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Fakultät Maschinenbau

PVD-Technologien

Forschungsschwerpunkte und Themengebiete

Die Forschungsschwerpunkte der Fachabteilung „PVD-Technologien“ liegen in der Funktionalisierung von technischen Oberflächen durch die Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (engl. physical vapor deposition, kurz PVD). Dies umfasst auf der einen Seite die Untersuchung grundlagenorientierter, wissenschaftlicher Fragestellungen der plasmagestützten Randzonenmodifikation von Werkstoffen sowie die Schichtentwicklung und -synthese. Darüber hinaus werden auf der anderen Seite ebenfalls anwendungsbasierte Einsatzversuche von Dünnschichtsystemen in realen Fertigungsprozessen betrachtet.

Das Ziel der Oberflächenmodifikation besteht in der Minimierung von Reibung und Verschleiß zur Steigerung und Erweiterung der Prozessgrenzen in Fertigungsprozessen bei gleichzeitiger Erhöhung der Standzeit. Häufig adressierte Anwendungsfelder von tribologischen Dünnschichtsystemen sind die spanende Fertigung, der Werkzeug- und Formenbau sowie die Synthese reibungsarmer Beschichtungen für hochbelastete Funktions- und Bauteile in der Luftfahrt- und Verkehrstechnik. Die Entwicklung leistungsfähiger Substrat/Schichtverbunde erfordert die Berücksichtigung der gesamten Prozesskette zur Werkzeugherstellung – von der mechanischen Vorbehandlung unter Berücksichtigung der Randzonenzusammensetzung über die substratspezifische plasmagestützte Vorbehandlung bis hin zur belastungsangepassten Entwicklung der Mikrostruktur und Schichtgestaltung der PVD-Dünnschichten.

Für die Schichtabscheidung stehen modernste hochenergetische PVD-Verfahren wie die Kathodenzerstäubung, das Lichtbogenverdampfen oder hybride Prozesstechnologien im industriellen Maßstab zur Verfügung. Diese ermöglichen die endkonturgetreue Abscheidung und Schichtentwicklung auf komplexen Oberflächen.

Schauglas-Sicht ins Innere des PVD-Prozesses © LWT
Schauglas-Sicht ins Innere des PVD-Prozesses
REM-Aufnahme einer CrAlN-Dünnschicht © LWT
REM-Aufnahme einer CrAlN-Dünnschicht

Forschungsthemen

Im Folgenden sind die aktuellen Forschungsthemen der Fachabteilung „PVD-Technologien“ aufgeführt:

  • Schichtentwicklung von tribologischen Dünnschichten
    • Nitridische Schichtsysteme (auf Basis von AlTiN, AlCrN, MoN)
    • Boridische Schichtsysteme (auf Basis von TiBx)
    • Amorphe Kohlenstoffschichtsysteme (a-C(:H), a-C(:H):X, ta-C)
    • Chemisch komplexe Nanokomposit-Schichtsysteme (wie etwa TiSiBCN)
  • Anwendungsorientiere Gestaltung der Ätzvorbehandlung und PVD-Schichtsynthese für die Werkzeugbeschichtung
  • Funktionsintegration und -erweiterung durch Sensorschichten (Temperatur- und Drucksensoren) zur Online-Diagnostik in Fertigungsprozessen
  • PVD-Duplex-Behandlung von Stählen, bestehend aus Plasmanitrieren und PVD-Beschichtung
  • PVD-Beschichtung von additiv gefertigten Metallen
    • Stähle für tribologische Bauteile oder Werkzeuge
    • Ti-Legierungen für biomedizinische Anwendungen

Die ausführliche Übersicht über unsere Ausstattung sowie laufende aktuelle Forschungsprojekte finden sich auf den entsprechenden Übersichtsseiten.

In den deutschsprachigen Vorlesungsreihen Oberflächentechnik 1, Oberflächentechnik 2 sowie in der englischsprachigen Vorlesungsreihe Materials Technology 2 werden die Grundlagen der PVD-Technologien vermittelt. Studierende sind herzlich eingeladen sich in diesen Lehrveranstaltungen mit diesem spannenden Fachgebiet vertraut zu machen.

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