Aufgabenstellung
In einem Grundlagenprojekt wird zusammen mit dem Lehrstuhl für keramische Werkstoffe der Universität Bayreuth (CME) die Erzeugung keramischer Beschichtungen auf niedrigschmelzenden Substraten wie z.B. Aluminium und Kunststoffen erforscht. Ziel ist es, dichte und fest haftende Keramikschichten zu erzeugen, ohne das Substrat thermisch zu schädigen. Die angestrebten Schicht-Substrat-Kombinationen sind mit einer konventionellen Ofenpyrolyse nicht realisierbar.

Vorgehensweise
Unter Verwendung der PDC-Technologie (PDC – polymer-derived ceramic bzw. polymer-abgeleitete Keramik) werden neu entwickelte, polymerbasierte Schichtsysteme mit funktionalen Füllstoffen, wie z.B. ZrO₂, mittels Laserpyrolyse in eine Keramik umgewandelt. Dabei soll der lokal stark begrenzte Wechselwirkungsbereich der Laserstrahlung zu einer Reduzierung der thermischen Belastung des Substrats beitragen. Die thermischen Eigenschaften der PDC-Beschichtungssysteme und des Substrats, wie der thermische Ausdehnungskoeffizient und die Wärmeleitfähigkeit, stellen dabei eine enorme Herausforderung für die Prozessentwicklung dar.

Ergebnisse
Für die Laserpyrolyse wird ein Nd:YVO₄-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm eingesetzt. In einem ersten Schritt wurde die Laserpyrolyse von ZrO₂-haltigen PDC-Schichten auf Aluminiumsubstraten untersucht. Um Probleme bei der Schichthaftung zu überwinden, wurde mit einer dünnen Si-haltigen Haftvermittlerschicht gearbeitet. Auf diesem Weg konnte die Anbindung zum Substrat deutlich verbessert werden. Es konnten festhaftende, dichte Keramikschichten erzeugt werden, ohne das Aluminiumsubstrat thermisch zu schädigen. Das Bild zeigt eine REM-Aufnahme einer laserpyrolysierten Keramikschicht auf Aluminium im Querschliff (a) zusammen mit einer EDX-Elementanalyse (b).