Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten umfassen Hochtemperaturschutzschichten und Funktionsschichten, die hauptsächlich unter Nutzung von PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) durch Kondensation aus der Dampfphase abgeschieden werden. Daneben kommen chemische und Sol-Gel-Verfahren zur Anwendung. Schutzschichten werden eingesetzt, um Werkstoffe, Bauteile und Strukturen vor der Einwirkung schädigender Umgebungsmedien zu schützen.
Im Institut werden sowohl metallische als auch keramische Schutzschichten für metallische, keramische und Verbundwerkstoffe entwickelt. Die Entwicklung von Funktionsschichten erstreckt sich auf unterschiedlichste Anwendungsfelder. Dazu zählen z.B. Sensoren zur Bestimmung von Schadstoffen und Gasen in Verbrennungsumgebungen und industriellen Atmosphären, Elektroden zur Anwendung in mehrschichtigen flachen Energiespeichersystemen wie Batterien und Superkondensatoren sowie Schichten mit antimikrobiellen Eigenschaften und spezielle Schichten für Raumfahrtanwendungen und Quantencomputer.
Schutzschichten: Anwendungsbeispiele
In Forschung und Industrie sind in den Bereichen Luftfahrt, Raumfahrt, Verkehr – aber auch Energie und Sicherheit vielfältige Schutzschichten notwendig. Es werden sowohl metallische als auch keramische Schutzschichten entwickelt, um das Einwirken schädigender Umgebungsmedien auf Werkstoffe, Bauteile und Strukturen zu verhindern.
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten konzentrieren sich auf PVD-basierte Schutzschichten für zentrale Triebwerkskomponenten wie Verdichter- und Turbinenschaufeln sowie die Brennkammer, die aus metallischen und faserverstärkten keramischen Werkstoffen bestehen und die werkstoffseitig eine erhebliche Bedeutung für die zukünftige Generation von Triebwerken besitzen. Zunehmend spielt dabei der Schutz von Bauteilen unter erhöhten Wasserdampfgehalten, in herausfordernden Umgebungen mit vielen Aerosolen und Stäuben (CMAS), bei der Wasserstoff-Verbrennung und unter Nutzung klimaneutraler Treibstoffe wie SAF eine Rolle. Für höchste Anwendungstemperaturen müssen Ultra High Temperature Ceramics (UHTCs) gegen Oxidation und die aggressiven Einsatzatmosphären geschützt werden. Für diese vielfältigen neuen Anwendungsfelder werden angepasste neue Schutzschichten entwickelt.
Mögliche Einsatzgebiete und Forschungsthemen für Schutzschichten sind:
Thermalschutzsysteme für Triebwerksbauteile (EB-PVD-Wärmedämmschichten)
Schutz von Titan-, TiAl-, Nickel- und neuartigen silizidbasierten Legierungen
Schutz von oxidischen und SiC-basierten Faserverbundwerkstoffen durch Environmental Barrier Coatings
Schutz von Brennkammerbauteilen für Gasturbinen und Triebwerke
Schädigungsmechanismen und Bewertung der Lebensdauer von Schichten in komplexen Testumgebungen mit Temperaturgradienten, thermozyklisch, mit hohen Wasserdampfgehalten oder unter direkter Verbrennungsatmosphäre (Wasserstoff- und Methanverbrennung)
Erosionsschutzschichten
Funktionsschichten: Anwendungsbeispiele
Funktionsschichten für die Gassensorik werden zur Überwachung von Verbrennungsprozessen sowie zur Leckagedetektion für die Sicherheit von Wasserstofftanks in der Luftfahrt eingesetzt. Hierzu wird nicht nur an Einzelkomponenten geforscht, sondern durch den integrierten und intelligenten Aufbau von Dünnschichten werden multifunktionelle Sensorsysteme entwickelt, die besonders effizient und bei hohen Temperaturen arbeiten.
Funktionsschichten werden weiterhin für die effiziente Energiespeicherung insbesondere in kleinen autarken Systemen entwickelt, die flächig in viele Bauteile integrierbar sind. Weitere Themen sind spezielle Schichten für die Raumfahrt wie „demisable satellits“ oder antimikrobielle Schichten.
Mögliche Einsatzgebiete und Forschungsthemen für Funktionsschichten sind:
Halbleitende und nanostrukturierte Schichten zur Verwendung von verschiedenen Sensoren
Nanostrukturierte und metalloxidbasierte (z.B. Ni-haltigen NMC Kathodenmaterialien) Elektroden für Batterien und Superkondensatoren
Laserinduzierte und CVD-beschichtete Graphenelektroden zur Herstellung von Mikro-Superkondensatoren
Elektrolytbeschichtung von Fasern und Elektroden zur Integration in flexible Energiespeichermodule
Spezialschichten für die Raumfahrt
Wollen Sie mehr über Schutz- und Funktionsschichten, ihre Einsatzgebiete oder unsere Projekte erfahren oder sind an einer Zusammenarbeit interessiert, melden Sie sich gern bei uns!
Mitarbeiter und Beschichtungsanlage im Labormaßstab
Die Beschichtungsanlage im Labormaßstab verfügt über zwei Kathoden (Fima Systec Z400).
Bei der Beschichtung von Turbinenschaufeln gibt es vreschiedene Methoden um diese möglichst langlebig und widerstandfähig zu machen. Die Beschichtung spielt bei der Konstruktion von Turbinenschaufeln eine der wichtigsten Rollen.
