Untersuchungen zur plasmagestützten Erzeugung dünner Funktionsschichten auf porösen Bauteilen mittels PE-CVD

Teilchenverbundwerkstoffe werden u.a. mittels Sintern zu hochwertigen Bauteilen verarbeitet. Der stoff- und formschlüssige Aufbau aus mehreren Materialien führt dazu, dass sich in jedem Fertigungsschritt die Porosität verändert. Diese ist zum großen Teil von den Parametern der Fertigungsprozesse abhängig, beeinflusst maßgeblich die Eigenschaften des fertigen Produktes und macht somit eine Dichteprüfung der Werkstücke zwischen den einzelnen Fertigungsschritten vor dem Tempern/Sintern notwendig.

Eine Dichtemessung der Werkstücke erfolgt bisher typischerweise im Labor und ist damit zeit- und kostenintensiv. Die Labormessmethoden, die den Stand der Technik verkörpern, (z.B. Schliffbildanalyse, Gaspyknometrie) bringen somit praktische Prozesszeiten von 1-2 Tagen mit sich.

Demgegenüber erlaubt das Messverfahren nach dem Archimedischen Prinzip eine zerstörungsfreie und schnelle Dichtemessung und lässt sich zudem direkt in die Fertigungsabläufe integrieren. Die Anwendung dieses Verfahrens auf poröse und gegenüber Feuchtigkeit labile Messobjekte, wie z.B. Grün- und Braunlinge, also keramische Bauteile vor dem Brenn- bzw. Sinterprozess ist bisher allerdings durch deren Flüssigkeitsaufnahme während der Messung erschwert oder unmöglich. Abhilfe kann hier eine dünne Funktionsbeschichtung schaffen, deren Barrierewirkung die Flüssigkeitsaufnahme des Messobjektes wirksam unterdrückt.

Ziel des Verbundvorhabens mit den Partnern

• Dimensionics Density GmbH
• Universität Rostock, Lehrstuhl für Mikrofluidik
• Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e. V.

ist die Entwicklung eines automatisierten Systems zur Abscheidung einer solchen dünnen Funktionsschicht auf porösen Bauteilen mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) für die zerstörungsfreie fertigungsintegrierte Dichtemessung nach dem Archimedischen Prinzip.

Das Projektziel des Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e. V. ist die Entwicklung solcher Funktionsschichten mittels PECVD, die die Anwendung des Messprinzips auch für poröse und empfindliche Bauteile gestatten.

Um das Projektziel zu erreichen, werden unterschiedliche Beschichtungsverfahren, Plasmaquellen und chemische Ausgangsverbindungen zur Beschichtung auf ihre Eignung hin untersucht. Neben den bewährten Niederdruckverfahren wird insbesondere die Eignung eines lokal wirksamen Atmosphärendruckplasmas für diese Anwendung erforscht, wofür im Rahmen des Projektes ein Labormuster aufgebaut wird. Evaluierung und Vergleich der Ergebnisse erfolgen dabei mit Hilfe der Charakterisierung der chemischen Zusammensetzung und der Messung der Benetzbarkeit der Funktionsschichten.