Deutsche Forschungsgemeinschaft

Untersuchungen zum Abscheidemechanismus bei der aerosolbasierten Kaltabscheidung von Keramiken durch Aufklären der Vorgänge beim Aufprallen von Mikrometer-Partikeln auf Oberflächen

Bearbeiter: M.Sc. Florian Bühner

Projektpartner: Arbeitsgruppe Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos, Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Funktionsmaterialien

Motivation

Das Verfahren der aerosolbasierten Depositionsmethode (kurz ADM) hat in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit erlangt. Dabei wird ein Prozessgas durch eine Pulverschüttung geleitet, das so entstandene Pulveraerosol in einer Vakuumkammer beschleunigt und auf das zu beschichtende Substrat gelenkt. Durch die Umlenkung der Strömung vor dem Substrat können die Aerosolpartikel auf der Substratoberfläche abgeschieden werden, wodurch fest anhaftende Schichten von etwa 1 µm bis 300 µm erzeugt werden können. Im Gegensatz zu den sonst üblichen Schichtbildungsverfahren, bei denen meist Sintertemperaturen über 1000 °C benötigt werden, handelt es sich dabei um ein vollständig kaltes Verfahren, bei dem weder Trägergas noch Pulver beheizt werden müssen. Damit lassen sich Schichten aus einem großen Spektrum an teilweise temperaturempfindlichen keramischen Pulvern auf verschiedensten Substraten herstellen. Der genaue Mechanismus der Schichtbildung ist bisher jedoch weitgehend ungeklärt.

 (c) Lehrstuhl für Funktionsmaterialien, Universität Bayreuth
REM-Schliffbilder mittels ADM erzeugter keramischer Schichten, hergestellt von der Arbeitsgruppe Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos
 (c) Institut für Chemische Verfahrenstechnik, Universität Stuttgart
Plasmagenerator zur Erzeugung reaktiver Spezies für die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung

Projektziel

Ziel des Projekts ist es daher, die Vorgänge vom Auftreffen eines Partikels bis zum Einbau in die feste Schicht genauer zu verstehen. Dazu wird eine Wirbelschichtanlage aufgebaut, in der mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung keramische Kern-Schale-Partikel hergestellt werden können. Durch Verwendung von Materialien, die in TEM-Aufnahmen unterscheidbar sind, sollen so Erkenntnisse darüber gewonnen werden, ob bestimmte Bruchstücke der Partikel vermehrt in die Schicht eingebaut werden. Auch der Einfluss der Gasströmung bzw. der kinetischen Energie von Partikeln auf Fragmentierung und Anhaftung muss genauer geklärt werden. Dazu können die erzeugten Partikel größenklassiert und in einer Anlage zur Niederdruckimpaktion auf Impaktions- und Abspringverhalten untersuch werden. Parallel dazu wird beim Projektpartner eine µADM-Anlage aufgebaut, mit der keramische Schichten aus kleinsten Pulvermengen hergestellt werden können. CFD-Simulationen der Strömung und der Partikelbahnen ermöglichen darüber hinaus Aussagen zu Strömungseigenschaften sowie zur Impaktionsenergie der Partikel.

Florian Bühner
M.Sc.

Florian Bühner

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

PD Dr.-Ing. habil.

Martin Seipenbusch

Gruppenleiter

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