Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der RWTH Aachen wollen interdisziplinär Bauteilpräzision und
Hochleistungsplasmen optimieren
Wie die Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG, mitteilte, gehen die beiden Sonderforschungsbereiche SFB 1120 Bauteilpräzision durch Beherrschung von Schmelze und Erstarrung in Produktionsprozessen und der SFB/Transregio 087 Gepulste Hochleistungsplasmen zur Synthese nanostrukturierter Funktionsschichten mit Beteiligung der Ruhr-Universität Bochum in die Verlängerung.
Mit den langfristig angelegten Programmen gewährt die DFG eine Förderung von bis zu zwölf Jahre; eine Förderperiode umfasst vier Jahre. Aus Drittmitteln finanziert, ermöglichen die Sonderforschungsprogramme eine fächerübergreifende Zusammenarbeit. Sie dienen der Schwerpunkt- und Strukturbildung der Hochschulen, fördern den wissenschaftlichen Nachwuchs und weisen ein international hohes wissenschaftliches Niveau auf.
SFB 1120 Bauteilpräzision durch Beherrschung von Schmelze und Erstarrung in Produktionsprozessen
Bei diesem SFB ist die RWTH Aachen allein antragstellende Hochschule. Fachlich zugeordnet ist er der Materialwissenschaft und der Werkstofftechnik, dem Maschinenbau und der Produktionstechnik. Die DFG fördert ihn seit 2014; untersucht wird hier, wie durch geeignete Prozessführungen die Qualität von Fertigungsprozessen, bei denen der Werkstoff in eine schmelzflüssige Phase überführt wird, bis zu einem Faktor 10 gesteigert werden kann.
Bei Abtrags-, Schweiß-, Beschichtungs- und Gießprozessen lassen sich derzeit die ständig steigenden Anforderungen an eine hohe Bauteilpräzision häufig nur mit zeitintensiver Nachbearbeitung erfüllen. Durch Volumenkontraktion während der Erstarrung, ungleichmäßige Abkühlung und unkontrollierte Gefügeausbildung entstehen viele Bauteilungenauigkeiten oder -fehler, was die Präzision des Bauteils wesentlich beeinträchtigen kann.
Der Sonderforschungsbereich 1120 befasst sich mit diesen Problemen, um für schmelzebasierte Fertigungsprozesse eine dimensionsübergreifende Beschreibung der ablaufenden Prozesse zu erarbeiten und daraus Kompensationsmaßnahmen zu entwickeln. Nachdem in der ersten Phase der Schwerpunkt in der Analyse der verschiedenen Einflussfaktoren lag, steht in der folgenden Phase die Beschreibung der Einflussfaktoren auf die erzielbare Genauigkeit im Fokus. Es werden insgesamt zehn Institute in 20 Teilprojekten mit einem Gesamtvolumen von rund elf Millionen Euro während der nächsten vier Jahre an der Untersuchung und Entwicklung von schmelzebasierten Verfahren zusammenarbeiten.
SFB/Transregio 087 Gepulste Hochleistungsplasmen zur Synthese nanostrukturierter Funktionsschichten
Der SFB/Transregio 087 ist ein transregionaler Sonderforschungsbereich mit Beteiligung von RWTH und der Ruhr-Universität Bochum als Sprecherhochschule. Er wird seit 2010 von der DFG gefördert und geht in die zweite Verlängerung. Hier arbeiten die Disziplinen Informatik, System- und Elektrotechnik, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Physik, Maschinenbau und Produktionstechnik sowie Chemie zusammen. Kombiniert werden die Expertisen der Plasmaphysik/Plasmatechnik, der Werkstoffwissenschaften/Oberflächentechnik und der Grenzflächenchemie. Erforscht werden ternäre beziehungsweise quarternäre keramische Schichtsysteme auf Metallsubstraten mit hervorragenden tribologischen Eigenschaften sowie silizium- beziehungsweise kohlenstoffhaltige Oxidschichten mit herausragenden Barriereeigenschaften auf Kunststoffsubstraten.
Zum Einsatz kommen neueste, teils selbstentwickelte Quellentechnologien, charakterisiert mit einem sehr breiten, komplementären Spektrum an quantitativen, ebenfalls teilweise neu entwickelten Plasmadiagnostiken und einmaligen Einzelteilchenstrahl-Experimenten. Unterstützt werden die Experimente durch umfangreiche Modellbildung auf vielen Ebenen. Im Zentrum stehen gepulste Hochleistungsplasmen, wie High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HPPMS)-Systeme, bislang in der Sputtertechnologie wenig bekannte Mehrfachfrequenz-kapazitiv (MFCCP, Multi Frequency Capacitively Coupled Plasma) gekoppelte Plasma-Systeme sowie gepulste und mit Hochfrequenzbias betriebene Mikrowellenplasmen (MW) und induktiv gekoppelte Plasmen (ICP).
Ziel ist, die Zusammenhänge zwischen den Werkstoffeigenschaften und den Plasmaparametern zu erforschen, sie zu quantifizieren und zur Plasmakontrolle, Schichtentwicklung und in situ-Schichtkontrolle einzusetzen. Das bislang vorherrschende empirische Vorgehen soll überwunden und ein physikalisch wie chemisch basiertes Prozessverständnis mittels experimenteller und theoretischer Erkenntnisse entwickelt werden.
Zentrales Interesse der dritten Phase ist, die Verknüpfung von Experiment und Theorie zu validieren und die Durchgängigkeit der Beschreibung vom Atom in der Gasphase beziehungsweise vom Target bis zur fertigen Schicht und ihre Verbund- und Systemeigenschaften zu demonstrieren. Auch steht der Transfer in die industrielle Anwendung im Fokus und die Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf andere Systeme, wie zum Beispiel der HPPMS-Beschichtung direkt auf Kunststoffen oder eine mögliche Kontrolle der Barrierewirkung, wie sie für Membranen wichtig ist.
In der dritten Phase forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus drei Profilbereichen der RWTH Aachen im Team des SFB/Transregio 087.
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