Untersuchung des neu entwickelten Verfahrens der PVD-Schichttransplantation

Bauteile und Werkzeuge werden häufig mit PVD-Beschichtungen versehen, um ihre Oberflächen weiter zu optimieren. Mit dem PVD-Verfahren werden unter anderem Verschleißschutzschichten, wie Titannitrid, Chromnitrid, Titan-Aluminiumnitrid, Chromcarbid und Titandiborid sowie viele weitere Schichten und Schichtkombinationen für Werkzeuge und Bauteile realisiert. Die PVD-Beschichtung von Strukturen im µm-Maßstab und darunter ist sehr komplex und aufgrund von Kanteneffekten, Eigenspannungen und der problematischen Handhabung teilweise unmöglich. Um die positiven Eigenschaften einer PVD-Beschichtung auch für Strukturen im µm-Maßstab (und gegebenenfalls darunter) nutzbar zu machen, wurde das neue Verfahren der PVD-Schichttransplantation entwickelt. Die Idee hinter der Schichttransplantation sind PVD-Beschichtungen, die sich von der Oberfläche, auf der sie appliziert wurden, unter kontrollierten Bedingungen wieder ablösen lassen. So können die Beschichtungen auf die unterschiedlichsten Trägersysteme transplantiert werden. Als Trägersysteme können sowohl Bauteile als auch Werkzeuge verwendet werden. Bei dem Transplantationsprozess wird die Topographie der Oberfläche, auf der die PVD-Schicht abgeschieden wurde, mit abgeformt und als Negativ bei der Transplantation übertragen. Die Trägersysteme werden durch die Depositionsbedingungen der abgeschiedenen Schichten (Temperatur, Vakuum usw.) nicht beeinflusst. Die PVD-Schichten können z.B. bei hohen Temperaturen hergestellt und anschließend auf temperaturempfindliche Materialien, wie z.B. Kunststoffe oder niedrig schmelzende Legierungen transplantiert werden. Das so entstehende Gesamtsystem ist mit einer herkömmlichen PVD-Beschichtung nicht realisierbar. Im Rahmen dieser Arbeit werden unterschiedliche PVD-Schichtkombinationen und Transplantationsmöglichkeiten untersucht. Weiterführende Untersuchungen belegen das Potential dieser Technologie, indem holographisch strukturierten Oberflächen auf Bauteil- und Werkzeugoberflächen transplantiert werden. Es wird gezeigt, dass sich PVD-Schichten durch Löten, Kleben, Angießen und mit galvanischen bzw. thermisch gespritzten Schichten transplantieren lassen. Weiterhin wird gezeigt, dass durch die Schichttransplantation die Herstellung von Bauteilen im µm-Maßstab ohne eine Beeinflussung der Bauteilabmessungen realisierbar ist. Abschließend werden einige mögliche Anwendungsfelder, wie die Herstellung von holographisch strukturierten Prägewerkzeugen mit einer CrN-Funktionsschicht sowie magnetisierbare Transplantationsschichtsysteme vorgestellt.