Artikelarchiv

Der Mensch lebt in der Regel auf festem Boden und benötigt zu seiner Existenz Wasser und Luft. Die- se drei Elemente in ausreichender Qualität und Quantität zu erhalten, muß Ziel jedes denkenden Menschen sein. Hierzu dienen zahlreiche juristische Festlegungen in Form von Gesetzen und Verordnungen. Diese bedeuten jedoch zugleich ein wirtschaftliches Potential für Unternehmen, die entsprechende Einrichtungen zur Qualitätssicherung produzieren. Ein wenig Akrobatik in der Betrachtung ,z.B. Darstellung eines Horror-Scenarios wie beim Treibhauseffekt etc. können Werkzeuge werden, um die Politik bei der Abfassung entsprechender Verordnungen zu beschleunigen und damit das Umsatzgeschehen anzukurbeln. Für den Laien ein schwer durchschaubares Spiel.

1 Einleitung

Ein wesentliches Ziel der Mikrosystemtechnik ist die Entwicklung von Fertigungsverfahren zur Herstellung von Mikrosystemen bzw. von Komponenten wie z.B. das in Abbildung 1 gezeigte in LIGA-Technik durch Prägen hergestellte UV-VIS Mikrospektrometer [1]. Die Herstellung von Mikrokomponenten aus Kunststoffen in größeren Stückzahlen bedarf der Verwendung von Werkzeugen, die die Mikrostruktur durch Prägen [2] oder durch Spritzgießverfahren [3] in das Material ein- bringen. Dieser Fertigungsweg stellt dann ei- ne Erweiterung der konventionellen Verfahren zur Kunststoffverarbeitung dar. Die Grenze der mechanischen Verfahren zur Formerzeugung ist heute bezüglich der lateralen Abmessungen im unteren pm-Bereich und in der nach der Bearbeitung zurückbleibenden Oberflächenqualität gegeben. Lithographische Verfahren sind geeignet, bei höherer Oberflächenqualität, die kritischen lateralen Abmessungen deutlich zu verkleinern. Zur Erzeugung von Mikrostrukturen mit hohen Aspektverhältnissen (Höhe/Breite) und einer sehr guten Seitenwandqualität wird das L/GA-Verfahren, d.h. die Verwendung von hochparalleler Röntgenstrahlung zur Strukturierung dicker Resistschichten, Galvanoformung und Abformung verwendet [4].

1 Einleitung

Für das kontinuierliche Wachstum der Mikrosystemtechnik ist es notwendig, die Palette der zur Verfügung stehenden Materialien kontinuierlich auszubauen, um für unterschiedliche Anwendung jeweils den optimalen Werkstoff einsetzen zu können. Elementmetalle wie Gold, Nickel und Kupfer sind in der LIGA- Technik als Materialien für Röntgenmasken, für Komponenten wie mikromechanische Sensoren oder Aktoren und für Kunststoffabformwerkzeuge etabliert. Um vor allem mechanische und elektromagnetische Materialeigenschaften gezielt zu beeinflussen, wird in jüngerer Zeit versucht, galvanisch abgeschiedene Legierungen in die Mikrosystemtechnik einzuführen.
Die Anforderungen an einen Elektrolyten, der die Abscheidung in Mikrostrukturen mit den für das LIGA-Verfahren typischen, sehr hohen Aspektverhältnissen erlaubt, sind vielfältig [1]. Zum einen ist eine konstante Legierungszusammensetzung über die gesamte ab- geschiedene Schichtdicke erforderlich. Des weiteren müssen auch dicke (>100 pm) Schichten spannungsarm und gut haftend abgeschieden werden können. Darüber hin- aus sollte die Stromausbeute möglichst hoch sein, um eine geringe Mitabscheidung von Wasserstoff zu erzielen. Eingelagerter Wasserstoffführt bei Metallen generell zur zeitweiligen oder dauerhaften Versprödung. Wasser- stoffgasblasen, die sich in den Mikrostrukturen während der Abscheidung bilden, können i.a. nicht mehr entweichen und führen zur Bildung von Poren, die wiederum die Struktur- treue stören und u.a. für die mechanischen Eigenschaften äußerst schädlich sind.

Mikrosystemtechnik und Galvanotechnik, das sind zwei Begriffe, die sehr eng zusammengehören. So werden z.B. für Schreib-Leseköpfe von Computer-Festplattenlaufwerken strukturierte Schichten aus weichmagnetischen Nickel-Eisen-Legierungen galvanisch abgeschieden. Zahnfüllungen aus speziellen Goldlegierungen werden durch Galvanoformung mit
so hoher Genauigkeit hergestellt, daß man das Herstellungsverfahren durchaus zur Mikrotechnik zählen kann. Und in der hier schwerpunktmäßig behandelten, nicht auf Silizium basierenden Mikrostrukturtechnik, und speziell beim LIGA-Verfahren, werden Werkzeuge für die Serienproduktion von Mikroteilen aus Kunststoff durch Spritzgießen oder Vakuumheißprägen durch Galvanoformung aus Nickel hergestellt, die Strukturdetails im Bereich von Mikrometern und darunter bei Aspektverhältnissen bis zu einigen hundert aufweisen. Schließlich erwähne ich noch ein Beispiel, das den Rahmen Mikrosystemtechnik zwar sprengt, wo aber ebenso anspruchsvolle Mikrostrukturen erzeugt werden: Feinstleiterplatten begegnen uns im Alltag beim Handy, bei kompakten Computern usw. Bei der Feinstleiterplattentechnik geht es um Großserien, bei denen großtechnisch eine High-Tech-Kupfergalvanik angewandt.

Bericht über eine Veranstaltung vom 28. bis 30. September 1998 in Anzio, Italien

Organisator der Veranstaltung war das Centro Tecnologie del Vuoto (Ce.Te.V, Forschungszentrum für Vakuumtechnologien, Carsoli, Ita- lien). In verschiedenen Sitzungen wurde über neue Ergebnisse auf den Gebieten Schichten für optische Anwendungen, Schichten für tribologische Anwendungen sowie Beschichtungen für Fasern, Folien und Gewebe berichtet. Beiträge zur Ermittlung von Schichteigenschaften, zur Schichtcharakterisierung sowie zur Plasmadiagnostik rundeten das Programm ab. Nachfolgend wird über die Inhalte der Veranstaltung an Hand von ausgewählten Beiträgen kurz berichtet.

1 Einleitung

Die Einführung neuer Systeme und die Entwicklung neuer Spritzwerkstoffe erschließen dem Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF) immer weitere Anwendungen. Dabei steigen auch die Anforderungen an die Eigenschaften der Schichten. Um diese zu er- füllen, eine hohe reproduzierbare Schichtqualität zu gewährleisten und Schichten für bestimmte Anwendungen zu optimieren, sind genaue Kenntnisse über den Einfluß der Prozeßparameter auf die Schichteigenschaften erforderlich.
Um die Qualität der Schichten zu überprüfen und zu garantieren, müssen außerdem geeignete Untersuchungs- und Prüfverfahren zur Charakterisierung der Schichten verfügbar sein. Die vorliegende Arbeit soll aufzeigen, welche Möglichkeiten es gibt, für bestimmte Spritzsysteme und Spritzwerkstoffe geeignete Spritzparameter zu ermitteln und zu optimieren und mit welchen Methoden sich Mikrostruktur und Eigenschaften der Schichten charakterisieren und bewerten lassen.

Im vergangenen Monat wurde ein innovatives Kleinunternehmen aus den neuen Bundesländern vorgestellt, das sich die Entwicklung und Vermarktung neuartiger Plasmaverfahren zur chemischen Modifizierung von Kunststoffpulvern und -schmelzen zum Ziel gesetzt hat. In enger Zusammenarbeit mit Unternehmen der kunststofferzeugenden und -verarbeiten- den Industrie untersucht man dort die Einsatzmöglichkeiten plasmamodifizierter Produkte, die mit Hilfe patentierter Verfahren hergestellt werden. Die Verwendung von durch Plasma oberflächenmodifizierter Polyolefinpulver bringt zum Beispiel bei der Herstellung rotations- gesinterter Bauteile Vorteile, da diese ohne Nachbehandlung direkt lackiert, beschäumt oder bedruckt werden könnten. Dies ist bei unbehandeltem Polypropylen nicht möglich. Das Unternehmen wird durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Osnabrück und das Land Sachsen-Anhalt gefördert.

Die Pulverlackiertechnologie stößt in der Kunststoffbranche auf ein stark zunehmendes Interesse, weil auch hier der Bedarf an umweltverträglichen, kostengünstigen und qualitativ hochwertigen Lackierungen wächst. Dem großen Marktpotential stehen bisher aber erst einige Serienanwendungen gegenüber, da die elektrostatische Pulverlackierung von Kunststoffteilen die Überwindung zweier wesentlicher Grenzen erfordert:
- die Nichtleitereigenschaften von Kunststoffen sowie
- die geringe Wärmebelastung von Kunststoffen.

Bericht über eine Themen-Tagung des FPL (Forschungsinstitut für Pigmente und Lacke, Stuttgart)

Das FPL (Forschungsinstitut für Pigmente und Lacke) veranstaltete am 23. November 1998 in Stuttgart die Themen-Tagung Moderne Methoden der Untersuchung von Beschichtungen. Zu den traditionellen Forschungsgebieten des FPL gehören schon immer die Untersuchungen von Korrosionsprozessen und Beschichtungseigenschaften. Die Schwerpunkte liegen u.a. im Bereich der elektrochemischen Untersuchungsmethoden von Korrosionsprozessen und der mechanischen Beschichtungseigenschaften (Kratzfestigkeit, Härtung, Elastizität) wie auch die Möglichkeiten der Kurzzeitbewitterung. Die Themen-Tagung des FPL bot die Gelegenheit, sich u. a. über die Ergebnisse dieser Forschung direkt von den Mitarbeitern des Institutes berichten zu lassen.

In Zukunft wird man erst auf den zweiten Blick, oder nach dem Anfassen der Oberflächen feststellen können, ob es sich um eine beschichtete Aluminium- oder eine Holzoberfläche handelt. Aluminiumprofile oder Bleche mit einem Finish, daß nahezu identisch wirken kann wie eine Holzoberfläche oder eine Marmor- oder Steinoberfläche verspricht eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten im Innen- und Außenbereich.
Einen großen Anteil an den verwendeten Oberflächenverfahren zum Schutz von Aluminium in der Architektur nimmt die Pulverbeschichtung ein. Es wird hiermit ein optimales Ergebnis hinsichtlich des dekorativen Aussehens der Oberflächen und des Korrosionsschutzes erzielt. Entscheidend dazu ist neben den Eigenschaften der Lackmaterialien eine optimale Reinigung und Vorbehandlung der Metalloberflächen.
Die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von Aluminiumwerkstoffen stellen immer neue Anforderungen an das Aussehen und die Eigenschaften von Beschichtungen. Gerade im Bereich der Architektur, im Automobilbereich, oder in der Möbelbranche ist das Oberflächenfinish von den gerade vorherrschen- den Trends im Design stark abhängig. Dies betraf bis jetzt bei pulverlackierten Oberflächen vor allem die Farbe, den Glanz und die Struktur der Lackoberflächen. Jetzt ist es auch möglich, gemusterte Oberflächen zu gestalten.

Balkone steigern den Wert einer Wohnung. Einerseits bietet er dem Bewohner zusätzlichen Raum, der den Wohnkomfort steigert, andererseits kann der Eigentümer Wohnungen mit Balkon besser, schneller und zu einem höheren Preis vermieten. Der gegenwärtige Zustand vieler Balkone aus Beton oder Stahl zeigt, daß durch Mängel im Oberflächenschutz sowie bei Unterhalt und Pflege häufig die für diese Materialien typischen Karbonatisierungs- und Korrosionsschäden auftreten. Der 3. Bauschadensbericht der Bundesregierung spricht davon, daß jeder dritte Balkon sanierungsbedürftig ist. Damit gehört dieses Bauteil zur Schadensspitzengruppe. Hier besteht ein großer Sanierungsbedarf, der enorme Investitionen notwendig macht. Hinzu kommt, daß viele Bauherren bei der Renovierung von Altbauten ihre Wohnungen durch den An- bau eines Balkons aufwerten wollen.

Alternative Möglichkeiten der Energieerzeugung und Energieeinsparung sind nach wie vor ein aktuelles Thema, um so mehr gerade jetzt, da der Ausstieg aus der Atomenergie wieder zur Diskussion steht. Einen Beitrag hierzu könnten moderne Kunststoffbeschichtungen leisten.
Britische Wissenschaftler haben vor einigen Jahren Polymere entdeckt, die - regt man sie mit elektrischem Strom an - Licht emittieren können [Farbe &Lack, Dezember 98]. Solche sogenannten elektrolumineszierenden Polymere werden als dünner Film zwischen zwei flache Elektroden aufgetragen. Die Kathode besteht aus durchsichtigem Indium-Zinnoxid. Die Elektronen wandern von dort in den organischen Film und sorgen hier für einen Elektronenüberschuß. Eine Aluminiumanode auf der anderen Seite des Films entzieht dem Kunststoff Elektronen und erzeugt damit positiv geladene Löcher. Sowohl die Elektronen als auch die Löcher wandern nun durch den Polymerfilm. Fällt dabei ein Elektron in ein Loch, so wird dabei Energie frei, die als Licht einer bestimmten Wellenlänge sichtbar wird.

Bericht über ein Seminar von BVK und IKS in Duisburg

Die diesjährige Gemeinschaftsveranstaltung von BVK und IKS in der Friedrich-Albert- Lange-Schule in Duisburg konnte mit Teilnehmern aus Korrosionsschutzunternehmen, Lackindustrie, Zulieferern und Instituten wie- der mit einem weit gefächerten Interessenten- kreis aufwerten. Der Schwerpunkt der besprochenen Schadensfälle lag diesmal nicht nur auf dem Spektrum möglicher Verarbeitungsfehler, sondern es wurden auch zahlreiche materialspezifische Probleme besprochen.

Bericht über eine Weiterbildungsveranstaltung des IKS und der Krupp VDM GmbH in Dresden

Im Rahmen der Seminarreihe Korrosion und Korrosionsschutz der Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH fand am 28. Oktober 1998 in Dresden ein Seminar zum Thema Hochtemperaturkorrosion in der Prozeßtechnik als Gemeinschaftsveranstaltung, der Krupp VDM GmbH, Werdohl, und der Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH statt.
Vor ca. 60 Teilnehmern von Unternehmen der chemischen Industrie, der Umwelttechnik, des Anlagenbaus, der Werkstoffherstellung und -Verarbeitung, der Energieerzeugung und des Kraftwerksanlagenbaus sowie von Forschungseinrichtungen und Hochschulen wurde der derzeitige Wissensstand zu den grundlegenden Mechanismen der Hochtemperaturkorrosionsprozesse sowie deren Beherrschung durch geeignete Werkstoffwahl, Prozeßführung und andere Schutzmaßnahmen erörtert. Der Bogen spannte sich von den korrosionschemischen Vorgängen über die mechanisch-technologischen Eigenschaften bis hin zur Überlagerung mechanischer Spannungen bei der Hochtemperaturbelastung metallischer Werkstoffe.

Bericht über eine internationale Veranstaltung in Korea

Die Asian-Finish ‘98 wurde vom 27. bis 30. Oktober 1998 in Seoui (Korea) gemeinsam von den oberflächentechnischen Gesellschaften Koreas (KISE) und Japans (SFSJ) in Verbindung mit der International Union for Surface Finishing (lUSF) als Asian Pacific Interfinish veranstaltet. Sie stellt damit eine der lokalen Veranstaltungen dar, die mit der lUSF zwischen den alle vier Jahre stattfindenden welt- weiten Interfinish-Kongressen veranstaltet werden. Vor etwa 250 Teilnehmern und einem etwa 40 %igen Ausländeranteil hatte sie einen durchaus internationalen Charakter. In etwa 60 Vorträgen und 70 Posterbeiträgen wurde hierbei die ganze Breite der Oberflächen behandelt. Eine kleine und begrenzte Ausstellung zeigte das Spektrum vorwiegend nationaler Zulieferfachfirmen der Oberflächentechnik.

Bericht vom Stuttgarter Seminar der DGO-Bezirksgruppe am 4. November 1998

Die Automobilindustrie war seit jeher größter Anwender galvanischer Schichten. Die Galvanotechnik paßte sich ihren Forderungen an, die Entwicklung lief in beiden Branchen nahezu parallel. Auch heute ist die Automobilindustrie mit 40 bis 45 % einer der wichtigsten Industriepartner der Galvanotechnik. Es ist aber nicht zu übersehen, daß sie für ihre Probleme zunehmend andere als galvanotechnische Lösungen sucht. Die Entwicklung in der Galvanotechnik scheint sich irgendwie abgekoppelt zu haben, es wird ihr immer schwerer, auf die sich ändern- den Anforderungen der Automobilindustrie zu reagieren. Ein Zustand, der letztlich zum Verlust eines wesentlichen Marktes mit schwerwiegen- den Folgen führen könnte, gelingt es nicht entsprechend entgegenzusteuern.
Um zu erkennen, woran es liegt, welche Voraussetzungen die galvanotechnische Industrie schaffen muß und wo die wichtigsten An- satzpunkte dafür sind, bedarf es der Analyse des derzeitigen Standes und der Anforderungen, welche an die Qualität galvanischer Schichten in Zukunft zu erwarten sind. Dabei durch Konfrontation der Meinungen von Mitarbeitern aus allen eingebundenen Industriebereichen zu helfen, war die Grundidee, die sich die Stuttgarter DGO-Bezirksgruppe mit der Ausrichtung eines Seminars gesetzt hatte.

Ein Araber wurde in London betrogen

Obwohl sich unsere Leser hauptsächlich für Oberflächentechnik und Beschichtungen interessieren, zeigen doch viele ein breiteres Interesse an Werkstofftechnik allgemein. Nach- stehend folgen zwei Berichte jüngeren Datums aus der britischen Presse.
In London sammelte ein reicher Araber teure Automobile. Er liebte es, diese Automobile mit besonderen Verzierungen zu verschönern. Der weltberühmte französische Glashersteller Rene Lalique, der Anfang dieses Jahrhunderts lebte und arbeitete, war hauptsächlich wegen seiner Glasschüsseln und Tischdekorationen berühmt. Seine Arbeit wird von Sammlern hoch geschätzt. Lalique machte auch Damenköpfe und ähnliche Plastiken, die man auf dem Kühler eines Pkws montieren kann, wo man heute den Mercedesstern findet. Ein kleines elektrisches Licht beleuchtete diese Figuren von unten bei Nacht. Dies gefiel dem Araber und er baute eine wertvolle Kollektion dieser Figuren für seine Pkw-Sammlung auf. Eines Tages traf er den Besitzer einer Londoner Galerie, der seine Lalique-Figuren-Sammlung bewunderte und dann sagte, er könne ihm einige noch seltenere Exemplare anbieten - die purpurnen Lalique-Figuren. Der Araber war begeistert und tauschte begierig seine wertvollen weißen Lalique-Figuren gegen noch wertvollere purpurne Figuren ein und bezahlte dem Händler sehr viel Geld dafür.

Bericht von einer Veranstaltung der TA Esslingen am 23./24. November 1998

Funktionsfähigkeit und Lebensdauer metallischer Bauteile hängen wesentlich von der Widerstandsfähigkeit ihrer Oberfläche gegen ungewollte oder gewollte Belastungen ihres Umfeldes ab. Deshalb tragen Oberflächentechniken, welche die Korrosions- und Verschleißfestigkeit verbessern, beträchtlich zum Wertzuwachs bei.
Innovationen im Maschinenbau und in anderen Bereichen, die höhere Belastungen der Oberfläche zur Folge haben, ziehen folgerichtig auch Neuentwicklungen auf dem Gebiet der Oberflächentechniken nach sind. Beispiels- weise bei Werkzeugmaschinen mit extrem hohen Drehzahlen oder bei der allseitig angestrebten Miniaturisierung, deren Folge eine wesentliche Vergrößerung des Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen eines Bauteiles ist.