CD-Labor for Anwendungsorientierte Schichtentwicklung

Die intelligente Beschichtung von Werkstoffen mit Materialien aus mehreren Komponenten steht im Forschungsinteresse. Materialien dieser Art erlauben es, dem gestiegenen Bedarf an maßgeschneiderten Eigenschaften von Beschichtungen besser als bisher gerecht zu werden.

Beschichtungen schützen Werkstoffe und geben ihnen zusätzliche Eigenschaften. Materialien aus zwei Elementen, wie binäre Nitride, Karbide oder Boride bestimmter Metalle, sind für diese Zwecke gut erforscht. Sie konnten lange Zeit die Anforderungen der Industrie gut erfüllen. Doch maßgeschneiderte Eigenschaften und neue Kombinationen von Eigenschaften gewinnen in der modernen Beschichtungsindustrie immer mehr an Bedeutung und binäre Metalle können diese nicht alle erfüllen. Mehr Möglichkeiten dafür bieten Materialien, die aus mehr als zwei Komponenten bestehen – sogenannte ternäre, quarternäre und multinäre Nitride, Karbide oder Boride. Doch mit der Anzahl an Komponenten in diesen Schichten steigt deren Komplexität. Der weitere Nutzen dieser Schichten erfordert daher ein wissensbasiertes Designkonzept und ein umfassendes Verständnis für die Technik des Beschichtungsprozesses. Beides wird nun erforscht.

Ein wichtiger Teil dieser Forschung befasst sich mit dem Computer Aided Design von Schichtmaterialien, das eine präzise Vorausberechnung der Materialeigenschaften und des Materialverhaltens erlauben wird. Dabei werden insbesondere moderne Methoden der sogenannten Dichtefunktionaltheorie und der Kontinuumsmechanik verwendet werden. Diese befassen sich zum einen mit grundlegenden Eigenschaften der Materialien, wie der Berechnung von Bindungslängen und der Bindungsenergie, und zum anderen mit dem Verformungsverhalten der Schichten.

Weiters wird an der experimentellen Entwicklung der Schichten und der Beschichtungsprozesse geforscht. Dabei stehen aber nicht nur die verschiedenen Materialien im Fokus der Aufmerksamkeit, sondern auch spezielle Schichtarchitekturen – wie z. B. die Kombination verschiedener Lagen oder Phasen und chemische oder strukturelle Gradienten.

In beiden Bereichen – Design und Entwicklung – werden auch Daten aus der Erforschung von Veränderungen der Schichten einfließen, die durch thermische, chemische oder mechanische Einwirkungen erfolgen können.

In einem praxisnahen Teil der Forschung werden Werkzeuge und Bauteile mit den erfolgversprechendsten Materialien beschichtet und unter praktischen Einsatzbedingungen getestet. Dabei werden auch anwendungsnahe Testreihen mit solchen unter Einsatzbedingungen in Beziehung gesetzt.

Insgesamt läutet die Forschung hier eine neue Ära für das zielgerichtete Design, die bedarfsgerechte Entwicklung und das Testen neuer Materialien und Beschichtungen ein.