Panorama

Überall Vakuum …

25.08.2021 - … und häufiger HiPIMS-Technologie als gedacht.

Alle, die sich den vakuum­gestütz­ten Wissen­schaften und Techno­logien ver­schrieben haben, sehen nicht nur großen Be­schleu­niger­ringen und kleinen eva­kuier­ten Rezi­pien­ten Vakuum­tech­nik am Werk, sondern auch noch in den meisten Fest­körper-Produk­ten– und haben damit sogar häufig recht. Ist es nicht eine der vakuum­gestütz­ten Be­schich­tungs­technologien selbst, die einer An­wen­dung den echten Clou verleiht, so kommt doch bei deren Ent­wick­lung nicht selten eines der vakuum­gestütz­ten Analyse­ver­fahren zum Einsatz – und bestärkt die von Vakuum­technik begeis­terten erneut in ihrer Überzeugung, dass es ohne Vakuum­technik nicht geht.

Nicht nur die ViP zeigt regelmäßig Vielseitigkeit und Vorzüge mittels Plasma­verfahren aufgebrachter Schichtsysteme in viel­fältigsten Anwen­dungen. In dieser Ausgabe geschieht das schwer­punkt­mäßig für das Hochleis­tungs-Puls-Magnetron­sputtern, einer Variante des Magnetron­sputterns, jener durch den Einsatz von Per­manent­magneten verstärkten plasma­gestützten Zer­stäubung von Material zwecks anschließendem Schichtaufbau. Die HiPIMS (high power impulse magnetron sputtering) oder HPPMS (high power pulsed magnetron sputtering) ge­nannten Ver­fahren er­zielen mittels etwa 100 Mikro­sekunden kurzer Pulse hohe Ioni­sations­grade der ge­sput­terten schicht­bilden­den Teil­chen (zwischen 50 und 90 Prozent im Gegen­satz zu wenigen Prozent beim Gleich­strom-Magnetronsputtern), wobei ein Puls-Pausen­ver­hältnis von etwa 1 : 100 den Wärme­ein­trag reduziert.

In den letzten zwanzig Jahren wurde diese Technik weiter­entwickelt, zur Anwendungs­reife gebracht und in Anlagen­technologie und Beschichtungs­service etabliert. Neben typischen Verschleiß­schutz­anwendungen kommen HiPIMS-Depositions­verfahren bei der Entwicklung geeigneter Divertor­platten für Fusions­reaktoren wie Jet und ITER ebenso zum Einsatz, wie bei der Entwicklung supra­leitender Hoch­frequenz-Beschleunigungs­kavitäten für einen kosten­effizien­ten Betrieb des Future Circular Collider (FCC). Auch das goldene iPhone 12 Pro soll von mittels HiPIMS auf­gebrachten Schichten so profi­tieren, dass Gerüchte in der Apple-Welt dieses besondere Beschichtungs­verfahren in der kommenden Smart-phone-Generation aus­gedehnter zur An­wendung kommen sehen und das Ver­fahren zumindest dem Namen nach über die Community hinaus bekannt wird.

In der neuen Ausgabe der ViP werden einige Vorzüge von HiPIMS-Ver­fahren für tribo­logische Anwen­dungen vor­gestellt. Dabei fügen Prof. Dr.-Ing. Kirsten Bobzin und ihr Team vom Institut für Oberflächen­technik der RWTH Aachen das Beste beider Welten zusammen, indem sie Gleich­strom-Magnetron-sputtern (dcMS, direct current magnetron sputtering) und HiPIMS bei der Beschichtung von Hobeln kombinieren, um mit hohen Abscheide­raten eine homogene Schicht­dicken­ver­teilung auf dem Werk­zeug zu erreichen. Die an­schlie­ßende detaillierte Unter­suchung der so depo­nierten Schicht­systeme gibt Aufschluss über die Eigen­schaften der Schichten und zeigt, wie adhäsiver Verschleiß verhindert und Reibung reduziert werden kann.

Wie unsynchronisierte, trockenlaufende Schraubenmaschinen von einer HiPIMS-deponierten Schicht profitieren zeigen Daniel Aurich und seine Co-Autoren von der Technischen Universität Dortmund. Das Verfahren punktet hier mit einer reibwertreduzierenden endkonturnahen Beschichtung der geometrisch herausfordernden Bauteile wie in ausführlichen Einsatzversuchen unter realen Betriebsbedingungen gezeigt wird.

Es versteht sich von selbst, dass mit Ionen nicht nur gesputtert werden kann. Eric Ritter und Dr. Alexandra Philipp von der Dreebit GmBH stellen Funktions­weise und Anwendungs­möglichkeiten der Raum­temperatur-Elektronen­strahl­ionenquelle Dresden EBIS-A vor. Neben der Ver­messung von Kern­radien eignen sich die damit erzeugten lang­samen und extrem hoch­geladenen Ionen auch zur nahezu nano­meter­genauen Oberflächen­modifi­kation, indem ihre ladungs­zustands­bedingte potentielle Energie zum Umbau der obersten Atomlagen eines Fest­körpers genutzt wird.

Dass dies alles ohne Vakuum nicht geht, liegt auf der Hand – und welche Heraus­forde­rungen Experiment, Produk­tion und Anwendung im nahezu luft­leeren Raum stellen, ist allen in der Branche vertraut. Davon können auch drei ansonsten sehr unter­schiedliche Betriebe berichten: Die Jena-Optronik GmbH, die mit ihren hoch­genauen Stern­sensoren Weltraum­sonden Orien­tierung verleiht, die Space­optix GmbH, die mit ihren Frei­form­optiken komplexe Spiegel­geo­metrien für satelliten­gestützte Erd­beobach­tung rea­lisiert und die Vacom Vakuum Kompo­nenten & Mess­technik GmbH, die hoch­präzise Mess­geräte und Komponenten für Vakuum­anlagen entwickelt und produziert. Im Rahmen eines Inter­views stellen die drei aus­gezeich­neten Unter­nehmen ihre Innova­tionen vor und gewähren Einblicke in ihre Unter­nehmen, Arbeits­weisen und Zukunfts­erwartungen.

Mit den im Magazin­teil gesam­melten Nach­richten aus Wirt­schaft, Wissen­schaft und Gemein­schaft sorgt die Zusammen­stellung hoffentlich für kurz­weilige Unter­haltung, nach­haltige Inspi­ration und viel Vergnügen beim Lesen.

Wiley / LK

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