingssystem nachgewiesen werden(Abb. 5).

Neben der Charakterisierung gezieltveränderter Randschichten ist es oft-mals von Interesse, ob eine abtragendeMaterialbearbeitung die Randschichteines Werkstoffes beeinflusst. Als Bei-spiel ist hier der Randbereich einerLaserbohrung angeführt (Abb. 6). Eskonnte nachgewiesen werden, dassbei geeigneter Wahl der Bearbeitungs-parameter unerwünschte Veränderun-gen des Bohrlochrandes wie Risse undAnschmelzungen vermieden oder zu-mindest minimiert werden können.

Redaktion: Welche Perspektiven hatder Faserlaser für das Laserstrahl-schneiden

Dr. Morgenthal: Mit den in den letz-ten Jahren auf den Markt gekomme-nen Faserlasern hat die Palette derbesonders für das Laserstrahlscheidengeeigneten Laser einen interessantenZuwachs bekommen. Für das Laser-strahlschneiden wünschen wir uns inder Regel Laserstrahlquellen, die einensehr gut fokussierbaren Laserstrahl,d. h. einen Strahl mit höchster Strahl-qualität liefern. Das waren bisher inerster Linie die CO2-Laser, wenn Laser-leistungen im Bereich von einigen Kilo-watt gefordert wurden. Die wegen derFaserführbarkeit ihrer Strahlung insbe-sondere für die 3D-Bearbeitung inter-essanten Festkörperlaser waren dabeiin der klassischen Variante der Stab-laser hinsichtlich der Stahlqualität undauch ihrer Effizienz einfach nicht kon-kurrenzfähig.

Diese Situation hat sich mit den Faser-lasern grundlegend gewandelt. Sie ver-einen höchste Strahlqualität mit hoherStrahlleistung und bieten noch dazueine hohe elektrische Effizienz undkompakte Bauweise. Unsere Aufgabeist es, daraus für konkrete Anwendun-gen einen möglichst hohen Nutzen fürunsere Kunden zu generieren.

Redaktion: Welche Auswirkungenhaben solche neuen Laserstrahlquellen,wie z. B. der Faserlaser, auf die Ent-wicklung der Laseranlagentechnik?

Dr. Morgenthal: Mit der meist her-vorragenden Strahlqualität, die uns beiden neuen Laserstrahlquellen beiimmer höheren Leistungen zur Verfü-gung steht, kann die Geschwindigkeitvieler Bearbeitungsprozesse gesteigertwerden. Sehr deutlich zeigt sich dasjetzt z. B. wieder beim Laserstrahl-schneiden mit Faserlasern.

Andererseits steigen dadurch auch dieAnforderungen an die Laserbearbei-tungsanlagen, diese hohen Prozessge-schwindigkeiten auch an konkretenBauteilen umzusetzen. Eine Forderung,der der klassische Maschinenbauschon in der Vergangenheit immerweniger gerecht werden konnte. Hierhelfen Techniken wie die Remote-Technologie, die die besondere Eigen-schaft des Laserstrahlwerkzeugs, mas-selos zu sein, besser nutzen. Das IWSkann hierzu auf eine Reihe vonsystem- und verfahrenstechnischenEntwicklungen zurückgreifen. Umge-setzt in ein zugeschnittenes Anlagen-konzept mit der material- und bauteil-spezifisch angepassten Verfahrenslö-sung kann so die Produktivität der Teil-eherstellung bzw. -bearbeitung in vie-len Fällen deutlich erhöht werden.

Forschungs- und Entwicklungsangebot: Laserabtragen und -trennen, Systemtechnik

39Fraunhofer IWS Jahresbericht 2006

Es ist besser, hohe Grundsätze zu haben, die man befolgt, als noch höhere, die man außer Acht lässt.

Albert Schweitzer




1. Scanneroptiken für die Laser-bearbeitung mit Faserlasern 42

2. Neue Möglichkeiten beim Laserstrahlschneiden mit Faser-lasern 43

3. Mikroperforation für hochfeste Keramik-Metall-Fügeverbindungen

44

4. Mikrofluidik für SPR basierte Lab-on-a-Chipsysteme 45

5. 3D-Bioplotter für medizintechni-sche Materialien 46

6. Einsatz eines Faserlasers zum Reinigen von Wandmalerei und gefassten Kalksteinoberflächen in einer altägyptischen Grabkammer

47

Dr. Lothar MorgenthalAbteilungsleiter (Tel. 2583 322,[email protected])



Dr. Udo KlotzbachGruppenleiter Mikrobearbeiten undReinigen (Tel. 2583 252,[email protected])

Mikrostrukturieren mittels Laser

Die umfangreiche und moderne Aus-stattung sowie das fundierte Know-how ermöglichen angewandte For-schung zur Mikro- und Feinbearbei-tung mit Laserstrahlen für die Miniatu-risierung von Funktionselementen imMaschinen-, Anlagen-, Fahrzeug- undGerätebau und die Bio- und Medizin-technik. Beispiele sind 3D-Strukturenim Sub-mm-Bereich und Flächenstruk-turen an Polymeren, Metallen, Kerami-ken oder quarzitischen und bio-kompatiblen Werkstoffen.

Wir bieten an: - Mikrostrukturierung unterschiedli-

cher Werkstoffe mit Excimer-, Faser-und Nd:YAG-Lasern,

- Mikrobohren mit hohen Aspektver-hältnissen und unterschiedlichenBohrungsgeometrien,

- Reinigen mit Lasertechnik.

Mobile Anlage zur rutschhemmenden Aus-rüstung von Natursteinen

Dr. Thomas Himmer Gruppenleiter Schneiden (Tel. 2583 238, [email protected])

Laserstrahlschneiden

Für das Laserstrahlschneiden aller inder modernen Fertigung eingesetzterWerkstoffe stehen am IWS CO2-Laserund Festkörperlaser, insbesondereFaserlaser, unterschiedlicher Leistungund Strahlqualität zur Verfügung. For-schungsschwerpunkt ist die Technolo-gieentwicklung, beispielsweise als Pro-zess- oder Teiletaktzeitoptimierung fürkonkrete Bauteile. Dafür können hoch-dynamische 2D- und 3D-Schneid-maschinen mit Lineardirektantriebensowie moderne Roboter genutzt wer-den. Für die Strahlfokussierung wer-den neben kommerziellen Bearbei-tungsoptiken auch Sonderlösungenund Eigenentwicklungen, wie z. B.Scannersyteme für die Remote-Bear-beitung eingesetzt. Wir bieten an:- Technologie- und Systementwick-

lung, -erprobung und -optimierung,- Vergleichstests, - Machbarkeitstests mit Muster-

fertigung.

Laserstrahlschneiden mit Faserlasern Scanneroptik für Faserlaser HF-SAO1.06(2D)

Systemtechnik, Fertigungstechnik

Neue oder weiterentwickelte Techno-logien der Lasermaterialbearbeitungsowie die optimale technische undwirtschaftliche Nutzung des Leistungs-vermögens und der Qualität neuartigerLaserstrahlquellen erfordern oft denEinsatz neuartiger Systemtechnik bzw.systemtechnischer Komponenten fürdie Umsetzung am konkreten Bauteil.Ist diese Systemtechnik noch nichtkommerziell verfügbar, bieten wir dieEntwicklung, Erprobung und denDemonstrations- oder Prototypaufbausolcher Lösungen an, z. B. für:- Bearbeitungsoptiken mit erweiterter

Funktionalität, wie Hochgeschwin-digkeits- und / oder Präzisions-Strahl-ablenkung für die Remote-Bearbei-tung,

- Steuerungstechnik und CAD / CAM-Tools für die Remote- und »on thefly«-Bearbeitung,

- Systemtechnik und Software für dieonline-Prozesskontrolle bzw. -überwachung bis hin zur Prozess-regelung.

Dr. Lothar MorgenthalGruppenleiter Systemtechnik (Tel. 2583 322,[email protected])



Scanneroptiken für die Laserbearbeitung mit Faserlasern

Aufgabenstellung

Laser bieten durch die hohe Leistungs-bzw. Energiedichte ideale Vorausset-zungen für hohe Bearbeitungsge-schwindigkeiten bzw. kleine Teiletakt-zeiten. Dafür wird, nicht nur bei kom-plizierten Bearbeitungskonturen,zunehmend erfolgreich die Remote-Technik eingesetzt. Kernstück jedesRemote-Systems ist eine Strahlablenk-oder Scanneroptik, die eine nahezuträgheitslose präzise Strahlbewegungauf dem Bauteil realisiert. Wünschens-wert sind Scanneroptiken, die bei guter Fokussierung des Laserstrahlesein möglichst großes Arbeitsfeld bie-ten. Das gelang bisher nur mit CO2-Lasern, die für Leistungen im Kilo-wattbereich einen nahezu beugungs-begrenzten, d. h. bestmöglich fokus-sierbaren Laserstrahl liefern. Allerdingsist deren Strahlung nicht mit Lichtleit-fasern übertragbar.

Flexible Remote-Systeme für 3D-Kon-turen, die »on the fly« bearbeitet wer-den sollen, sind kostengünstig mitRobotertechnik aufbaubar. Dafür istallerdings fasergeführte Laserstrahlungerforderlich.

Lösungsweg

Der Vorteil der fasergeführten Strah-lung von Festkörperlasern wurde in derVergangenheit u. a. durch die geringeStrahlqualität eingeschränkt. In Verbin-dung mit den bei höheren Leistungenerforderlichen großen Faserdurchmes-sern führte das zu Begrenzungen hin-sichtlich kleiner Fokusdurchmesser beigrößeren Brennweiten (Arbeitsabstän-den).

Für Untersuchungen und Entwicklun-gen zur Remote-Bearbeitung setzt dasFraunhofer IWS gegenwärtig moderneFaserlaser ein mit 1 kW Grundmode (SPP < 0,4 mm mrad) und 4 kW Multi-mode (SPP < 2,5 mm mrad).

Ergebnisse

Für die Remote-Bearbeitung mit Faser-lasern wurden im Fraunhofer IWS flexi-bel einsetzbare Scanneroptiken entwi-ckelt und erprobt. Eine Auslegungsva-riante zielt auf große, direkt mit demScanner erreichbare Arbeitsfelder bzw.-räume. Je nach prozesstechnischgeforderter Strahlabbildung sind dasbeispielsweise ca. 0,5 × 0,5 m2 oder 1 × 1 m2 (Abb. 1).

In einer anderen Auslegung wurdenScanneroptiken entwickelt, mit der kri-tische Prozesse günstig beeinflusstwerden können. Dabei wird der Vor-schubbewegung beim Bearbeiten einehochfrequente Strahlbewegung über-lagert. So wurden Scannfrequenzenvon bis zu 1 500 Hz realisiert.

Mit diesen auf Hochleistungsfaserlaserzugeschnittenen Scannerentwicklun-gen können wichtige Vorteile desFaserlasers wie:- flexible Faserführung vom Laser bis

zur Bearbeitungsoptik, - hoher Absorptionsgrad der Strah-

lung bei metallischen Werkstoffen,- hoher elektrischer Wirkungsgrad, - kompakte Bauweise und Mobilitätauch für die vorteilhafte Remote-Bearbeitung genutzt werden.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Annett KlotzbachTel.: 0351 / 2583 235

[email protected]

Abb. 1: Großfeldscanner SAO1.06 FL

Abb. 2: Typisches Bauteil für die 3D-Remote-Bearbeitung



Aufgabenstellung

Faserlaser als moderne Variante desFestkörperlasers bieten die vorteilhafteKombination hoher Strahlleistung mithöchster Strahlqualität.

Wichtige Vorteile des Faserlasers wie - Schärfentiefe und Fokussierbarkeit,- hoher Absorptionsgrad in metalli-

schen Werkstoffen,- Möglichkeit der Faserzuführung, - hoher elektrischer Wirkungsgrad, - kompakte Bauweise und Mobilität sind für das Schneiden von beson-derem Interesse.

Neue Möglichkeiten beim Laserstrahlschneiden mit Faserlasern

Ergebnisse

Für metallische Werkstoffe (rostfreierStahl, Baustahl, Aluminiumlegierun-gen) ist der Faserlaser im Bereichgeringer und mittlerer Materialdicken(< 5 mm) dem CO2-Laser hinsichtlichSchneidleistung bei gleicher Schnitt-qualität deutlich überlegen (Abb. 1).So konnte mit dem Faserlaser rund diedoppelte Schneidgeschwindigkeit beivergleichbarer Laserleistung erreichtwerden. Wenn andererseits die ein-setzbare Schneidgeschwindigkeit imKonturschnitt durch das Handling-system begrenzt wird, kann anstelleeines CO2-Lasers ein Faserlaser gerin-gerer Leistung verwendet werden. Beispielsweise erreicht man mit dem1 kW Faserlaser YLR 1000 SM etwadie gleichen Schneidgeschwindigkeitenwie mit einem 3 kW-CO2-Laser.

Hinsichtlich der Schneidqualität (Rau-heit, Grathöhe) erreicht der Faserlaserdabei das hohe Qualitätsniveau derCO2-Laserschnitte (Abb. 2). Eine Aus-nahme ist zur Zeitnoch der Schnittvon rostfreiemStahl mit mehr als5 mm Material-dicke, mit etwasgrößerer Rauheitund Grathöhe alsbeim CO2-Laser-schnitt.

Mit exzellenterSchneidleistungund -qualität so-wie hoher Effizienz sind Faserlaser fürdas Laserstahlschneiden metallischerMaterialien mehr als eine Alternativezum bisher favorisierten CO2-Laser.

Lösungsweg

Für Untersuchungen und Entwick-lungen zum Laserstrahlschneiden ver-fügt das Fraunhofer IWS gegenwärtigüber drei Faserlaser:- 400 W polarisiert,

SPP < 0,4 mm mrad,- 1 kW Grundmode,

SPP < 0,4 mm mrad - 4 kW Multimode,

SPP < 2,5 mm mrad.

Alle drei Laser können wahlfrei mitunterschiedlicher, am IWS vorhandener2D- und 3D-Handlingstechnik (Portale,Roboter) mit leistungsfähiger Steue-rungs- und Antriebstechnik kombiniertwerden. Für das Hochdruckschneideneinsetzbare Bearbeitungsoptikenunterschiedlicher Brennweiten mitAbstandssensorik ermöglichen eineweite Variation von Prozessparame-tern. Mit modernen CAD/CAM-Toolskönnen schnell und wirtschaftlich auchumfangreiche Programme zum Schnei-den komplexer Konturen für beliebigeBauteile erzeugt werden.

Abb. 2: Oberflächentopographie der Schnitt-fläche von 3 mm dickem Edelstahlband

Abb. 1: Schneiden von Edelstahl 1.4301,Schneidgas N2

Ansprechpartner

Dr. Thomas HimmerTel.: 0351 / 2583 [email protected]


Mikroperforation für hochfeste Keramik-Metall-Fügeverbindungen

Aufgabenstellung

Zukünftig soll für hoch belastete Bau-teile der Raumfahrttechnik eine C/SiC-Keramik eingesetzt werden. Das erfor-dert auch die Beherrschung der Ver-bindungstechnik zwischen den kerami-schen Komponenten und den übrigenmetallischen Baugruppen. Dafür war indie Oberfläche der C/SiC-Keramik imBereich der Fügezonen eine Mikro-perforation einzubringen, die in an-schließenden Arbeitsschritten mitMetall aufgefüllt und mit den metalli-schen Komponenten verbunden wur-de. Die Aufgabe des IWS bestand inder Entwicklung einer Technologie zurdefinierten Einbringung der Mikro-perforation und in der Optimierungihrer Parameter zur Erzielung höchsterVerbindungsfestigkeiten.

Ergebnisse

Die entwickelte Lasertechnologie er-möglicht das flexible Einbringen ver-schiedener Lochgeometrien und -anordnungen in den Verbundwerk-stoff, ohne dessen Festigkeit negativzu beeinflussen. Dadurch ist es mög-lich, die Mikroperforation so zu opti-mieren, dass mit Löchern, deren Breiteim Bereich von 0,6 - 0,8 mm liegt undderen Tiefe von 0,7 - 1,1 mm reicht,höchste Festigkeitswerte der Verbin-dung Metall-Keramik erzielt wurden.

Das Verfahren findet derzeit Anwen-dung bei der Perforation von Demon-stratoren und Produktionsmustern. InAbb. 3 sind beispielhaft derartige Bau-teile dargestellt, die sowohl stirnseitigals auch auf dem Umfang mit einerMikroperforation versehen wurden.Die auf Grundlage der Lasermikro-perforation erzeugten Metall-Keramik-Verbindungen weisen Festigkeiten auf,die dreifach höher sind, als die desGrundwerkstoffes. Dies führt im Versa-gensfall stets zum Bruch im kerami-schen Grundwerkstoff und nicht in derVerbindungszone. Durch definierteVariation der Perforation ist die Festig-keit der Fügeverbindung einstellbar.

Lösungsweg

Die Perforation besteht aus einer defi-nierten Anordnung von lasergebohrtenLöchern mit vorgegebener Außenkon-tur und Tiefe (Abb. 1). Diese Löcherwurden durch Verdampfen der C/SiC-Keramik mit dem fokussierten Strahleiner gütegeschalteten Festkörperlaser-strahlquelle erzeugt. Bei geeignetenProzessparametern konnten sowohldie SiC-Matrix als auch die Kohlen-stofffasern durch den kurzgepulstenLaserstrahl überwiegend verdampftwerden und dies weitgehend ohnethermische Schädigung der umliegen-den Materialbereiche. Die geforderteLochgeometrie wurde durch gezielteBewegung des fokussierten Laser-strahls mit einer Scanneroptik ein-gestellt. Mehrfaches Abfahren derKontur ermöglichte die Einstellungunterschiedlicher Perforationstiefen(Abb. 2).

Abb. 2: Lasermikroperforationsprozess an einemProduktionsmuster


Abb. 1: Detailaufnahme einer Oberfläche mitMikroperforation

Abb. 3: Produktionsmuster mit Umfangs- undStirnseitenperforation (Düsenlänge ca.70 cm)

Die Optimierung der Mikroperforationerfolgte an Hand von Festigkeitsunter-suchungen an der damit erzeugtenMetall-Keramik-Verbindung, wofürproblemangepasste Prüftechniken undPrüfkörper entwickelt wurden.

Ansprechpartner

Dr. Jan HauptmannTel.: 0351 / 2583 236

[email protected]

1 mm



Aufgabenstellung

Die Realisierung sehr sensitiver Lab-on-a-Chip-Systeme setzt hoch optimierteMikrofluidiksysteme voraus. Ziel ist dieEntwicklung anwendungsspezifischerMikrofluidiksysteme zum Nachweisvon Protein- und DNA-Interaktionenauf Basis der Oberflächenplasmonen-resonanz (SPR). Im Gegensatz zu denrunden Messflächen etablierter Fluo-reszenzarrays zeichnen sich diesedurch streifenförmige Messflächen miteinem Aspektverhältnis größer 10 aus.Die Aufgabe besteht darin, die Mikro-fluidik so zu gestalten, dass die maxi-mal mögliche Zahl der in der Lösungenthaltenen Liganden zu den auf denMessflächen immobilisierten Rezepto-ren gelangt und dort interagierenkann.

Mikrofluidik für SPR-basierte Lab-on-a-Chip-Systeme

Ergebnisse

Mit dem entwickelten Simulationssys-tem war es möglich, die für das amIWS etablierte, SPR-basierte Lab-on-a-Chip-System zumNachweis von Protein-und DNA-Interaktio-nen zu verbessern.Durch Realisierungeines mäanderförmi-gen Strömungsprofilskonnte die Zahl derinteragierenden Ligan-den bei gleichemVolumenstrom ummehr als den Faktor10 erhöht werden.

Aufbauend auf diesen Erkenntnissenkonnten weitere anwendungsspezifi-sche Mikrofluidiksysteme entwickeltund im Fraunhofer IWS erfolgreichgetestet werden. Generell eröffnet dasneu entwickelte Simulationssystem dieMöglichkeit, Mikrofluidiksysteme fürLab-on-a-Chip-Anwendungen durchAbschätzung der Anzahl der interagie-renden Liganden für verschiedeneRandbedingungen zu optimieren.

Lösungsweg

Für die Optimierung wurde ein Simula-tionssystem entwickelt, mit dem fürbeliebige Mikrofluidikgeometrien,Messflächenanordnungen und fluidi-sche Randbedingungen die Zahl derinteragierenden Liganden abgeschätztwerden kann. Ausgangspunkt derSimulation ist ein dreidimensionalesModell des Mikrofluidiksystems (Abb. 1). Die Berechnung von Tempe-ratur- und Geschwindigkeitsfelderfolgt mit Standard-CFD-Software.Nach der CFD-Rechnung werden dieErgebnisse durch eine benutzerdefi-nierte Funktion exportiert und könnenmit einer Konvertierungs- und Visuali-sierungssoftware dargestellt und mitzusätzlichen Parametern erweitert wer-den. Variierbar sind beispielsweisePosition und Abmaße der Messflächenoder Diffusionskonstanten. Im An-schluss werden mit der am IWS ent-wickelten Simulationssoftware Anzahlund Verteilung der interagierendenLiganden sowie die daraus resultieren-den Messsignale für die einzelnenMessflächen berechnet.

Abb. 2: Erzeugung eines mäanderförmigen Strö-mungsprofils durch Integration definier-ter Strömungswiderstände

Zur Erhöhung der Anzahl der inter-agierenden Liganden innerhalb desSPR-basierten Lab-on-a-Chipsystemsmuss die Verweilzeit der Flüssigkeitüber den Messflächen erhöht und dasStrömungsprofil angepasst werden.Dies gelingt, wie in Abb. 2 dargestellt,durch Erzeugung eines mäanderförmi-gen Strömungsprofils über die Integra-tion definierter Strömungswiderstände.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Frank SonntagTel.: 0351 / 2583 [email protected]

Abb. 1: Simulation des Konzentrationsverlaufs in einem Mikrofluidik-system


3D-Bioplotter für medizintechnische Materialien

Aufgabenstellung

Zur Kultivierung von Zellen in einemBioreaktor werden Scaffoldsgebraucht, die eine große Oberflächefür die Zellbesiedlung bieten. Ideal sinddreidimensionale Gitter mit einer offe-nen Porenstruktur, damit eine guteDurchströmbarkeit mit dem Kulturme-dium zur optimalen Versorgung derZellen gewährleistet werden kann. Dasverwendete Material soll bestmöglicheBedingungen für die Kultivierung vielerZellarten bieten.

Eine weitere, häufig anzutreffendeAufgabe ist das Anbringen von Elek-troden auf polymeren, medizintechni-schen Einwegartikeln zur Herstellungvon Sensoren. Mit solchen Sensorenkönnen Messungen in Körperhöhlendurchgeführt werden. Beispielsweisekann die Stimulation der Nervenbah-nen während einer Operation kontrol-liert werden.

Ergebnisse

Mit Hilfe des 3D-Plott- und Dosiersys-tems wurden Kollagen-Scaffolds inForm einer Gitterstruktur geplottet(Abb. 2). Das verwendete natürlicheHautprotein Kollagen als Material fürdie Scaffolds bietet optimale Bedin-gungen für die Kultivierung vieler Zell-arten. Damit Kollagen plottbar ist, wirdes zu einer Paste auf Wasserbasis ver-arbeitet, die einen Trockensubstanzge-halt von ca. 5% besitzt. Durch an-schließende Vernetzung mit Glutaral-dehyd wurden die Scaffolds stabilisiert,so dass sie sowohl in getrocknetemZustand als auch in Flüssigkeiten gela-gert werden können. Die so erzeugtenScaffolds erfüllen die Forderung nachgroßer Oberfläche und offener Poren-struktur in hervorragender Weise.

Für die Herstellung der Sensoren muss-ten die zu plottenden Elektroden, wiedie medizintechnischen Artikel selbst,aus einem elastischen Material beste-hen. Als Elektrodenmaterial wurdedeshalb leitfähiges Silikon ausgewählt,welches aufgrund seiner hohen Visko-sität sehr gut dosier- und plottbar ist.Die vorgegebenen Elektrodengeome-trien der Sensoren wurden durch Plot-ten verschieden starker Stränge ausdem leitfähigen Silikon realisiert. Durchgezielte Parameterwahl beim Plottenund geeignetes Aushärten des Silikonskonnte eine sehr gute Haftung derElektroden auf dem Substratmaterialerreicht werden (Abb. 3).

Lösungsweg

Für die Lösung derartiger Aufgabenbieten sich generativeVerfahren, wie dasam IWS etablierte3D-Plott-und Dosier-system (Bioplotter,Abb. 1) an. Das 3D-Plotten ist eineDosiertechnik zumschichtweisen AufbaudreidimensionalerObjekte. Dabei wirdfließfähiges Material

mittels Überdruck durch eine dünneKanüle gepresst, währenddessen dieseKanüle eine dreidimensionale Bewe-gung ausführt. Größe und Form dergeplotteten Strukturen werden durchParameter wie Kanülendurchmesser,Strangabstand und Verfahrgeschwin-digkeiten bestimmt.

Abb. 2: Scaffold aus Kollagenpaste, vernetzt mitGlutaraldehyd


Abb. 1: Dosier- und Plottgerät zum Aufbau von3D-Scaffolds

Die zu plottenden Materialien müssenverschiedenen Anforderungen gerecht werden: Sie sollen gut dosierbar sein, dürfen während des Prozesses nichtwesentlich quellen oder schrumpfenund die einzelnen Schichten müssensich gut miteinander verbinden.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Annegret BenkeTel.: 0351 / 2583 436

[email protected]

1 mm

Abb. 3: Geplottete Elektrode aus leitfähigem Silikon (schwarz) aufeinem Polymersubstrat (hell)

1 cm


Aufgabenstellung

Ein argentinisch-deutsches Team vonArchäologen, Ägyptologen undRestauratoren erforscht gegenwärtigdie Grabkammer des Neferhotep. Vorüber 3300 Jahren war er als Aufseherfür die Überwachung der Güter desGottes Amun verantwortlich. Als ein-flussreicher Untergebener des Pharaoerrichtete er sich eine reich verzierteGrabkammer.

Das Grab befindet sich im Gebiet zwi-schen dem Tal der Könige und demTal der Königinnen in der Nähe vonLuxor. In seiner wechselvollenGeschichte ist die Grabkammer u. a.durch die Nutzung als Wohnraum undStallung stark beschädigt worden.Große Teile der historisch wertvollenDarstellungen sind durch dicke Ruß-und Schmutzschichten verdeckt. Des-halb haben sich Kölner Restauratorendes Neferhotep e.V die Restaurierungund Konservierung der Grabkammerzur Aufgabe gemacht. Ein Schwer-punkt ist dabei die Reinigung der fra-gilen Wandmalereien und Reliefs (Abb. 1).

Einsatz eines Faserlasers zum Reinigen von Wandmalerei und gefassten Kalksteinoberflächen in einer altägyptischen Grabkammer

Ergebnisse

In der Grabkammer wurden Laserreini-gungsexperimente auf verschiedenenUntergründen durchgeführt. Dabeikonnte festgestellt werden, dass auchmittels Faserlaser bei verschiedenenOberflächen eine selektive Arbeitswei-se möglich ist, wenn geeignete Para-meter des Strahles und der Strahl-führung zur Wirkung kommen. Unum-gänglich sind in jedem Fall Vorversu-che und eine vorherige, sehr sorgfälti-ge Beprobung der zu reinigendenFlächen, um solche Parameterfensterzu finden. Die Ausführung und Bewer-tung der Reinigung am Objekt ist stetsvon geschulten Restauratoren durchzu-führen.

Die gemeinsam mit den Kölner Restau-ratoren im Februar diesen Jahresdurchgeführten Arbeiten sind auch da-hingehend als Pionierarbeit zu werten,dass erfolgreich ein im restaurato-rischen Bereich bisher nicht genutzterLasertyp eingesetzt wurde. Typisch, vordem Hintergrund einer schädigungs-freien Reinigung, war bisher die Arbeitmit weniger mobilen und nicht soeffektiven blitzlampengepumpten Q-switch-Lasersystemen (Pulsdauerweniger als 10 ns).

Lösungsweg

Da es kein Universalreinigungsverfah-ren gibt, das in gleicher Weise effektivund schädigungsfrei arbeitet, solltenim Rahmen des von der Gerda HenkelStiftung geförderten Forschungspro-jektes: »Wiederlesbarmachungaltägyptischer Darstellungen zu ihrerInterpretation« Verfahren gefundenwerden, die Malereien und Reliefs zer-störungsfrei zu reinigen. Dabei solltenneben den konventionellen, chemi-schen und mechanischen Methodender Restauratoren, wie z. B. das Arbei-ten mit Kompressen, auch moderneReinigungstechnik wie der Reinigungs-laser zum Einsatz kommen.

Abb. 2: Restauratoren bei Laserreinigungs-experimenten in der Grabkammer

Der Lasereinsatz in unwegsamen Ge-biet stellte neben technologischen An-forderungen auch Anforderungen andie Mobilität und Robustheit der zuverwendenden Geräte. Zusammen mitden Restauratoren wurde deshalb fürdie Tests ein mit Batterien betriebenerFaserlaser ausgewählt (Fa. Clean-Laser-systeme). Vom Laser in einem Back-Pack wird die Strahlung in einer Faserzum Handstück mit dem 1D-Scannerübertragen (Abb. 2).

Abb. 1: Innenansicht der Grabkammer desNeferhotep in Theben

Ansprechpartner

Dr. Michael PanznerTel.: 0351 / 2583 [email protected]


Projektleitung und Informationen zumProjekt

Neferhotep e.V., www.neferhotep.de


Redaktion: Das abgelaufene Jahr warvon einigen personellen Veränderun-gen in Ihrer Abteilung geprägt. Wiesehen Sie als neuer Abteilungsleiter diestrategische Ausrichtung für dieZukunft Ihrer Abteilung?

Dr. Stehr: Aus gesundheitlichen Grün-den hat unser bisheriger Abteilungslei-ter, Herr Dr. Nowotny, die Entschei-dung getroffen, sich auf ein Fachge-biet der Abteilung, das Auftragschwei-ßen, zu konzentrieren. Er leitet nun diediesbezügliche Gruppe und bleibt unsso als leistungsstarker Erfahrungsträgererhalten. Zudem wechselte unserelangjährige Gruppenleiterin Frau Dr. Techel in die Verwaltungsleitungdes IWS.

Die strategische Ausrichtung unsererAbteilung lässt sich mit folgendenStichpunkten umreißen:1. maßgeschneiderte, multifunktionale

Eigenschaftsprofile thermischerBeschichtungen,

2. nanostrukturierte Beschichtungs-werkstoffe und Schichtsysteme,

3. neuartige Systemtechnik mit voll-ständiger Systemintegration,

4. neue Applikationsgebiete für diethermischen Beschichtungen.

Redaktion: Mit dieser Aufzählungmachen Sie uns sehr neugierig. DürfenSie uns Details nennen?

Dr. Stehr: Für jeden Punkt nur ein kur-zes Beispiel: Gezielt die elektrischeLeitfähigkeit mit den erforderlichenmechanischen Eigenschaften oxidkera-mischer Beschichtungen zu kombinie-ren, ist ein Ziel unserer Aktivitäten inder Thermischen Spritztechnik. Im neugegründeten Cluster »nano for pro-duktion« wird sich unsere Abteilungmit werkstoffübergreifender Nano-technologie einbringen. Um komplexe3D-Applikationen mit dem Laser rich-tungsunabhängig beschichten zu kön-nen, werden nicht nur pulverförmige,

sondern auch drahtförmige Beschich-tungswerkstoffe genutzt. Dazu ent-wickeln wir spezielle Strahlteileroptikengemeinsam mit unseren Partnern ausder Industrie.

Im Bereich Laserauftragsschweißen istes uns zudem im abgelaufenen Jahrgelungen, fünf umfangreiche Indus-trieüberführungen in Spanien, Polen,Deutschland und Italien zu realisieren.Dabei entwickeln wir für unsere Kun-den nicht nur die dazugehörigeSystemtechnik, sondern sorgen füreine vollständige Systemintegration indie industrielle Fertigungsumgebung.Diesen Erfolgskurs werden wir auch imfolgenden Jahr weiter fortsetzen.

Neue Applikationsgebiete für thermi-sche Beschichtungen erarbeiten wirzum einen aus der Entwicklung vonSchichtsystemen für hohe Punkt- undLinienlasten. Damit rücken Motorkom-ponenten wie z. B. die innenhoch-druckumgeformten Nockenwellen inunseren Fokus, die bisher nicht ther-misch beschichtet werden können.Zum anderen akquirieren wir neueApplikationsgebiete aus der Möglich-keit, Auftragschweißungen mit bishernicht möglicher Präzision erzeugen zukönnen. Das funktioniert z. B. mit Hilfeder neuen Faserlasersysteme.

Redaktion: Sie würden also demFaserlaser als Energiequelle die höchstePriorität einräumen?

Dr. Stehr: Ohne Zweifel wird derFaserlaser für die thermische Beschich-tungstechnologie eine wichtige Ener-giequelle werden, vor allem beiAnwendungen mit sehr hoher Präzi-sion und / oder erschwerter Zugäng-lichkeit. Parallel dazu wird sich sicher-lich auch der Hochleistungsdiodenlaserals »Arbeitspferd« in der Beschich-tungstechnik weiter etablieren können.Bewährte Laserquellen wie z. B. Fest-körperlaser werden aber auch nocheinige Zeit aufgrund des Verbreitungs-grades ihre Existenzberechtigunghaben.

Wir haben uns immer wiederneu erfunden.

Lothar Späth

Forschungs- und Entwicklungsangebot: Thermische Beschichtungsverfahren


Dr. Steffen NowotnyAbteilungsleiter bis 31. Mai 2006(Tel. 2583 241,[email protected])


Dr. Gunther C. StehrAbteilungsleiter ab 1. Juni 2006(Tel. 2583 003,[email protected])


1. Neue systemtechnische Entwick-lungen zum Laserstrahl-Auftrag-schweißen 52

2. HAMEC - Herstellung von ver-schleißmindernden Hartmetall-schichten und deren Endform-gebung mittels EC-Abtragen 53

3. Reib-/Gleitverschleiß von ther-misch gespritzten Hartmetall-schichten 54

4. Maßgeschneiderte oxidkera-mische Schichten am Beispiel Al2O3 / Cr2O3 55



Dr. Anja TechelGruppenleiterin Auftragschweißenbis 31. Juli 2006(Tel. 2583 255, [email protected])

Dr. Lutz-Michael BergerGruppenleiter Thermisches Spritzen(Tel. 2583 330, [email protected])

Reparatur von Gasturbinenschaufeln durch Auftragschweißen mit Hochleistungs-DiodenlaserPlasmaspritzen einer Welle

Verschleißschutz und funktionaleBeschichtungen

Zum Beschichten von Bauteilen ausStahl, Leichtmetallen oder anderenWerkstoffen mit Metallen, Hartmetallenund Keramik stehen im IWS das atmo-sphärische (APS) und Vakuum-Plasma-spritzen (VPS) sowie das Flamm- undHochgeschwindigkeits-Flammspritzen(HVOF) zur Verfügung. Die Hybridtech-nologie des laserunterstützen atmo-sphärischen Plasmaspritzens (LAAPS)ergänzt das Verfahrensspektrum.

In Kooperation mit weiteren Institutendes Fraunhofer-Institutszentrums inDresden umfaßt das Angebotsspek-trum: - Konzeption beanspruchungsgerech-

ter Schichtsysteme, - Entwicklung von vollständigen

Beschichtungslösungen vom Werk-stoff bis zum beschichteten Bauteil,

- Entwicklung und Fertigung vonsystemtechnischen Komponenten,

- Mitwirkung bei der Systemintegration,- Unterstützung des Anwenders bei

der Technologieeinführung.

Reparieren und Generieren

Zur Reparatur und Beschichtung von Bauteilen, Formen und Werkzeugen stehendas Laserstrahl- und Plasma-Pulver-Auftragschweißen sowie Hybridtechnologienin der Kombination von Laser, Plasma und Induktion zur Verfügung. Durch Auf-tragen, Legieren oder Dispergieren von Metalllegierungen, Hartstoffen und Kera-mik können dichte Schichten und 3D-Strukturen erzeugt werden. Für alle Tech-nologien ist die geschlossene Prozesskette von der Digitalisierung und Datenauf-bereitung bis zur Endbearbeitung nutzbar. Für diese Anwendungsfelder bietenwir an: - schnelle und flexible Bauteil-Digitalisierung und Datenbearbeitung, - präzise Reparatur und Beschichtung von Bauteilen und Werkzeugen, - Fertigung von metallischen und hartstoffhaltigen Mustern und Prototypen

direkt aus den CAD-Daten des Auftraggebers, - systemtechnische Komponenten und Unterstützung bei der Fertigungsein-

führung.

Dr. Steffen NowotnyGruppenleiter Auftragschweißen ab 1. August 2006(Tel. 2583 241,[email protected])



Aufgabenstellung

Die Bearbeitungsköpfe aus der IWS-COAXn-Familie haben mit einer Viel-zahl von Anwendungen zur Einfüh-rung des Laserstrahl-Auftrag-schweißens in die industrielle Ferti-gung beigetragen. In dem Maße, wiesich das Verfahren weltweit in der Pro-duktion etabliert, wachsen die Anfor-derungen an die Leistungsfähigkeit dersystemtechnischen Komponenten.

So bestehen Zielstellungen aktuellerProjekte darin, das Laserverfahrenauch für komplexe 3D-Applikationenund in Schweißpositionen mit er-schwerter Zugänglichkeit einzusetzen.Besondere technologische Herausfor-derungen ergeben sich hierbei ausdem Bedarf, alternativ zu Pulvern auchDrähte richtungsunabhängig für Kon-turschweißungen zuführen zu können.

Neue systemtechnische Entwicklungen zum Laserstrahl-Auftragschweißen

Lösungsweg

Zum Präzisions-Auftragschweißen mitPulvern sind zwei neue Varianten derKoaxial-Pulverdüsen entwickelt wor-den. Eine segmentierte Pulverdüse solleinen stabilen Pulverstrom auch inschräger bis horizontaler Düsenposi-tion gewährleisten. Für schwer erreich-bare Stellen am Bauteil und höchsteGenauigkeiten ist schließlich eine ver-kleinerte Koaxial-Pulverdüse speziellzum Auftragschweißen mit Faserlasernentstanden. Für eine stabile und vonder Schweißrichtung unabhängigeDrahtzufuhr wird im Rahmen einesBMBF-Verbundvorhabens ein neuesfertigungstechnisches Konzept reali-siert. Es sieht vor, den Draht zentrischim Inneren des Laserstrahls zuzu-führen.

Teile der hier vorgestellten Arbeiten wurden mitMitteln des Bundesministeriums für Bildung undForschung (BMBF) innerhalb des Rahmenkon-zepts »Forschung für die Produktion von mor-gen« durchgeführt und vom Projektträger For-schungszentrum Karlsruhe, Bereich Produktionund Fertigungstechnologien, Außenstelle Dres-den, betreut.

Ergebnisse

Im Rahmen des Verbundprojekts FLEXILAS sind die Grundlagen desneuen Konzepts »Werkstoff-im-Ring-strahl« erarbeitet worden. Mittels einerin Zusammenarbeit mit der Industrieentwickelten Strahlteileroptik wird derLaserstrahl in Teilstrahlen aufgeteilt, inderen Mittelachse eine vertikale Draht-düse angeordnet ist (Abb. 1). DerDraht wird auf diese Weise zentraldem aus den Teilfoki gebildetenBrennfleck zugeführt und schmilzt dortauf. Als neue Qualität für das Laser-strahl-Auftragschweißen ergibt sichdaraus erstmals die Möglichkeit, auchDrähte richtungsunabhängig zu Kon-turspuren und 3D-Strukturen verarbei-ten zu können.

Es wurde eine Variante der Koaxial-pulverdüsen in Form des Typs COAX 9speziell für Faserlaserapplikationen ent-wickelt. Die Düse zeichnet sich durcheine verkleinerte Bauform mit verbes-serter Zugänglichkeit sowie einen klei-neren Pulverfokus aus. In einem be-sonders stabilen Schweißprozeß wirddas Material mit höchster Präzision ineiner lateralen Auflösung von 200 µmaufgetragen. Der in Abb. 2 gezeigteBearbeitungskopf vom Typ COAX12basiert auf dem bekannten Prinzip derkoaxialen Pulverzufuhr. Durch eineSegmentierung der Pulververteilung imInneren der Düse und die Aufspaltungin 4 separate Pulverströme wird diePulverzufuhr jedoch weitgehend unab-hängig vom Schwerkrafteinfluß. Damitsind Auftragschweißungen in verschie-densten Düsenpositionen mit CNC-Anlagen und in Robotersystemenmöglich. Ein Anwendungsbeispiel istdie Reparatur von senkrecht stehendenFlächen in Gasturbinenbaugruppen,ohne die entsprechenden Funktions-bauteile demontieren zu müssen.

Abb. 1: Strahlteiler-Bearbeitungskopf zum Auftragschweißen mit zentrischer Drahtzufuhr

Abb. 2: Segmentierte Pulverdüse zum Auftrag-schweißen in Zwangslagen

Ansprechpartner

Dr. Steffen NowotnyTel.: 0351 / 2583 241

[email protected]



Abb. 1: Mikrostruktur von agglomerierten undgesinterten TiC-Basiswerkstoffen vor(links) und nach dem Legieren mitMolybdän und Stickstoff (rechts)

Abb. 2: (Ti,Mo)(C,N)-Ni(Co) auf Werkzeugstahl(1.2367)

Aufgabenstellung

Werkzeuge für die Warmumformungunterliegen einer enormen Verschleiß-beanspruchung. Deshalb sollen dieFunktionsflächen an Werkzeugen fürdie Warmumformung mit hochwarm-festen, hartmetallähnlichen Verschleiß-schutzschichten beschichtet werden.Im Rahmen des VerbundprojektesHAMEC wird ein neues, speziell zurVerbesserung der Warmverschleißbe-ständigkeit mit Molybdän legiertesTitankarbidpulver mittels Laser- undPlasma-Pulver-Auftragschweißen alsverschleiß- und korrosionsbeständigeSchicht auf ein kostengünstiges Stahl-substrat aufgebracht. Ziel ist die Er-zeugung hartmetallähnlicher Schichtenmit variierbarer Härte und Zähigkeit.Dabei ist es Aufgabe des FraunhoferIWS, durch Auftragschweißen vonlegiertem Titankarbidpulver 3D-Struk-turen mit einem hohen Anteil angleichmäßig verteilten feinkörnigenKarbiden und hoher Endkonturnäheentstehen zu lassen.

In enger Kooperation mit industriellenPartnern wird als Alternative zur spa-nenden Nachbearbeitung der Schich-ten die Endkontur durch großflächigeselektrochemisches Senken erzeugt unddas Verhalten bei thermomechanischerBeanspruchung charakterisiert. Damitwird das Werkstoffsystem ganzheitlichfür den industriellen Einsatz im Bereichder Warmumformwerkzeuge qualifi-ziert.

HAMEC - Herstellung von verschleißmindernden Hartmetall-schichten und deren Endformgebung mittels EC-Abtragen

Lösungsweg

Titancarbid ist als Hartmetallwerkstoffweitgehend bekannt. Wird Titankarbidzusätzlich mit Molybdän und Stickstofflegiert, entsteht ein sehr feinkörnigerHartstoff vom Typ Titan-Molybdän-Carbonitrid (Ti,Mo)(C,N) mit Hülle-Kern-Struktur (Abb. 1), welcher einegute Benetzung zum metallischen Bin-der aufweist.

Ergebnisse

Die Auftragschweißungen wurden mit(Ti,Mo)(C,N)-Pulver bei einem für dasAuftragschweißen sehr geringen Bin-deranteil von 28 % Nickel oder Kobaltdurchgeführt. Nach einer umfassendenOptimierung der Beschichtungspara-meter gelang es, die Schichten trotzdes geringen Binderanteiles rissfreiaufzubringen. Dabei konnte eine guteAnbindung an das Substrat sowie einegleichmäßige Verteilung von feinkörni-gen Karbiden erzielt werden (Abb. 2).Die Partikelgröße der Hartstoffphase inder Schicht ist fast immer kleiner als5 µm. Die Schichthärten von Auftrag-schweißungen mit diesem Werkstoffbetrugen bis zu 1500 HV0,3.

Zur Bauteilbeschichtung kommt amIWS die speziell für das Laser-Pulver-Auftragschweißen optimierte CAM-Lösung DCAM5 zum Einsatz (Abb. 3).Auf Basis entsprechender CAD-Datenwerden mittels verschiedenster Auf-tragsstrategien die Beschichtungsbah-nen berechnet und für die einzuset-zenden CNC-Maschinen bzw. Roboterals Bearbeitungsprogramm ausge-geben.

Zur Erzeugung hartmetallähnlicherSchichten wird (Ti,Mo)(C,N) zusammenmit einem metallischen Binder, z. B.Nickel oder Kobalt, auf Substrat ausWerkzeug- und niedrig legiertem Stahlaufgeschweißt. Dabei bilden sich inder geschweißten Schicht sehr fein-körnige globulare, in einer metalli-schen Matrix eingebettete Hartstoff-partikel. Um ein optimales Verhältniszwischen Zähigkeit und Härte zu errei-chen, kann der Binderanteil währenddes Schweißprozesses variiert werden.Weiterhin werden Vorwärmtempera-tur, Strahldurchmesser, Vorschub undLaserleistung so optimiert, dass dieAbweichung von der Endkontur ma-ximal 0,3 mm beträgt.

Ansprechpartner

Dr. Gunther C. StehrTel.: 0351 / 2583 [email protected]

Abb. 3: Bahnsimulation mit DCAM5

1 mm

5 µm 5 µm



Aufgabenstellung

Hartmetallspritzschichten finden in denunterschiedlichsten Industriebereichenihre Anwendung. Häufig fehlen syste-matische Studien des Verhaltens derSchichten unter verschiedenen Einsatz-bedingungen.

Im Rahmen eines von der Stiftung In-dustrieforschung geförderten Projekteswurden verschiedene kommerzielle(WC-Co, WC-CoCr, WC-(W,Cr)2C-Ni,Cr3C2-NiCr) und experimentelle HVOF-gespritzte Hartmetallschichten[(Ti,Mo)(C,N)-Ni, (Ti,Mo)(C,N)-Co)] imungeschmierten Reib-/Gleitverschleißin Reibpaarungen mit gesintertemAl2O3 analysiert. Zusätzlich wurdenAPS-gespritzte Mo-NiCrBSi und Hart-chromschichten als Vergleichsschichtengetestet. Diese verschiedenen Schicht-zusammensetzungen wurden ge-finisht, ein Teil der Proben voroxidiertund bei Temperaturen bis zu 800 °Cuntersucht. Die ermittelten Daten die-nen als Grundlage für die Schichtaus-wahl bei verschiedenen Reib-/Gleitver-schleißanwendungen und bilden eineBasis für weitere systematische Unter-suchungen.

Reib-/Gleitverschleiß von thermisch gespritzten Hartmetallschichten

Abb. 2: REM-Aufnahme einer voroxidierten(Ti,Mo)(C,N)-Ni-Schicht im oberflächen-nahen Bereich außerhalb (oben) undinnerhalb (unten) der Verschleißspurnach dem Gleitverschleiß bei 800 °C /0,1 m s-1.

Lösungsweg

Die Verschleißuntersuchungen (nachDIN 50324 oder ASTM G-99) wurdenan der BAM (Bundesanstalt für Mate-rialforschung und -prüfung) an einemdort konzipierten und entwickeltenHochtemperaturtribometer durchge-führt. Als Gegenkörper wurde gesin-tertes Al2O3 ausgewählt, das auch beihohen Temperaturen chemisch inertund phasenstabil bleibt.

Ergebnisse

Alle Wolframkarbid als Hartstoff ent-haltenden Schichten weisen bei Raum-temperatur und den meisten Gleit-geschwindigkeiten einen Gesamtver-schleißkoeffizienten von weniger als10-6 mm3 / Nm auf. Insbesondere dieWC-(W,Cr)2C-Ni-Schichten zeigenGesamtverschleißkoeffizienten vonungefähr 10-6 mm3 / Nm bis ein-schließlich einer Temperatur von800 °C. Die Reibungszahlen dieserSchichten schwanken bei 800 °C um0,4.

Die (Ti,Mo)(C,N)-Ni-, die Ti,Mo)(C,N)-Co-sowie die Cr3C2-NiCr-Schichten zeigenbei 800 °C Reibungszahlen von deut-lich weniger als 0,4. Die Gesamtver-schleißkoeffizienten der (Ti,Mo)(C,N)-Ni-bzw. (Ti,Mo)(C,N)-Co-Schichten liegenbei 800 °C in einem Bereich von 10-5 bis 10-7 mm3 / Nm (Abb. 1), wo-bei ein dreilagiger Oxidschichtaufbaucharakteristisch ist (Abb. 2 oben). Nachdem Verschleißtest bei 800 °C und 0,1 m / s erreicht die Verschleißspurdie innere Oxidlage (Abb. 2 unten).

Abb. 1: Gesamte volumetrische Verschleißkoeffizienten von Hartmetallschichtenim ungeschmierten Gleitverschleiß bei23 °C, 400 °C, 800 °C

Ansprechpartner

Dr. Lutz-Michael BergerTel.: 0351 / 2583 330

[email protected]

Alle Versuche wurden mit einer Lastvon 10 N und bis zu vier unterschiedli-chen Gleitgeschwindigkeiten imBereich von 0,1 - 3 m / s bei einemVerschleißweg von 5000 m durchge-führt. Das Verschleißvolumen wurdeaus den Kalottenabmessungen undden Tastschnittprofilen errechnet. DieTests fanden bei Raumtemperatur,400 °C, 600 °C und 800 °C statt.Maßgebend für die obere Testtempe-ratur war die Oxidationsbeständigkeitder Schichten.

5 µm

5 µm



Abb. 3: Nanostrukturiertes Al2O3-Beschich-tungspulverteilchen

Abb. 1: TopGun® HVOF-Pistole im Einsatz

Abb. 2: Färbung durch unterschiedlichen Cr2O3-Gehalt

Aufgabenstellung

Die Anforderungen an moderne Ober-flächenbeschichtungen sind häufigsehr komplex. Jede Anwendungbenötigt daher eine maßgeschneiderteLösung, welche die optimale Werk-stoffauswahl und Anwendung dergeeigneten Produktionstechnik miteinschließt. Sowohl Aluminiumoxid alsauch Chromoxid haben herausragendeEigenschaften, die sie zu unverzichtba-ren Werkstoffen in der thermischenSpritztechnik machen. Ihre Kombina-tion verbindet nicht nur die positivenEigenschaften beider Werkstoffe, son-dern eröffnet die Möglichkeit neue,verbesserte Eigenschaften zu erzielen.

Beim thermischen Spritzen ist derWerkstoff einer extrem schnellen Auf-heizung und Abkühlung unterworfen.Dies führt dazu, dass sich thermody-namisch nicht stabile Phasen einstel-len. Insbesondere beim Al2O3 entstehtso z. B. die γ-Phase, welche häufignicht gewünschte Eigenschaftenbesitzt. Dazu gehören die Möglichkeitder Wasseraufnahme, eine verminder-te elektrische Isolationsfähigkeit, dieLöslichkeit in starken Säuren undBasen und verringerte mechanischeFestigkeit. Es ist bekannt, dass derZusatz von Cr2O3 die Umwandlungvon α-Al2O3 zu γ-Al2O3 unterdrückenbzw. vermindern kann.

Maßgeschneiderte oxidkeramische Schichten am BeispielAl2O3/Cr2O3

Lösungsweg

Zur Verbindung von Al2O3 und Cr2O3

gibt es beim thermischen Spritzen un-terschiedliche Möglichkeiten. DieWerkstoffe können bereits vor demeigentlichen Spritzprozess bei der Her-stellung der Pulver legiert werden.Dazu ist eine Hochtemperaturbehand-lung notwendig. Da die Pulverwährend des Spritzvorganges auf-

Ergebnisse

Die Analyse der Spritzschichten zeigt,dass das Spritzverfahren einen wesent-lichen Einfluss auf die Ausbildung derPhasen in der Schicht hat. Dies erklärtauch, warum in der Literatur unter-schiedliche Aussagen bezüglich derStabilisierung von α-Al2O3 gemachtwerden. Während mit Hochgeschwin-digkeitsflammspritzen (HVOF, Abb. 1)oder gasstabilisiertem Plasmaspritzenkeine Erhöhung des α-Al2O3-Anteilsbeobachtet werden kann, zeigt sichdies sehr deutlich bei der Verwendungdes wesentlich energiereicheren was-serstabilisierten Plasmaspritzens. Wei-terhin spielt der Anteil des zugemisch-ten Chromoxids eine Rolle. Abb. 2zeigt die aus unterschiedlichen Chrom-oxidanteilen resultierende Färbung. DieVerwendung von vorlegierten Pulvernermöglicht eine Ausnutzung diesesEffektes auch für Prozesse mit geringe-rer Energie. Vorlegierte Pulver sindjedoch kommerziell schwer erhältlichund nur in diskreten Mischungsverhält-nissen vorhanden. Die Verwendungvon mechanisch vorgemischten und imProzess legierten Pulvern bietet hierwesentlich größere Flexibilität für denAnwender.

Die Untersuchungen bestätigen, dasssich Al2O3 und Cr2O3 hervorragenddafür eignen, im thermischen Spritz-prozess gemeinsam abgeschieden zuwerden. Die Eigenschaften desSystems lassen sich durch die Auswahldes Mischungsverhältnisses an dieAnforderungen des Anwenders anpas-sen. Abb. 3 zeigt nanostrukturiertesAl2O3. Pulver dieser Art lassen sich inZukunft auch für die Herstellung vonSchichtsystemen aus Al2O3 und Cr2O3

nutzen.

schmelzen, ist es andererseits auchmöglich, die Pulver zuvor nur mecha-nisch zu mischen. Die Legierungerfolgt dann während des Spritzpro-zesses.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Carl Christoph StahrTel.: 0351 / 2583 [email protected]

5 µm


Redaktion: Im Rahmen des IWS-Erweiterungsbaus wurde ein »CVD-Technikum« für ihre Abteilung fertiggestellt. Welche Anlagen sollen dortbetrieben werden?

Dr. Hopfe: Wir freuen uns, das CVD-Technikum nunmehr nutzen zu kön-nen und sind allen dankbar, die unsbei der Installation der kompliziertenInfrastruktur behilflich waren. Bedingtdurch das erfreulich dynamischeWachstum der Arbeitsrichtung Atmo-sphärendruck-Plasma-CVD ergabensich in den vergangenen zwei Jahrendeutliche Engpässe hinsichtlich dernotwendigen Infrastruktur zum Betriebvon vorindustriellen PECVD-Prototyp-anlagen. Im CVD-Technikum wurdenEnde 2006 zwei im IWS entwickelteAnlagen zum Beschichten und Ätzenvon Solarwafern für die Silizium-Photo-voltaik in Betrieb genommen, das Jahrging also ganz spannend zu Ende.

Redaktion: Unlängst wurde dasFraunhofer Innovations-Cluster »nanofor production« gegründet. Ist diesauch für Ihre Abteilung relevant?

Dr. Hopfe: Ja, sogar in hohem Maße.Beispielsweise entwickeln wir umwelt-freundliche Verfahren zur plasmache-mischen Nano-Texturierung von Ober-flächen, mit denen die Solarenergie-ausnutzung von photovoltaischen Zel-len verbessert werden kann. DieseTechnologien lassen sich sehr kosten-günstig in kontinuierliche Produktions-linien integrieren. Eine weitere Anlagedient der Herstellung von Carbon-Nanotubes…

Redaktion: …an Carbon-Nanotubes(CNT) wird doch weltweit gearbeitet.Ist da noch Platz für das IWS?

Dr. Hopfe: Wir konzentrieren uns aufsingle-wall Carbon-Nanotubes. DasMaterial ist »Gold wert«, wobei ichweniger den derzeit noch extremhohen Preis ansprechen möchte, alsvielmehr die einmalige Eigenschafts-kombination, die dieses Material bie-

tet. In Kunststofffilme eingebettet,können schon sehr kleine CNT-Men-gen die Leitfähigkeit soweit erhöhen,dass man damit beispielsweise PKW-Frontscheiben elektrisch heizen unddamit beschlagfrei halten kann. Weite-re potenzielle Anwendungen betreffenAktuatorik-Verstellelemente, die schonbei kleiner Spannung einen großenHub erzeugen. Wir arbeiten an einemkostengünstigen, skalierbaren Herstel-lungsprozess, mit dem qualitativ hoch-wertiges CNT-Material in größerenMengen bereitgestellt wird. Bei diesemVorhaben kooperieren viele Fraunho-fer-Institute, auch hier im DresdnerFraunhofer-Zentrum. Um Synergieef-fekte zu nutzen, wird im IWS die Ent-wicklung abteilungsübergreifend vonvier Arbeitsgruppen geleistet.

Redaktion: Das zweite StandbeinIhrer Abteilung ist die Entwicklung vonProzess-Sensorik zur Überwachungund Steuerung von Industrieanlagen.Welche Fortschritte gibt es hier?

Dr. Hopfe: Besonders erwähnenswertist als neues IWS-Arbeitsgebiet dieDiodenlaserspektroskopie als nach-weisstarkes und hochselektives Gas-Sensorverfahren. Die Grundlagen dazuwurden im Rahmen eines EU-Projektsmit 7 Partnern aus 4 Ländern unterIWS-Koordination geschaffen. Bisherwurden vorindustrielle Prototyp-Gas-sensoren zur Qualitätsüberwachungultrareiner Spezialgase, beispielsweisefür die Mikroelektronikfertigung, auf-gebaut und in Industrietests evaluiert.An die Sensoren werden extrem hoheAnforderungen gestellt. Beispielsweisesind sie dafür ausgelegt, in sehr korro-siven und reaktiven Reinstgasen, wieHCl, Silan oder Ammoniak noch Spu-ren von Wasserdampf oder anderenkritischen Verunreinigungen im unte-ren ppb-Bereich nachweisen zu kön-nen. Die Ergebnisse sind so erfolgreich,dass wir inzwischen zusammen mitIndustriepartnern an vermarktungsfähi-gen Produkten arbeiten.

Wer hohe Türme bauen will, muss lange beim Fundament verweilen.

Anton Bruckner

Forschungs- und Entwicklungsangebot: CVD-Dünnschichttechnologie


Dr. Volkmar HopfeAbteilungsleiter (Tel. 2583 402,[email protected])



1. Hydrophobe Oberflächen durch AP-PECVD 60

2. Atmosphärendruck-Plasmaverfah-ren zum Rückseitenätzen von Solarwafern für die Silizium-Photovoltaik 61

3. Transparente Kratzschutzschich-ten durch Atmosphärendruck-PECVD 62

4. Multi-Gassensor für kritische Komponenten in ultrareinen Prozessmedien der Halbleiter-industrie 63



Dr. Ines Dani Gruppenleiterin Atmosphärendruck-CVD (Tel. 2583 405,[email protected])

Dr. Wulf Grählert Gruppenleiter Prozess-Monitoring (Tel. 2583 406,[email protected])

FTIR-Monitoring von HochtemperaturprozessenBlick in den Beschichtungsraum der ArcJet-PECVD-Anlage

Plasmagestützte CVD-Verfahren beiAtmosphärendruck

Atmosphärendruck-Plasma-CVD-Pro-zesse (AP-PECVD) erlauben die groß-flächige Abscheidung qualitativ hoch-wertiger Funktionsschichten ohne Ein-satz kostenintensiver Vakuumanlagen.Damit sind kontinuierliche Beschich-tungsprozesse mit hohen Raten auftemperaturempfindlichen Materialien(wie Sonderstählen, Leichtmetallen,Gläsern und Kunststoffen) sowie leichtgekrümmten Substraten unterschiedli-cher Dicke realisierbar.

Am IWS werden Prototypen von AP-PECVD-Durchlaufreaktoren mit Gas-schleusen zur Herstellung von oxidi-schen und nichtoxidischen Schichtenbei Normaldruck entwickelt. Die Opti-mierung des Reaktordesigns basiertauf experimentellen Ergebnissen undthermofluiddynamischen Simulationen.Das modulare Reaktordesign sorgt füreine kostengünstige Adaption des Pro-zesses an neue Anwendungsgebieteund Schichtmaterialien.

Prozess-Monitoring

Die optimale Funktion von Industriean-lagen und die Qualität der gefertigtenProdukte steht oftmals im direktenZusammenhang mit der sich in derAnlage befindenden Gasatmosphäre,deren Zusammensetzung exakt über-wacht werden muss. Eine industrie-taugliche kontinuierliche in-situ-Gas-analytik ist beispielsweise essentiell beider Qualitätssicherung von chemischenBeschichtungs-, Ätz- oder Sinterpro-zessen sowie bei der Überwachungvon Emissionen aus Industrieanlagen.Für kundenspezifische Lösungen zurkontinuierlichen Überwachung derchemischen Zusammensetzung undKonzentration von Gasgemischennutzt das IWS Sensoren, die wahlweiseauf der NIR-Diodenlaser- oder FTIR-Spektroskopie beruhen.

Weiterhin werden Bauteiloberflächenund Schichtsysteme mit spektroskopi-schen Methoden wie FTIR-Spektrosko-pie, Spektro-Ellipsometrie oder Raman-Mikroskopie charakterisiert.



60

Hydrophobe Oberflächen durch AP-PECVD

Aufgabenstellung

Beschichtete Oberflächen mit hydro-phoben Eigenschaften sind leicht rei-nigbar, da sie eine geringe Affinität zuWasser und öligen Stoffen aufweisen.In Zusammenhang mit potenziellenAnwendungen in der Medizin- undMikrosystemtechnik sowie auf demSanitär- und Küchensektor findet dieEntwicklung von Kohlenstoffschichtenauf Stahl, Glas oder Kunststoff zuneh-mende Beachtung.

Die im Fraunhofer IWS entwickeltekontinuierliche Großflächenbeschich-tung mittels plasmagestützer chemi-scher Gasphasenabscheidung beiAtmosphärendruck (AP-PECVD) ist fürindustrielle Anwendungen von beson-derem Interesse, da sie keine aufwän-digen Vakuumanlagen erfordert.

Um die Kohlenstoffschichten hinsicht-lich ihrer Oberflächenenergie unddamit des Benetzungsverhaltens zumodifizieren, erlaubt die Technologiedie Verwendung vielfältiger Precurso-ren für die Beschichtung. Dies führt zueinem gezielten Einbau von Elementenwie Fluor, Silizium oder Sauerstoff indas Kohlenstoffnetzwerk. Infolge des-sen können Schichteigenschaften, wiez. B. Hydrophobie, Härte und Ver-schleißbeständigkeit gezielt eingestelltwerden.

Lösungsweg

Bei plasmagestützten Atmosphären-druck-CVD-Prozessen wandeln sich diegasförmigen Precursoren durch dieEinwirkung des Plasmas in reaktiveSpezies um. Diese werden durch Gas-ströme zum Substrat transportiert undscheiden sich dort als Schicht ab. AlsPlasmaquelle für die Precursoraktivie-rung wird eine skalierbare Linearquel-le, die auf dem Prinzip der DC-Bogen-entladung beruht, eingesetzt (Abb. 1).

Ergebnisse

Hydrophobe amorphe Kohlenstoff-schichten wurden mittels AP-PECVD-Technologie auf poliertem Edelstahlabgeschieden. Der Einsatz von Methanals Kohlenstoffprecursor führt zutransparenten Schichten mit einemWasserkontaktwinkel von 94° (Abb. 2). Der polare Anteil der Ober-flächenenergie ist mit ≤ 1 mN m-1 sehrgering, die Gesamtenergie beträgt 35 - 38 mN m-1 (Abb. 3). Raman-spektren der amorphen Kohlenstoff-schichten zeigen die ebenen Streck-schwingungen sp2-gebundener Koh-lenstoffatome (graphite band) sowiedie zentrosymmetrischen Streck-schwingungen aromatischer Ringe (dis-ordered band) bei 1500 - 1630 cm-1

bzw. um 1350 cm-1. Die Härte dieserpolymerartigen Schichten liegt bei ca.1 GPa.

Der Einbau von Silizium in die Schichtdurch Zugabe eines Si-Precursors führtzu einer Veränderungen der chemi-schen Zusammensetzung der Schicht.In FTIR-Spektren konnten Si-C-, Si-CH3-und C-H-Gruppen nachgewiesen wer-den. Daraus resultiert eine Härtesteige-rung auf 3 GPa. Die Oberflächenener-gien sind mit ca. 45 mN m-1 etwashöher als bei reinen Kohlenstoffschich-ten, der polare Anteil von 4 mN m-1

befindet sich aber weiterhin im Bereichvon Materialien mit hydrophobenEigenschaften.

Abb. 2: Wassertropfenausbildung auf hydro-phober Oberfläche hergestellt aus Methan und H2

Abb. 1: Schematische Darstellung der Atmos-phärendruck-PECVD-Technologie mitDC-Bogen-Linearquelle

Zur Abscheidung der hydrophoben C-Schichten werden preisgünstige Pre-cursoren wie Methan und Ethylen so-wie Wasserstoff verwendet. Die Be-schichtung erfolgte bei typischen Sub-strattemperaturen von 100 - 200 °C.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Dorit LinaschkeTel.: 0351 / 2583 295

[email protected]

Abb. 3: Oberflächenenergien nach Owens undKontaktwinkel für Schichten aus Methan und H2



61

Atmosphärendruck-Plasmaverfahren zum Rückseitenätzen vonSolarwafern für die Silizium-Photovoltaik

Abb. 3: Waferrückseitenlinks: alkalisch texturiertrechts: glatt, nach plasmachemischemÄtzen bei Atmosphärendruck

Aufgabenstellung

Für die Wettbewerbsfähigkeit der der-zeit marktbeherrschenden, auf kristalli-nem Silizium beruhenden Photovoltaikspielen die Kosten der Solarzellenferti-gung eine entscheidende Rolle. EineMöglichkeit zur Kostensenkung be-steht in der Einführung kostengünsti-ger inline-Produktionsverfahren. Alserster Schritt einer zukünftigen inline-Solarzellenfertigung mit mehreren ver-ketteten Prozessschritten werden amIWS kontinuierliche Plasmaätzprozessebei Atmosphärendruck (AP) entwickelt,die neben der Investitionskostenein-sparung besonders die Senkung derWafer-Handhabungs- und Prozessko-sten zum Ziel haben.

Die Herstellung des Emitters der Solar-zelle erfolgt durch Phosphordiffusionin das Silizium, die bei der derzeitigenDotiertechnologie allseitig auf demWafer erfolgt. Damit entsteht einKurzschluss zwischen Vorder- undRückseite, der nachträglich beseitigtwerden muss. Zur elektrischen Tren-nung von Front- und Rückseite desWafers sowie zur vollständigen Entfer-nung des rückseitigen Emitters wurdeein Plasmaätzprozess bei Atmos-phärendruck entwickelt und im Ver-gleich zu industriellen Standardprozes-sen, wie dem mechanischen Trennendurch Kantenschleifen und dem Unter-druck-Plasmaätzen im Waferstapel,bewertet.

Lösungsweg

Das plasmachemische Ätzen weist pro-zesstechnische Gemeinsamkeiten zurplasmagestützten chemischen Gaspha-senabscheidung auf. Der wesentlicheUnterschied liegt in der Precursoraus-wahl. Zum Ätzen von Silizium habensich Fluoride industriell durchgesetzt,da die entstehenden Ätzprodukte (vor-wiegend SiF4) gasförmig und damitleicht von der Oberfläche entfernbarsind. Für die Precursoraktivierung wird

Ergebnisse

Monokristalline (100)-Siliziumwaferwurden entsprechend den in Abb. 1dargestellten Herstellungsschritten pro-zessiert. Die Kantenisolation wurde amFraunhofer IWS mit dem beschriebe-nen Plasmaätzprozess bei Atmos-phärendruck durchgeführt. Als Ätzga-se wurden Schwefelhexafluorid (SF6)sowie Stickstofftrifluorid (NF3) einge-setzt. Ätzraten von 3 µm / min für SF6

und 7 µm / min für NF3 wurden erzielt.

Wirkungsgrad, Füllfaktor, Kurzschluss-strom und Leerlaufspannung der imIWS prozessierten Wafer zeigen ähnli-che, teilweise bessere Werte im Ver-gleich zu industriellen Standardzellen.Das Verfahren ermöglicht ein einseiti-ges Ätzen ohne jeglichen Ätzumgriffauf die Wafervorderseite. Damit erge-ben sich neue Optionen zur Prozess-verkettung, beispielsweise die zur Anti-reflex-Beschichtung vor der Kanteniso-lation.

Das AP-Plasmaätzen ist weiterhin eineattraktive Option bei der Fertigungkünftiger Hochleistungszellen, die zurEffizienzerhöhung glatte, emitterfreieRückseiten benötigen. Bei der derzeiti-gen nasschemischen Texturierung wirdaber die Waferrückseite ebenfalls tex-turiert. Mittels AP-Plasmaätzen ist esdagegen möglich, die Waferrückseitezu glätten (Abb. 3) und damit denWirkungsgrad der Solarzellen zuerhöhen.

Abb. 2: Elektrische Eigenschaften der im IWSmittels AP-Plasmaätzen prozessiertenWafer im Vergleich mit zwei industriel-len Standardprozessen. 100 % entspre-chen den Werten des jeweiligen indu-striellen Referenzprozesses an der glei-chen Wafercharge.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Elena LopezTel.: 0351 / 2583 [email protected]

1 µm1 µm

eine auf einer DC-Bogenentlandungberuhende Linearplasmaquelle mit 120 mm Arbeitsbreite eingesetzt.

Abb. 1: Schematische Darstellung der Herstellungsschritte von kristallinenSolarzellen, grün hervorgehoben ist der hier beschriebeneProzessschritt



Transparente Kratzschutzschichten durch Atmosphärendruck-PECVD

Aufgabenstellung

Korrosions- und Kratzschutzschichtenauf Edelstahl- oder Kunststoffober-flächen für Haushalts-, Sanitär- undKücheneinrichtungen werden zuneh-mend erforderlich, um die Gebrauchs-eigenschaften der Produkte langzeit-stabil zu gewährleisten. Die dekorativeOptik der Oberflächen, z. B. von ge-bürstetem Aluminium und Edelstahlsoll dabei erhalten bleiben.

Zur kostengünstigen Großflächenbe-schichtung von flachen oder leichtgekrümmten Substraten wurde imFraunhofer IWS ein mikrowellenplas-magestütztes Atmosphärendruck-CVD-Verfahren zur Abscheidung vonSiliziumdioxidschichten entwickelt. Dasim sichtbaren Wellenlängenbereichtransparente Siliziumdioxid (SiO2) istaufgrund seiner guten Barriereeigen-schaften sowie seiner vergleichsweisehohen Härte als Kratzschutzschichtgeeignet.

Lösungsweg

Ein ausgedehntes Atmosphärendruck-Mikrowellenplasma dient der Erzeu-gung reaktiver Spezies zur Spaltungdes Precursors für den Gasphasenbe-schichtungsprozess (Abb. 1). Das Reak-tordesign wurde hinsichtlich einerhomogenen und stabilen Ausbildungdes Plasmas mit Hilfe fluiddynamischerSimulationen der Gasströmungen so-wie der Konzentrations- und Tempera-turverteilungen optimiert. Die füreinen kontinuierlichen Betrieb notwen-dige hohe Verfügbarkeit und Stabilitätdes Beschichtungsreaktors wird durchdie räumliche Trennung der Plasmabil-dungs- von der Beschichtungskammergewährleistet (Remote-PECVD).

Zur Abscheidung der SiO2-Schichtenwird in der Nähe des kontinuierlichbewegten Substrates der Precursor

Abb. 3: SiO2-Schicht auf Edelstahl nach demGitterschnitttest nach DIN 53 151 mitanschließendem Klebebandabzugstest,Schichthärte 6 GPa, Schichtdicke 2,4 µm

Abb. 2: Korrosionsprobe nach einstündiger Aus-lagerung in 70 °C heißer Schwefelsäure(66 Vol.-%). Die SiO2-Schicht ist unbe-schädigt, die unbeschichteten Streifensind hingegen stark korrodiert.

Abb. 1: Prinzip des kontinuierlichen Atmosphä-rendruck-Mikrowellen-PECVD-Verfah-rens

Ergebnisse

Der entwickelte PECVD-Prozess beiAtmosphärendruck ermöglicht die in-line Abscheidung von beständigen,kratzfesten und harten SiO2-Schichtenhoher Transparenz. Die hergestelltenSiO2-Schichten weisen eine Schicht-dicke von bis zu 4 µm auf. Die Schicht-härte beträgt zwischen 5 GPa und 6 GPa. Der Brechungsindex beträgt n = 1,43 - 1,46 (bei λ = 550 nm) undder Absorptionskoeffizient k < 0,005.Mittels FTIR-Spektroskopie wurdenausschließlich die typischen Schwin-gungsbanden des SiO2 nachgewiesen.Die Schichten enthalten keine organi-schen Rückstände des Precursors.

Zur Charakterisierung der auf polier-tem Edelstahl abgeschiedenen SiO2-Schichten wurden eine Reihe applika-tionsorientierter Tests durchgeführt.Die Schichten bestanden alle Korrosi-onstests, wie Konstantklimatest (DINEN ISO 6270-1), Temperaturwechsel-test in kochendem Salzwasser (DIN58196-2) sowie eine einstündige Aus-lagerung in heißer Schwefelsäure(Abb. 2). Beim Ritztest mit spitzemDiamantkegel (DIN ENV 1071-3) tratendie ersten Schichtschädigungen ober-halb einer Normallast von 2 N auf.Anhand des Rockwell-Eindrucktests(VDI 3198, 150 N) konnten die herge-stellten SiO2-Schichten in die Haftfes-tigkeitsklasse HF2 eingeordnet werden.Die Bleistifthärte (DIN EN 13523-4)beträgt 5H. Der Gitterschnitttest zeigtkeine Schichtabplatzungen an denSchnitträndern (Abb. 3).

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Sebastian TschöckeTel.: 0351 / 2583 297

[email protected]

Tetraethoxysilan (TEOS) sowie Sauer-stoff zugeführt. Substrattemperaturenvon typischerweise 100 °C bis 250 °Cermöglichen die Beschichtung tempe-raturempfindlicher Leichtmetalle, z. B.Aluminium oder wärmebehandelterStähle.

1 mm



63

Multi-Gassensor für kritische Komponenten in ultrareinen Prozess-medien der Halbleiterindustrie

Aufgabenstellung

Die kontinuierliche Qualitätskontrollevon ultrareinen Bulkgasen wie N2, Heund Ar ist vor allem in der Mikroelek-tronik essentiell zur Sicherung der Pro-zessausbeute und Produktqualität. Mitsteigendem Integrationsgrad gewinntauch die Spurengaskontrolle in Spe-zialgasen (z. B. H2, NH3, SiH4, B2H6,Cl2, HCl) zunehmend an Bedeutung.Als kritische Komponenten für die Prozessstabilität werden insbesondereSpuren von H2O, O2, CO/CO2 sowieKohlenwasserstoffe angesehen. Diesteigenden Reinheitsanforderungen andie Prozessmedien erfordern einerobuste online Multigassensorik fürden Spurengasnachweis im unterenppb-Bereich.

Lösungsweg

Für die quantitative Bestimmung vonVerunreinigungen im sub-ppb-Bereichwird die NIR-Laserdiodenspektroskopie(LDS) als extrem selektive und emp-findliche Messmethode eingesetzt. DieLDS basiert auf durchstimmbarenLaserdioden, die mittels Temperatur-und Stromvariation ihre Emissionsfre-quenz ändern. Scannt man so über dieAbsorptionslinie eines Gases, lässt sichbei bekanntem Strahlweg und Extinkti-onskoeffizienten die Gaskonzentrationbestimmen.

Für die Zielstellung, simultan mehrereVerunreinigungen im unteren ppb-Bereich zu messen, benötigt man einsorgfältig in allen Komponenten opti-miertes System, bestehend aus LDS-Sensoren, Strahlformungsmodul undMultireflexionsgasmesszelle (Abb. 2).Besonderes Augenmerk wurde bei derEntwicklung auf kurze Ansprechzeiten,Korrosionsfestigkeit, Ganzmetallab-dichtung sowie auf mechanische undoptische Stabilität gelegt.

Ergebnisse

Das Sensorsystem wurde zunächst aufdie Eignung für Messungen von Was-serdampfspuren in Bulkgasen, der kri-tischsten und prozesstechnisch amschwierigsten zu beherrschenden Spu-rengaskomponente, untersucht. Eskonnte eine exzellente Linearität derWasserdampfkennlinie gegenüber ei-nem Coulometrischen Spurenfeuchte-generator (nationaler Primärstandardder PTB-Braunschweig) nachgewiesenwerden (Abb. 1). Der Messbereich desSensors erstreckt sich dabei von derNachweisgrenze bei 25 ppbV H2O (3 σ, 1 bar) über 4 Größenordnungen.Wasserdampfmessungen in Spezial-gasen, wie H2, HCl und NH3 (jeweils100 % Gase) zeigten vergleichbar guteLinearitäten bei kurzen Ansprechzeiten(< 4 min) und, prinzipbedingt, mitleicht erhöhten Nachweisgrenzen.Messungen von Sauerstoffspuren wur-den in N2, H2, NH3 und HCl durchge-führt. Die Nachweisgrenze liegt hieraufgrund des niedrigeren Extinktions-koeffizienten bei 3 ppmV O2 (3 σ, 1 bar). Bezüglich Methanspuren wurdeder Sensor erfolgreich in N2 und HClmit einer Nachweisgrenze von 52 ppbV CH4 (3 σ, 1 bar) getestet. Ein Feldtest bei einem weltweit führen-den Gas-Supplier bestätigte - nebender Systemperformance - die robusteHandhabbarkeit des entwickelten Mul-tigas-Sensorsystems. Die erreichtenNachweisgrenzen im unteren ppb-Bereich, die sehr hohe Selektivität undLinearität sowie die rückwirkungsfreieEinsetzbarkeit für schwierig handhab-bare, extrem korrosive Spezialgaseeröffnen dem Sensor eine Vielzahlneuer Anwendungen, auch außerhalbder Halbleiterindustrie.

Abb. 2: Multireflexionsgasmesszelle zur simulta-nen Spurengasbestimmung von H2O,CH4 und O2 in ultrareinen reaktivenMedien mittels NIR-Laserdiodenspektro-skopie

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Harald BeeseTel.: 0351 / 2583 [email protected]

Abb. 1: Kalibrierkurve des Wasserdampfsensorsim Bereich von 10 ppb bis 10 ppmgegenüber einem Coulometrischen Spu-renfeuchtegenerator (Primärstandardder PTB-Braunschweig)

Redaktion: Ihre Abteilung arbeitet seitvielen Jahren an der industriellenUmsetzung der superharten amorphenKohlenstoffschichten (ta-C), die vomFraunhofer IWS unter dem Markenna-men Diamor® angeboten werden.

Prof. Schultrich: Ich denke, dass wirin diesem Jahr einen entscheidendenSchritt auf dem Wege zum breitenindustriellen Einsatz der ta-C-Schichtengetan haben. Unsere im Laborbetriebbewährten Laser-Arc-Quellen LAM 400wurden zu ausgereiften, industriell ein-setzbaren Komponenten weiterent-wickelt. Zum Jahresende wurde vonder Firma Hauzer Techno Coating inden Niederlanden, einem führendenPVD-Anlagenbauer, die erste miteinem derartigen Laser-Arc-Modul aus-gerüstete Anlage Flexicoat1000® aneinen großen Automobilzuliefererübergeben. Es dürfte sich dabei umdie weltweit erste für die Massenpro-duktion von ta-C-Beschichtungengeeignete Anlage handeln.

Redaktion: Worauf ist das stark zu-nehmende Interesse, insbesondere derAutomobilindustrie an den superhar-ten ta-C-Schichten zurückzuführen?

Prof. Schultrich: Es ist vor allem dashervorragende Gleitverhalten bei feh-lender oder ungenügender Schmie-rung in Verbindung mit einer gegen-über üblichen Hartstoffen und denkonkurrierenden a-C:H-Schichten umeinen Faktor 2-3 höheren Härte (4000bis 5000 HV). Auch im ölgeschmiertenBetrieb zeigten sich mit ta-C-Beschich-tungen z. T. wesentliche Reibungsre-duzierungen. Sie sind auf besondereWechselwirkungen mit dem Schmier-stoff zurückzuführen. Dieser sehrzukunftsträchtige Komplex der Anpas-sung von Beschichtung und Schmier-mittel wird gegenwärtig in einemgroßen Verbundprojekt bearbeitet.

Redaktion: Was hat bei diesen exzel-lenten Eigenschaften bisher die breite-re Nutzung behindert?

Prof. Schultrich: Für die industrielleta-C-Beschichtung waren drei Heraus-forderungen zu bewältigen, dieGewährleistung einer zuverlässigenHaftung auch dickerer Schichten imMikrometerbereich, die Verfügbarkeiteiner industriell einsetzbaren Technolo-gie und die Erreichung einer genügen-den Oberflächengüte. Erst durch dieEinführung eines innovativen Glät-tungsverfahren gelang es, das tribolo-gische Potenzial der ta-C-Schichtenvoll zu erschließen. Als Schutzschichtauf Gleitkomponenten im Motorbe-reich haben die geglätteten Diamor®-Schichten in Testläufen ihre hervorra-genden Eigenschaften demonstriert.

Redaktion: Wo liegen weitere poten-zielle Einsatzgebiete für die Diamor®-Schichten?

Prof. Schultrich: Sehr erfolgreicheErprobungen belegen das hohe Poten-zial der Diamor®-Schichten bei derspanenden Bearbeitung von Alumini-umlegierungen und anderen Bunt-und Leichtmetallen. Durch die jetztmögliche hohe Oberflächenqualitätkonnte auch das Gebiet der Umfor-mung für die Diamor®-Beschichtungenerschlossen werden.

Redaktion: Sehen Sie Einsatzmöglich-keiten außerhalb der Tribologie?

Prof. Schultrich: Die Kohlenstoff-schichten bilden eine hervorragendeGrundlage für unterschiedliche funk-tionale Anwendungen. Modifizierte a-C:X-Schichten des IWS werden z. B.in speziellen Sensoren eingesetzt.Durch Dotierung und Nanostrukturie-rung wird das Eigenschaftsspektrumder amorphen Kohlenstoffschichtenerweitert, um damit komplexe Anfor-derungen gezielt erfüllen zu können.Ein wichtiges Hilfsmittel dabei ist derverstärkte Einsatz der Simulation.Gleichzeitig versuchen wir die bei derEntwicklung der Kohlenstoffschichtengewonnenen Erfahrungen auf andereGebiete, wie die Herstellung von Koh-lenstoff-Nanotubes, zu übertragen.

Zu neuen Ufern lockt ein neuer Tag.

Johann Wolfgang von Goethe

Forschungs- und Entwicklungsangebot: PVD-Dünnschichttechnologie



Prof. Bernd SchultrichAbteilungsleiter (Tel. 2583 403,[email protected])



1. Erweiterung des Einsatzpotenzialsvon ta-C-Schichten durch Ober-flächenglättung 68

2. Industrielle ta-C Abscheidungmittels integriertem Laser-Arc-Modul (LAM) 69

3. Strukturierte Elektroden für die Medizintechnik 70

4. Bestimmung von Defektprofilen geschliffener Randzonen in Halb-leitermaterialien durch laser-akustische Messung 71



Dr. Otmar Zimmer Gruppenleiter PVD-Schichten (Tel. 2583 257,[email protected])

Metallverdampfung mittels Elektronenstrahltech-nologie

Beschichtung mittels aktivierterHochrateverfahren

Verfahren der Physikalischen Dampf-phasenabscheidung (PVD = PhysicalVapor Deposition) erlauben dieAbscheidung hochwertiger tribologi-scher und funktioneller Schichten imDickenbereich von wenigen Nanome-tern bis zu einigen zehn Mikrometern.Dazu stehen im IWS Verfahren von derHochrate-Bedampfung bis hin zuhochaktivierten Plasmaverfahren sowiederen Kombination zur Verfügung.Einen besonderen Schwerpunkt bildetdie umfassende Nutzung von Bogen-entladungen als der effektivsten Quelleenergiereicher Dampfstrahlen. Auf derGrundlage dieser Technologien bietenwir an: - Musterbeschichtungen,- Schichtcharakterisierung,- Entwicklung von Schichtsystemen,- kundenspezifische Anpassung von

Beschichtungsverfahren,- Wirtschaftlichkeits- und Machbar-

keitsstudien,- Entwicklung und Fertigung ange-

passter Anlagenkomponenten.

Anlage zur Abscheidung von superharten dia-mantähnlichen Kohlenstoffschichten (Diamor®)nach dem Laser-Arc-Verfahren

Prof. Bernd SchultrichGruppenleiter Kohlenstoffschichten (Tel. 2583 403,[email protected])

Beschichtung mit superhartemamorphem Kohlenstoff

Amorphe Kohlenstoffschichten mittetraedrischen Diamantbindungen (ta-C) vereinen sehr hohe Härte, niedri-ge Reibung und chemische Inertheit.Sie sind deshalb in hervorragendemMaße als Schutzschichten einsetzbar. Die vom IWS entwickelten ta-C-Schichtsysteme (Diamor®) können mitsehr guter Haftung im Schichtdicken-bereich von wenigen Nanometern biszu einigen zehn Mikrometern abge-schieden werden. Die Abscheidungerfolgt bei niedrigen Temperaturen imVakuum mit speziell entwickelten Puls-Bogen-Verfahren. Für die industrielleEinführung der Diamor®-Schichten lie-fert das IWS zusammen mit Partner-Unternehmen neben der Technologieauch die erforderlichen Beschichtungs-quellen und Beschichtungsanlagen.Das Angebot wird ergänzt durch dielaserakustische Prüftechnik Lawave®

zur Qualitätssicherung und Schicht-optimierung.


Erweiterung des Einsatzpotenzials von ta-C-Schichten durchOberflächenglättung


Aufgabenstellung

In vielen Anwendungsfällen könnenKomponenten und Werkzeuge nurdurch eine Beschichtung wirksam vorVerschleiß geschützt werden. Nebenden bekannten Hartstoffschichten aufnitridischer und karbidischer Basis(z. B. CrN, TiC, TiAlN), kommen zuneh-mend amorphe Kohlenstoffschichten(DLC) zum Einsatz, da diese nebendem Verschleißschutz auch geringeReibkoeffizienten mit sich bringen undunempfindlich gegen Anhaftungensind. Die Spitzenstellung bezüglichHärte und Verschleißfestigkeit nehmendabei die wasserstofffreien tetra-edrischen amorphen Kohlenstoff-schichten (ta-C) ein.

Die effiziente Herstellung von ta-C-Schichten gelingt zur Zeit nur über dasVakuumbogenverdampfen von Gra-phit. Dieser Prozess ist jedoch mit derEmission von Partikeln verbunden, diezu Wachstumsdefekten, d. h. zur Aus-bildung von Rauheitsspitzen in der ta-C-Schicht führen (Abb. 2 oben).Eine Minimierung der Defekte überPlasmafilterung ist möglich, für dickeSchichten jedoch noch zu aufwändig.

Lösungsweg

Die Rauheitsspitzen der ta-C-Schichtenlassen sich durch nachträgliche mecha-nische Behandlung entfernen. Her-kömmliche Bearbeitungstechniken wiePolieren mit Diamantsuspension sindzwar möglich, können jedoch nurbedingt an komplexen Konturen ange-wendet werden. Ein weiterer Nachteilist, dass die Schicht in ihrer Gesamt-heit abgedünnt wird. Daher wurde einVerfahren entwickelt, das die Rauheits-spitzen nur lokal abträgt und auch fürdie Bearbeitung von Oberflächenkon-turen geeignet ist. Dieses als Patenteingereichte Verfahren (DE 10 2006010 916.3) ermöglicht eine effizienteBearbeitung und ist beliebig skalierbar.

Ergebnisse

Im Ergebnis der Glättungsbehandlungliegt eine ta-C-Schicht ohne Rauheits-spitzen vor (Abb. 2 unten). Es ver-bleiben winzige Vertiefungen, diegegebenenfalls als Schmiertaschenfungieren können. Im Schwingver-schleißtest wurde eine signifikanteVerbesserung der ohnehin schon sehrguten tribologischen Eigenschaftennachgewiesen (Abb. 1). So sank derSchichtverschleiß durch die Glättungs-behandlung um eine Größenordnungauf 5×10-9 mm3 / Nm. Noch drasti-scher fällt die Verringerung des Stahl-Gegenkörperverschleißes auf Wertevon 9×10-9 mm3 / Nm aus.

Durch die Glättungsbehandlungerschließen sich weitere Einsatzmög-lichkeiten für die ta-C-Schichten. Diesgilt insbesondere für Einsatzfälle mitsensibler Wechselwirkung mit demGegenkörper, z. B. für die schmier-mittelfreie Umformung von Metall-blechen. Die besonders kritischeTrocken-Umformung von Aluminiumwurde anhand von Streifenziehversu-chen an der Technischen UniversitätDresden untersucht. Dabei zeigenUmformwerkzeuge mit unbehandelterSchicht deutliche Aluminium-Anhaf-tungen am Werkzeug. An der geglät-teten Schicht hingegen finden sichkaum Aluminiumrückstände (Abb. 2).

Mit der Möglichkeit der Schichtglät-tung erweitern sich die Einsatzmög-lichkeiten für ta-C-Schichten nebender Beschichtung von Umformwerk-zeugen insbesondere auf Komponen-ten für tribologisch kritische Einsatzbe-dingungen z. B. im Automobilbereich.

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Abb. 1: Verschleißkoeffizienten von un-behandelter und geglätteter Schicht(Schwingverschleiß)

Abb. 2: Oberfläche einer ta-C-Schicht im REMsowie Ziehbacken nach Umformung vonAl-Blechstreifen ohne Schmiermittelein-satz: unbehandelt (oben) und nach Glät-tung (unten)

Ansprechpartner

Dr. Volker WeihnachtTel.: 0351 / 2583 247

[email protected]

3 µm



Abb. 2: LAM-Kammer mit Kohlenstoffkathode

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Industrielle ta-C-Abscheidung mittels integriertem Laser-Arc-Modul(LAM)

Aufgabenstellung

Diamantähnliche amorphe Kohlen-stoffschichten (DLC) erreichen als Ver-schleißschutzschichten für Komponen-ten und Werkzeuge eine zunehmendeBedeutung. Sie beruht auf der unika-len Kombination von hoher Härte,niedriger Reibung, geringer Klebenei-gung zu metallischen Gegenkörpernund ausgezeichneter biologische Ver-träglichkeit. Die bisher eingesetztenwasserstoffhaltigen DLC-Schichten (a-C:H) werden in einem Plasma-CVD-Prozess durch Zersetzung von Kohlen-wasserstoffen abgeschieden. Dies istmit geringfügigen Modifikationen dereingeführten Anlagentechnik zurAbscheidung der klassischen Hartstoff-schichten (z.B. TiN oder CrN) möglich.

Eine neue Generation stellen die was-serstofffreien ta-C-Schichten dar (ta-Cist tetraedrisch gebundener amorpherKohlenstoff), in dem die Kohlenstoff-atome wie im Diamant überwiegendin Viererkoordination gebunden sind.Sie zeichnen sich dementsprechenddurch eine deutlich höhere Härte undVerschleißbeständigkeit aus. Ihr breite-rer Einsatz wird aber bisher dadurchbehindert, dass keine zur industriellenBeschichtung geeignete Technik ver-fügbar ist.

Basisanlage uneingeschränkt genutztwerden können und in beliebiger Wei-se mit der Laser-Arc-Technologie ver-knüpft werden können. Damit sindneuartige Schichtsysteme auf der Basisder superharten ta-C-Schichten mög-lich, wobei die Produktivität der derklassischen Hartstoffabscheidung ent-spricht.

Lösungsweg

Die im Fraunhofer IWS Dresden ent-wickelte und an mehreren industriellenPVD-Anlagen erprobte Abscheidetech-nologie des lasergesteuerten Vakuum-bogens (Laser-Arc®) besitzt diesesPotenzial. Sie wurde in Form einesseparaten Moduls realisiert, der diezylindrische Kohlenstoffkathode ent-hält (LAM). Das Modul zur ta-C-Ab-scheidung kann an den handelsübli-chen Beschichtungsanlagen anstelleder rechteckigen Arc- oder Sputter-quelle angesetzt werden (Abb. 1).Diese Lösung bietet den Vorteil, dassdie Beschichtungstechnologien der

Ergebnisse

Die ta-C-Beschich-tungstechnologiewurde mit demLaser-Arc-ModulLAM400 in dieBeschichtungsanla-ge FlexiCoat 1000®

von Hauzer TechnoCoating (NL) integriert. Die in derLAM-Kammer angeordnete Kohlen-stoffkathode und der Steuerlaser mitScanner und Optik sind an die rücksei-tige Kammertür so angeflanscht, dassein uneingeschränkter Zugang zur Be-schichtungskammer besteht. Die auto-matische Arbeitsweise des LAM wirddurch eine eigenständige Steuerunggewährleistet, die mit der Steuerungder Basisanlage über eine Profibus-Schnittstelle kommuniziert. Die speziellfür die Laser-Arc-Technologie ent-wickelte Bogenstromquelle lieferteinen mittleren Strom von 150 A (Spit-zenstrom 1,8 kA, Impulsdauer 130 µsund einer Folgefrequenz bis 800 Hz).Das Laser-Einkopplungsfenster wirddurch einen automatisierten Folienzugvor Streubeschichtung geschützt. DieRotation der Kathodenwalze in Kombi-nation mit der Lasersteuerung derBrennfleckbewegung der Bogenentla-dung, gewährleisten einen homoge-nen Abtrag und damit über Monatekonstante Beschichtungsbedingungen. Ansprechpartner

Dr. Hans-Joachim ScheibeTel.: 0351 / 2583 [email protected]

Abb. 1: Schematische Darstellung der FlexiCoat® 1000 Beschichtungsanlage mit LAM



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Strukturierte Elektroden für die Medizintechnik

Aufgabenstellung

Zur Erforschung physiologischer undkrankhafter Veränderungen von Zellendes Blutgefäßsystems (Endothelzellen)ist die Untersuchung der endothelialenBarrierefunktion eine kritische Größe.Hierbei haben Schubspannungen (her-vorgerufen durch tangential an denEndothelzellen angreifende Strö-mungskräfte des Blutstromes) einenenormen Einfluss auf die Physiologieund Pathophysiologie der Endothelzel-len. Mittels der Impedanzspektroskopiekann die endotheliale Barrierefunktionals ein hochsensitiver Parameter be-stimmt werden. Am Institut für Physio-logie der Medizinischen Fakultät derTU Dresden wird u. a. die Impedanz-spektroskopie zur Untersuchung vonEndothelzellen unter Schubspannun-gen entwickelt und eingesetzt. Dabei

wird die Durchlässig-keit des Zellrasens(messbar als elektri-scher Widerstand mit-tels der Impedanz-spektroskopie) alsaussagekräftiger Para-meter für die Barriere-funktion der Zellengenutzt. Die Glasplat-te, auf der die Zellenkultiviert und unterSchubspannungengesetzt werden, istmit strukturiertenElektroden (Mess- undReferenzelektroden)versehen. Mit dieserAnordnung kann derelektrische Wider-

stand des Zellrasens (Dichte und Zu-sammenhalt der Zellen) in Abhängig-keit von der Drehgeschwindigkeit desKegels und damit von den auf die Zel-len wirkenden Schubspannungengemessen werden. Die Elektroden desMesssystems müssen besondere Anfor-derungen erfüllen, sie müssen gut leit-fähig, hinreichend dünn (keine Beein-flussung der Strömungsdynamik),

Lösungsweg

Anstelle von Gold wurde Titan alsElektrodenmaterial gewählt. Die Her-stellung der Elektroden erfolgte durchstrukturierte Beschichtung mit demVakuumbogenverfahren. Zur Gewähr-leistung einer guten Schichthaftungwurde eine speziell entwickelte Plasmavorbehandlung für die Glassub-strate verwendet.

Ergebnisse

Durch Verwendung von Titan an Stellevon Gold als Elektrodenmaterial konn-te auf eine chromhaltige Haftschichtverzichtet werden, wodurch eine Schä-digung der Zellen vermieden wird. DieSchichten sind so dünn, dass die strö-mungsdynamischen Verhältnisse imFlüssigkeitsspalt nicht gestört werden.Trotzdem ist die Schicht sehr dicht,haftfest und verschleißbeständig.Außerdem besitzt die Schicht einehohe Hitzeresistenz, die für die Sterili-sierung der Träger notwendig ist.Durch die Verwendung von Titan alsElektrodenmaterial und die Vakuum-bogenbeschichtung als Beschichtungs-technologie konnten die Herstellungvereinfacht und das Einsatzverhaltender Elektroden wesentlich verbessertwerden.

Ansprechpartner

Dr. Otmar ZimmerTel.: 0351 / 2583 257

[email protected]

Wir danken dem Institut für Physiologie derMedizinischen Fakultät »Carl Gustav Carus« derTU Dresden, insbesondere Prof. Schnittler undDr. Seebach sowie Dr. Odenthal-Schnittler(MOS-Technologies, Radebeul) für die freundli-che Unterstützung.

hochgradig biokompatibel und abrieb-fest sein. Herkömmliche Elektrodenwerden durch Gold-Bedampfung her-gestellt. Nachteile dieser Lösung sindeinerseits die geringe Abriebfestigkeitdes Goldes. Andererseits wird bei dieser Variante eine Haftschicht ausChrom benötigt, die Schädigungen derEndothelzellen verursachen kann. Aus diesen Gründen war eine Ersatzlösungnotwendig.

Abb. 1: Glasträger mit Titan-Elektroden, die durch strukturierte Vaku-umbogenbeschichtung hergestellt wurden. Auf dem Trägerwerden Endothelzellen kultiviert.



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Abb. 1: Profile des Elastizitätsmoduls von Bearbeitungsrandschichten in Silizium-wafern, topfgeschliffen mit unterschied-licher Abrasivkorngröße D, Schnitt-geschwindigkeit vS und Zustellung vZ

Bestimmung von Defektprofilen geschliffener Randzonen in Halb-leitermaterialien durch laserakustische Messung

Aufgabenstellung

Beim Sägen und Bearbeiten von Halb-leiterwafern entsteht an der Ober-fläche eine Zone hoher Defektdichtevon mehreren Mikrometern Tiefe, dievöllig beseitigt werden muss. DasTopfschleifen ist ein geeignetes, sehreffizientes Planarisierungsverfahren,mit dem sowohl ein gleichmäßig hoherAbtrag erzielt, als auch eine schonen-de Feinbearbeitung durchgeführt wer-den kann. Für die Bewertung der Bear-beitungstechnologie ist die Charakteri-sierung der Bearbeitungsrandzonewichtig.

Lösungsweg

Das laserakustische Prüfgerät LAwave®

hat sich für die Bestimmung der Stör-tiefe in gesägten Halbleitermaterialienauch im industriellen Einsatz bewährt.Dabei wird aus der Messung der Dis-persion akustischer Oberflächenwellenauf die Störtiefe geschlossen. Gemein-sam mit dem Fraunhofer-Institut fürProduktionstechnologie (IPT) Aachenwurde das Messverfahren im Hinblickauf die Analyse des Aufbaus geschlif-fener Bearbeitungsrandschichten quali-fiziert. Um den Tiefenverlauf der De-fekte aufzuklären, wurden Profile desElastizitätsmoduls der Randschicht auf-genommen. Da die in großer Zahl inder Störschicht auftreten Defekte denElastizitätsmodul deutlich reduzieren,kann dieser als empfindliches Maß fürdie Defektdichte verwendet werden.

Die Bearbeitung der Wafer erfolgteunter Variation von SchleifkorngrößeD, Schnittgeschwindigkeit vS und Zu-stellung vz. Die mit unterschiedlichenParametern geschliffenen Oberflächenwurden schrittweise durch reaktivesSputtern abgetragen. Aus der Diffe-renz der mit der laserakustischen Prüf-methode vor und nach dem jeweiligenAbtrag ermittelten Dispersionskurvenwurde der Elastizitätsmodul der abge-tragenen Schicht berechnet.

Ergebnisse

Die Profile des Elastizitätsmoduls (Abb. 1) bringen den dominierendenEinfluss der Abrasivkorngröße auf dieDefektstruktur zum Ausdruck. FürSchleifkorndurchmesser von 28 µm be-trägt der Elastizitätsmodul im Oberflä-chenbereich (kleiner als 10 nm) weni-ger als 10 GPa gegenüber 169 GPa fürdas ungestörte Bulkmaterial des Silizi-ums. Daraus lässt sich schließen, dasshier das Material völlig zertrümmert istund nur noch locker zusammenhängt.Dies kennzeichnet den spröden Bear-beitungsmodus, bei dem Lateralrisseentstehen, die zum Ablösen großerMaterialbereiche führen und eineneffizienten tiefen Abtrag bewirken. DieBearbeitung mit einem kleinerenSchleifkorn von 6 µm führt nur zueiner Erniedrigung auf E ≈ 120 GPa.Trotz hoher Defektdichte besitzt dasMaterial noch einen starken Zusam-menhalt, wie das für den schonendenduktilen Bearbeitungsmodus typischist. Mit der Tiefe nimmt der Elasti-zitätsmodul zu und nähert sich demWert des ungestörten Werkstoffs an,woraus die Tiefe der Störzone abgelei-tet werden kann. Beim spröden Mate-rialabtrag mit 28 µm Korngröße reichtdie Störzone tiefer als 6 µm in dasMaterial hinein, bei der schonendenduktilen Materialbearbeitung mit 6 µmnur etwa 0,12 µm.

Zunächst unerwartet nahm bei kleinerAbrasivkörngröße die Störtiefe ab,wenn die Schnittgeschwindigkeit vS

oder die Zustellung vZ vergrößert wur-de (Abb. 1). Der Einfluss der Schnittge-schwindigkeit lässt sich in Einklang mitder Beobachtung bringen, dass dieGröße der abgelösten Materialpartikelmit der Schnittgeschwindigkeitabnimmt. Die Wirkung der steigendenZustellung wurde darauf zurückge-führt, dass deutlich mehr Abrasivkör-ner am Abtragsprozess beteiligt sind,wodurch sich der mittlere Druck proKorn verringert.

Ansprechpartner

Dr. Dieter SchneiderTel.: 0351 / 2583 [email protected]

Abb. 2: Laserakustische Messapparatur zur Prüfung von Bearbeitungsrandschichtenin Halbleiterwafern

Redaktion: Ihre Abteilung befasst sichseit langem mit der Entwicklung ultra-präziser Multischichtsysteme vor allemfür röntgenoptische Anwendungen.Welche neuen Entwicklungen hat es2006 gegeben?

Dr. Leson: Wir haben vor allem unsereKompetenzen bei der Genauigkeit,Zuverlässigkeit und der Reproduzier-barkeit der Beschichtungsverfahren,die wir einsetzen, ausgebaut. Dies istinsbesondere für Beschichtungen, dieim EUV-Bereich eingesetzt werden,von zentraler Bedeutung. Aber auchbei anderen Anwendungen profitierenwir von den verbesserten Herstellungs-möglichkeiten.

Redaktion: Neben den Verfahren derPuls-Laser-Deposition und des Magne-tron-Sputterns ist das Ionenstrahlsput-tern als weiteres Beschichtungsverfah-ren in Ihrer Abteilung etabliert wor-den. Welche Vorteile bietet dieses Ver-fahren?

Dr. Leson: Mit dem Ionenstrahlsput-tern sind wir in der Lage, die Para-meter, die für die Qualität der Be-schichtung wesentlich sind, unabhän-gig voneinander einzustellen und zukontrollieren. Damit ist es möglich,eine Vielzahl von Materialien mit hoherPräzision abzuscheiden. Dabei nutzenwir das Ionenstrahlsputtern neben derHerstellung von Multischichten fürRöntgenoptiken auch für andereZwecke. So haben wir unter anderemdamit dünne, flexible Wärmedämm-schichten hergestellt, die sich durcheine hohe Belastbarkeit auszeichnen.

Redaktion: Neben den Präzisionsbe-schichtungen befasst sich eine neueGruppe Ihrer Abteilung mit Kohlen-stoffröhrchen, den sogenannten Car-bon-Nanotubes. Was zeichnet siegegenüber den vielen anderen Grup-pen aus, die sich damit befassen? Wel-ches sind die Vorteile dieser Verfah-ren?

Dr. Leson: In der Tat befassen sichweltweit viele Gruppen mit der Her-stellung von Carbon-Nanotubes undderen Einsatzmöglichkeiten, da dieseeine Reihe faszinierender Eigenschaf-ten besitzen. Ein zentrales Hemmnis istdabei der extrem hohe Preis, da Car-bon-Nanotubes bisher nur in geringenMengen hergestellt werden können.Wir konzentrieren uns daher auf dieEntwicklung von Herstellungsprozes-sen, die die preiswerte Herstellung vongrößeren Mengen erlauben. Dabeiprofitieren wir von unserem umfang-reichen Know-how, das wir beim Ein-satz gepulster Bogenentladungenbesitzen. Erste Ergebnisse zur Herstel-lung einwandiger Carbon-Nanotubessind sehr vielversprechend, so dassman auf die Zukunft gespannt seindarf.

Alles Alte, soweit es Anspruchdarauf hat, sollen wir lieben,aber für das Neue sollen wirrecht eigentlich leben.

Theodor Fontane

Forschungs- und Entwicklungsangebot:Röntgen- und EUV-Optik



Forschungs- und Entwicklungsangebot: Röntgen- und EUV-Optik


1. Herstellung großer Mengen ein-wandiger Kohlenstoff-Nano-röhren 76

2. Verbesserte Röntgenoptiken für die Reflektometrie, Diffrakto-metrie und Spektroskopie 77

3. Molybdän/Silizium-Multischichtenmit Pikometer-Präzision für die EUV-Lithographie 78

4. Großflächige Ionenstahl-Sputter-Deposition von Nanometer-Multischichten 79

Dr. Andreas LesonAbteilungsleiter (Tel. 2583 317,[email protected])



Dr. Stefan Braun Gruppenleiter Beschichtung(Tel. 2583 432, [email protected])

Spiegel mit Reflexionsbeschichtung

Herstellung und Charakterisierungvon Nanometer-Präzisionsschichten

Nanometer-Einzel- und Multischichtenwerden in der EUV- und Röntgenoptikzur Strahlformung und Monochromati-sierung eingesetzt. Für die Abschei-dung der metallischen oder dielektri-schen Schichten kommen die Verfah-ren der Magnetron- und Ionenstrahl-Sputter-Deposition sowie der Puls-Laser-Deposition zum Einsatz. DieSchichtsysteme zeichnen sich aus durch:- höchste Schichtdickengenauigkeiten,- geringste Rauheiten,- hohe chemische Reinheiten,- exzellente laterale Homogenitäten, - sehr gute Reproduzierbarkeiten.

Neben der Entwicklung und Herstel-lung von Präzisionsschichten bieten wirunsere langjährigen Erfahrungen aufden Gebieten der Charakterisierungund Modellierung von Nanometer-schichten an. Folgende Technologiensind in unseren Labors verfügbar:- Röntgenreflektometrie,- EUV-Reflektometrie,- Röntgendiffraktometrie und- Eigenspannungsmessungen.

Carbon-Nanotubes

Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon-Nanotubes) zeigen eine Reihe beson-derer Eigenschaften wie hohe Festig-keit, sehr gute thermische und elektri-sche Leitfähigkeit, interessante opti-sche Eigenschaften. Im Materialver-bund bewirken schon sehr geringeZusätze von Carbon-Nanotubes völligneue Funktionalitäten des Matrixmate-rials bei gleichzeitig sehr geringer Ein-flussnahme auf sonstige Matrixeigen-schaften und Verarbeitungsprozesse.

Ein am IWS entwickelter, neuartigerverdampfungsbasierter Synthesepro-zess erzeugt reine, einwandige Car-bon-Nanotubes mit sehr engem Eigen-schaftsspektrum in zunehmend grösse-rer Menge. Für die Einführung undEntwicklung von Materialverbundenmit besonderen Eigenschaften bietetdas IWS Carbon-Nanotubes in ver-schiedenen Qualitäten und Verarbei-tungsstadien an. Verbundentwicklun-gen können durch Modellierungenund umfangreiche Charakterisierungender Verbundmaterialien begleitet wer-den.

Arc-Synthese von Fäden aus Kohlenstoff-Nanoröhren

Dr. Oliver Jost Gruppenleiter Carbon-Nanotubes(Tel. 2583 477, [email protected])



Herstellung großer Mengen einwandiger Kohlenstoff-Nanoröhren

Aufgabenstellung

Einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren(Carbonn-Nanotubes) weisen Eigen-schaftsweltrekorde physikalischer,mechanischer und elektrischer Eigen-schaften auf. Auf unterschiedlichstenGebieten sollen daher in Zukunft dieseMaterialien eingesetzt werden. Dazugehören Sensoren, programmierbareLeiter, Transistoren und Emitter elek-tromagnetischer Strahlung sowieMaterialverbünde mit Polymeren undanderen Werkstoffen. Die besondereEngstelle für den Einsatz der Kohlen-stoff-Nanoröhren in Hochtechnologie-produkten liegt aber in der herstellba-ren Menge (einige Gramm je Tag) unddamit konsequenterweise beim Preis,der immer noch höher als der von Dia-mant liegt. Hier ergab sich die ehr-geizige Aufgabenstellung für dasFraunhofer IWS, als erster Herstellerweltweit einen gut skalierbaren Wegzu finden, um größere Mengen diesereinwandigen Nanoröhren herstellen zukönnen - bei gleichzeitiger Bewahrungder besonderen Röhreneigenschaften.

Lösungsweg

Weltweit wird intensiv an CVD-Verfah-ren zur Herstellung von Carbon-Nano-tubes geforscht - mit bislang über-schaubarem Erfolg sowohl bei der her-gestellten Menge als auch der Qualität(Defektdichte). Aus diesem Grundewurden als alternative Prozessvariantendie Herstellung mittels Laserverdamp-fung und Lichtbogenentladung ausge-wählt. Beide Verfahren sind seit Jahrenam Fraunhofer IWS etabliert, auch dieangestrebte Kombination beider Pro-zesse zum sogenannten Laser-Arc-Ver-fahren, das die Vorteile des Laserver-fahrens (hohe Ausbeute an Carbon-Nanotubes mit geringer Defektdichte)

Ergebnisse

Erhebliche Fortschritte konnten in denlaufenden Untersuchungen mit demgepulsten Lichtbogenverfahren erzieltwerden. Prinzipielle wissenschaftlicheProbleme wurden gelöst. Pro Minutekönnen etwa 120 mg Carbon-Nano-tube-haltiges Material mit hohemNanoröhren-Anteil zum ZeitpunktDezember 2006 hergestellt werden.Umgerechnet entspricht dies einerAusbeute von ca. 2 g reiner, einwandi-ger Kohlenstoff-Nanoröhren je StundeNettoproduktionszeit, die mittels einerrobusten, schonenden und skalierba-ren Reinigungsmethode aus demRohmaterial erhalten werden können.Technologische Optimierungen sindderzeit in Ausführung begriffen, umdie Mengen und die Ausbeute zuerhöhen. Das Nahziel für 2007 bestehtin der Herstellung von 100 g h-1 reinereinwandiger Kohlenstoff-Nanoröhren.Das kann jedoch nur ein erster Schrittsein. Ziel ist die Entwicklung einerTechnologie, die die Herstellung vonCarbon-Nanotubes im Tonnenmaßstaberlaubt.

Abb. 1: Makroskopische Netze, bestehend ausBündeln von Kohlenstoff-Nanoröhren

Abb. 2: Bündel aus Kohlenstoff-Nanoröhren(mikroskopisch)

Ansprechpartner

Dr. Oliver JostTel.: 0351 / 2583 477

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5 nm

mit den Vorteilen des Lichtbogenver-fahrens (große Menge verdampftenMaterials) verbinden soll. Die amFraunhofer IWS vorhandene Nano-analytik (Raman mit zwei Laserlinien,UV-Vis-NIR Spektroskopie, REM, AFM,LSM und TEM) ist bei der Optimierungsehr hilfreich.



Abb. 2: Reflexionsgrad von Ni/B4C-Multischich-ten bei verschiedenen Periodendicken,volle Symbole: Messungen, offene Symbole: Berechnungen mitangepassten δ-Werten (instrumentelleGeräteauflösung der Reflektometer)

Aufgabenstellung

Auf Nanometer-Multischichten basie-rende röntgenoptische Systeme wer-den in einer Reihe von Anwendungenbenutzt. Beispiele hierfür sind dieRöntgenreflektometrie (XRR) und -beu-gung (XRD) oder die Röntgenfluores-zenzanalyse (RFA). Ein Vorteil derNanometer-Multischichtoptiken ist es,über die Einzelschichtdicken denAbstand der Reflexionsebenen beliebigeinstellen und damit den Reflexions-winkel gemäß der Braggschen Glei-chung variieren und Strahlformungrealisieren zu können (Abb. 3).

Für die effektivere Ausnutzung der vonder Röntgenquelle oder von der unter-suchten Probe emittierten Strahlungwurden im Verlauf der letzten Jahrezunehmend komplexere Optiksystemeentwickelt, z. B. der Einsatz mehrfachgekrümmter Spiegelgeometrien odervon Multischichten geringster Perio-dendicke für hohe Reflexionswinkel.Mit beiden Maßnahmen lässt sich einvergrößerter Raumwinkelbereich derim Allgemeinen in alle Richtungenemittierenden Quelle ausnutzen.

Die Kombination aus gekrümmtenOberflächen und darauf aufzubringen-den dünnsten Nanometerschichten mitRauheitsanforderungen im Angström-bereich stellt technologisch eine Her-ausforderung dar und ist mit konven-tionellen Beschichtungsverfahren prak-tisch nicht beherrschbar.

stigen Auftreffwinkeln der kondensie-renden Teilchen auf der Substratober-fläche können trotzdem ausreichendglatte Grenzflächen und Schichtstapelerzeugt werden. Weiterhin spielenauch Fragen der Ausgangsrauheit derunbeschichteten Substrate eine ent-scheidende Rolle, da diese speziell imgekrümmten Fall sehr schwer (resp.teuer) zu polieren sind. Durch dieerhöhte Glättungswirkung des Ionen-strahlsputterprozesses können ein-fachere, rauhere Substrate trotzdemzu guten Reflexionswerten führen.

Lösungsweg

Die Ionenstrahlsputterbeschichtungzeichnet sich gegenüber alternativenVakuum-Beschichtungstechnikendurch höhere kinetische Energien imSchichtwachstumsprozess aus. Speziellfür Schichtmaterialien mit hoher Nei-gung zur Inselbildung oder bei ungün-

Ergebnisse

In der Ionenstrahlsputteranlage »IonSys 1600« wurden beispielhaftNi/B4C-Multischichten auf polierten Si-Wafern abgeschieden. Abb. 1 zeigtdie Ergebnisse von Röntgen-Reflexions-messungen an einer 170fach-Multi-schicht mit einem linearen Perioden-dickenverlauf dP im Bereich von 2,0 bis 3,5 nm. Mit abnehmender Peri-odendicke stellt sich erwartungsgemäßauch ein abnehmender Reflexionsgradein. Jedoch selbst bei dP = 2,0 nm (dNi = 0,8 nm) konnte noch ein Wertvon RCu Kα ≈ 50 % erzielt werden (Abb. 2). Die Interfacebreiten derSchichtübergänge im Stapel liegenhierbei im Bereich von σ = 0,28 nm (dP = 3,2 nm) bis σ = 0,36 nm (dP = 2,0 nm).

Die Fähigkeit, lateral gradierte Multi-schichten des Systems Ni/B4C mit Peri-odendicken bis hinab zu 2 nm bei Substratgrößen von 8" Durchmesserabzuscheiden, eröffnet qualitativ neueMöglichkeiten für die Herstellungstrahlformender Röntgenoptiken.

Verbesserte Röntgenoptiken für die Reflektometrie, Diffraktometrieund Spektroskopie

Abb. 1: Cu-Kα-Reflektogramme einer gradiertenNi/B4C-Multischicht

Abb. 3: Prinzip der Strahlformung mit Multi-schicht-Röntgenoptiken

Ansprechpartner

Dipl.-Phys. Peter GawlitzaTel.: 0351 / 2583 [email protected]


Aufgabenstellung

Die in der Halbleiterindustrie zurBelichtung von Schaltkreisstruktureneingesetzte optische Lithographieerfordert den regelmäßigen Übergangzu immer kürzeren Wellenlängen. Nurso kann das sogenannte MOOREscheGesetz eingehalten werden, nach demsich die Strukturdichte auf den Chipsaller 18 Monate verdoppelt.

Ein aussichtsreiches Verfahren dernächsten Generation zur Abbildungvon integrierten Schaltkreisen ist dieExtrem-Ultraviolett-Lithographie(EUVL). Bei der EUVL wird Licht miteiner Wellenlänge von 13,5 nmgenutzt. Dies erfordert den Einsatz vonOptiken, die in Reflexion betriebenwerden.

Die Reflexionsschichten, Nanometer-Multischichten der Kombination Mo-lybdän/Silizium (Mo/Si), müssen mithohem Reflexionsgrad und geringstenEigenspannungen äußerst präzise aufhochpolierten Substraten abgeschie-den werden. Insbesondere geht es dar-um, die vorgegebenen Absolutschicht-dicken und Schichtdickengradientenmit höchstmöglicher Genauigkeit ein-zuhalten.

Bei der MSD werden die Absolutdickenund die Dickenverteilungen der aufdem Substrat abzuscheidenden Multi-schichten ausschließlich über die Zeitgesteuert. Während der Beschichtungerfolgt keine Kontrolle der Schichtei-genschaften. Folglich müssen alle Pro-zessbedingungen äußerst konstantgehalten werden.

Durch Verbesserungen der mechani-schen, elektrischen und Steuerungs-komponenten der Beschichtungsanla-ge war so eine deutliche Steigerungvon Genauigkeit und Reproduzierbar-keit möglich.

Molybdän/Silizium-Multischichten mit Pikometer-Präzision für dieEUV-Lithographie


Lösungsweg

Zur Herstellung von Mo/Si-Multischich-ten werden im IWS die Technologiender Magnetron- und Ionenstrahl-Sput-ter-Deposition (MSD und IBSD) einge-setzt. Die höchsten Reflexionsgradeund Genauigkeiten wurden bisher mitder MSD erreicht. Die Evaluierung deraktuellen Grenzen der Sputtertechno-logie erfolgte daher mit diesem Ver-fahren.

Ergebnisse

Zum Nachweis der verbesserten Repro-duzierbarkeit der Absolutschichtdickenvon einem Durchlauf zum nächstenwurde eine Serie von 10 Spiegeln mitnominell identischen Beschichtungspa-rametern hergestellt. Die Bestimmungder Periodendicken dP der einzelnenMultischichten erfolgte durch zweiunabhängige Verfahren mittels Cu-Kα-und EUV-Reflektometrie. Beide Verfah-ren liefern eine relative Standardab-weichung σr der Messwerte von weni-ger als 0,06 % (Abb. 1). Dies ent-spricht einer Streuung der Perioden-dicken um lediglich 4,2 Pikometer!

Ein weiteres wichtiges Kriterium derReflexionsbeschichtungen ist die Ge-nauigkeit des erzielten Schichtdicken-gradienten. Fehler des Gradienten wirken sich direkt als Abbildungsfehlerder gesamten Optik aus. Mit den aus-geführten Optimierungsschritten konn-te der nichtkorrigierbare Restfehler aufunter 0,02 % gesenkt werden (Abb. 2).Dies ist äquivalent zu einem Absolut-wert von rund 1,4 Pikometern!

Abb. 3: EUV-Spiegel, beschichtet mit Mo/Si-Multischichten

Abb. 2: Darstellung eines typischen Schicht-dickengradienten

Abb. 1: Reproduzierbarkeit der Schichtdickenvon 10 identisch hergestellten Mo/Si-Multischichten

Ansprechpartner

Dr. Stefan BraunTel.: 0351 / 2583 432

[email protected]



Abb. 3: Ionenstrahlsputterbeschichtungsanlage»IonSys 1600«

Aufgabenstellung

Nanometer-Multischichten für optischeAnwendungen in einem breiten Wel-lenlängenbereich von Röntgenstrah-lung bis hin zum Infrarot, aber auchfür thermische und elektrische Einsatz-gebiete erfordern in den meisten Fäl-len sowohl glatte als auch möglichstscharfe Übergänge der charakteristi-schen Eigenschaften an den Einzel-schicht-Grenzflächen. Insbesonderesind die energetischen Wachstumsbe-dingungen der kondensierenden Parti-kel bei der Rauheitsausbildung zwi-schen den Schichten wichtig. Im Hin-blick auf die Entwicklung industrie-tauglicher Beschichtungstechnologienspielen zudem die Skalierbarkeit desVerfahrens und seine Präzision undReproduzierbarkeit auf hinreichendgroßen Flächen eine entscheidendeRolle.

Lösungsweg

Die Ionenstrahlsputterbeschichtung(IBSD) zeichnet sich gegenüber alterna-tiven Vakuum-Beschichtungstechnikenwie Verdampfung oder Magnetrons-puttern durch höhere kinetische Ener-gien der schichtbildenden Teilchenaus. Damit lassen sich qualitativ hoch-wertige dichte, glatte und defektfreieSchichten herstellen. Neueste Ionen-quellenentwicklungen hin zu mehrProzessstabilität und -reproduzierbar-keit, aber auch zu größeren Geome-trien machen den Einsatz der Technikfür die Abscheidung von Nanometer-Multischichtsystemen höchster Präzisi-onsanforderung attraktiv.

Mit dem Aufbau einer Ionenstrahlsput-terbeschichtungsanlage »IonSys 1600«(Abb. 3) wurde am IWS die Möglich-keit geschaffen, Multischichten aus

Ergebnisse

Nanometer-Multischichten auf Sub-straten mit Größen bis zu einemDurchmesser von 200 mm (rund) und100 x 500 mm2 (rechteckig) wurdenauf der »IonSys 1600« beschichtet.Dabei konnten Dickenabweichungenkleiner als 0,1 % über die gesamteBeschichtungsfläche realisiert werden.Abb. 2 zeigt beispielhaft eine 310 mm-Synchrotronoptik,die mittels IBSDhalbseitig mit einer120fach-Mo/Si-Multischicht verse-hen wurde undauf der optischaktiven Fläche von 10 x 300 mm2 eineDickenhomogenität von 99,96 % auf-weist.

Durch Verwendung verschiedensterTargetmaterialien (Al, B4C, C, Cr, Mo,Ni, Si, Ti, W, Zr), z. T. unter Einsatzvon Reaktivgas (z. B. O2), wurde einbreites Spektrum an Multischichtsyste-men bearbeitet. Problemlos können soz. B. metallische mit dielektrischenSchichten abgewechselt werden.

Ein weiteres Beispiel für die Qualitätder erzeugten Nanometer-Multischich-ten des Systems Mo/Si zeigt Abb. 1.Bei einer Periodendicke von ca. 7 nm,wie sie typischerweise in Optiken derEUV-Lithographie verwendet wird,konnten EUV-Reflexionsgrade von REUV = 68,0 % erzielt werden. Dies istnur durch hohe Regelmäßigkeit unddie geringe Durchmischung der Einzel-schichten möglich.

Großflächige Ionenstrahl-Sputter-Deposition von Nanometer-Multischichten

Abb. 2: Halbseitig Gold- und Mo/Si-beschichtete310 mm-Optik

Abb. 1: EUV-Reflektogramm einer 60fach-Mo/Si-Multischicht

Ansprechpartner

Dipl.-Phys. Peter GawlitzaTel.: 0351 / 2583 [email protected]

einer Vielzahl von Materialien auch mitschwierigem Wachstumsverhalten undmit hohen Anforderungen hinsichtlichReinheit, chemischer Zusammenset-zung oder Struktur herzustellen.


Angebot: Marketing

Dr. Carsten KrautzAbteilungsleiter (Tel. 2583 332,[email protected])


1. Angewandte Medientechnik als Dienstleistung in der Laser-Materialbearbeitung und Ober-flächentechnik 82

2. »SimCoat« - Optimierung derPVD-Beschichtung durch Simu-lation 83

Dr. Ralf JäckelGruppenleiter Kommunikation(Tel. 2583 444, [email protected])

Externe und interne Kommunikation

Die Aufgaben der Gruppe Kommuni-kation innerhalb der Abteilung Marke-ting umfassen insbesondere folgendeBereiche der externen und internenKommunikation: - Bearbeitung von Kundenanfragen,- Messe- und Veranstaltungsorgani-

sation, auch für Partner des IWS,- Erstellung und Aktualisierung von

Printmedien,- Erstellung und Aktualisierung von

elektronischen Medien, auch fürunsere Kunden,

- produktspezifisches Marketing,- Patentrecherchen, die auch den Ver-

tragspartnern des IWS angebotenwerden.

Ferner unterstützen die Marketingmit-arbeiter die Fachabteilungen bei Ent-scheidungen in Fragen des strategi-schen Marketings sowie der nationalenund internationalen Forschungsförde-rung. Im vergangenen Jahr wurdeninsbesondere die Aktivitäten imBereich des produktspezifischen Mar-ketings verstärkt.

Kompetenz-Zentrum Multimedia

Die Vermittlung der Forschungs- undEntwicklungsergebnisse des IWS erfor-dert wegen des komplexen Charaktersder technologischen, werkstoffwissen-schaftlichen und physikalischen Zusam-menhänge häufig den Einsatz allerMöglichkeiten der modernen Kommu-nikationstechnik. Durch Kombinationvon Text, Bild, Video und Audio kön-nen auch unsichtbare oder sehr schnellablaufende Vorgänge veranschaulichtwerden. Von besonderer Bedeutungist das bei sicherheitsrelevanten Pro-zessen.

Folgende Dienstleistungen werden vonder Gruppe angeboten:- Herstellung von Akquisitionsmaterial

zu Technologien und Produkten,- Gestaltung von Präsentationen,- Photo- und Videoaufnahmen mit

modernster digitaler Technik, - Aufzeichnung wissenschaftlicher

Veranstaltungen und Wiedergabe alsLive-Präsentation oder interaktivbedienbare CD-ROM,

- Umsetzung physikalisch-technischerAbläufe in 3D-Simulationen,

- Entwicklungsarbeiten zur Bereitstel-lung moderner Werkzeuge der »vir-tual reality« und »augmented reali-ty« für die technologische Forschung,

- Aufbau eines Systems von Weiterbil-dungsveranstaltungen zur Laser- undOberflächentechnik.

Dr. Siegfried Völlmar Gruppenleiter Medientechnik(Tel. 2583 434,[email protected])

Angebot: Marketing


Angebot: Marketing

Angewandte Medientechnik als Dienstleistung in der Laser-Materialbearbeitung und Oberflächentechnik

Tätigkeitsfeld

Die Gruppe Medientechnik beschäftigtsich mit den Bereichen der digitalenMedien unter Anwendung modernerHard- und Software. Das Spektrumreicht von zweidimensionaler Bildbear-beitung bis hin zur Betreuung vonkomplexen dreidimensionalen virtuel-len Installationen. Der Einsatz erfolgtsowohl projektbezogen nach Kunden-wünschen als auch als Dienstleistungzur Unterstützung der Projektbearbei-tung durch die Fachabteilungen.

Multimediale Dienstleistung

Als multimediale Dienstleistung bietetdie Arbeitsgruppe das Erstellen undBearbeiten von Präsentationen, Daten-trägern und Internetseiten an. Nebenanimierten zwei- und dreidimensiona-len Grafiken finden auch durch mo-derne Aufnahmetechnik erzeugte Pro-zessvideos Verwendung. Je nach Ein-

satzgebiet erfolgteine professionelleVertonung z. B.durch Sprecher. DasZusammenführenund Bearbeiten allerMedienströme erfolgtan einem speziell aus-gerüsteten Multime-dia-Arbeitsplatz, derz. B. für Videoschnittoder DVD-Authoringverwendet werdenkann.

Verfügbare fertigge-stellte Produkte sind

CD-Präsentationen zu Projektergebnis-sen und industriellen Lösungen. Des-weiteren wurden zurückliegende Vor-tragsreihen aus Workshops und Veran-staltungen, die im Auftrag von ande-ren Einrichtungen organisiert wurden,multimedial aufbereitet und könnennachbestellt werden z. B. für die Ver-anstaltung zum Thema »Neue Rapid

Softwareentwicklung und -anwen-dung

Im Bereich Softwareentwicklung be-schäftigt sich die Arbeitsgruppe mitder systematischen Herstellung vonSoftwareprodukten. Neben der Ent-wicklung von komplexen dreidimensio-nalen Simulationsprogrammen für dieLaser-Materialbearbeitung und Ober-flächentechnik erfolgt ebenfalls dieEntwicklung von Systemschnittstellen,z. B. zur Steuerung von virtuellenRobotercontrollern oder zur Verteilungvon Inhalten in virtuellen Installationen.

Für komplexe physikalische Problemeerfolgt die Modellierung mit Hilfe derFinite-Elemente-Methode unter Einsatzdes kommerziellen Softwarepaketes»Comsol Multiphysics« (Abb. 2). Mitdiesem lässt sich eine Vielzahl von phy-sikalischen Vorgängen simulieren, diesich mittels Differentialgleichungenbeschreiben lassen.

Abb. 3: Dreidimensionale Darstellung in der virtuellen Installation

Abb. 2: FEM-Berechnung eines Temperatur-feldes

Ansprechpartner

Dipl.-SoftwaretechnologeDaniel Römer

Tel.: 0351 / 2583 [email protected]

Hardwareinstallationen

Neben der klassischen Darstellung aufDesktopsystemen werden auch kom-plexe multimediale Installationen ver-wendet. In einer virtuellen Installationkönnen Anlagen und Prozesse dreidi-mensional dargestellt werden (Abb. 3).Die 3-Seiten-CAVE ermöglicht eineimmersive Abbildung der realen Zu-sammenhänge und erlaubt demBenutzer ein freies und unabhängigesInteragieren im dreidimensionalenRaum.

Abb. 1: CD mit aufgezeichneten Vorträgen desWorkshops zum Thema »Neue RapidTechnologien«

Technologien« (Abb. 1). Für Lehr- undLernzwecke wurde die Software»Lasersicherheit« entwickelt, die zumTraining im sicheren Umgang mit demLaser dient. Die Software »Laserlexi-kon« dient als Nachschlagewerk fürden Bereich Laser-Materialbearbeitung.Alle multimedialen Produkte könnenüber das Internet bestellt werden(www.laserlexikon.de, www.lasersi-cherheit.de).


Angebot: Marketing

Abb. 3: Farblich kodierter Quelleneintrag in zeit-licher Abfolge

Aufgabenstellung

Als dominierendes Verfahren zur in-dustriellen Abscheidung tribologischerharter Schutzschichten hat sich dieVakuumbogenbeschichtung durchge-setzt. Die in der industriellen Praxisverwendeten Beschichtungsanlagenkönnen mit sehr vielen Bauteilen be-stückt werden (Abb. 1). Zusätzlichmüssen die Schichten bestimmtenQualitätsanforderungen genügen. Diesversucht man durch einen entspre-chenden Anlagenaufbau und Bewe-gungsablauf zu erreichen. Speziell zurOptimierung des Beschichtungsprozes-ses unter Berücksichtigung der jeweili-gen Ausgangsparameter wurde dasProgrammsystem »SimCoat« ent-wickelt. Die theoretische Modellbil-dung erfolgt in Zusammenarbeit mitder Gruppe Kohlenstoffschichten.

eine anschließende physikalische Aus-wertung bestimmt, z. B. Abstände undWinkelbeziehungen von der Quellezum jeweiligen Bauteil. Zusätzlich wer-den mögliche Abschattungs- und Hin-terschneidungseffekte berücksichtigt.Der daraus resultierende Datensatzkann im anschließenden Postproces-sing anhand verschiedener physikali-scher Modelle ausgewertet werden (z. B. Subplantation als Schichtbil-dungsmodell).

Lösungsweg

Bei der Beschichtung treffen Teilchen(z. B. Kohlenstoff) des hochionisiertenBeschichtungsplasmas mit hoher Ener-gie auf das Bauteil. Das daraus resul-tierende lagenweise Wachstum unddie Schichteigenschaften hängen imWesentlichen von den Bedingungen inder Beschichtungskammer ab. In derSimulation müssen deshalb die geome-trischen und kinematischen Gegeben-heiten der jeweiligen Beschichtungsan-lage so realitätsnah wie erforderlichabgebildet werden. Durch zahlreicheParameter kann die Simulation ent-sprechend konfiguriert werden. DieBestückung der virtuellen Anlageerfolgt über benutzerfreundliche Dialo-ge, mit denen die Bauteilmodelle plat-ziert werden. Da diese aus unter-schiedlichen Datenquellen stammenkönnen, gibt es entsprechende Werk-zeuge, um die Modelle simulationsge-recht vorzubereiten. Während derSimulationsrechnung werden schritt-weise alle notwendigen Parameter für

Ergebnisse

In der Auswertung lässt sich eine Viel-zahl von Problemstellungen beantwor-ten, die eine Optimierung des Be-schichtungsvorganges ermöglichen.Zunächst wird die Schichtdickenvertei-lung an der Bauteiloberfläche berech-net (Abb. 2). Daraus kann man Rück-schlüsse auf die Qualität der Schichtziehen, z. B. anhand der resultierendenSchichthomogenität oder der maxima-len Schichtdicke. An ausgewähltenStellen der Oberfläche ist es zusätzlichmöglich, die jeweilige Multischicht-struktur mit Schichtdicken und Mor-phologie zu betrachten. Um die Ursa-chen einer entsprechenden Schicht-dickenverteilung zu kennen, kann derjeweilige Eintrag der Plasmaquellenberechnet werden (Abb. 3). Da einEnergieeintrag mit einem Temperatur-anstieg verbunden ist, kann dieser mitHilfe eines Moduls zur Temperaturfeld-berechnung analysiert werden.

Durch den Erkenntnisgewinn bezüglichgewählter Bestückung, Qualität derSchicht, Auswahl und Platzierung derPlasmaquellen und Prozessgrenzen (z. B. Temperatur) lassen sich Rück-schlüsse auf die Ausgangsparameterziehen, wodurch ein kontinuierlicherOptimierungsprozeß möglich wird.

»SimCoat« - Optimierung der PVD-Beschichtung durch Simulation

Abb. 1: Virtuelle Abbildung der Beschichtungs-anlage - Demonstrator ta-C Beschich-tung

Abb. 2: Schichtdickenverteilung in Falschfarben

Ansprechpartner

Dipl.-SoftwaretechnologeDaniel RömerTel.: 0351 / 2583 [email protected]

Forschungs- und Entwicklungsangebot: Simulation und Grundlagen



1. Berechnung der Eigenspannungs-verteilung an durch Laser-Pulver--Auftragsschweißen erzeugten Schichten 85

2. Ausbildung thermoelektrischer Ströme beim Laserstrahl-schweißen 86

Forschungs- und Entwicklungsangebot:Simulation und Grundlagen

Prozess-Simulation und Software-entwicklung für die Lasermaterial-bearbeitung

»Probieren geht über Studieren«, sagtder Volksmund, doch bei modernenHochtechnologien kann Probieren sehrteuer werden. Ein möglichst tiefgehen-des Verständnis der in der Prozesszoneablaufenden Vorgänge erleichtert nichtnur die Weiterentwicklung und Opti-mierung von Verfahren der Lasermate-rialbearbeitung und Beschichtung,sondern spart auch Kosten in der Pro-duktionsvorbereitung. Daher gehört im

Dr. Achim Mahrle Gruppe Simulation / Grundlagen (Tel. 2583 407,[email protected])

IWS zur Verfahrensentwicklung und -weiterentwicklung in zunehmendemMaße auch die Prozessmodellierungbis hin zur Entwicklung produktions-tauglicher Software (z. B. Laserhärten,Laser-Pulver-Auftragschweißen).

Modellgestützte Abschätzungenerleichtern oft die Prognose, ob undmit welchen Mitteln konkrete Kunden-wünsche erfüllt werden können(Machbarkeitsstudien) und unterstüt-zen die Ermittlung von geeigneten Pro-zessfenstern. Analytische Approxima-tionen und Modellexperimentegehören ebenfalls zum methodischenRepertoire des IWS. Sie dienen dazu,grundlegende physikalische Prozessebei der Lasermaterialbearbeitung zuvisualisieren und einer detailliertenAnalyse zugänglich zu machen; z. B.die Schmelzbadkonvektion und ihreBeeinflussung durch elektromagneti-sche Felder. Mittels dieser Methodenund in Verknüpfung mit experimentel-len Ergebnissen können auch wichtige,aber bisher unbekannte Material-parameter für Bearbeitungsverfahrenbestimmt werden, z. B. Absorptions-grade technischer Oberflächen.

Dr. Adrian Lange Gruppe Simulation / Grundlagen (Tel. 2583 328,[email protected])



Abb. 3: Querspannungsverteilung σyy (y, z) beidrei benachbarten Schweißraupen(Überlappungsgrad von 40 %)

Aufgabenstellung

Das Laser-Pulver-Auftragsschweißenwird hauptsächlich zur Erzeugung vonVerschleiß- und Korrosionsschutz-schichten und zum Volumenaufbaubeim Rapid Prototyping eingesetzt.Dabei wird der durch eine Pulverdüsezugeführte Zusatzwerkstoff mit Hilfeeines laserinduzierten Schmelzbadesfest mit dem Substrat verschweißt. Diewährend der Abkühlung in der aufge-brachten Schicht entstehenden Zug-spannungen können zu Rissbildungund Delamination führen (Abb. 1).

Oftmals werden diese Zugspannungennoch durch Phasenumwandlungen imSubstrat verstärkt, die mit Dichteände-rungen verbunden sind (Martensit).Um die Rissbildungsgefahr zu reduzie-ren, ist die Prozessführung so zu modi-fizieren, dass niedrigere Eigenspannun-gen entstehen und die plastische Ver-formung hauptsächlich bei höherenTemperaturen erfolgt.

Um den Einfluss der Prozessparameterauf Eigenspannungen, Verzug undRissbildungsgefahr abschätzen zu kön-nen, sind sowohl die Spannungsent-wicklung bei der Erzeugung einer Ein-zelraupe als auch die Modifizierungdieses Spannungszustandes durchnachfolgende überlappende Raupenzu untersuchen.

2. Berechnung der Spannungsent-wicklung in einer Einzelraupe (unterVerwendung der zuvor berechne-ten Prozessparameter) mit einemkommerziellen FEM-Programm,

3. Untersuchung des Einflusses über-lappender Folgeraupen auf dieSpannungsverteilung in bereits existierenden Raupen.

Damit kann der Einfluss der Prozess-führung sowie der Größe und derÜberlappung der Schweißraupen aufdie Spannungsverteilung in auftragge-schweißten Schichten untersucht wer-den.

Lösungsweg

Die Berechnung von Eigenspannungs-verteilungen in laserauftraggeschweiß-ten Schichten erfolgt im IWS in dreiSchritten:1. Ermittlung der zur Erzeugung einer

Einzelraupe mit gegebener Geome-trie nötigen Prozessparameterwerteund des dabei entstehenden Tem-peraturfeldes mit dem Simulations-tool LAVA,

Ergebnisse

Bei einer Einzelraupe führt die thermi-sche Kontraktion des flüssig aufge-brachten Zusatzwerkstoffes zu Zug-spannungen (σyy > 0) in der Schichtund überwiegend zu Druckspannun-gen im Substrat (Abb. 2).

Bei aus mehreren überlappenden Rau-pen gebildeten Schichten kommt esaufgrund der Vorwärmung durch vor-angegangene Raupen, des Wiederauf-heizens bereits aufgebrachter Schweiß-raupen und deren mechanischerWechselwirkung zu Veränderungender Gefüge- und Spannungsverteilung.Insbesondere an den Grenzflächenzwischen Substrat und Schicht sowiezwischen den einzelnen Schweißrau-pen treten hohe Zugspannungen auf,die an derartigen Stellen zu Rissenführen können.

Im weiteren soll mit Hilfe von Parame-terstudien untersucht werden, wie die-se Spannungen durch geeignete Wahlder Prozessparameter und ggf. durchinduktives Vor- oder Nachwärmen ver-kleinert werden können.

Berechnung der Eigenspannungsverteilung an durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen erzeugten Schichten

Abb. 2: Querspannungsverteilung σyy (y, z) ineiner Einzelraupe und ihrer Umgebungim Querschnitt (Stellit 21 auf Stahl C45)

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Frank BrücknerTel.: 0351 / 2583 [email protected]

Abb. 1: Rissbildung in einer auftragsgeschweiß-ten Schicht

500 µm

-550,0

-412,5

-275,0

-137,5

0

137,5

275,0

412,5

550,0

σyy / MPa

-550,0

-412,5

-275,0

-137,5

0

137,5

275,0

412,5

550,0

σyy / MPa

z

y

z

y

Lösungsweg

Aus der Grundgleichung der Thermo-elektrizität folgt, dass eine thermoelek-trische Stromdichte durch einen Gradi-enten im chemischen Potential, in derTemperatur oder in beiden erzeugtwerden kann. Die Stärke der Strom-dichte hängt beim Laserstrahlschwei-ßen vor allem von der Stärke des Tem-peraturgradienten und dem tempera-turabhängigen Seebeck-Koeffizienten(Maß für die durch Temperaturunter-schiede erzeugbare Spannung) ab. Beieiner Beschränkung auf eine zweidi-mensionale Betrachtung (entsprichtdem Schweißen dünner Bleche) undauf eine temperaturunabhängige elek-trische Leitfähigkeit im untersuchten


Aufgabenstellung

Um beim Laserstrahlschweißen höhereSchweißgeschwindigkeiten und / oderbessere Nahtqualitäten zu erzielen,können externe statische Magnetfeldereingesetzt werden. Der prinzipielleErfolg dieser Methode wurde inSchweißexperimenten an Feinkornbau-stählen und Aluminiumlegierungengezeigt: ein Schmelzbadauswurf konn-te unterdrückt und die Oberraupen-qualität verbessert werden. Diese Phä-nomene treten nur für bestimmte Ori-entierungen des Magnetfeldes auf,was auf die Existenz von thermoelek-trischen Strömen führt. In der Wech-selwirkung mit maßgeschneidertenäußeren Magnetfeldern könnenLorentzkräfte im Schmelzbad generiertwerden, die über ihren Einfluss auf dieKonvektion im Schmelzbad die Geo-metrie der Schweißnaht beeinflussen.Zum besseren Verständnis der Phä-nomene ist eine möglichst realitätsna-he Simulation erforderlich. Dazu sollneben dem festen und flüssigenGrundwerkstoff auch die Schweißnahtmodelliert werden.

Gebiet gibt es eine analytische Lösungfür die thermoelektrische Stromdichte.Bei einer konstanten Péclet-Zahl (cha-rakterisiert das Verhältnis von konvek-tivem zu konduktivem Wärmetransportin der Metallschmelze) von Pe = 0,1wird der Einfluss des Schweißnahtge-füges auf die Stromdichteverteilunguntersucht.

Ausbildung thermoelektrischer Ströme beim Laserstrahlschweißen


Ergebnisse

Im Unterschied zu den bekannten See-beck-Koeffizienten für festes und flüs-siges Aluminium sind die Werte fürgeschweißtes Aluminium unbekannt.Es wurden deshalb verschiedene Mo-delle für den Seebeck-Koeffizientender Schweißnaht getestet. Abb. 1 zeigtden Seebeck-Koeffizienten desSchmelzbades umgeben vom festenGrundwerkstoff ohne (Bild oben) undmit Berücksichtigung des geändertenSchweißnahtgefüges (Bild unten). DieStromdichteverteilung ohne geänder-tes Schweißnahtgefüge (Abb. 2 oben)ist durch drei intensive Wirbelpaare ge-kennzeichnet: unmittelbar vor und hin-ter der Dampfkapillare sowie am Endedes Schmelzbades. Diese Wirbel derStromdichte sind an der Grenzflächefest-flüssig lokalisiert. Wird das geän-derte Schweißnahtgefüge mit betrach-tet (Abb. 2 unten) ergibt sich einedeutlich andere Stromdichtevertei-lung. Der thermoelektrische Strom istwesentlich homogener über dasSchmelzbad verteilt, markante Wirbelfehlen völlig. Dieses Ergebnis stellt sichfür alle getesteten Modelle ein. Durchdiese homogene Struktur ist es bessermöglich, mit Hilfe eines äußeren Mag-netfeldes eine gezielte Lorentzkraftüber der gesamten Schmelze zu gene-rieren. Diese erzeugte Lorentzkraftkann so gestaltet werden, dass dieresultierende Strömung in der Schmel-ze zu schmaleren und tieferenSchweißnähten führt.

Abb. 2: Temperaturfeld [Farbe und blaue Iso-thermen für Verdampfungs- (innen) undSchmelztemperatur (außen)] und ther-moelektrische Stromdichte (schwarzeStromlinien) für Aluminium bei Pe = 0,1ohne (oben) und mit (unten) Berücksich-tigung des geänderten Schweißnahtge-füges

Ansprechpartner

Dr. Adrian LangeTel.: 0351 / 2583 328

[email protected]

Abb. 1: Seebeck-Koeffizient von Aluminium inder Schmelze (zentraler Bereich) und imFestkörper (umgebender Randbereich),im unteren Bild links vorn der Seebeck-Koeffizient bei Berücksichtigung desgeänderten Schweißnahtgefüges


Namen, Daten und Ereignisse

Diplomarbeiten

A. Brückner (Technische Universität Dresden)»Abscheidung und Charakterisierungkohlenstoffbasierter PVD-Schichten aufWerkzeugen für die schmierstofffreieAluminium- und Magnesiumblechum-formung«

K. Heinrich(Hochschule für Technik und Wirt-schaft Dresden (FH))»Untersuchungen zur Innenbeschich-tung durch Laser-Auftragschweißen«

C. Kleemann(Technische Universität Dresden)»Laser-Arc deposition of amorphouscarbon films and characterization oftheir mechanical and tribological pro-perties under conditions for biomedicalapplications«

C. Kündscher(Hochschule für Technik und Wirt-schaft Dresden (FH))»Potentialanalyse zur großflächigenAnwendung der Laserstrahlreinigung«

R. Münster(Technische Universität Chemnitz)»Untersuchungen zum Laser-Auftrag-schweißen mit Strahlteileroptik«

F. Pfitzner(Hochschule für Technik und Wirt-schaft Dresden (FH))»Technologische Untersuchungen zumAuftragschweißen mit Faserlaser«

R. Püschel(Hochschule für Technik und Wirt-schaft Dresden (FH))»Untersuchung der Möglichkeiten undGrenzen des Faserlasereinsatzes in derMikrostrukturierung«

Dissertationen

J. Hauptmann(Technische Universität Dresden)»Rutschhemmende Ausrüstung polier-ter Steinfußböden«

U. Klotzbach(Technische Universität Wien)»Untersuchungen zum Trennen vonpolykristallinen Siliziumwafern mit fre-quenzvervielfachten Kurzpuls-Nd:YAG-Lasern«

H. Schulz(Technische Universität Dresden)»Dotierte amorphe Kohlenstoffschich-ten zur Herstellung superhydrophoberOberflächen«

G. Richter(Hochschule für Technik und Wirt-schaft Dresden (FH))»Laserstrahlschweißen von Kunststof-fen - Untersuchung neuer Strahlquel-len und Schweißmechanismen«

S. Tschöcke(Technische Universität Dresden)»Herstellung von SiO2-Kratzschutz-schichten mittels Mikrowellen-PECVDbei Atmosphärendruck«

S. Weigelt(Hochschule für Technik und Wirt-schaft Dresden (FH))»Untersuchungen zum Laserstrahl-schweißen von Aluminiumwerkstoffenim T-Stoß für luftfahrtspezifische Struk-turen mit dem Faserlaser«

M. Wiener(Hochschule für Technik und Wirt-schaft Dresden (FH))»Verfahrensoptimierung zur Herstel-lung thermisch gespritzter Hartmetall-schichten an hochbelasteten Bautei-len«

M. Zier(Berufsakademie Sachsen, StaatlicheStudienakademie Dresden (BA))»Zusammenwirken der Finite ElementeMethode mit virtuellen Umgebungenzur Simulation und Visualisierung vonphysikalisch-technischen Prozessen«


Prof. E. Beyer:Mitglied des Advisory Board des Euro-pean Laser Institute (ELI)

Prof. E. Beyer:Mitglied Gutachterausschuss der AiF

Prof. E. Beyer:Mitglied des Board of Directors desLaser Institute of America

Prof. E. Beyer:Mitglied des Board of Stakeholders derTechnology Platform Photonics21

Prof. E. Beyer:Mitglied der Gesellschaft für Chemi-sche Technik und Biotechnologie e.V.(DECHEMA)

Prof. E. Beyer:Mitglied des International AdvisoryBoard des Journal of Laser Applications(JLA)

Prof. B. Brenner: Fachausschuß 9 der AWT »Rand-schichtbehandlung und Kurzzeit-austenitisierung«

Prof. B. Brenner:Mitglied Gutachterausschuss der AiF

Dr. I. Jansen:Mitglied der Gesellschaft für Chemi-sche Technik und Biotechnologie e.V.(DECHEMA), Fachsektion Klebtechnik

Dr. I. Jansen:Mitglied des Industriearbeitskreises»Intlaskleb« des BMBF

Dr. R. Jäckel: Arbeitskreis »Messe- und Öffentlich-keitsarbeit« des Materialforschungs-verbundes Dresden e.V.

Dr. G. Kirchhoff: Arbeitsausschuss »Schallemissions-analyse« der DGzfP

A. Kluge: Sprecher der Rechnerbetreiber in derFraunhofer-Gesellschaft

Dr. A. Leson: Mitglied des Advisory Board der Zeit-schrift »NanoS«

Vorlesungen

Vorlesungen am Institut für Ober-flächentechnik und Fertigungsmess-technik der TU Dresden imWintersemester 2005 / 2006:- Prof. Beyer: Plasmen in der Ferti-

gungstechnik (Mechatronik)- Prof. Schultrich: Dünnschichttechno-

logie (Sonderwerkstoffe) - Dr. Leson, Prof. Beyer: Oberflächen-

technik / Nanotechnologie - Prof. Beyer / Hr. Kötter: Rapid Proto-

coating - Prof. Beyer: Robotik

Vorlesung am Institut für Ober-flächentechnik und Fertigungsmess-technik der TU Dresden im Sommersemester 2006:- Prof. Beyer: Lasergrundlagen / Laser-

systemtechnik - Prof. Beyer: Rapid Prototyping - Prof. Beyer: Laserrobotik /

Lasertronik- Prof. Beyer: Praktikum Lasersicher-

heits- und Laserverfahrenstechnik

Vorlesungen am Institut für Ober-flächen- und Fertigungstechnik der TUDresden im Wintersemester 2006 / 2007:- Prof. Beyer: Fertigungstechnik II - Prof. Beyer: Plasmatechnik - Dr. Leson, Prof. Beyer: Oberflächen-

technik / Nanotechnologie - Prof. Schultrich: Dünnschichttechno-

logie (Sonderwerkstoffe)

Vorlesung an der Hochschule für Tech-nik und Wirtschaft Dresden:- Dr. Nowotny: Lasermaterial-

bearbeitung


Mitarbeit in Gremien

Prof. E. Beyer: Mitglied des Präsidiums der Fraun-hofer-Gesellschaft

Prof. E. Beyer: Sprecher des Fraunhofer-VerbundesOberflächentechnik und Photonik

Prof. E. Beyer: Direktor des Institutes für Oberflächen-technik und Fertigungsmesstechnik IOFder TU Dresden

Prof. E. Beyer: Vorsitzender der Arbeitsgemeinschaft»Ingenieurwissenschaften« sowie Vize-Präsident der WissenschaftlichenGesellschaft für Lasertechnik WLT e.V.

Prof. E. Beyer:Mitglied des Materialforschungs-verbundes Dresden e.V.

Prof. E. Beyer:Mitglied des Dresdner Gesprächskrei-ses der Wirtschaft und der Wissen-schaft e.V.

Prof. E. Beyer:Mitglied der Sachsenberg-Gesellschafte.V.

Prof. E. Beyer:Mitglied des Bundesverbandes mittel-ständische Wirtschaft e.V.

Prof. E. Beyer:Kurator der Palucca Schule Dresden -Hochschule für Tanz

Prof. E. Beyer:Mitglied der Europäischen Forschungs-gesellschaft »Dünne Schichten« e.V.

Prof. E. Beyer:Mitglied des Kompetenzzentrums»Luft- und Raumfahrttechnik Sachsen /Thüringen e.V.«

Prof. E. Beyer:Mitglied des Universitären Zentrumsfür Luft- und Raumfahrt (UZLR)der TU Dresden



Dr. A. Leson: Sprecher des Nanotechnologie-Kompe-tenzzentrums »Ultradünne funktionaleSchichten«

Dr. A. Leson: Kuratoriumsmitglied der Zeitschrift»Vakuum in Forschung und Praxis«

Dr. A. Leson: Mitglied des Arbeitskreises Zukunfts-technologien der Stadt Dresden

Dr. A. Leson:Mitglied des Wissenschaftlichen Beiratsdes Vereins Deutscher Ingenieure

Dr. A. Leson:Vorsitzender des VDI-KompetenzfeldesNanotechnik

Dr. A. Leson:Mitglied im Programmausschuss desWissenschaftlichen Beirats des VDI

Dr. A. Leson:Mitglied des International AdvisoryBoard der Zeitschrift »Micromaterialsand Nanomaterials«

Dr. A. Leson:Vorstandsmitglied des European Cen-ter for Micro- and Nanoreliability e.V.

Dr. A. Leson, Dr. H.-J. Scheibe, Prof. B. Schultrich: Arbeitskreis Plasmaoberflächen-technologie

Dr. S. Nowotny: DVS-Arbeitsgruppe V9.2 / AA 15.2»Laserstrahlschweißen und verwandteVerfahren«

Prof. B. Schultrich: Vorstandsmitglied der EuropäischenForschungsgesellschaft »Dünne Schich-ten« e.V.

Dr. G. C. Stehr: Mitglied im wissenschaftlichen Rat undim Gutachterausschuss der AiF

Dr. G. C. Stehr: DVS Fachausschuss 2 »ThermischesBeschichten und Autogentechnik«

Herr Göbel bei der Verleihung des Institutsprei-ses für die beste wissenschaftliche Leistung einesNachwuchswissenschaftlers

Für sein überdurchschnittliches Engagement fürdie Belange des Instituts erhielt Dr. Pollack einen Sonderpreis

Preise des IWS 2005

1. Beste innovative Produktidee

Annett Klotzbach, Dr. Thomas Schwarz, Veiko Fleischer, Dr. Lothar Morgenthal, Michael Leminski, Frank Kretzschmar»Entwicklung des Remote-Laser-strahlschneidens on the fly«

2. Beste wissenschaftlich-technische Leistung

Michael Leonhardt, Dr. Carl-Friedrich Meyer, Dr. Hans-Joachim Scheibe»Industrielle ta-C Abscheidung mittels Laser-Arc-Modul (LAM) an industriellen Beschichtungsanlagen«

3. Beste wissenschaftliche Leistung eines Nachwuchswissenschaftlers

Gunther Göbel»Neuartiger thermo-mechanischer Ansatz zur Heißrissvermeidung beim Laserstrahlschweißen«

4. Beste wissenschaftlich studentischeLeistung

Julius Roch»Aufbau und Test eines Versuchs-standes zur Evaluierung einer auf-skalierten Atmosphärendruck Mikrowellen-Plasma-Quelle«

Georg Dietrich»Oberflächenstrukturierung im Nanometer-Bereich«

5. Sonderpreis

Dr. Dieter Pollack»als besonderen Dank und Würdi-gung für seinen stets überdurch-schnittlichen Einsatz und sein Engagement für die Belange desInstituts«

Dr. G. C. Stehr: Gemeinschaft Thermisches Spritzen(GTS) e.V.

Dr. A. Techel, Dr. S. Nowotny: VDI-Arbeitsgruppe »Rapid Proto-typing« im VDI-Bezirksverein Dresden

Dr. B. Winderlich: Arbeitsgruppe »Festigkeit und Konstruktion« des DVS-BV Dresden



Dr. Volkmar Dietz (BMBF) während des 2. Inter-nationalen Workshops »Faserlaser« im Int. Kon-gresszentrum Dresden (5. / 6. Juli 2006)

Besondere Ereignisse

02. Mai 2006Jahrestagung des Nanotechnologie-Kompetenzzentrums »Ultradünnefunktionale Schichten« im IWS

12. Mai 20062. Treffen der ehemaligen Mitarbeiter-innen und Mitarbeiter des FraunhoferIWS Dresden und des Lehrstuhls LOTder TU Dresden

29. Juni 2006»Fraunhofer-Vorstand vor Ort« imInstitutszentrum Dresden

30. Juni 2006Beteiligung des Fraunhofer-Instituts-zentrums am »Tag der Technik« undan der »Langen Nacht der Wissen-schaft« der Landeshauptstadt Dresden

05. - 06. Juli 2006 2. Internationaler Workshop »Faser-laser« im Internationalen Kongresszen-trum Dresden (Organisator: FraunhoferIWS)

08. - 09. November 20066. Workshop »Industrielle Anwendun-gen von Hochleistungsdiodenlasern«im Fraunhofer IWS Dresden

16. November 2006Impulsveranstaltung - LaserbasierteFüge- und Beschichtungsverfahren -BMBF-Produktionstechnik-Förderungim Rahmenkonzept »Forschung für dieProduktion von morgen« (Organisator: Fraunhofer IWS Dresden)

21. - 22. November 20065. Internationales Nanotechnologie-Symposium »Nanofair - Neue Ideen fürdie Industrie« in Karlsruhe (Mitorgani-sator: Fraunhofer IWS Dresden)

23. - 24. November 2006Australisch-Deutscher Workshop zurNanotechnologie in Karlsruhe (Organisator: Fraunhofer IWS Dresden)

27. November 2006Eröffnung des Dresdner Nanotechno-logie-Innvationscluster »nano for pro-duction« im Fraunhofer IWS Dresden

Surface Engineering und Nanotechno-logie (SENT)

Unter dieser Bezeichnung, die dieBedeutung nanotechnologischerAspekte für die moderne Dünnschicht-technologie ausdrückt, startete dasIWS in Zusammenarbeit mit der TUDresden und der Fraunhofer Technolo-gy Academy Weiterbildungskurse zurindustriellen Dünnschichttechnologie.Sie werden sowohl als allgemeine Kur-se im IWS als auch als speziell ange-passte Veranstaltungen bei den Unter-nehmen durchgeführt.

16. - 17. Mai 2006»Verfahren zur Abscheidung dünnerSchichten«

05. - 07. Dezember 2006»Industrielle Charakterisierung dünnerSchichten«

Tag der Technik im Fraunhofer-InstitutszentrumDresden (30. Juni 2006)

Eröffnung des Nanotechnologie-Innovations-clusters »nano for production« am 27.11.2006im Fraunhofer IWS Dresden


Messebeteiligungen

Messe SEMICON 2006 München,04. - 06. April 2006

Auf der Europäischen Leitmesse fürHalbleitertechnologien und Mikroelek-tronik präsentierte das IWS zusammenmit der Partnerfirma aus dem Reinst-gassektor Sempa Systems GmbH diegemeinsam entwickelte Multigas-Sen-sorik ISPROM®. Das Sensorsystemzeichnet sich besonders durch Indus-trietauglichkeit und Langzeitstabilität,seine kontinuierliche in-situ-Arbeits-weise und seine Fähigkeit zum simulta-nen Messen fast aller prozessrelevan-ten Gase aus. Das flexibel aufgebauteSystem eröffnet einer Vielzahl vonIndustrieprozessen - nicht nur in derHalbleiterindustrie - die Möglichkeiteiner online-Prozeßüberwachung und -regelung.

Hannover-Messe Industrie 2006, 24. - 28. April 2006

Im Rahmen des Fraunhofer-Gemein-schaftsstandes präsentierte das IWS inHalle 2 neueste Ergebnisse angewand-ter Forschung zum Thema »IntegrierteLeichtbausysteme«, eine der 12 Leit-innovationen der Fraunhofer-Gesell-schaft. Vorgestellt wurden Technolo-gieentwicklungen zum Laserstrahl-schweißen von Flugzeugrumpfstruk-turen.

Im Rahmen des Gemeinschaftsstandes»Laser Technology« präsentierte dasIWS in Halle 14 - Micro Technology -auf einer 40 m2 großen Fläche neuesteErgebnisse angewandter Forschungauf den Gebieten der Lasermaterial-und Mikrobearbeitung. Hauptthemenwaren das Laser-Auftragschweißen(mit dem im IWS entwickelten Pulver-düsensystem, gezeigt an der Schau-wand »Industrielle Lösungen zumLaserstrahl-Präzisionsauftrag-schweißen« mit Videopräsentation)

und das Laserstrahlschweißen (gezeigtan der Schauwand »Schweißrisse! - IhrProblem?« mit Videopräsentation). Inder Mikrotechnik wurde Einsatzmög-lichkeiten der neuentwickelten Faserla-ser gezeigt.

Außerdem beteiligten sich das Fraun-hofer IWS und der Lehrstuhl für Laser-und Oberflächentechnik der TU Dres-den am Gemeinschaftsstand »For-schung für die Zukunft« in Halle 2.Dort wurden die erreichten Ergebnissein der Klebflächenvorbehandlung undauf dem Gebiet der dreidimensionalenSimulation gezeigt.

Internationale Luft- und Raumfahrt-ausstellung Berlin 2006, 16. - 21. Mai 2006

Im Rahmen des Gemeinschaftsstandesdes Kompetenzzentrums Luft- undRaumfahrttechnik Sachsen / Thüringene.V. (LRT) beteiligte sich das IWS zumzweiten Mal an der ILA auf dem Gelän-de des Schönefelder Flughafens. Vorge-stellt wurden Technologieentwicklun-gen zum Laserstrahlschweißen vonFlugzeugrumpfstrukturen, zur Aufbrin-gung hitzebeständiger Schichten sowiezur Charakterisierung der mechani-schen, thermischen und tribologischenEigenschaften von laserbehandeltenluftfahrtrelevanten Bauteilen.

Rapid.Tech 2006 Erfurt, 16. - 17. Mai 2006

Zum zweiten Mal beteiligte sich dasIWS an dieser Anwendertagung undFachausstellung für Rapid-Technolo-gien. Zentrales Thema des Standeswaren die industriellen Lösungen zumLaserstrahl-Präzisionsauftragschweißenund zur schnellen Werkzeugferigungdurch Blechpaketieren (Melato®).

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Präsentation des Multigassensors ISPROM®

auf der Halbleitermesse SEMICON 2006 in Mün-chen

Besuch des sächsischen Bundestagsabgeordne-ten Andreas Lämmel (Bildmitte) auf demGemeinschaftsstand des LRT auf der Luftfahrt-messe ILA 2006

Prof. Berndt Brenner (2. v.r.) während Presse-konferenz der Fraunhofer-Gesellschaft auf demzentralen Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 2 (Hannover-Messe 2006)

Besuch der Bundesforschungsministerin Dr. AnnetteSchavan (Bildmitte) auf dem Gemeinschaftsstand»Forschung für die Zukunft« der TU Dresden aufder Hannover-Messe 2006, Halle 2


Euroblech 2006 Hannover, 24. - 28. Oktober 2006

An der Internationalen Technologie-messe für Blechbearbeitung Euroblech2006 beteiligte sich das IWS zum drit-ten Mal. Auf dem Fraunhofer-Gemein-schaftsstand in Halle 11 wurden vomIWS insbesondere Exponate zu dreiThemen ausgestellt:- transparente Kratzschutzschichten

durch Atmosphärendruck-Plasma-technik,

- DIAMOR® - Beschichtung fürUmformwerkzeuge,

- MELATO® - schnelle Fertigung vonkomplex geformten Werkzeugen.

Denkmal 2006 Leipzig, 25. - 28. Oktober 2006

Das Laserstrahlreinigen von kulturhis-torisch wertvollen Objekten aus Metall,Holz und Stein wurde auf diesereuropäischen Branchenmesse fürDenkmalpflege und Stadterneuerunggezeigt. Präsentiert wurde beispiels-weise ein transportabler Faserlaser(Rucksacklaser) zum Reinigen inRestaurierung und Denkmalpflegesowie dessen erstmalige Anwendungzum Reinigen an 3500 Jahre altenägyptischen Grabkammern (im Auftragdes Neferhotep e.V.).

Messe Parts2clean 2006 Friedrichs-hafen, 07. - 09. November 2006

Das IWS präsentierte auf dieser Messeim Rahmen des Gemeinschaftsstandesder Fraunhofer-Allianz Reinigungstech-nik eine Lösung zur partiellen Reini-gung von Bauteilen mittels Laserstrah-len. Die besonderen Merkmale sind dieIntegration des Reinigungsschrittes indie automatisierte Fertigung, die Reali-sierung kurzer Taktzeiten, die Möglich-keit der Reinigung der für den Folgear-beitsschritt notwendigen Funktions-flächen an Bauteilen im vormontierten

Zustand sowie der Verzicht auf Löse-mittel bzw. anderweitige Reinigungs-medien. Die Lösung wurde am Beispielder Abreinigung von Kühl- undSchmierstoffresten sowie Konservie-rungsmitteln im Bereich der Fügestel-len vor dem Laserstrahlschweißen vor-gestellt.

Messe Euromold 2006 Frankfurt / M.,29. November - 02. Dezember 2006

An der Branchenmesse zum Formen-,Modell- und Werkzeugbau sowie zurGießereitechnik beteiligte sich das IWSbereits zum elften Mal. Hauptanzie-hungspunkt war der Roboter als Teileiner neuen Anlage, der zum Laser-Auftragschweißen (mit dem im IWSentwickelten Pulverdüsensystem) undzum Laserhärten und Laserschweißenmit Faser- und Diodenlasern genutztwerden kann. Die DoppelfunktionLaser-Auftragschweißen und Laserhär-ten konnte in den letzten zwei Jahrenbei drei internationalen Kunden in derSchweiz, in Italien und in Indien in dieProduktion überführt werden.

Präsentation des Fraunhofer IWS auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand auf der Euro-blech 2006

Präsentation der Reinigungskompetenzen desIWS im Rahmen des Messeauftrittes der Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik auf derParts2Clean, blaue Figur in der Bildmitte mitRucksackfaserlaser für mobile Anwendungen



Patente und Marken

Patentanmeldungen

[P1] E. Beyer

"Vorrichtung und Verfahren zur Bearbei-tung von Werkstücken mittels Faserlaser"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 006 426.7

[P2] E. Beyer

"Verfahren und Vorrichtung zur Bearbei-tung von Werkstücken mittels von einemHochleistungsfaserlaser emittierter elek-tromagnetischer Strahlung"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 428.3

[P3] E. Beyer

"Vorrichtung und Verfahren zur Bearbei-tung von Werkstücken mittels statistischoder unpolarisierter Strahlung einesFaser- oder Scheibenlasers"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 006 429.1

[P4] E. Beyer, I. Jansen, A. Klotzbach

"Verfahren zum Fügen von Bauteilen,insbesondere Leichtbaubauteilen, mittelsKleben"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 038 868.2

[P5] E. Beyer, C. Krautz, E. Hensel, U. Klotzbach

"Wandelement zum Schutz vor Laser-strahlung"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 036 500.3

[P6] E. Beyer, P.-M. Mickel, G. Wunderlich

"Verfahren zur Fügung von Blechkon-struktionen durch Laserstrahlschweißen"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 052 827.1

[P7] B. Brenner

"Verfahren und Vorrichtung zum Rand-schichthärten formkomplizierter Bauteile"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 050 799.1

[P8] B. Brenner, G. Göbel

"Verfahren und Vorrichtung zum riss-freien Schweißen, Reparaturschweißenoder Auftragsschweißen heissrissan-fälliger Werkstoffe"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 048 580.7

[P9] I. Dani, V. Hopfe, B. Dresler

"Vorrichtung und Verfahren zur Ausbil-dung dünner Schichten auf Substratober-flächen"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 042 328.2

[P10] I. Dani, V. Hopfe, E. Lopez

"Verfahren zum selektiven plasmachemi-schen Trockenätzen von auf Oberflächenvon Silicium-Wafern ausgebildetem Phos-phorsilikatglas"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 042 329.1

Patenterteilungen

[P22] E. Beyer, J. Kalich, H. Kötter

"Vorrichtung und Verfahren zum form-schlüssigen Verbinden von Werk-stücken"

Veröffentlichungs-Nr.: DE 10 2004 062896 B4

[P23] S. Bonß, J. Standfuß, E. Beyer

"Verfahren und Vorrichtung zumSchweißen mittels Laserstrahlung"

Veröffentlichungs-Nr.: EP 1 007 267 B1

[P24] B. Brenner, B. Winderlich, J. Standfuß,J. Schumacher, H. Brenneis, W. Zink

"Leichtbau-Strukturbauteil insbesonderefür Flugzeuge und Verfahren zu seinerHerstellung"


[P25] I. Dani, W. Grählert, G. Mäder,V. Hopfe,

"Vorrichtung und Verfahren zur opti-schen Detektion von in Abgasen chemi-scher Prozesse enthaltenen Stoffen"


[P26] G. Mäder, D. Rogler, V. Hopfe,

"Modul und Verfahren für die Modifizie-rung von Substratoberflächen beiAtmosphärenbedingungen"


[P27] L. Morgenthal, A. Klotzbach, T. Schwarz, J. Hauptmann, R. Gnann

"Vorrichtung und Verfahren für eineBearbeitung großflächiger Bearbeitungs-bereiche von Werkstücken mittels Laser-strahlung"


[P28] R. Neugebauer, R. Lang, M. Seifert,E. Trageser, R. Wolf, R. Zieris, L.-M. Berger, S. Nowotny

"Verfahren zur Herstellung einer Einrich-tung zur Umsetzung einer rotatorischenin eine translatorische Bewegung unddamit hergestellte Einrichtung"


[P29] D. Rogler, V. Hopfe, G. Mäder

"Verfahren zur Ausbildung dünnerSchichten aus Silizium auf Substratober-flächen"


[P11] D. Dittrich, J. Hackius, B. Brenner, B. Winderlich, J. Standfuß,

"Metallisches Flugzeugbauteil"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 046 080.4

[P12] V. Franke, F. Sonntag, J. Hauptmann

"Technologie zum Fügen von Bauteilenmit Hilfe von elektromagnetischer Strah-lung"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 040 773.3

[P13] V. Hopfe, I. Dani, M. Rosina, M. Heint-ze, R. Möller, H. Wanka, E. Lopez

"Verfahren zur Entfernung einer dotier-ten Oberflächenschicht an Rückseitenvon kristallinen Silizium-Solarwafern"

Anmelde-Az.: PCT/DE2006/001058

[P14] A. Klotzbach, V. Fleischer, L. Morgenthal

"Verfahren zur Bearbeitung von Werk-stücken mittels Laserstrahlung"

Anmelde-Az.: PCT/EP2006/000055

[P15] C. Meyer

"Anordnung für die Separation von Par-tikeln aus einem Plasma"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 009 106.4

[P16] S. Nowotny, S. Scharek

"Vorrichtung für die Bearbeitung vonWerkstücken mit Laserstrahlung"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 044 550.3

[P17] M. Rosina, I. Dani, V. Hopfe, B. Dresler,R. Möller

"Vorrichtung und Verfahren zur Ausbil-dung dünner Siliciumnitridschichten aufOberflächen von kristallinen Sillicium-Solarwafern"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 042 327.5

[P18] B. Schultrich, D. Schneider

"Identifikationselement"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 017 155.1

[P19] B. Schultrich, F. Sonntag

"Verfahren zur Herstellung von Ober-flächenstrukturen und Element mitOberflächenstrukturen zur Verwendungfür Biosensoren oder die Herstellungvon Zellleitstrukturen"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 017 153.5

[P20] F. Sonntag

"Mikrofluidische Anordnung zur Detek-tion von in Proben enthaltenen chemi-schen, biochemischen Molekülen und /oder Partikeln"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 024 355.2

[P21] V. Weihnacht, B. Schultrich

"Verfahren zur Bearbeitung von Ober-flächen einer Beschichtung aus hartemKohlenstoff"

Anmelde-Az.: DE 10 2006 010 916.3

[L01] F. Atchison, B. Blau, M. Daum, P. Fierlinger, P. Geltenbort, R. Henneck,S. Heule, M. Kasprzak, K. Kirch, K. Kohlik, M. Kuzniak, M. Meier, C.-F. Meyer, A. Pichlmaier, C. Plonka, P. Schmidt-Wellenburg, B. Schultrich, T. Stucky, V. Weihnacht, O. Zimmer

"Storage of Ultracold Neutrons in a Volu-me Coated with Diamondlike Carbon"

Physical Review C 74, (2006)

[L02] H. Beese, W. Grählert, V. Hopfe, F. Petzold, P. Kaspersen, A. Bohman,P. Mackrodt

"In-line Monitoring von Feuchtespurenund weiteren kritischen Verunreinigun-gen in Bulk- und Korrosivgasen derMikroelektronik"

VDI-Berichte1959 (2006), S. 57-62

[L03] L.-M. Berger

"Hardmetal Bulk Materials and Coatings -Commonalities and Differences"

Powder Metallurgy Congress & ExhibitionEuro PM2006, (2006) S. 289-297(ISBN 1-899072-32-2), Strewsburg, U.K.:European Powder Metallurgy Associa-tion, Vol.1

[L04] L.-M. Berger, J. Hauptmann, S. Nowotny,V. Weihnacht, J. Ziemer

"Herstellung von harten Schichten undBearbeitung von Hartstoffen"

Industrie Diamanten Rundschau40 (2006) 3, S. 24-30

[L05] L.-M. Berger, S. Saaro, M. Woydt

"Influence of Oxidation on the Dry Sli-ding Properties of HVOF-Sprayed Hard-metal Coatings"

Powder Metallurgy Congress & ExhibitionEuro PM2006 (2006) S. 225-232

[L06] E. Beyer

"Fiber Laser Welding"

Industrial Laser Solutions 21 (2006) 7,S. 13-14

[L07] E. Beyer

"Schweißen und Schneiden mit Faserla-sern - ein Entwicklungssprung in derLasertechnik aus Anwendersicht"

7th European Conference and ExhibitionEuropean Automotive Laser ApplicationEALA (2006) S. 109 - 118

[L08] E. Beyer

"High Power Laser Applications"

14th Annual Automotive Laser Applicati-on Workshop ALAW (2006)

[L09] E. Beyer

"Polarisierte Faserlaser und optischeRückwirkungen"

2. Internationaler Workshop "Faserlaser"(2006) Tagungsband

[L10] E. Beyer

"Neue Entwicklungen und Trends in derLasermaterialbearbeitung und die Anfor-derungen an die Strahlquellen undStrahlführung"

PRIMES Workshop (2006) Tagungs-CD

[L11] E. Beyer, B. Brenner, A. Klotzbach, S. Nowotny

"Laser Macro Processing - Today andTomorrow"

4th International Congress on LaserAdvanced Materials Processing LAMP2006, Published online by JLPS-JapanLaser Processing Society, #06-1, Tu1-2 #35

[L12] E. Beyer, B. Brenner, L. Morgenthal

"Laser Beam Applications with HighPower Fiber Laser"

XVI International Symposium on GasFlow and Chemical Lasers & High PowerLasers Conference GCL / HPL 2006(2006) Tagungsband erscheint im Früh-jahr 2007

[L13] E. Beyer, B. Brenner, L. Morgenthal

"Faserlaseranwendung"

5. Jenaer Lasertagung (2006) S. 197 - 210

[L14] E. Beyer, W. Danzer

"Einfluss von Plasma und Schutzgas aufSchweißprozesse"

2. Internationaler Workshop "Faserlaser"(2006) Tagungsband

[L15] I. Bialuch, H.-J. Scheibe, W. Augustin

"Anitihaft- und Antifouling-Effekte durchmodifizierte amorphe Kohlenwasserstof-fe"

EFDS Workshop "Kohlenstoffschichten -tribologische Eigenschaften und Verfah-ren zu ihrer Herstellung" (2006)Tagungsband

[L16] S. Bonß

"Der Strahl, der hart macht"

Werkstatt und Betrieb (2006) 5, S. 18-20

[L17] S. Bonß

"Integrierte Härterei - Laserstrahlhärtenim Großwerkzeugbau"

Härtereitechnische Mitteilungen, 61(2006) 5, S. 254 - 259

[L18] S. Bonß, J. Hannweber, U. Karsunke,M. Seifert, B. Brenner, E. Beyer

"Integrated Heat Treatment - System forPrecise Hardening Journal of UniqueTools or Parts"

4th International Congress on LaserAdvanced Materials Processing LAMP2006, Published online by JLPS-JapanLaser Processing Society, 2006 ,#06-165Th4-3 #140

[L19] S. Bonß, J. Hannweber, S. Kühn, M. Seifert, B. Brenner, E. Beyer

"LASSY - Laserstrahlhärten mit variablerSpurbreite"

9. WTK Chemnitz, Tagungsband, TUChemnitz, Eigenverlag, SchriftenreiheWerkstoffe und Werkstoffverbunde, 24(2006) S. 161-166

[L20] S. Bonß, J. Hannweber, S. Kühn, M. Seifert, B. Brenner, E. Beyer

"Variable Bearbeitungsoptik zum Laser-strahlhärten"

DVS-Berichte, 241 (2006), S. 95-100,DVS-Verlag, Düsseldorf

[L21] S. Bonß, J. Hannweber, M. Seifert, U. Karsunke, E. Beyer

"Integrated Heat Treatment - System forPrecise Hardening of Unique Tools orParts"

2nd Pacific International Conference onApplications of Lasers and Optics PICALO 2006, LIA Pub. #401, Vol. 2,ISBN #0-912035-84-6

[L22] S. Braun, T. Foltyn, M. Menzel,A. Leson, F. Schäfers, M. Mertin

"Multilayer Monochromators for theWavelength-Dispersive X-ray Fluorescen-ce Spectrometry"

BESSY-Jahresbericht (2005) S. 451-453

[L23] S. Braun, P. Gawlitza, M. Menzel,A. Leson, M. Mertin, F. Schäfers

"Reflectance and Resolution of Multi-layer Monochromators for Photon Ener-gies from 400 - 6000 eV"

The 9th International Conference onSynchrotron Radiation Instruments (SRI)(2006) D3-013


Veröffentlichungen

95Fraunhofer IWS Jahresbericht 2006

Veröffentlichungen

[L24] S. Braun, P. Gawlitza, M. Menzel,S. Schädlich, A. Leson

"High-Precision Multilayer Coatings andReflectometry for EUVL Optics"

The 9th International Conference onSynchrotron Radiation Instruments (SRI)(2006) K3-014

[L25] S. Braun, H. Mai

"Multilayer and Single-Surface Reflectorsfor X-ray Optics"

"Metal Based Thin Films for Electronics",K. Wetzig, C. M. Schneider, WILEY-VCH(2006), S. 103-119


"Multilayers for X-Ray Optical Purposes"



"X-Ray Optical Systems"


[L28] B. Brenner, G. Göbel, U. Stamm,J. Standfuß, S. Schrauber

"Influence of Beam Quality on Crack Formation in hard-to-weld Materials"

2. Internationaler Workshop "Faserlaser"(2006) Tagungs-CD

[L29] B. Brenner, G. Göbel, J. Standfuß, U. Stamm

"Neuere Ergebnisse zum Schweißen vonEisenbasiswerkstoffen mit Faserlasern"

5. Laser-Anwenderforum, in: F. Vollert-sen, T. Seefeld (Hrsg.): "Laserstrahlfü-gen: Prozesse, Systeme, Anwendungen,Trends", Strahltechnik Band 28, BremerInstitut für angewandte Strahltechnik,(2006) ISBN: 3-933762-18-9, S. 139-148

[L30] B. Brenner, A. Jahn, G. Göbel, A. Klotzbach, J. Standfuß, L. Morgenthal

"Neue Möglichkeiten des Laserstrahl-schweißens für den Karosseriebau"

Internationaler Rohbauexpertenkreis, 30. Fachtagung "Prozesskette Karos-serie®" (2006) Tagungs-CD

[L31] F. Brückner, D. Lepski, E. Beyer

"Finite Element Studies of Stress Evoluti-on in Induction Assisted Laser Cladding"

XVI International Symposium on GasFlow and Chemical Lasers & High PowerLasers Conference, Tagungsbanderscheint im Frühjahr 2007

[L32] I. Dani, V. Hopfe, L. Kotte, D. Linaschke,D. Rogler, S. Tschöcke

"Transparente Kratzschutzschichten mit-tels Plasma-CVD bei Atmosphärendruck"

Werkstoffe in der Fertigung (2006) 5, S. 40-41

[L33] I. Dani, V. Hopfe, D. Rogler, E. Lopez,G. Mäder

"Plasmachemische Gasphasenabschei-dung und Plasmaätzen bei Atmo-sphärendruck mittels einer linear aus-gedehnten DC-Bogenplasmaquelle"

Vakuum in Forschung und Praxis, 18(2006) 4, S. 30-33

[L34] T. Dekorsy, F. Hudert, R. Cerna, H. Schäfer, C. Janke, A. Bartels, K. Köhler, S. Braun, M. Wiemer, S. Mantl

"Coherent Acoustic Phonons in Nano-Structures Investigated by AsynchronousOptical Sampling"

Proc. of the SPIE 63930H (2006)

[L35] D. Dittrich

"Gewichtsreduzierung: schweißbaresMagnesiumblech im Karosseriebau"

Photonik 38 (2006) 3, S. 16

[L36] V. Franke, F. Sonntag, G. Richter, U. Klotzbach

"Fügen von LTCC und Kunststoff mittelsLaserstrahlung"

18. Internationale WissenschaftlicheKonferenz Mittweida (2006) Tagungs-band

[L37] V. Franke, F. Sonntag, G. Richter, U. Klotzbach

"New Technology for Joining of LTCCand Polymer Assemblies"

1st Electronics Systemintegration Tech-nology Conference, ESTC2006 Dresden(2006) Tagungsband

[L38] P. Gawlitza, S. Braun, S. Lipfert, A. Leson

"Ion-Beam Sputter Deposition of X-RayMultilayer Optics on Large Areas"

Advances in X-Ray / EUV Optics, Com-ponents, and Applications - Optics &Photonics, Proc. of the SPIE 6317OG(2006)

[L39] W. Grählert, I. Dani, G. Mäder, O. Throl,V. Hopfe, K. Pietsch, T. Wünsche, Th. Dreyer

"ISPROM, ein in-situ-Multigasanalysatorfür CVD- und Ätzprozesse"

VDI-Berichte1959 (2006) S. 45-56

[L40] J. Hannweber, S. Bonß, B. Brenner, E. Beyer

"Practical Applications of Camera BasedSystems for Laser Material processing"

4th International Congress on LaserAdvanced Materials ProcessingLAMP2006, Published online by JLPS-Japan Laser Processing Society (2006)#06-173, Th4-14 #154

[L41] J. Hannweber, S. Kühn, S. Bonss,B. Brenner, E. Beyer

"Camera Based System for Online LaserBeam Monitoring"

2nd Pacific International Conference onApplications of Lasers and Optics PICALO 2006, LIA Pub. #401, 2 (2006),ISBN #0-912035-84-6

[L42] G. Hardtke, A. Schumann, I. Hopfe,I. Jansen

"Graffitischutz auf textilen Trägerstoffendurch präventive Oberflächenbeschich-tung"

Technische Textilien - Technical Textiles49 (2006) 1, S. 53-56

[L43] B. Hommel, J. Heikenwälder, O. Zimmer

"Wachstumspotential des Rapid Toolingdurch Prototypwerkzeuge für Kunst-stoffteile mit Miniaturstrukturen"

Die Maschine (dima) (2006) 1, S. 53-55

[L44] I. Jansen

"Partieller Schichtabtrag an faserver-stärkten Kunststoffen"

Kunststoffverarbeitung Deutschland(2006) 9, S. 30-31

[L45] I. Jansen, E. Beyer

"Surface Pretreatment of Magnesiumwith Nd:YAG Laser"

3rd World Congress on Adhesion andRelated Phenomena, WCARP-III ( 2006),S. 389-395

[L46] I. Jansen, R. Böhme

"Laserstrahlbehandlung von faserver-stärkten Kunststoffen vor dem Kleben"

Schweißen und Schneiden 58 (2006) 5,S. 247-249

[L47] I. Jansen, H. Wust, E. Beyer

"Welchen Einfluss hat Laserstrahlungauf Magnesium"

Adhäsion. kleben & dichten 50 (2006)4, S. 44-48

[L48] J. Kaspar, J. Bretschneider, S. Jacob, S. Bonß, B. Winderlich, B. Brenner

"Microstructure, Hardness and CavitationErosion Behavior of Ti 6Al 4V Laser Nitri-ded under Different Gas Atmospheres"

Surface Engineering (2006) im Druck

[L49] J. Kaspar, A. Luft, S. Nolte, M. Will, E. Beyer

"Laser Helical Drilling of Silicon Waferswith ns to fs Pulses: Scanning ElectronMicroscopy and Transmission ElectronMicroscopy Characterization of DrilledThrough-Holes"

Journal of Laser Application 18 (2006)2, S. 85-92

[L50] D. Klaffke, B. Schultrich, V. Weihnacht

"Tribological Behaviour of ta-C Coatingsunder Water Lubricated Conditions"

The Annals of University of Galati 8 (2005), S. 24-28

[L51] D. Klaffke, B. Schultrich, V. Weihnacht

"Tribological Characterisation of ta-CCoatings under Lubricated Conditions"

15th International Colloquium Tribology(2006) Tagungsband

[L52] K. Klotz, U. Bahr, W. Brückner, H.-A. Bahr, H. Balke, G. Kirchhoff, H.-J. Weiss, T. Göbel, S. Menzel, K. Wetzig

"Coatings with Intrinsic Stress Profile:Refined Creep Analysis of (Ti,Al)N andCracking Due to Cyclic Laser Heating"

Thin Solid Films 496 (2006), S. 469-474

[L53] A. Leson

"Nanoscaled Multilayer Systems for X-Ray Analytics and EUV Lithography"

Journal of Korean Powder MetallurgyInstitute (2006)

[L54] K. Lipp, L.-M. Berger, U. May,M. Wiener

"Rolling Contact Fatigue of the Hardme-tal Coating WC-17%Co"

Powder Metallurgy Congress & Exhibiti-on Euro PM2006 (2006), S. 233-240

[L55] A. Mahrle, E. Beyer

"Hybrid Laser Beam Welding - Classifica-tion, Characteristics, and Applications"

Journal of Laser Applications 18 (2006)3, S. 169-180

[L56] S. Martens, V. Weihnacht, L.-M. Berger,I. Schulz, D. Lehmann, B. Schlecht

"Ölfreie Getriebe"

Tribologie-Fachtagung, Moers: Gesell-schaft für Tribologie (2006) CD, 11 p.,ISBN 3-00-015053-6

[L57] S. Nowotny

"Laserstrahl-Auftragschweißen: Präzi-sionstechnologie für Oberflächenschutzund Reparaturen"

Schriftenreihe Thermisches Spritzen,Hrsg. Alexander Schwenk, (2006), S. 74-82, ISSN 1610-0530

[L58] T. Sandner, J. U. Schmidt, H. Schenk, H. Lakner, M. Yang, A. Gatto, N. Kaiser,S. Braun, T. Foltyn, A. Leson

"Highly Reflective Optical Coatings forHigh-Power Applications of Micro Scan-ning Mirrors in the UV-VIS-NIR SpectralRegion"

Proc. of the SPIE 61140H (2006)

[L59] P. Schaaf, M. Shinn, E. Carpene, J. Kaspar

"Direct Laser Synthesis of FunctionalCoatings by FEL Treatments"

Journal of Laser Micro/Nanoengineering1 (2006) 2, 129-135

[L60] B. Schultrich

"Nanostructural Ceramic and CarbonFilms for Wear Protection"

Nanomaterials Technology for MilitaryVehicle Structural ApplicationsWorkshop AVT-122 (2005)

[L61] B. Schultrich

"Neuartige Hartstoffschichten durchNanotechnologie"

Galvanotechnik 97 (2006), S. 696-704

[L62] B. Schultrich

VIP-Lexikon 1: "Physikalische Dampf-phasenabscheidung"

Vakuum in Forschung und Praxis 18(2006) 1, S. 34-35

[L63] B. Schultrich

VIP-Lexikon 2: "Vakuumverdampfen"


[L64] B. Schultrich

VIP-Lexikon 3: "Bedampfen I"


[L65] B. Schultrich

VIP-Lexikon 4: "Bedampfen II"


[L66] B. Schultrich

VIP-Lexikon 5: "Zerstäuben von Ober-flächen"


[L67] B. Schultrich

VIP-Lexikon 6: "Sputtern I"


[L68] B. Schultrich

"Gasphasenabscheidung von tribologi-schen und funktionellen Nanoschichten"

MSTI-Fernlehrgang Nanotechnologie,Modul 7, IIR-Verlag, Sulzbach, (2006), S. 1-54

[L69] B. Schultrich

"Vakuumbogenbeschichtung"

OTTI Fachforum "Die Vielfalt vonBeschichtungen" (2006) Tagungsband

[L70] B. Schultrich

"Neuartige Hartstoffschichten durchNanotechnologie"

Galvanotechnik, 97 (2006) 3, S. 696-704

[L71] B. Schultrich, J. Berthold, V. Weihnacht

"Superhard Amorphous Carbon Filmsfor Critical Lubrication Conditions"

15th International Colloquium Tribology(2006) Tagungsband

[L72] B. Schultrich, K. Bewilogua

"Tribologisches Verhalten von amorphenKohlenstoffschichten"

EFDS-Workshop Kohlenstoffschichten,(2006) Tagungsband

[L73] B. Schultrich, V. Weihnacht, H.-J. Scheibe, T. Stucky, S. Bräunling

"Superharte amorphe Kohlenstoffschich-ten für Zerspanungs- und Umformwerk-zeuge"

Tribologie + Schmierungstechnik 53 (2006) 5, S. 23-26

Veröffentlichungen



Veröffentlichungen

[L81] A. Techel, L.-M. Berger, J. Bretschneider,S. Thiele

"Laser and PTA Surfacing with TiC-BasedMaterials"

Building on 100 Years of Success: Pro-ceedings of the 2006 International Ther-mal Spray Conference CD, 6p Ed.: B.R. Marple, M.M. Hyland, Y.-C. Lau, R.S. Lima, J. Voyer, MaterialsPark / Ohio: ASM International (2006)

[L82] J. Tuominen, J. Latokartano, J. Vihinen,P. Vuoristo, T. Mäntylä, T. Naumann,S. Scharek, L.-M. Berger, S. Nowotny

"Deposition of Thick Wear and Corrosi-on Resistant Coatings by High PowerDiode Laser"

Building on 100 Years of Success: Pro-ceedings of the 2006 International Ther-mal Spray Conference, CD, 3p Ed.: B.R. Marple, M.M. Hyland, Y.-C. Lau, R.S. Lima, J. Voyer MaterialsPark / Ohio: ASM International (2006)

[L83] V. Weihnacht, J. Berthold, B. Schultrich,D. Klaffke

"Superhard Amorphous Carbon Filmsfor Critical Lubrication Conditions"

15th International Colloquium Tribology(2006) ISBN Nr. 3-924813-54-x, Heraus-geber: Technische Akademie Esslingen

[L84] V. Weihnacht, T. Stucky, B. Schultrich

"Eigenschaften und Anwendungen vonsuperharten ta-C-Schichten"

2. EFDS - Workshop "Kohlenstoffschich-ten - tribologische Eigenschaften undVerfahren zu ihrer Herstellung" (2006)Tagungsband

[L85] B. Weller, V. Prautzsch, S. Tasche,I. Vogt, I. Jansen

"Fügen und Verbinden mit UV- undlichthärtenden Acrylaten"

Stahlbau 75 (2006), 6 S. 521-528

[L86] B. Winderlich, A. Zwick, A. Jahn,D. Dittrich, B. Brenner, A. Luft, S. Trümper, W. Fessenmayer, B. Wedel, F. Kretzschmar, R. Imhoff

"Laserstrahlschweißen für den Leicht-bau"

Hrsg.: B. BrennerErgebnisbericht zum Verbundvorhaben"Funktionsoptimierte laserhybridge-schweißte Leichtbaustrukturen als Kern-elemente zur Realisierung ganzheitlicherLeichtbaukonzepte" im Rahmen desBMBF-Rahmenkonzept Forschung fürdie Produktion von morgenFraunhofer IRB-Verlag (2006) ISBN 3-8167-7197-1

[L74] C. C. Stahr, S. Saaro, L.-M. Berger,J. Dubsky, K. Neufuss

"Über die Abhängigkeit der Stabilisie-rung von Korund vom Spritzprozess"

9. Werkstofftechnisches Kolloquium,Schriftenreihe "Werkstoffe und werk-stofftechnische Anwendungen", 24(2006), S. 226-235, ISBN-10: 3-00-019101-1, ISBN-13: 978-3-00-019101-5, ISSN: 1439-1597, Hrsg.: B. Wielage.

[L75] J. Standfuß

"Laser Beam Welding - Application- andMaterial Adapted Solutions"

ALAW 2006, Fraunhofer Pre-Conference(2006) Tagungsband

[L76] J. Standfuß

"Laser Beam Welding of Light Metals forAutomotive Applications"

Symposium on Laser Applications toMaterials Joining, Modification and Diagnostics (2006) Tagungsband

[L77] J. Standfuß, U. Stamm, G. Göbel,S. Schrauber

"Laser Beam Welding with Fiber Lasersin Power Train"

2. Internationaler Workshop "Faserlaser"(2006) Tagungs-CD

[L78] A. Techel

"Schneller zum fertigen Werkzeug"

Werkzeugformenbau (2006) 3, S. 52-53

[L79] A. Techel, L.-M. Berger, J. Bretschneider

"Laser- und Plasma-Pulver-Auftrag-schweißen zur Erzeugung hartmetall-ähnlicher Schichten auf TiC-Basis"

Jahrbuch Oberflächentechnik 62 (2006),S. 209-218, ISBN 3-87480-222-1Herausgeber: R. Suchentrunk, BadSaulgau: Eugen G. Leuze Verlag

[L80] A. Techel, L.-M. Berger, J. Bretschneider

"Laser- und Plasma-Pulver-Auftrag-schweißen zur Erzeugung hartmetall-ähnlicher Schichten auf TiC-Basis"

Galvanotechnik 97 (2006), S. 2774-2783, Eugen G. Leuze Verlag, BadSaulgau, ISBN 0016-4232 B20696

[L87] R. Wolf, E. Trageser, C. Hochmuth, R. Neugebauer, S. Ortmann, L.-M. Berger, M. Wiener, T. Naumann,S. Rein, T. Schumann

"Verschleißschutz von Nockenfunktions-flächen durch Beschichtung und Ober-flächenbehandlung"

XXth International Scientific ConferenceMittweida, Wissenschaftliche Berichte,Wissenschaftliche Zeitschrift der Hoch-schule Mittweida (FH) (2006) 4, S. 41-45"Moderne Verfahren und Anwendun-gen in der Oberflächentechnik", Ed.: Hochschule Mittweida (FH), ISSN1437-7624

[L88] H. Wust

"Die Wirkung von Laserstrahlung aufstrukturelle, chemische und physikali-sche Eigenschaften von Holz"

Shaker-Verlag, Aachen (2006) S. 1 - 156

[L89] H. Wust; P. Haller; G. Wiedemann

"Schmelzen von Holz durch Laserstrah-lung."

DVS-Berichte 240 (2006), S. 266-270

[L90] H. Wust, A. Wagenführ, M. Oertel,B. Buchelt, U. Schwarz, E. Beyer

"Schmalflächenbeschichtung mit demLaser - Alte Technologien in neuem LichtTeil 1: Grundlagen zur Reaktivierung vonSchmelzklebstoffen mit Laserstrahlung"

Holztechnologie 3 (2006), S. 37-42

[L91] H. Wust, A. Wagenführ, M. Oertel, B. Buchelt, U. Schwarz, I. Jansen, E. Beyer

"Schmalflächenbeschichtung mit demLaser - Alte Technologien in neuem LichtTeil 2: Der Fügeprozess an der Kanten-anleimmaschine"

Holztechnologie 5 (2006), S. 24-29

[L92] J. Ziemer

"Aktuelle Entwicklungen bei der Laser-technik"

Werkstoffe in der Fertigung (2006) 4,S. 36-38

[L93] O. Zimmer; E. Schmalz

"PVD-Beschichtung - Eine neue Lösungzur antistatischen Ausrüstung von Filter-medien. PVD-Coating - A New Solutionfor Antistatic Finishing of Filter Media."

Symposium Textile Filter, Konferenz-Einzelbericht 8 * (2006), S. 1-3


[T01] H. Beese, W. Grählert, V. Hopfe, F. Petzold, P. Kaspersen, A. Bohman,P. Mackrodt

"In-line Monitoring von Feuchtespurenund weiteren kritischen Verunreinigun-gen in Bulk- und Korrosivgasen derMikroelektronik"

Anwendungen und Trends in der Opti-schen Analysenmesstechnik 5. Konferenz über Optische Analysen-messtechnik in Industrie und Umwelt,Mannheim (D) 26. -27. September 2006

[T02] L.-M. Berger

"Thermal Spray Research at FraunhoferInstitute for Material and Beam Techno-logy"

University of Sherbrooke, Québec(Canada) 12. Mai 2006

[T03] L.-M. Berger

"Hardmetal Bulk Materials and Coatings- Commonalities and Differences"

Powder Metallurgy Congress & Exhibiti-on Euro PM2006, Ghent (Belgium) 23.-25. Oktober 2006

[T04] L.-M. Berger

"Magnéli Phases in Thermal Spray Coa-tings"

University of Stockholm (Schweden) 01. November 2006

[T05] L.-M. Berger, S. Saaro, M. Woydt

"Comparative Study of HVOF-SprayedHardmetal Coatings under High Tempe-rature Dry Sliding Conditions"

International Thermal Spray Conference,Seattle, Washington (USA) 15.-18. Mai 2006

[T06] L.-M. Berger, S. Saaro, M. Woydt

"Influence of Oxidation on the Dry Sli-ding Properties of HVOF-Sprayed Hard-metal Coatings"


[T07] E. Beyer

"Schweißen und Schneiden mit Faserla-sern - ein Entwicklungssprung in derLasertechnik aus Anwendersicht"

7th European Conference and ExhibitionEuropean Automotive Laser ApplicationEALA 2006, Bad Nauheim (D) 26.-27. Januar 2006

[T08] E. Beyer

"Fibre Laser Applications in Germany"

AILU Workshop "Fibre Lasers - the Futu-re of Laser Materials Processing Techno-logy?", Bedfordshire (Großbritannien) 08. März 2006

[T09] E. Beyer

"Fraunhofer in Germany and the Fraun-hofer Surface Technology and PhotonicsAlliance"

Fraunhofer Pre-Conference, Plymouth(USA) 28. März 2006

[T10] E. Beyer

"High Power Fiber Laser Applications -the Future?"

Fraunhofer Pre-Conference, Plymouth(USA) 28. März 2006

[T11] E. Beyer

"High Power Laser Applications"

14th Annual Automotive Laser Appli-cation Workshop ALAW 2006 Plymouth (USA) 29.-30. März 2006

[T12] E. Beyer

"High Power Fiber Lasers and PotentialApplications"

2nd Pacific International Conference onApplications of Lasers and Optics PICALO 2006, Melbourne (Australien) 03.-05. April 2006

[T13] E. Beyer

"Reibungs- und Verschleißminderungdurch Nanotechnologie"

TKA Workshop "Nanotechnologie",Dortmund (D) 20. Juni 2006

[T14] E. Beyer

"Polarisierte Faserlaser und optischeRückwirkungen"

2. Internationaler Workshop "Faserlaser"Dresden (D) 05.-06. Juli 2006

[T15] E. Beyer

"Fiber Laser Technology for Industry"

GE Symposium "Light and matter:Advanced Laser Applications in Europe"Garching (D) 19. Juli 2006

[T16] E. Beyer

"Neue Entwicklungen und Trends in derLasermaterialbearbeitung und die Anfor-derungen an die Strahlquellen undStrahlführung"

2. PRIMES Workshop, Pfungstadt (D)12.-13. September 2006

[T17] E. Beyer, B. Brenner, A. Klotzbach, S. Nowotny

"Laser Macro Processing - Today andTomorrow"

4th International Congress on LaserAdvanced Materials Processing LAMP2006 Kyoto (Japan) 16.-19. Mai 2006

[T18] E. Beyer, B. Brenner, L. Morgenthal

"Laser Beam Applications with HighPower Fiber Laser"

XVI International Symposium on GasFlow and Chemical Lasers & High PowerLasers Conference GCL/HPL 2006Gmunden (Österreich) 04.-08. September 2006

[T19] E. Beyer, B. Brenner, L. Morgenthal

"Faserlaseranwendung"

5. Jenaer Lasertagung (D) 23.-24. November 2006

[T20] E. Beyer, B. Brenner, J. Standfuß

"Laser Beam Welding with High PowerFiber Lasers"

25th International Congress on Applica-tions of Lasers & Electro-Optics ICALEO2006 Scottsdale (AZ, USA)30. Oktober - 02. November 2006

[T21] E. Beyer, W. Danzer

"Einfluss von Plasma und Schutzgas aufSchweißprozesse"


[T22] E. Beyer, A. Klotzbach, L. Morgenthal

"Working with a Polarized Fiber Laser forWelding and Cutting"

25th International Congress on Applica-tions of Lasers & Electro-Optics ICALEO2006 Scottsdale (USA) 30. Oktober - 02. November 2006

[T23] I. Bialuch, H.-J. Scheibe, W. Augustin

"Anitihaft- und Antifouling-Effekte durchmodifizierte amorphe Kohlenwasser-stoffe"

EFDS Workshop "Kohlenstoffschichten -tribologische Eigenschaften und Verfah-ren zu ihrer Herstellung", Dortmund (D)08. Juni 2006

[T24] S. Bonß

BMBF-Projekt "Integrierte Härterei -Neue Möglichkeiten des Laserstrahlhär-tens im Werkzeugbau"

Härtereikolloquium 2006, Wiesbaden (D)11.-13. Oktober 2006

Tagungsvorträge

98

Tagungsvorträge

[T39] B. Brenner, G. Göbel, J. Standfuß,U. Stamm

"Neuere Ergebnisse zum Schweißen vonEisenbasiswerkstoffen mit Faserlasern"

5. Laser-Anwenderforum, Bremen (D)13.-14. September 2006

[T40] B. Brenner, A. Jahn, G. Göbel, A. Klotzbach, J. Standfuß, L. Morgenthal

"Neue Möglichkeiten des Laserstrahl-schweißens für den Karosseriebau"

Internationaler Rohbauexpertenkreis, 30. Fachtagung "Prozesskette Karosse-rie®", Leipzig (D) 09.-11. Mai 2006

[T41] F. Brückner, D. Lepski, E. Beyer

"Calculation of the Influence of Additio-nal Heat Sources on Residual Stresses inLaser Cladding"

19th Meeting on Mathematical Model-ling of Materials Processing with Lasers,Igls (A) 18.-20. Januar 2006


"Modellrechnungen zur Reduktion derSpannungen beim Laser-Pulver-Auftrag-schweißen mittels zusätzlicher Wärme-quellen"

WLT-Summerschool, Hannover (D) 28.-30. Juni 2006


"Finite Element Studies of Stress Evoluti-on in Induction Assisted Laser Cladding"

XVI International Symposium on GasFlow and Chemical Lasers & High PowerLasers Conference, Gmunden (A), 04.-08. September 2006

[T44] I. Dani, D. Linaschke, V. Hopfe

"Atmosphärendruck-PECVD-Prozesse zurAbscheidung kohlenstoffbasierterSchichten"

2. Workshop "Kohlenstoffschichten -tribologische Eigenschaften und Verfah-ren zu ihrer Herstellung" Dortmund (D)08. Juni 2006

[T45] F. Dausinger, J. Weberpals, B. Brenner,G. Göbel

"The Role of Strong Focusability on theWelding Process"

25th International Congress on Applica-tions of Lasers & Electro-Optics ICALEO2006, Scottsdale (AZ, USA) 30. Oktober - 02. November 2006

[T32] S. Braun, P. Gawlitza, S. Lipfert,M. Menzel, S. Schädlich, A. Leson

"Sputter Deposition of Nanometer Multi-Layer Coatings for High-Reflection Opticsin the Extreme Ultraviolet (EUV) SpectralRegion"

10th International Conference on PlasmaSurface Engineering PSE 2006Garmisch-Partenkirchen (D) 10.-13. September 2006

[T33] S. Braun, P. Gawlitza, M. Menzel,A. Leson, M. Mertin, F. Schäfers

"Reflectance and Resolution of Multi-layer Monochromators for Photon Energies from 400 - 6000 eV"

The 9th International Conference onSynchrotron Radiation Instruments (SRI)Daegu (Südkorea) 28. Mai-02. Juni 2006

[T34] S. Braun, P. Gawlitza, M. Menzel,S. Schädlich, A. Leson

"High-Precision Multilayer Coatings andReflectometry for EUVL Optics"

The 9th International Conference onSynchrotron Radiation Instruments (SRI)Daegu (Südkorea) 28. Mai-02. Juni 2006

[T35] B. Brenner, J. Standfuß, B. Winderlich,A. Junk, G. Göbel

"Das Verbundvorhaben LaserPowerTrain(Laserschweißen im Getriebebau) unterdem Simulationsaspekt"

24th CADFEM-User's Meeting, Stuttgart(D) 25.-27. Oktober 2006

[T36] B. Brenner, S. Bonß, F. Tietz, J. Hannweber, M. Seifert, S. Kühn, U. Karsunke

"HLDL - Anlage zum beidseitig-gleich-zeitigen Laserstrahlhärten formkompli-zierter Bauteile"

6. Workshop "Industrielle Anwendungenvon Hochleistungs-Diodenlasern", Dres-den (D) 08.-09. November 2006

[T37] B. Brenner, G. Göbel, D. Dittrich,J. Standfuß, E. Beyer

"Use of Fiber Lasers with Highest BeamQuality for Welding of Steel and LightWeight Alloys"

4th International Congress on LaserAdvanced Materials Processing LAMP2006, Kyoto (Japan) 16.-19. Mai 2006

[T38] B. Brenner, G. Göbel, U. Stamm,J. Standfuß, S. Schrauber

"Influence of Beam Quality on Crack Formation in hard-to-weld Materials"


[T25] S. Bonß, J. Hannweber, U. Karsunke, M. Seifert, B. Brenner, E. Beyer

"Integrated Heat Treatment - System forPrecise Hardening Journal of UniqueTools or Parts"


[T26] S. Bonß, J. Hannweber, U. Karsunke, M. Seifert, B. Brenner, E. Beyer

"Integrated Heat Treatment - Compari-son of Different Machine Concepts"


[T27] S. Bonß, J. Hannweber, S. Kühn,M. Seifert, B. Brenner, E. Beyer

"LASSY - Laserstrahlhärten mit variablerSpurbreite"

9. Werkstofftechnisches Kolloquium(WTK) Chemnitz (D) 07.-08. September2006

[T28] S. Bonß, J. Hannweber, S. Kühn,M. Seifert, B. Brenner, E. Beyer


5. Jenaer Lasertagung, Jena (D) 23.-24.November 2006

[T29] S. Bonß, J. Hannweber, M. Seifert,U. Karsunke, E. Beyer

"Integrated Heat Treatment - System forPrecise Hardening of Unique Tools orParts"

2nd Pacific International Conference onApplications of Lasers and Optics PICA-LO 2006, Melbourne (Australien) 03.-05. April 2006

[T30] S. Bonß, M. Seifert, J. Hannweber

"LASSY - dynamisch adaptierbare Härte-optik"

6. Workshop "Industrielle Anwendun-gen von Hochleistungs-Diodenlasern",Dresden (D) 08.-09. November 2006

[T31] S. Braun, W. Friedrich, P. Gawlitza, S. Lipfert, M. Menzel, S. Schädlich, J. Schmidt, A. Leson

"Herstellung und Charakterisierung vonMo/Si-Multischichten für Anwendungenim extrem ultravioletten Spektralbereich"

XIII Erfahrungsaustausch "Oberflächen-technologien mit Plasma- und Ionen-strahlprozessen"Mühlleithen (D) 14.-16. März 2006



Tagungsvorträge

[T60] J. Hauptmann, A. Klotzbach,G. Wiedemann

"Grundlagen des Laserstrahlreinigensund technische Anwendungsmöglichkei-ten"

Oberflächentage des ZentralverbandesOberflächentechnik e. V., Bonn (D) 28. September 2006

[T61] J. Hauptmann, A. Klotzbach, G. Wiedemann

"Partielle Bauteilreinigung mit Lasern"

Messe Parts2Clean Anwenderforum,Friedrichshafen (D) 09. November 2006

[T62] M. Heintze, A. Hauser, R. Möller, H. Wanka, E. López, I. Dani, V. Hopfe, J. W. Müller, A. Huwe

"In-line Plasma Etching at AtmosphericPressure for Edge Isolation in CrystallineSi Solar Cells"

4th World Conference on PhotovoltaicEnergy Conversion IEEE , Waikoloa(Hawaii) 07.-12. Mai 2006

[T63] V. Hopfe

"Atmospheric Pressure PECVD Coatingand Plasma Chemical Etching for Conti-nuous Processing"

The 33rd IEEE International Conferenceon Plasma Science, Traverse City (Michi-gan, USA) 04.-08. Juni 2006

[T64] V. Hopfe

"Atmospheric Pressure CVD",

Mini Course The 33rd IEEE InternationalConference on Plasma Science, TraverseCity (Michigan, USA) 04.-08. Juni 2006

[T65] V. Hopfe

"New Developments (AP plasma CVD)and In-situ Monitoring"

Short Course International Conferenceon Coatings on Glass and Plastics, Dresden (D) 18.-22. Juni 2006

[T66] V. Hopfe

"AD-Plasma-CVD und Plasmaätzen mit-tels linearer DC-Arc-Jet-Quelle"

OTTI-Forum Reinigen, Aktivieren undBeschichten mit Atmosphärendruck(AD)-Plasma - Geräte, Verfahren,Anwendungen, Würzburg (D)26.-27. Juni 2006

[T46] D. Dittrich, B. Winderlich, B. Brenner,J. Standfuß, J. Hackius

"Current Status of Laser Beam Weldingof Skin-Skin-Joints for Aircraft Al-Fusela-ges"

International Conference on Aluminium,Essen (D) 21.-22. September 2006

[T47] V. Franke, F. Sonntag, G. Richter, U. Klotzbach

"Fügen von LTCC und Kunststoff mittelsLaserstrahlung"

18th International Scientific ConferenceMittweida (D) 09.-11. November 2006

[T48] V. Franke, F. Sonntag, G. Richter, U. Klotzbach

"New Technology for Joining of LTCCand Polymer Assemblies"

1st Electronics Systemintegration Tech-nology Conference ESTC2006, Dresden(D) 05.-07. September 2006

[T49] P. Gawlitza

"Der Einsatz der Ionenstrahlsputtertech-nik zur Abscheidung von hochpräzisenNanometer-Multischichten"

XIII. Erfahrungsaustausch "Oberflächen-technologien mit Plasma- und Ionen-strahlprozessen" Mühlleithen (D) 14.-16. März 2006

[T50] P. Gawlitza, S. Braun, A. Leson

"Ion-Beam Sputter Deposition of X-RayMultilayer Optics on Large Areas"

Advances in X-Ray/EUV Optics, Compo-nents, and Applications - Optics & Pho-tonics, Annual meeting of SPI, San Die-go (USA) 13.-17. August 2006

[T51] P. Gawlitza, S. Braun, S. Lipfert, S. Schädlich, A. Leson

"Dual Ion-Beam Sputter DepositedMo/Si Multilayers with Sub-NanometerBarrier Layers"

Advances in X-Ray/EUV Optics, Compo-nents, and Applications - Optics & Pho-tonics, Annual meeting of SPIE San Die-go (USA) 13.-17. August 2006

[T52] G. Göbel, B. Brenner

"Avoiding Hot Cracking by Inductionbased Change of Thermal Strains duringLaser Welding"


[T53] W. Grählert

"Forschungs- und Entwicklungsaktivitä-ten des FhG Institutes für Werkstoff-und Strahltechnik auf dem Gebiet derHalbleiterfertigung"

1. Silicon Saxony Tag, Dresden (D)02. März 2006

[T54] W. Grählert, I. Dani, G. Mäder, O. Throl,V. Hopfe, K. Pietsch, T. Wünsche, T. Dreyer

"ISPROM, ein in-situ-Multigasanalysatorfür CVD- und Ätzprozesse"

Anwendungen und Trends in der Opti-schen Analysenmesstechnik 5. Konferenz über Optische Analysen-messtechnik in Industrie und UmweltMannheim (D) 26.-27. September 2006

[T55] J. Hannweber, S. Bonß, B. Brenner, E. Beyer

"Practical Applications of Camera BasedSystems for Laser Material processing"


[T56] J. Hannweber, S. Kühn, S. Bonss, B. Brenner, E. Beyer

"Camera Based System for Online LaserBeam Monitoring"

2nd Pacific International Conference onApplications of Lasers and Optics PICALO 2006, Melbourne (Australien) 03.-05. April 2006

[T57] J. Hauptmann, U. Klotzbach, V. Franke

"Überblick der Laseranwendungsmög-lichkeiten"

Messe Interpack Innovationparc Packa-ging, Düsseldorf (D) 26. September2006

[T58] J. Hauptmann, U. Klotzbach, V. Franke

"Innovative Laserbearbeitung für dieKunststofftechnik"

50. Sitzung der Regionalgruppe Sachsendes GKV, Fachverband Technische Teile,Fa. Pentacon, Dresden (D)14. November 2006

[T59] J. Hauptmann, A. Klotzbach, G. Wiedemann

"Reinigen mit Lasern: Chancen undGrenzen"

6. PhotonicNet Arbeitskreis "Ober-flächenbearbeitung", Braunschweig (D)21. September 2006


Tagungsvorträge

[T67] V. Hopfe

"Atmospheric Pressure Plasmas for Con-tinuous Thin Film Deposition andEtching"

4th Technological Plasma WorkshopManchester (UK) 14.-15. Dezember2006

[T68] V. Hopfe, I. Dani, E. López, M. Rosina,G. Mäder, R. Möller, H. Wanka, M. Heintze

"Atmospheric Pressure PECVD andAtmospheric Pressure Plasma ChemicalEtching for Continuous Processing ofCrystalline Silicon Wafers"

21st European Photovoltaic Solar EnergyConference and Exhibition, Dresden (D)04.-08. September 2006

[T69] V. Hopfe, D. W. Sheel

"Atmospheric Pressure Plasmas for Con-tinuous Thin Film Deposition andEtching"

10th International Conference on Plas-ma Surface Engineering PSE 2006 Garmisch-Partenkirchen (D) 10.-15. September 2006

[T70] A. Jahn, B. Brenner, E. Beyer

"Induction Assisted Laser Welding ofAdvanced High Strength Steels toIncrease the Formability of WeldedAutomotive Body Structures"


[T71] I. Jansen

"Dauerhafte Klebverbindungen durchphysikalische Oberflächenbehandlung"

Forum auf der Hannovermesse 2006,Hannover (D) 26. April 2006

[T72] I. Jansen

"Klebtechnik im Fraunhofer IWS in Dres-den"

Kolloquium Sika-AG, Widen (CH) 15. Mai 2006

[T73] I. Jansen

"Oberflächenvorbehandlung von Glasund Metallen"

Innovationsforum Glas, Landsberg (D)27.-28. September 2006

[T82] A. Klotzbach, P. Pfohl

"Remote Processing with Fiber Lasers"


[T83] U. Klotzbach, M. Panzner, V. Franke,F. Sonntag, J. Hauptmann

"Chances for Small Medium-Sized Enter-prises Relating Laser-Micro-Fabrication"

R&D days International Forum on projectdevelopment Bologna (I) September2006

[T84] U. Klotzbach, M. Panzner, V. Franke, F. Sonntag, J. Hauptmann

"Potentialities of Laser in Micro Fabrica-tion"

Laser Anwedungsseminar Budapest (H)Oktober 2006

[T85] U. Klotzbach, M. Panzner, G. Wiedemann

"Möglichkeiten und Grenzen der Laser-technik für die Restaurierung von metal-lischen Kunst- Kulturgut"

GfKORR-Jahrestagung, Frankfurt amMain (D) 07.-08. November 2006

[T86] A. Lange

"Formation of Thermoelectric Currents inWeld Pools"

Seminar "Nichtlinearität und Unordnungin komplexen Systemen", UniversitätMagdeburg (D) 16. Januar 2006

[T87] A. Lange, E. Beyer

"Thermoelectric Currents in Laser MeltedPools"

19th Meeting on Mathematical Model-ling of Materials Processing with Lasers,Igls (A) 18.-20. Januar 2006

[T88] A. Lange, E. Beyer

"Thermoelectric Currents in Laser-indu-ced Weld Pools"


[T89] A. Leson

"Nanoscience and Nanotechnology inGermany - Highlights and Examples ofCooperation with Japan"

Luncheon Panel Presentation im Rahmendes "Seeds&Needs" SeminaresTokio (Japan) 22. Februar 2006

[T74] I. Jansen, R. Böhme

"Vorbehandlung von faserverstärktenKunststoffen vor dem Kleben"

EFDS Workshop Vorbehandlung vonKunststoffen vor dem Beschichten,Bedrucken und Bekleben,Frankfurt/Main (D) 07. April 2006

[T75] O. Jost, O. Zimmer, I. Dani

"Cheap Carbon Nanotubes - VeryRecent Synthesis Successes Open NewOpportunities for Nanotube-BasedApplications"

Nanofair 2006, Karlsruhe (D) 21.-22. November 2006

[T76] D. Klaffke, B. Schultrich, V. Weihnacht

"Tribological Characterisation of ta-CCoatings under Lubricated Conditions"

15th International Colloquium Tribolo-gy, Stuttgart (D) 17.-19. Januar 2006

[T77] C. Kleemann, H.-J. Scheibe, T. Schuelke

"Tribological Study of the Friction andWear Behavior of Amorphous Hard Carbon (ta-C) Coatings under DifferentLubrication Conditions"

49th Annual SVC Technical ConferenceWashington (DC, USA) 22.-27.April2006

[T78] C. Kleemann, H.-J. Scheibe, T. Schuelke

"Friction and Wear Behavior of Amor-phous Hard Carbon (ta-C) Coatingsunder Different Lubrication Conditions"

International Conference on Metallurgi-cal Coatings and Thin Films (ICMCTF)San Diego (Ca, USA) 01.-05. Mai 2006

[T79] A. Klotzbach

"Remote System for High Beam QualitySolid State Lasers"

ALAW 2006, Fraunhofer Pre-Conferen-ce, Plymouth (MI, USA) 28. März 2006

[T80] A. Klotzbach, E. Beyer


5. Jenaer Lasertagung, Jena (D) 23.-24.November 2006

[T81] A. Klotzbach, A. Mahrle, P. Pfohl, E. Beyer

"High Dynamic Beam Deflection Opticsfor Remote Welding with Fiber Laser"


[T90] A. Leson

"Nanoscaled Multilayers for Electronicsand X-Ray Analytical Purposes"

Workshop "Functional nanostructuresan nanomaterials", Wellington (Neusee-land) 10. März 2006

[T91] A. Leson

"Nanotechnologie in Sachsen"

Sächsisches TechnologieforumDresden (D) 18. Mai 2006

[T92] A. Leson

"Nanoscaled Multilayer Systems for X-Ray Analytics and EUV Lithography"

3rd Korea-Germany Joint Seminar onNanostructured Materials, Ulsan (Süd-korea) 22. September 2006

[T93] A. Leson

"Nanometermultischichtsysteme undderen Anwendungen in der Elektronikund Analytik"

vaQum 2006, Magdeburg (D) 27. Sep-tember 2006

[T94] A. Leson

"Problemlösungen für industrielle Fra-gestellungen"

NanoDE 2006Berlin (D) 06.-07. Dezember 2006

[T95] A. Leson, S. Braun, P. Gawlitza, M. Nestler

"Large Area Ion Beam Sputter Depositi-on of Nanometer Multilayers"

7th Symposium of European VacuumCoaters, Anzio (Italien) 02.-04. Oktober2006

[T96] S. Lipfert

"Einsatz der Puls-Laser-Deposition (PLD)zur Beschichtung von Innenflächen"

LambdaPhysik-Kolloquium zur "Ober-flächenbearbeitung mit dem Laser"Mittweida (D) 28. März 2006

[T97] S. Lipfert, P. Gawlitza, A. Leson

"Verbesserung der Haftfestigkeit super-harter amorpher Kohlenstoffschichten(DLC) auf Innenflächen"


[T106] S. Nowotny

"Laserstrahl-Auftragschweißen: Prä-zisionstechnologie für Oberflächen-schutz und Reparaturen"

3. GTV-Kolloquium Thermisches Sprit-zen, Luckenbach (D) 9. Juni 2006

[T107] S. Nowotny

"Flexible 3D-Bearbeitung durch laserba-sierte Fügeverfahren mit integrierterWerkstoffzufuhr"

1. BMBF-Koordinatorentreffen Fügen,DVS-Forschungsvereinigung, Düsseldorf(D) 30. Mai 2006

[T108] S. Nowotny

"Beschichten, Reparieren und Generie-ren durch Laserstrahl-Präzisionsauftrag-schweißen"

BMBF-Impulsveranstaltung "Laserbasier-te Füge- und Beschichtungsverfahren",Fraunhofer IWS Dresden (D) 16. Novem-ber 2006

[T109] S. Nowotny, S. Scharek, A. Schmidt,F. Kempe

"Innovative Systemtechnik zum RapidRepairing von hochwertigen Bauteilenund Werkzeugen"

Euro-uRapid2006, Frankfurt (D)27.-28. November 2006

[T110] M. Oertel, U. Schwarz, H. Wust

"Schmalflächenbeschichtung im Brenn-punkt des Lasers"

VVD 2006 Verarbeitungsmaschinen undVerpackungstechnik - Vorsprung ausTradition, Dresden (D), 23.-24. März2006

[T111] M. Panzner, U. Klotzbach, E. Beyer

"THz-Technik: Neue Möglichkeiten fürTomographie und Spektroskopie"

EFDS Workshop "Imaging und Bildverar-beitung für die Qualitätssicherung in derOberflächentechnik"Dresden (D) 26. April 2006

[T112] M. Panzner, W. Köhler, S. Winnerl, M. Helm, F. Rutz, Ch. Jördens, M. Koch,H. Leitner, U. Klotzbach, E. Beyer

"Non-Destructive Investigations of Pain-tings with THz- Radiation"

ECNDT, Berlin (D) 25.-29. September2006


[T98] K. Lipp, L.-M. Berger, U. May, M. Wiener

"Rolling Contact Fatigue of the Hardme-tal Coating WC-17%Co"


[T99] E. López, I. Dani, V. Hopfe, M. Heintze,A. Hauser, R. Möller, H. Wanka

"Plasma Etching at Atmospheric Pressu-re for rear Emitter Removal in CrystallineSi Solar Cells"


[T100] E. López, I. Dani, V. Hopfe, H. Wanka,M. Heintze, R. Möller, A. Hauser

"Plasma Enhanced Chemical Etching atAtmospheric Pressure for Silicon WaferProcessing"


[T101] E. López, I. Dani, V. Hopfe, H. Wanka, R. Möller, M. Heintze, A. Hauser

"Atmospheric Pressure Plasma ChemicalEtching for Continous c-Si Solar WaferProcessing"

Marie Curie Conference, Manchester(UK) 10.-12. April 2006

[T102] A. Mahrle, E. Beyer

"Transiente Simulation laserinduzierterSchmelzbäder beim Wärmeleitungs-schweißen"

WLT-Summerschool, Hannover (D)28.-30. Juni 2006

[T103] S. Martens, V. Weihnacht, L.-M. Berger,I. Schulz, D. Lehmann, B. Schlecht

"Ölfreie Getriebe"

Tribologie-Fachtagung 2006, Göttingen(D) September 2006

[T104] M. Menzel, S. Braun, A. Leson, F. Schäfers

"Nanometer Multilayers as Monochro-mators for X-ray Spectrometry"

European Conference on X-ray spectro-metry (EXRS), Paris (F) 19.-23. Juni 2006

[T105] S. Nowotny

"Laserstrahl-Auftragschweißen in derindustriellen Fertigung"

VDI-Workshop Rapid Innovation, HTWDresden (D) 15. November 2006

Tagungsvorträge

[T113] M. Panzner, G. Wiedemann, U. Klotzbach

"Lasereinsatz in der Denkmalpflege"

Bauakademie Sachsen zum Tag desoffenen Denkmals, Dresden (D) 09. September 2006

[T114] M. Panzner, G. Wiedemann, U. Klotzbach, E. Beyer

"Einsatz mobiler Lasertechnik zur Reini-gung in der Restaurierung"

5. Kolloquium "Laserstrahl-Handbear-beitung" 2006, Halle (D) 29.-30. Sep-tember 2006

[T115] S. Scharek

"Werkstoff-im-Ringstrahl - ein neues fer-tigungstechnisches Konzept zum Auf-tragschweißen und Fügen mit Zusatz-werkstoff"

BMBF-Impulsveranstaltung "Laserbasier-te Füge- und Beschichtungsverfahren",Fraunhofer IWS Dresden (D) 16. Novem-ber 2006

[T116] H.-J. Scheibe, C. Kleemann, L. Haubold,T. Schuelke

"Industrial Deposition Technology andTribological Properties of SuperhardAmorphous (ta-C) Carbon Films"

International Conference on SuperhardCoatings (ICSC), Ein-Gedi (Israel) 27. Februar - 1. März 2006

[T117] E. Schmalz, O. Zimmer

"Coating of Textiles for Filter withAdvance Performance"

International Conference on Plasma Sur-face Engineering PSE, Garmisch-Parten-kirchen (D) 11.-15. September 2006

[T118] D. Schneider, B. Schultrich

"Testing Films and Coatings with a WideRange of Properties by Laser-Acoustics"

International Conference on Plasma Sur-face Engineering PSE, Garmisch-Parten-kirchen (D) 11.-15. September 2006

[T119] B. Schultrich

"Nanolayered Tribological and Functio-nal Coatings"

Trilateral Conference on Vacuum andPlasma Surface Engineering, Hejnice(CZ) 26. September 2006


"Carbon-Based Hard Coatings"

Tutorial "Fundamentals and Trends ofPlasma Surface Processing" in Connec-tion with 10th International Conferenceon Plasma Surface Engineering(PSE2006), Garmisch-Partenkirchen (D)09.-10. September 2006



OTTI Fachforum "Die Vielfalt vonBeschichtungen", Regensburg (D) 13.-14. März 2006



4th MSTI Nanotechnology and BusinessCongress & Exhibition Nanotrends, Potsdam (D) 11. Mai 2006

[T123] B. Schultrich, K. Bewilogua

"Tribologisches Verhalten von amorphenKohlenstoffschichten"


[T124] B. Schultrich, T. Stucky, V. Weihnacht

"Potential amorpher Kohlenstoffschich-ten für die Lebensmittelindustrie"

Messe Innovationparc Packaging, Düs-seldorf (D) 26. September 2006

[T125] B. Schultrich, V. Weihnacht

"Industrial Potential of TetrahedrallyBonded Amorphous Carbon Films"

ATV-SEMAPP Seminar, Aarhus, 29. März 2006

[T126] B. Schultrich, V. Weihnacht

"Superharte amorphe Kohlenstoffschich-ten für Zerspanungs-Werkzeuge"

Arbeitskreis Diamant-Werkzeuge, Braunschweig (D) 9. März 2006

[T127] B. Schultrich, V. Weihnacht, H.-J. Scheibe, T. Stucky

"Superhard Amorphous Carbon Films(ta-C) for Machining and Forming Tools"

International Conference on Metallurgi-cal Coatings and Thin Films, San Diego(USA) 01.-05. Mai 2006

[T128] B. Schultrich, V. Weihnacht, H.-J. Scheibe, T. Stucky

"Superhard Amorphous Carbon Films(ta-C) for Machining and Forming Tools"

49th Annual SVC Technical Conference,Washington (DC, USA) 22.-27. April2006,

[T129] C.C. Stahr, S. Saaro, L.-M. Berger,J. Dubsky, K. Neufuss

"Über die Abhängigkeit der Stabilisie-rung von Korund vom Spritzprozess"

9. Werkstofftechnisches Kolloquium(WTK), Chemnitz (D) 07.-08. September 2006

[T130] J. Standfuß

"Laser Beam Welding - Application- andMaterial Adapted Solutions"

ALAW 2006, Fraunhofer Pre-Conferen-ce, Plymouth (MI, USA) 28. März 2006

[T131] J. Standfuß

"Laser Beam Welding of Light Metals forAutomotive Applications"

Symposium on Laser Applications toMaterials Joining, Modification and Dia-gnostics, Quebec (Kanada) 8. Juni 2006

[T132] J. Standfuß, U. Stamm, G. Göbel,S. Schrauber

"Laser Beam Welding with Fiber Lasersin Power Train"

2. Internationaler Workshop "Faserlaser"Dresden (D) 05.- 06. Juli 2006

[T133] A. Techel, L.-M. Berger, J. Bretschneider,S. Thiele

"Laser and PTA Surfacing with TiC-BasedMaterials"

Building on 100 Years of Success: Pro-ceedings of the 2006 International Ther-mal Spray Conference CD, Ed.: B.R. Marple, M.M. Hyland, Y.-C. Lau, R.S. Lima, J. Voyer, MaterialsPark/Ohio: ASM International (2006)

[T134] A. Techel, S. Nowotny

"Erzeugung von hochpräzisen Metall-schichten und -strukturen durch neueVarianten des Auftragschweißens"



Tagungsvorträge

[T135] S. Tschöcke, V. Hopfe, I. Dani, L. Kotte

"Abscheidung von kratzfesten SiO2-Schichten mittels PECVD bei Atmos-phärendruck"

Thüringer Grenz- und Oberflächentage,Oberhof (D) 13.-14.September 2006,

[T136] J. Tuominen, J. Latokartano, J. Vihinen,P. Vuoristo, T. Mäntylä, T. Naumann, S. Scharek, L.-M. Berger, S. Nowotny

"Deposition of Thick Wear and CorrosionResistant Coatings by High Power DiodeLaser"

International Thermal Spray Conference,Seattle, Washington (USA) 15.-18. Mai2006

[T137] V. Weihnacht, J. Berthold, B. Schultrich,D. Klaffke

"Superhard Amorphous Carbon Films forCritical Lubrication Conditions"

15th International Colloquium TribologyAutomotive and Industrial Lubrication,Stuttgart (D) 17.-19. Januar 2006

[T138] V. Weihnacht, B. Schultrich, O. Zimmer

"Reibungs- und Verschleißeigenschaftenmodifizierter ta-C-Schichten"

Werkstofftechnisches Kolloqium (WTK),Chemnitz (D) 07.-08. September 2006

[T139] V. Weihnacht, T. Stucky, B. Schultrich

"Eigenschaften und Anwendungen vonsuperharten ta-C-Schichten"


[T140] R. Wiese, H. Kersten, L. Kotte, S. Krause, I. Dani, V. Hopfe

"Energieeinstrommessungen an einematmosphärischen Mikrowellenplasma"

XIII. Erfahrungsaustausch Oberflächen-technologie mit Plasma- und Ionenstrahl-prozessen Mühlleithen (D) 14.-16. März2006

[T141] R. Wolf, F. Trageser, C. Hochmuth, R. Neugebauer, S. Ortmann, L.-M. Berger, M. Wiener, T. Naumann, S. Rein, T. Schumann

"Verschleißschutz von Nockenfunktions-flächen durch Beschichtung und Ober-flächenbehandlung"

18th International Scientific ConferenceMittweida (D) 09.-11. November 2006


[T142] H. Wust, P. Haller

"Die Veränderung der Struktur von Holzdurch Laserstrahlung und die Auswir-kung auf physikalische Eigenschaftender Holzoberfläche"

Forschungskolloquium Holzbau "For-schung und Praxis", Stuttgart (D) 23.-24. Februar 2006

[T143] H. Wust, P. Haller, G. Wiedemann

"Schmelzen von Holz durch Laserstrah-lung"

Grosse Schweißtechnische Tagung,Aachen (D) 20.-22. September 2006

[T144] H. Wust, I. Jansen, R. Rechner, E. Beyer

"Lasergestütztes Fügeverfahren am Bei-spiel der Kantenleimung"

WLT Laser Summer School, Hannover(D) 28.-30. Juni 2006

[T145] H. Wust, I. Jansen, M. Oertel, U. Schwarz, A. Wagenführ, E. Beyer

"Lasergestütztes Fügeverfahren am Bei-spiel der Kantenleimung"

6. Kolloquium Gemeinsame Forschungin der Klebtechnik, Frankfurt am Main(D) 21.-22. Februar 2006

[T146] H. Wust, U. Schwarz, M. Oertel

"Schmalflächenbeschichtung im Fokusdes Lasers"

Internationale Möbeltage 2006, Dresden(D) 09.-11. Mai 2006

[T147] O. Zimmer

"Vakuumbogenbeschichtung mit Parti-kelfilterung"

Werkstofftechnisches Kolloqium (WTK),Chemnitz (D) 07.-08. September 2006

[T148] O. Zimmer, B. Schultrich, T. Stucky, I. Endler, R. Schober, J. Vetter

"Beschichtete Werkzeuge - Chance oderKostenfaktor?"

EFDS-Workshop "Beschichtete Werkzeu-ge - höhere Wirtschaftlichkeit in der Ur-und Umformtechnik" Dresden (D) 25. November 2006

[T149] U. Zschenderlein, B. Kämpfe, B. Schultrich

"Application of Energy-Dispersive X-RayDiffraction for the Efficient Investigationof Internal Stresses in Thin Films"

Conference on Applied Crystallography,Wisla (Polen) 11.-14. September 2006

Tagungsvorträge


Adresse:

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden Gruppe KommunikationAnsprechpartner: Dr. Ralf Jäckel

Winterbergstr. 28 01277 Dresden

Tel.: 0351 / 2583 444 Fax: 0351 / 2583 300 E-mail: [email protected]


Wenn Sie mehr Informationen wün-schen, kreuzen Sie bitte das entspre-chende Feld an und senden bzw.faxen Sie eine Kopie dieser Seite anuntengenannte Adresse:

Bitte senden Sie mir:

� die Broschüre »Problemlösungen aus einer Hand«

� die Broschüre »One-Stop Solutions« (in englisch)

� den Jahresbericht 2004

� den Jahresbericht 2005

� einen weiteren Jahresbericht 2006

Bitte senden Sie mir Material über folgende Verfahren und Methoden:

Bereich Röntgen- und EUV-Optik

� Multischichten für EUV- und röntgenoptische Anwendungen

Bereich PVD-Dünnschichttechnologie

� Diamor® - Superharte, amorpheKohlenstoffschichten für Werkzeu-ge zur Bearbeitung von Leicht- undBuntmetallen sowie Kunststoffen

� Diamor® - Superharte, amorpheKohlenstoffschichten für Maschinender Verpackungs- undLebensmittelindustrie

� Laserakustisches Prüfgerät LAwave®

für Schichten und Werkstoffober-flächen

� Laser-Arc-Modul zur Abscheidungvon superharten amorphen Kohlen-stoffschichten

Bereich CVD-Dünnschichttechnologie

� FTIR-Spektroskopie zur CVD-Diag-nostik

� Optische Spektroskopie an Ober-flächen und Schichten

� ISPROM® - Multigassensor zur in-situ-Überwachung und Regelungindustrieller Gasphasenprozesse

Bereich Thermische Beschichtungs-verfahren

� 3D-Laser-Pulver-Auftragschweißenmit dem Koaxial-Beschichtungskopf

� Laser-Rapid-Prototyping - Ein Ver-fahren zur schnellen Fertigung von Funktionsmustern

� Rapid-Prototyping von metallischenBauteilen durch Laser-Flüssig-phasen-Sintern von Verbundpulvern

� Moderne Beschichtungslösungen:Thermisches Spritzen

Bereich Füge- und Randschicht-technologien

� Laserstrahlschweißen und Hybrid-schweißverfahren

� Laserstrahlschweißen mit Hoch-leistungs-Diodenlasern

� Induktiv unterstützte Laser-Materialbearbeitung

� Technologieentwicklungen für dieLuft- und Raumfahrt

� Laserstrahlhärten - ein modernesVerfahren zur Verbesserung derSchwingfestigkeit von Bauteilen

� E-MAqS - Ortsauflösend messendesTemperaturerfassungssystem

� Dynamisches Strahlformungssystemzur industriellen Laserrandschicht-veredelung - LASSY

� Werkstoffprüfung sichert Produkt-qualität

Bereich Systemtechnik / Laser-abtragen und -trennen

� lasertronic® - Systeme aus demFraunhofer IWS Dresden

� lasertronic® - High-Power-Strahl-ablenkoptik für das Laserstrahl-schweißen

� Formgenaues Hochgeschwindig-keits-Laserschneiden

� Laserstrahlabtragen dünner Deck-schichten

� Patinafreilegungen mit dem Laser-strahl

� Mikroschneiden und -bohren mitultraviolettem Laserlicht

� Mikrostrukturierung von Keramikenmit Excimerlasern

� Rutschhemmende Ausrüstungpolierter Natursteinoberflächen mittels Lasermikrostrukturierung

Informationsservice


Post-Adresse:

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden

Winterbergstr. 28

01277 Dresden

Internet-Adresse:

http://www.iws.fraunhofer.de

Tel.: (0351) 2583 324 Fax: (0351) 2583 300 E-mail: [email protected]

Anfahrtsweg:

Mit dem Auto (ab Autobahn): - Autobahn A4 oder A13 bis Dreieck Dresden-

West, dann über die neue Autobahn A17,Ausfahrt Südvorstadt / Zentrum,

- Bundesstraße B170 folgend Richtung Stadtzen-trum bis Pirnaischer Platz (ca. 6 km),

- am Pirnaischen Platz rechts abbiegen Richtung»Gruna / VW-Manufaktur«,

- geradeaus, am Ende des »Großen Gartens«rechts in die Karcherallee,

- an der folgenden Ampel links in die Winter-bergstraße.

Mit der Straßenbahn (ab Dresden-Hauptbahn-hof): - Straßenbahnlinie 10 zum Straßburger Platz, - mit den Linien 1 oder 2 stadtauswärts (Rich-

tung Kleinzschachwitz bzw. Prohlis) bis Halte-stelle Zwinglistraße,

- 10 min zu Fuß (Richtung Grunaer Weg).

Mit dem Flugzeug: - ab Flughafen Dresden-Klotzsche mit dem Taxi

zur Winterbergstraße 28 (ca. 10 km), - oder mit der S-Bahn (unterirdische S-Bahn-

Station) zum Hauptbahnhof, weiter s. Bahn.

Kontaktadressen und Anfahrt


Impressum

Redaktion: Dr. Ralf Jäckel Dipl.-Ing. Karin Juch

Koordination / Gestaltung: Dipl.-Ing. Karin Juch Dr. Ralf Jäckel

Bildnachweis: S. 7 (Abb. li. o.): EMAG Laser TecS. 7: (Abb. u.): Hauzer Techno CoatingS. 12: Landeshauptstadt DresdenS. 35 (Abb. 1): Fa. DöllkenS. 47 (Abb. 2 ): Neferhotep e. V.S. 48 (Abb. o.): MTU Aero EnginesS. 53 (Abb. 1.): ITSC 2002S. 55 (Abb. 2): IPP Pragalle anderen Abb.: Fraunhofer IWS Dresden

© Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden 2007

Bei Abdruck ist die Einwilligung der Redaktion erforderlich.

Jahresbericht 2006 - Fraunhofer · 2020. 11. 29. · 6 Fraunhofer IWS Jahresbericht 2006 2....

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