Fachwörter-Lexikon
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CVD-Abscheidung
Bei der klassischen chemischen Dampfabscheidung (chemical vapour deposition – CVD) werden bei sehr hohen Temperaturen (um 1000 °C) die Ausgangsstoffe thermisch zersetzt, woraus sich auf metallischen Oberflächen Schichten bilden. Die Schichten zeichnen sich durch eine sehr gute Haftung auf dem Grundwerkstoff aus, da aufgrund der hohen Temperaturen zugleich Diffusionsprozesse zwischen Grund- und Schichtwerkstoff ablaufen. Hergestellt werden mittels CVD vor allem sehr verschleißbeständige Schichten auf Stahlwerkzeugen auf Basis von Siliziumdioxid, Titannitrid oder auch Diamant.
Neuere Varianten der CVD-Abscheidung arbeiten zusätzlich mit Plasmen, wodurch die Arbeitstemperatur deutlich gesenkt werden kann. Das sogenannte plasmaunterstützte CVD-Verfahren (PECVD) kann bereits ab Temperaturen von 200 °C eingesetzt werden, wodurch zum Teil auch Kunststoffe als Grundmaterial in Betracht kommen. Auch hier eignen sich vor allem (organische) Siliziumverbindungen als Ausgangsstoff zur Herstellung von Siliziumdioxidschichten. Die Beschichtungen erhöhen beispielsweise die Kratzfestigkeit oder erlauben eine Veränderung der Benetzungsfähigkeit von Grundwerkstoffen. Die Dicke der aufgebrachten Schichten liegt im Bereich von wenigen Mikrometern.
Oxidationsschutz
Bei Beaufschlagung von Metallen mit hohen Temperaturen und gleichzeitiger Anwesenheit von Sauerstoff erleiden Metalle einen Angriff durch Oxidation. Bei vielen Metallen bilden sich keine geschlossenen, dichten Oxidschichten, so dass der Basiswerkstoff nach und nach in seine Oxide umgewandelt wird. Dies wiederum bedeutet eine Verminderung des Teilequerschnitts und damit eine mechanische Schwächung. Lediglich bei Werkstoffen wie Titan oder Tantal entstehen sehr dichte Oxidschichten, die eine natürliche Sperre gegen den Angriff durch Sauerstoff darstellen.
Besonders drastisch ist der Angriff durch Oxidation bei Bauteilen in Verbrennungsanlagen oder Turbinen. Hier werden zum Schutz der Werkstoffe Metalloxide, -nitride oder -carbide durch thermisches Spritzen aufgetragen. Mittels der Verfahrenstechnik thermisch Spritzen können eine sehr große Zahl unterschiedlicher keramischer Werkstoffe auf nahezu alle Substrate aufgebracht werden. Dabei kann auch die Dichte der Schichten durch Variation der Auftragstechnologien (Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Plasmaspritzen, Kaltgasspritzen) oder der eingesetzten Ausgangsstoffe (Draht, Flüssigkeit, Pulver) sowie der jeweiligen Arbeitsparameter gesteuert werden. Die so hergestellten Schichten mit Dicken von wenigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern stellen eine wirksame Barriere für angreifende Gase dar. Aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit ermöglichen derartige Schichten auch eine Erhöhung der Arbeitstemperaturen beispielsweise von Turbinen. Dies trägt zu einer Einsparung von Treibstoff bei.
Oberflächenvermessung - optisch
Wesentliche Vorteile der optischen (berührungslose Verfahren) im direkten Vergleich zu taktilen Messverfahren sind die einfachere Handhabung und deutlich schnellere Messprozedur. Durch Verschiebung der Fokuslage an der Oberfläche können in wenigen Minuten quantitative Informationen über Oberflächentopografie, Rauheit, Stufenhöhen oder Steigungswinkel gewonnen werden. Speziell bei neueren Geräten wird durch die Überlagerung verschieden scharfer Fokusebenen eine exakte 3D-Abbildung der Oberflächenstruktur, erzielt, während klassischen Tastschnittverfahren nur Linienprofile erstellen. Die Auswertung flächiger Topografien kommt insbesondere bei ungerichteten Strukturen wie z.B. Honriefen oder Lunker zugute.
Das berührungslose Messen erlaubt auch die Abtastung sehr weicher Oberflächen (z.B. Polymere oder Pulver) oder labiler Bauteile, die durch eine Tastspitze zerstört oder nicht erfasst werden. Ebenso kann bedingt durch transparente Deckschichten hindurchgemessen werden.
Zum berührungslosen Messen von Rauheitskennwerten sind insbesondere Geräte verbreitet, die auf dem Prinzip der Weißlichtinterferometrie oder der Konfokaltechnik basieren. Die Konfokaltechnik hat sich vor allem etabliert, da diese Systeme im Vergleich zu Geräten mit dem Interferometrie- oder Triangulationsverfahren weitestgehend vom Reflektionsgrad der zu untersuchenden Oberfläche unabhängig sind und bereits mit ca. 4% reflektiertem Primärlicht arbeiten können. Die Interferometrie ist nur bedingt zur Messung rauer Oberflächen eingesetzbar und das Triangulationsverfahren arbeitet bei glatten Oberflächen zu ungenau.
Autoren: Prof. Dr.-Ing. Dietmar Schorr, M.Sc. Franz Xaver Breit