Großflächige Atmosphärendruck-Plasmabehandlung Bindeglied zwischen Flammenpyrolyse und Plasmaspritzen: Vortrag gehalten auf den ZVO Oberflächentagen 2014, Neuss, 17.-19.9.2014

Oberflächen-Modifizierung mittels Atmosphärendruckplasma wird in den verschiedensten Anwendungsgebieten angewandt, so z. B. für die Funktionalisierung von Verbundmaterialien zur Verbesserung der Adhäsion oder für den Auftrag von Haftvermittlerschichten zum strukturellen Kleben. Speziell die für die Luftfahrtindustrie relevanten Haftvermittlerschichten müssen konform auf gekrümmten Oberflächen mit einem Arbeitsbereich von ± 40 mm abgeschieden werden. Unabdingbar für die genannte Anwendung ist eine hohe Haftfestigkeit und Langzeitstabilität der nanostrukturierten funktionalisierten Ti6Al4V-Klebverbindungen gegenüber Umwelteinflüssenz. B. Feuchte, Temperatur. Für die großflächige Plasma-Oberflächenbehandlung sind die Skalierbarkeit, die Flexibilität sowie minimale Verbrauchskosten der Plasmaquelle essentiell. Gegenstand des Vortrages ist die LARGE-Plasmaquelle (Long-Arc-Generator), die am Fraunhofer IWS speziell für die großflächige Plasma-Oberflächenbehandlung entwickelt wurde (Abbildung 1). Herzstück dieser Plasmaquelle ist ein linearer Lichtbogen mit einer skalierbaren Länge von bis zu 350 mm. Beim Umströmen des Lichtbogens mit Gasen werden u.a. freie Radikale und atomare Spezies erzeugt. Die Art und Konzentration des „aktivierten“ Prozessgases ist von dessen Zusammensetzung und Menge abhängig. Ein besonderes Merkmal der LARGE-Plasmaquelle ist die Möglichkeit der Verwendung einer Vielzahl von Plasmagasen sowie deren Mischung, z. B. Druckluft, Ar,N2, O2, CO2, H2. Im Rahmen des Vortrages werden die hinsichtlich ihrer Temperatur, Plasmaspezies, Reichweite und Form charakterisierten Afterglowplasmen sowie konkrete Einsatzbeispiele vorgestellt. Schwerpunkt des Vortrages wird die Abscheidung von SiO2-Haftvermittlerschichten im offenen System sein. Für diese konkrete Anwendung erfolgte die Adaption einer Reaktivgaszuführung an die LARGE-Plasmaquelle, welche es ermöglicht, dass die Precursoren HMDSO oder TEOS außerhalb der Plasmaquelle in das Plasma eingespeist werden können. Die SiO2-Schichteigenschaften werden von den Prozessparametern Beschichtungsabstand, Prozessgeschwindigkeit, Plasmagas, Design der Reaktivgaszuführung und deren Material bestimmt. Die chemische Zusammensetzung ist hauptsächlich vom Precursor abhängig. So ist es möglich kohlenstofffreie und kohlenhaltige SiO2-Schichten abzuscheiden. Die Morphologie der Schichten ist vor allem vom Beschichtungsabstand, der Plasmagasmenge und dem Substrat selbst abhängig und variiert zwischen glatt und rau. Die