Aufgabenstellung
Zusammen mit dem Lehrstuhl für keramische Werkstoffe der Universität Bayreuth (CME) und zwei Industriepartnern konzentriert sich das Projekt auf die Entwicklung von funktionalen keramischen Beschichtungen für den Korrosions- und Verschleißschutz. Unter Verwendung der Sol-Gel- und PDC-Technologie (PDC – polymer-derived ceramic bzw. polymer-abgeleitete Keramik) werden polymerbasierte Schichtsysteme mit funktionalen Füllstoffen, wie z.B. ZrO₂, über die Ofen- und die Laserpyrolyse in eine Keramik umgewandelt, wobei es sich bei der Laserpyrolyse um eine relativ neue Technologie handelt, die bei Sol-Gel-Schichten bisher nicht eingesetzt wurde.

Vorgehensweise
Am Bayerischen Laserzentrum werden im Rahmen der Forschungsarbeiten Untersuchungen zur Laserpyrolyse von PDC-und Sol-Gel-Schichten mit unterschiedlichen Füllstoffen auf Stahl- und Titansubstraten durchgeführt. Es werden Laserparameter für ein stabiles Prozessfenster ermittelt und Schichteigenschaften wie die Gefügestruktur, Rauheit und Mikrohärte bestimmt. Für die Sol-Gel-Schichten ist eine grundlegende Prozessentwicklung, ausgehend von der Schichtzusammensetzung bis hin zur Bestimmung geeigneter Laserparameter, notwendig.

Ergebnisse
Erste Ergebnisse liegen zur Laserpyrolyse von PDC-Schichten mit ZrO₂ und Aluminium als Füllstoffe vor. Die Untersuchungen wurden auf Stahlsubstraten durchgeführt. Es konnten dichte, kristalline Keramikschichten mit guter Anbindung zum Stahlsubstrat und einer Schichtdicke von ca. 15 – 20 µm erzeugt werden. Das Gefüge der Schichten ist durch dentritförmige ZrO₂-Kristalle gekennzeichnet (Bild links). An den Dendrit-Grenzflächen hat sich Aluminium (-oxid) angereichert (Bild rechts). Um vertikale Risse zu vermeiden, wird derzeit an einer Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Schichtsystem und Substrat gearbeitet.