CD-Labor for Advanced Hard Coatings

Im Zentrum der Forschungstätigkeiten stehen die Entwicklung und Charakterisierung neuartiger Hartstoffschichten, welche die Lebensdauer von Werkzeugen verlängern und Abnutzungsprozesse verlangsamen.

Gegenwärtig wird die Beanspruchung der Schutzschichten auf Arbeitsgeräten immer massiver. Für die Bearbeitung zäher und hochfester Materialien werden zunehmend neue Methoden wie beispielsweise die Hochleistungszerspanung eingesetzt.

In der industriellen Produktion erreichen gängige Materialien bei Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius rasch ihre Grenzen. Die nur wenige tausendstel Millimeter dicken Schichten bestehen heute zumeist aus Nitriden von Übergangsmetallen, hauptsächlich Titannitrid oder Chromnitrid. Diese Stoffe werden mithilfe physikalischer Verfahren wie dem Sputtern, einer hochvakuumbasierten Beschichtungstechnik, aus der Dampfphase abgeschieden.

Durch gezielte Mechanismen zur Steigerung von Härte und Zähigkeit der Materialien werden solche bestehenden Schichtsysteme in einem ersten Schritt der Forschungstätigkeiten optimiert. Ein zentraler Aspekt dabei ist die Schichtanalytik und Entwicklung fortschrittlicher analytischer Methoden zur Charakterisierung solcher Oberflächenschichten. Damit werden Materialien auf gewünschte Eigenschaften unter den verschiedenen Einsatzbedingungen untersucht. Dazu zählen hohe Härte und Zähigkeit, niedrige Reibung, gute Oxidationsbeständigkeit und ihre Wechselwirkung mit dem Schichtaufbau. Die gewonnenen Kenntnisse stellen die Basis für die Weiterentwicklungen solcher Hartstoffschichten dar.

Für die Entstehung neuartiger Schichtsysteme werden im Zuge der Forschungsarbeit gänzlich neue Materialien entwickelt. Diese werden mithilfe Plasma-unterstützter Prozesse im Vakuum hergestellt und in einzelnen Atomschichten auf die Werkstoffoberfläche aufgetragen. Es werden Designregeln geschaffen, um die gezielte Einstellung der Mikro- und Nanostruktur der Schichten und den exakten Aufbau sowie die Strukturierung der Schicht auf der Werkzeugoberfläche definieren zu können.

Die Untersuchungen erlauben es, eine lückenlose Verständniskette zwischen der Zusammensetzung und Struktur des Beschichtungsmaterials, den damit verknüpften Schichteigenschaften und dem Einsatzverhalten zu schaffen. So wird das Ziel der Forschungstätigkeiten erreicht werden, Hartstoffschichten zu entwickeln, die selbsttätig härter werden und Schäden, wie etwa entstandene Risse, selbst ausheilen. Diese Schichten werden schmierend wirken, sehr niedrige Reibung aufweisen und auch sehr hohen Anwendungstemperaturen standhalten.