Unsere Plasmaquellenkonzepte bieten zudem die Möglichkeit, bei Atmosphärendruck Werkstoffoberflächen zu beschichten. Dieser plasma-gestützte Prozess der chemischen Gasphasenabscheidung wird auch als PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) bezeichnet..
Hierbei kommen sowohl silan-basierte Präkursoren (z.B. HMDSO) als auch biobasierte Stoffe (z.B. Limonen) zum Einsatz. Mit diesen Schichten lassen sich sowohl hydrophile als auch hydrophobe Oberflächen erzeugen. Darüber hinaus sind sogar biogene Eigenschaften realisierbar.
In den Abbildungen sind ein speziell für PECVD-Prozesse entwickeltes Quellensystem zur Beschichtung und daraus resultierende hydrophobe Schichtsysteme zu sehen.
Abbildung 1: Plasma-Quellenkonzept zur Beschichtung von Oberflächen
Abbildung 2: Hydrophobe Buchenholz-Oberfläche, die durch einen PECVD-Prozess bei Atmosphärendruck erzeugt wurde
Parylenebeschichtungen
Paryleneanlage
Beschichtungsgerät Labcoater 300 LV35 von Plasma Parylene Systems GmbH.
Beschichtungsprinzip:
Der Beschichtungsprecursor wird im Niederdruck bei 1-5 Pa sublimiert und bei Temperaturen oberhalb von 650 °C zu Monomeren pyrolisiert. Diese Monomere werden im weiteren Verlauf des Prozesses gasförmig in die Beschichtungskammer bei Raumtemperatur eingebracht. Dort kondensieren sie an den Substratoberflächen aus und polymerisieren durch ihre hohe Reaktivität zu einer transparenten Paryleneschicht. Zur Modifikation der Substratoberfläche kann ein Mikrowellenplasma im Niederdruck durch einen in die Anlage integrierten Mikrowellengenerator erzeugt werden. Dieser kann eine Leistung bis zu 1200 W erreichen und über einen Massendurchflussregler mit verschiedenen Prozessgasen versorgt werden. Durch die Anwendung des Niederdruckplasmas lassen sich vor dem eigentlichen Beschichtungsprozess Feinstreinigungs- und Aktivierungsmöglichkeiten auf der Substratoberfläche realisieren. Die Niederdruckbeschichtung ermöglicht eine spaltgängige Barrierebeschichtunglösung im Mikrometerbereich.
Anwendungen
Parylenebeschichtungen bieten eine robuste und spaltgängige Barrierebeschichtungslösung, welche bereits in niedrigen Schichtdickenbereichen (15 µm < d < 21 µm) Barriereeigenschaften ausbilden, wogegen konventionelle Barrierebeschichtungen, wie beispielsweise Lackierungen, deutlich höhere Schichtstärken (d ≈ 100 µm) benötigen, um vergleichbare Schutzeigenschaften aufzuweisen. Angewandt werden Parylenebeschichtungen im elektrotechnischen Sektor als Schutz von elektronischen Bauteilen vor äußeren Umwelteinflüssen und Dielektrikum, im medizinischen Bereich als Schutzbeschichtung von Implantaten und im Industriesektor als Trockenschmiermittel.
Parylenebeschichtungsanlage Labcoater 300 LV35 mit der Beschichtungseinheit (Mitte) inklusive Control Panel (Links) und zugehöriger Kühlfalle und Vakuumpumpe (Rechts).
Reaktionsgleichung der Parylenepolymerisation von Parylene C [2].
Publikationen
Köhler, R.; Sauerbier, P.; Weber, M.; Wander, R.-C.; Wieneke, S.; Viöl, W. Water-Repellent Characteristics of Beech Wood Coated with Parylene-N. Polymers 2021, 13 (13). DOI: 10.3390/polym13132076.
Weber, M.; Vorobev, D.; Viöl, W. Microwave Plasma-Enhanced Parylene-Metal Multilayer Design from Metal Salts. Nanomaterials (Basel, Switzerland) 2022, 12 (15). DOI: 10.3390/nano12152540.
Mit dieser Anlage wird eine Forschungsplattform für Großflächen-Niederdruckbeschichtungen bereitgestellt.
Prinzip
Gegenüber Atmosphärendruck-Beschichtungen weisen Niederdruckbeschichtungen häufig eine bessere Schichtqualität auf, so dass sich je nach Anwendung der höhere Aufwand für die Vakuumtechnik auszahlt. Die Anlage ist für die Beschichtung von Bandmaterialien bis zu einer Breite von ca. 400mm ausgelegt.
Durch die Bandführung über eine gekühlte Trommel ist es auch möglich, temperaturempfindliches Material, wie z.B. Polymerfolien, zu beschichten. Es können bis zu drei Plasmaquellen in einem Modul installiert werden, und es können bei Bedarf mehrere Module zu einer größeren Anlage kombiniert werden. In der Grundausstattung ist die Anlage mit Hohlkathodenquellen ausgestattet, die Beschichtungen mit SiO2 sowie diversen Polymeren erlauben. Zusätzliche ICP- oder Mikrowellen-Quellen können nachgerüstet werden. Ebenso können PVD-Quellen für neue Projekte nachträglich integriert werden. Eine umfangreiche Plasma-Analytik mittels beschichtungsresistenter Langmuir-Sonde, Gegenfeldanalysator und optischer Emissionsspektroskopie ist vorgesehen.
Der Aufbau erfolgt in Q1/2023, und voraussichtlich ab Q3/2023 können neue Forschungsprojekte gestartet werden.
