Seit 1994 erforscht die Gruppe "Ultraharte Schichten" die PVD- und CVD-Beschichtung von Substratoberflächen mit dem Schwerpunkt kristalline CVD-Diamantschichten. 2002 führten die erfolgreichen Forschungsarbeiten im Bereich der CVD Diamantbeschichtung zur Ausgründung der Fa. DiaCCon in Fürth (http://www.diaccon.de).
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Bioinspired damage tolerant diamond-metal laminates by alternating CVD and PVD processes
In: Materials & Design 213 (2022), Art.Nr.: 110315
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Carbonate-Induced Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide via Two-Electron Water Oxidation
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Effective Hydrogen Peroxide Production from Electrochemical Water Oxidation
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Avoiding Pitfalls in Comparison of Activity and Selectivity of Solid Catalysts for Electrochemical HMF Oxidation
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A simple way to make tough diamond/metal laminates
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Pilot Study on the Use of a Laser-Structured Double Diamond Electrode (DDE) for Biofilm Removal from Dental Implant Surfaces
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Catalytic electrochemical water splitting using boron doped diamond (BDD) electrodes as a promising energy resource and storage solution
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World's First Thermoelectric Generator Made of Tailored Carbon Allotropes
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Boron-Doped Diamond Electrocatalyst for Enhanced Anodic H2O2 Production
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Electrochemical Disinfection of Dental Implants Experimentally Contaminated with Microorganisms as a Model for Periimplantitis
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Electrochemical Disinfection of Experimentally Infected Teeth by Boron-Doped Diamond Electrode Treatment
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Boron-doped diamond (BDD) as an efficient back contact to thermally grown TiO2 photoelectrodes
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Influence of In-Situ Electrochemical Oxidation on Implant Surface and Colonizing Microorganisms Evaluated by Scanning Electron Microscopy
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Elimination of bacterial contaminations by treatment of water with boron-doped diamond electrodes
In: World Journal of Microbiology & Biotechnology 35 (2019), Art.Nr.: 48
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Electrochemical Degradation of Reactive Blue 19 Dye by Combining Boron-Doped Diamond and Reticulated Vitreous Carbon Electrodes
In: ChemElectroChem (2019)
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Dotierung von CVD-Diamant für die n-Leitung (Dissertation, 2019) - , , , :
Influence of zirconium-based alloys on manufacturing and mechanical properties of ultra high temperature ceramic matrix composites
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Veratric acid removal from water by electrochemical oxidation on BDD anode
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Diamant auf Stahl gegen den Oberflächenverschleiß durch Aluminiumanhaftungen
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Long term oxidation behavior of micro- and nano-crystalline CVD diamond foils
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Growth and thermoelectric properties of nitrogen-doped diamond/graphite
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Fabrication of ultra high temperature ceramic matrix composites using a reactive melt infiltration process
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Fabrication and application of boron doped diamond BDD electrode in olive mill wastewater treatment in Jordan
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Application of Electrochemical Treatment Technology of Produced Water of a Heavy Oil Field, via Boron Doped Diamond BDD Electrode
SPE Latin America and Caribbean Heavy and Extra Heavy Oil Conference (Lima, 19. Oktober 2016 - 20. Oktober 2016)
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Bordotierte Diamantfolie: Herstellung und thermoelektrische Eigenschaften (Dissertation, 2016) - , , , , , :
Thermoelectric transport properties of boron-doped nanocrystalline diamond foils
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Direct measurement of Young's modulus, fracture strength and fracture toughness of nanocrystalline diamond foil by means of tensile testing
In: Acta Materialia 61 (2013), S. 7000-7008
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Surface energy of growth and seeding side of free standing nanocrystalline diamond foils
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Nano-crystalline diamond-coated titanium dental implants - A histomorphometric study in adult domestic pigs
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Adhesive bonding and brazing of nanocrystalline diamond foil onto different substrate materials
In: Applied Surface Science 282 (2013), S. 335-341
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Using boron doped diamond foils for fabrication of micro cavities with EDM
13th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, EUSPEN 2013
URL: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=84908155805&origin=inward - :
Beeinflussung der Titankarbid-Schichtdicke bei der HFCDV-Diamantbeschichtung von Titan durch Oberfächenvorbehandlung und Variation der Beschichtungsparameter (Dissertation, 2013) - :
Nanokristalline Diamantfolie: Herstellung und Eigenschaften (Dissertation, 2013) - Ahmed F., Bayerlein K., Rosiwal S., Göken M., Durst K.:
Stress evolution and cracking of crystalline diamond thin films on ductile titanium substrate: Analysis by micro-Raman spectroscopy and analytical modelling
In: Acta Materialia 59 (2011), S. 5422-5433
ISSN: 1359-6454
DOI: 10.1016/j.actamat.2011.05.015 - , , , :
Self-supporting nanocrystalline diamond foils: Influence of template morphologies on the mechanical properties measured by ball on three balls testing
In: Acta Materialia 59 (2011), S. 3343-3351
ISSN: 1359-6454
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CVD-Diamond Coating as Wear Protection for Standard Heat-Treatable Steel
International Symposium on Friction, Wear and Wear Protection 2008 (Aachen)
DOI: 10.1002/9783527628513.ch30 - , , , , , , :
Using diamond coated tool-electrodes for drilling micro holes with EDM
11th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, EUSPEN 2011
URL: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=84908255357&origin=inward - :
Eigenspannungen in Mehrschichtaufbauten aus Diamant und Chromkarbid auf Vergütungsstählen (Dissertation, 2011) - , , , :
Influence of grain size on the wear behavior of CVD diamond coatings in micro-EDM
In: International Journal of Advanced Manufacturing Technology 47 (2010), S. 919-922
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Self-supporting nanocrystalline diamond foils - A new concept for crystalline diamond on any technical surface
In: Key Engineering Materials 438 (2010), S. 163-169
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Influence of surface roughness on the tribological properties of HF-CVD diamond coated heat-treatable steel
In: Wear 269 (2010), S. 811-815
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Influence of coatings in micro-EDM
16th International Symposium on Electromachining, ISEM 2010 (Shanghai)
URL: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=84883897735&origin=inward - :
Langzeitstabile Diamantelektroden auf Titansubstrat (Dissertation, 2010) - , , , , , :
In-situ tensile testing of crystalline diamond coatings using Raman spectroscopy
In: Surface & Coatings Technology 204 (2009), S. 1022-1025
ISSN: 0257-8972
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Monitoring oxygen species in diamond hot-filament CVD by zircon dioxide sensors
In: Vacuum 82 (2008), S. 599-607
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Well adherent diamond coatings on steel substrates
In: Advanced Engineering Materials 10 (2008), S. 657-660
ISSN: 1438-1656
DOI: 10.1002/adem.200800060 - :
Grundsatzuntersuchungen zum Einsatz von diamantbeschichteten Siliziumkarbid-Gleitringen im Trockenlauf (Dissertation, 2008)
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Der Aluminiumdruckguss ist ein effizientes und sehr weit verbreitetes Verarbeitungsverfahren. Allerdings tritt bei der Herstellung und Bearbeitung von Aluminiumbauteilen ein großes Problem auf. Aluminium verbindet bzw. legiert sich bei erhöhten Temperaturen bzw. in der Schmelze mit nahezu allen Metallen. So kommt es beim Gießen von Aluminiumbauteilen häufig zu Werkzeugversagen (Ausspülungen, Risse), da die Aluminiumschmelze mit dem Eisen der Stahlform bzw. mit darauf aufgebrachten Schutzschichten reagiert und diese aus der Werkzeugoberfläche herauslöst. Um eine Verbindung zwischen mit der Druckgussform zu verhindern, ist der Einsatz von Trennmitteln notwendig. Diese Trennmittel sind aktuell technisch notwendig, bringen jedoch eine Reihe von Nachteilen mit sich.
Ein neuer vielversprechender Ansatz sind kristalline CVD-Diamantschichten. Diese können das Problem der Aluminiumadhäsion potentiell lösen, da Aluminium selbst bei hohen Temperaturen im Bereich bis 700°C nicht mit dem im Diamantgitter gebundenen Kohlenstoff reagiert. In Vorversuchen der FAU konnte gezeigt werden, dass an dieser Beschichtung kein flüssiges Aluminium anhaftet. Eine Entwicklung eines Beschichtungssystems für den Aluminium-Druckguss mit einer Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturbelastungen von bis zu 700 °C und Drücken bis 1000 bar wurde bisher noch nicht verfolgt, dazu sind noch zahlreiche Fragestellungen zu lösen. Daher soll in diesem Projekt ein Diamant-beschichteter Aluminium-Druckguss Werkzeugeinsatz entwickelt werden, welcher ohne den Einsatz von Trennmitteln betrieben werden kann und eine hohe Standzeit aufweist.
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Ziel der geplanten Arbeiten sind die Erforschung, Entwicklung und Anwendung von neuen verschleißfesten Elektrodendiamantdünnschichten für die Mikrosenkerosion. Der Vorteil solcher Diamantbeschichtungen liegt in der effizienten Mikrostrukturierung von großflächigen Elektroden mit spanenden Fertigungsverfahren wie z. B. Mikrofräsen und dem anschließenden Beschichten mit einer verschleißfesten Beschichtung, welche einen effizienten Materialabtrag während des Einsatzes ermöglicht. Durch den Einsatz von Diamantdünnschichten als Elektrodenbeschichtung sind die erreichbaren und abbildbaren Strukturgenauigkeiten im Vergleich zu Diamantdickschichtelektroden erheblich höher, da die Ungenauigkeiten der Beschichtung geringer sind. Die Strukturierung des Substratwerkstoffes stellt deswegen die limitierende Größe zur Geometrie- und Abbildegenauigkeit des Diamantdünnschichtelektrodensystems dar. Die auf den z. B. mittels Mikrofräsen bearbeiteten Substratwerkstoffen aufgebrachte Schicht besitzt eine geringe Schichtdicke und daher einen geringen Einfluss auf die erreichbare Formgenauigkeit. Mit diesem neu entwickelten Beschichtungswerkstoffe mit Diamantdünnschicht werden relevante Materialien bearbeitet und die erzielten Ergebnisse hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit bewertet. Dabei sollen materialwissenschaftliche, technologische und maschinenspezifische Fragestellungen bearbeitet und geklärt werden. Abschließend sollen die validierten Elektrodendiamantbeschichtungen in eine abgestimmte Prozesstechnologie für die Mikrosenkerosion überführt werden und als Technologietabellen zur Verfügung stehen. Die Nutzung einer Elektrode für die Finishbearbeitung wird angestrebt, muss aber im Rahmen der Forschung untersucht werden.
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (StMWIVT) (bis 09/2013)
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Das Aufgabengebiet „Innovative solarthermische Energiegewinnung“ hat sich zum Ziel gesetzt, die Kombination von Nickelbasisstrahlungsabsorbern mit thermoelektrischen Materialien zur Stromerzeugung zu untersuchen. Dabei werden in additiven Fertigungsverfahren neuartige offenzellulare Receiverstrukturen aus hochtemperaturbeständigen Superlegierungen (Nickel- und Cobaltbasis) entwickelt und getestet. Weiterhin werden p- und n-leitende Diamantstrukturen für den Bau eines effizienten Thermoelektrischen Generators erforscht und getestet. Dabei kommen vorwiegend kohlenstoffbasierte Schichten, wie z. B. Diamant, zur Anwendung. Im Vordergrund steht in diesem Bereich die Grundlagenforschung, um Diamant durch geeignete Dotierung von einem Nichtleiter zu einem Halbleiter zu transformieren. Die Herstellung und Untersuchung der in enger Beziehung zu den dotierten Diamantschichten stehenden Metallkarbide erfolgt mit der neu am EnCN aufgestellten PVD-Anlage TINA 700. über die integrierten unterschiedlichen PVD-Techniken (Sputtern, Lichtbogenabdampfen, Widerstandsverdampfen) sollen durch Reaktion mit einer Kohlenstoff-haltigen Gasphase Metallkarbidschichten im Bereich 50 µm bis 100 µm hergestellt und deren thermoelektrischen Eigenschaften charakterisiert werden Die Zugabe von Stickstoff in den PVD-Prozess soll die Herstellung von Metallnitriden bzw. Metallcarbonitriden ermöglichen.
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Zur nachhaltigen Nutzung der Abwärmemengen beispielsweise von Fahrzeugen oder Kraftwerken eignet sich die auf dem Seebeckeffekt beruhende Technik der thermoelektrischen Generatoren (TEG), die aus Temperaturdifferenzen direkt elektrischen Strom erzeugt. Die derzeitig etablierten thermoelektrischen Materialen lassen keinen wirtschaftlich sinnvollen Einsatz zu, weil sie entweder toxisch und nur in sehr geringen Mengen verfügbar sind (Bismut- und Bleitelluride), oder noch zu geringe Wirkungsgrade aufweisen (SiGe). Einkristalliner oder mikrokristalliner Diamant haben eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit (ca. 2000 W/mK) und eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit, weshalb sie als thermoelektrisches Material zunächst ungeeignet scheinen. Durch die Abscheidung von bordotiertem, nanokristallinem Diamant auf temperaturbeständigen Templaten im CVD-Verfahren und deren nachfolgende Ablösung können selbsttragende Diamantfolien hergestellt werden. Diese sind ein vielversprechendes thermoelektrisches Material, weil sie sowohl gute elektrische Leitfähigkeiten als auch niedrige Wärmeleitfähigkeiten (2 W/mK) aufweisen. Dazu sind sie und sehr temperaturbeständig (600 °C an Luft, 1100 °C unter Luftabschluss). Dadurch erscheinen hohe Wirkungsgrade (ZT-Werte 2-3) möglich. Im beantragten Projekt sollen bordotierte, p-leitende, nanokristalline Diamantfolien mit verschiedenen Prozessparametern (Druck, Methangehalt, Borgehalt, Beschichtungstemperatur) hergestellt und auf ihre thermoelektrischen Eigenschaften (Seebeckkoeffizient, thermische und elektrische Leitfähigkeit) untersucht werden. Außerdem sollen die p-Folien mit schon existierenden ("schlechten") n-Folien zu thermoelektrischen Generatoren verlötet und dann ebenfalls charakterisiert werden.
Mittelgeber: Industrie
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: Industrie
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (StMWIVT) (bis 09/2013)
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: BMFTR / Verbundprojekt
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR)
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Da eine Umsetzung der an Laboranlagen gewonnenen wissenschaftliche Erkenntnisse in technisch und ökonomisch funktionierende Produkte gerade im Bereich der Diamant-CVD an die passende Maschinentechnologie gebunden ist, entwickeln wir die vorhandene Hot-Filament CVD Technologie ständig weiter. So gelang der Bau einer Versuchsanlage mit der weltweit größten CVD-Diamant Beschichtungsfläche.
Entwicklungskenndaten:
- Hochskalierung der Hot-Filament Diamantbeschichtungsfläche auf bis zu 10.000 cm2.
- Flexible Kammer-Set-ups zur CVD Diamantbeschichtung von Kleinteilen (Stückgewicht < 1 g) bis zu großen Bauteilen (Stückgewicht > 40 kg).
- Reduzierung des Energieaufwandes (Elektrische Leistung pro Karat) für die Hot-Filament CVD.
- Homogenisierung von Diamantwachstumsrate und Bor-Dotierung für 2D- und 3D- Substrate.
- Reproduzierbar einstellbare Substrattemperaturen von 650 °C bis 950 °C.
- Integration von Wärmebehandlungsverfahren in den Hot-Filament Prozess.
- Entwicklung von in-situ Messtechnik z.B. online Messung der Diamantwachstumsrate.
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Die Zugabe von Titan oder Vanadin in den CVD-Diamantbeschichtungsprozess soll neue elektrische Zustände im Diamantgitter ermöglichen. Auch der Einfluss der Metallzugabe auf die mechanischen Diamanteigenschaften wird untersucht.
Arbeitsschwerpunkte:
- Verdampfersysteme für metallorganische Verbindungen mit Titan bzw. Vanadin.
- Kombination von Sputterverfahren mit Hot-Filament Diamant-CVD.
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Bor-dotierte Diamantelektroden haben auf Grund ihrer sehr großen überspannung gegen die kathodische (Wasserstoffbildung erst ab -1,2 V) und anodische (Sauerstoffbildung erst ab 2,5 V) Wasserelektrolyse ein sehr breites Anwendungsspektrum. Dies reicht von der effizienten Desinfektion durch Bakterientötung über die Wasserreinigung durch direkte chemische Oxidation aller Kohlenstoffspezies bis hin zur kathodischen Reduktion von CO2 in Kohlenwasserstoffe. Für Partner aus Forschung und Industrie bieten wir unterschiedliche elektrochemische Reaktoren mit Diamantelektroden an.
Anwendungsbeispiele:
- Batch-Systeme mit CVD-Diamant Streckmetall- oder Plattenelektroden zur Wasserreinigung bis 1 m3 Wasservolumen.
- Experimentelle Durchflussreaktoren.
- Mini-Wasserdesinfektionssysteme auf USB-Basis.
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mit Hochtemperatur-Chromkarbid-Diffusionsschichten oder mit CVD Titanbornitridschichten können unterschiedliche Stahlwerkstoffe mit CVD-Diamant haftfest beschichtet werden. Um die Funktionalität der diamantbeschichteten Stahlbauteile zu erhalten (Festigkeit), ist eine der Legierungszusammensetzung angepasste Diamantbeschichtungstemperatur und Wärmebehandlung notwendig.
Der Forschungsschwerpunkt liegt gegenwärtig auf einer Erweiterung des Spektrums beschichtbarer Stahlsorten, der Optimierung der Wärmebehandlung aus der Beschichtungstemperatur zur Einstellung der notwendigen Stahlfestigkeit und der haftfesten Diamantbeschichtung mit Schichtdicken über 10 µm.
Eine wichtige Anwendung von diamantbeschichten Stahlwerkzeugen liegt in der Verarbeitung von Aluminium, da Aluminium auch bei hohen Temperaturen über 500 °C nicht mit der Diamantoberfläche reagiert.
Anwendungsbeispiele:
- Gasdruckfedern aus 41Cr4.
- Gewindebohrer aus Schnellarbeitsstahl HS 2-9-2.
- Werkzeuge für den Aluminiumdruckguss aus Warmarbeitsstahl X37CrMoV5-1 .(12343) und X46Cr13 (1.4034).
- Ultraschall Schweißsonotroden für Aluminium- oder Kupferkabel z.B. aus pulvermetallurgischem Stahl SPM10.
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mit Titanbornitrid-Zwischenschichten lassen sich haftfeste CVD-Diamantschichten auf Hartmetallen mit Diamantschichtdicken über 100 µm abscheiden. Ein Wegätzen der Kobaltbindephase an der Hartmetalloberfläche ist nicht mehr notwendig, was die mechanische Festigkeit der übergangszone Hartmetall-Diamant deutlich verbessert.
Anwendungsbeispiele:
- Gleitringe und Gleitlager aus Hartmetall
- Hartmetallwerkzeuge
- Hartmetall Erosionsschutzkomponenten
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
1995 begann die Erforschung und Entwicklung der CVD-Diamantbeschichtung von Siliziumkarbid-Gleitlager und Gleitringdichtungen. Mit Gründung der Fa. DiaCCon Fürth 2002 konnte das hauptsächlich in bayerischen Forschungsprojekten gewonne Know-how erfolgreich in die industrielle Anwendung überführt und neue Arbeitsplätze geschaffen werden.
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Da Eisen und Kobalt die Graphitbildung bei der Diamant-CVD katalysieren, wurden CVD-Hochtemperaturzwischenschichten auf Titan- und Tantalbasis entwickelt, die diese Graphit bildende chemische Wechselwirkung einer Stahl- oder Hartmetalloberfläche verhindert. Eine spezielle Oberflächen-Mikrostruktur der Zwischenschicht ermöglicht eine gute mechanische Verzahnung mit der nachträglich aufwachsenden Diamantschicht. Im Temperaturbereich von 500 °C bis 1100 °C ist die CVD Abscheidung von metallischen Titan- oder Tantalschichten bzw. von deren Karbiden, Nitriden oder Boriden möglich.
Anwendungsbeispiele:
- TiNB-Zwischenschicht auf X46Cr13 zur optimalen Diamanthaftung.
- TiB2 auf Graphitfasern zur Stabilisierung bei nachträglicher Zirkon-Schmelzinfiltration.
- Ta auf Graphit zur Erhöhung der chemischen Stabilität.
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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Zur Schonung des Substratwerkstoffes kann die heiße Erzeugung der CVD-Diamantschicht getrennt von der Bauteiloberfläche erfolgen. Dazu wird die Diamantschicht auf Silizium oder Kupfersubstraten abgeschieden. Ab 20 µm Schichtdicke lässt sich der Diamant als Folie abziehen und frei stehend handhaben. Ein Laserschneiden erzeugt die notwendigen Abmessungen der Diamantfolien. Für eine „kalte“ Applikation auf Bauteiloberflächen werden Klebe- und Lötprozesse untersucht und weiterentwickelt.
Anwendungsbeispiele:
- Auf Stahl aufgeklebte dicke Diamantfolien verhindern die Erosion bei einer Hochdruckbestrahlung durch ein Wasser-Sand Gemisch.
- Auf Stahl aufgeklebte Diamantfolien reduzieren Reibung (keine Aluminiumanhaftungen) und Verschleiß bei der Aluminiumverarbeitung.
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
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Dotierung und Variation der Korngröße durch geeignete CVD-Prozessparameter ermöglichen es, Diamantfolien mit völlig unterschiedlichen Eigenschaften herstellen. Zum einen mikrokristalline Diamantfolien mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit (ca. 2000 W/mK) und keiner elektrischen Leitfähigkeit. Zum anderen Bor-dotierte (p-Leitung) Diamantfolien mit Mikro- oder Nanokorngröße, die elektrische Leitfähigkeiten bis zu 40.000 S/m besitzen und thermische Leitfähigkeiten deutlich unter 100 W/mK. Es konnten bereits Seebeckkoeffizienten von über 350 µV/K gemessen werden. Diese völlig unterschiedlichen Diamantfolien werden zur Verbesserung ihrer thermoelektrischen Eigenschaften weiter entwickelt.
Die n-Leitung von Diamant durch Dotierung mit Metallen wie Titan und Vanadin ist ein weiterer Forschungsschwerpunkt.
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
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CVD-Diamant beschichtete Siliziumkarbid Gleitringe ermöglichen in Tribometer-Versuchen 100 km reinen Trockenlauf. Der Diamantverschleiß liegt dabei unter 3 µm. Durch angepasste Prozessparameter wächst eine <111> texturierte Diamantschicht auf der Gleitringoberfläche mit der verschleißfestesten Oberfläche als Reibungsfläche. Die seit 1995 erforschte Diamantbeschichtung von Gleitringen wird inzwischen industriell angewendet, wobei die vom Lehrstuhl WTM ausgegründete Fa. DiaCCon der weltweit führenden Diamantbeschichtungsdienstleister für diese Applikation ist.
Ein neues Forschungsziel ist die Ausweitung der Diamant-Gleitringapplikationen auch auf metallischen Ringwerkstoffen wie Stahl oder Hartmetall.
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
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Die Lebensdauer von Diamant-Titanelektroden wird bei anodischer Belastung durch die elektrochemische Auflösung des Titankarbid Interfaces zwischen Diamant und dem Titansubstrat begrenzt. Mit Tantal oder Niob als wesentlich stabilere Elektrodenmaterialen lassen sich um Größenordnungen längere Lebensdauern der Diamantelektroden erreichen.
Ein neues Forschungsziel ist die Entwicklung von kostengünstigeren Diamantelektroden, für die zuerst Tantal oder Niob Zwischenschichten auf Titan- oder Stahlblechen aufgebracht werden. Danach erfolgt die Diamantbeschichtung mit Bor-Dotierung.
Projektleitung:
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Rosiwal
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Im Aluminium Druckguss werden bei Industriepartnern unterschiedliche Stahlwerkzeuge mit Diamantbeschichtung und TiNB-Zwischenschicht eingesetzt. Für Abkantwerkzeuge lässt sich die Lebensdauer von wenigen Wochen auf viele Monate steigern.
Diamantbeschichtete Stahlsonotroden für das Ultraschallschweißen von Aluminiumkabeln werden gegenwärtig in der Vorserie getestet.
Die CVD-Diamantschicht kann die Reaktion der Werkzeugoberfläche mit flüssigem oder festem Aluminium dauerhaft verhindern. Mit einer für jeden Stahlwerkstoff angepassten Wärmebehandlung aus der Diamanthitze muss jedoch die notwendige Festigkeit im Stahl eingestellt werden, um einen Werkzeugausfall durch unzureichende Dauerfestigkeit zu vermeiden.
Als Alternative bzw. Ergänzung wird gegenwärtig die CVD-Diamantbeschichtung von Werkzeugen auf Wolframbasis erforscht, für die auf die Hochtemperatur-Zwischenschichten und die spezielle Wärmebehandlung verzichtet werden kann.