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Superharte ta-C Schichten durch Laserpulsabscheidung

Februar 2018
19
Autor: Diethelm Carius
Firma: VDMA Arbeitsgemeinschaft Medizintechnik
Superharte ta-C Schichten durch Laserpulsabscheidung

Das Laserinstitut der Hochschule Mittweida wird gemeinsam mit weiteren Unternehmen und Instituten im Rahmen der Medical Area auf der METAV 2018 in Düsseldorf ausstellen. Mit aktuellen Informationen stellen sich die Aussteller im Medizintechnik-Newsroom der AG Medizintechnik des VDMA vor:

Superharte ta-C Schichten durch Laserpulsabscheidung (Pulsed Laser Deposition)

In vielen Zweigen der Industrie werden hochverschleißfeste Beschichtungen eigesetzt, um beispiels-weise mechanisch stark beanspruchte Werkzeuge und Bauteile zu schützen und zu funktionalisieren. In der Medizintechnik haben diese Hartstoffbeschichtungen ebenso ein herausragendes Potential als reibungsmindernde Schicht mit sehr geringen Verschleißraten, als Korrosionsschutz sowie als Barriere gegen Metallionenexposition. Während sich die Vertreter der klassischen Hartstoffschichten (z.B. Titannitrid) bereits in großem Umfang im industriellen Einsatz befinden, sind die neuartigen ta-C Schichten aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften momentan auf dem besten Wege da hin.

Bei den am Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) erzeugten ta-C Schichten handelt es sich um spezielle Vertreter der diamantähnlichen Kohlenstoffschichten (engl. diamond like carbon – DLC), welche bzgl. ihrer Härte bislang unübertroffen sind. Die Schichten werden am LHM mit dem Verfahren der Laserpulsabscheidung (PLD) unter Hochvakuumbedingungen erzeugt und können aufgrund eines patentierten Temperprozesses nahezu spannungsfrei abgeschieden werden. Bei optimalen Abscheidungsparametern sind so Schichthärten bis zu 70 GPa (vgl. Diamant: H = 100 GPa) und Elastizitätsmodulen von 700 bis 800 GPa realisierbar, wodurch diese Beschichtungen besonders widerstandsfähig gegen Verschleiß sind. Aufgrund einer geringen mittleren Oberflächenrauheit (Sq) von wenigen Nanometern und des niedrigen Reibkoeffizienten (≤ 0,1) zeichnen sich diese Schichten gerade auch für tribologische Anwendungen aus. Mittels haftvermittelnder Subschichten ist es möglich, eine herausragende Schichthaftung auf den unterschiedlichsten Substratmaterialien zu gewährleisten. Die niedrigen Temperaturen während der Schichterzeugung von weniger als 90 °C ermöglichen es, sowohl unterschiedliche Metalle und Legierungen, als auch temperaturempfindliche Materialien (Kunststoffe, Gläser, …) zu beschichten. Neben dem Einsatz als Verschleißschutzschicht bietet ta-C aufgrund seiner chemischen Resistenz, Biokompatibilität und Dotierbarkeit eine große Vielfalt an weiteren Anwendungsmöglichkeiten, bspw. in der Medizintechnik, Lebensmittelindustrie sowie Sensorik. Mittels Laserpulsabscheidung können homogene Schichtdicken von wenigen Nanometern bis zu einigen zehn Mikrometern erzeugt werden, wobei die resultierende Schichthärte zwischen 10 und 70 GPa über verschiedene Verfahrensparameter variiert werden kann. Dies ermöglicht es, insbesondere ein material- und anwendungsspezifisches Schichtdesign umzusetzen.

 

Den Ausstellungsstand des Laserinstituts der Hochschule Mittweida finden sie auf der METAV in Halle 14, Stand B111.

 

Kontakt:

Laserinsitut Hochschule Mittweida

Prof. Dr. rer. nat. Steffen Weißmantel    

Technikumplatz 17

D-09648 Mittweida

Tel      +49 3727 58-1449
Fax     +49 3727 58-21449

steffen.weißmantel@hs-mittweida.de

www.laser.hs-mittweida.de

 

Bildquelle:          

Laserinstitut Hochschule Mittweida

Bildbeschreibung:          

Hüftgelenkendoprothese mit superharter amorpher Kohlenstoffschicht (ta-C), hergestellt mittels Laserpulsabscheidung.

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