Aufgabenstellung
Für den Werkzeug- und Formenbau sollen die Oberflächen von Formgebungsbauteilen mittels generativer Verfahren so
verändert werden, dass Funktionsschichten und -strukturen mit anforderungsgerechten Eigenschaftsprofilen erzeugt werden.
Im Teilprojekt 4 des Forschungsverbundes sollen keramische Beschichtungssysteme auf Basis präkeramischer Polymere weiterentwickelt und an vorgegebene Bedingungen des industriellen Einsatzes angepasst werden. Die Schichten sollen die tribologischen Eigenschaften, das Korrosions- und Oxidationsverhalten verbessern oder als Diffusionsbarriere und Antihaftschicht auf Werkzeugen und Formen entwickelt werden.

Vorgehensweise
Die Pyrolyse präkeramischer Polymere bietet dafür ein hohes Potential. Es können neuartige technische Keramiken mit unterschiedlichsten Eigenschaften unter Ausnutzung kunststofftechnischer Verarbeitungstechnologien hergestellt werden. Im Rahmen des Vorhabens sollen gefüllte Schichten auf Polysilazanbasis durch die gezielte Pyrolyse mittels Ofenpyrolyse und Laserstrahlung (Laserpyrolyse) in keramische Schichten umgewandelt werden. Während sich die Pyrolyse im Ofen für temperaturunempfindliche Bauteile und großflächige Beschichtungen eignet, ist die Laserpyrolyse insbesondere für die Beschichtung niedrigschmelzender Materialien (z.B. Aluminium) und zur Beschichtung eng begrenzter Bereiche geeignet.

Ergebnisse
Als Precursormaterial wird Polysilazan verwendet. Durch die Zugabe von keramischen Füllstoffen wird die Schrumpfung der Schicht bei der Pyrolyse begrenzt. Als passiver Keramikfüllstoff wird ZrO₂ eingesetzt. Zusätzlich werden spezielle Glaspulver in die polymeren Precursoren eingearbeitet, um Spannungen während der Pyrolyse zu relaxieren und auftretende Risse zu versiegeln. Die präkeramischen Schichten weisen herstellungsbedingt eine gewisse Porosität auf. Erste Ergebnisse zeigen, dass eine Laserpyrolyse mit CO₂-Laserstrahlung dazu führt, dass ein Großteil der Poren durch die aufgeschmolzene Glasphase verschlossen wird (Bild a). Wird die Pyrolyse mit Nd:YAG-Laserstrahlung durchgeführt, können die Poren nicht verschlossen werden (Bild b). Spannungsrisse wurden nicht beobachtet.