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Flammenbeschichtung Die häufig auch flammenpyrolytische Beschichtung englisch combustion chemical vapor deposition CCVD

Flammenbeschichtung

Die Flammenbeschichtung, häufig auch flammenpyrolytische Beschichtung (englisch combustion chemical vapor deposition, CCVD) ist ein Verfahren zur Abscheidung funktioneller dünner Schichten bei Atmosphärendruck. Das Verfahren gehört zur Gruppe der chemischen Gasphasenabscheidung (engl. chemical vapor deposition, CVD).

Geschichte Bearbeiten

In den 1980er Jahren wurden erste Versuche zur Verbesserung der Haftfestigkeit von Metall-Kunststoff-Verbunden bei Dental-Keramiken durch flammenpyrolytisch aufgebrachte Siliciumdioxidschichten (SiO2) durchgeführt. Das daraus abgeleitete Silicoater-Verfahren stellt einen Ausgangspunkt in der Entwicklung der CCVD-Prozesse dar. In der Folgezeit wurde dieses Verfahren stetig weiter entwickelt und neue Anwendungsgebiete für flammenpyrolytisch aufgebrachtes SiO2 gefunden. Zu dieser Zeit wurde auch die heute häufig verwendete Bezeichnung „Pyrosil“ für diese Schichten geprägt. Dazu gehören neben der Verbesserung der Haftfestigkeit die breitbandige Reflexionsminderung von Flachglasoberflächen oder die Wirkung als Barriereschicht gegenüber verschiedenen Ionen.

Verfahrensprinzip Bearbeiten

Bei der Flammenbeschichtung wird einem Brenngas eine zur Erzeugung der gewünschten Schicht geeignete Ausgangsverbindung (Präkursor) zugesetzt. Dies erfolgt in Gassteuerungsanlagen, die eine präzise Dosierung und optimale Durchmischung gewährleisten. Als Präkursoren eignen sich vor allem metallorganische Verbindungen (z. B. Silane, Siloxane und diverse Metallalkoholate wie Titantetraisopropylat), seltener werden auch Salze wie Metallacetate und Metallnitrate oder Nanopartikel eingesetzt. Die Flamme wird in geringem Abstand über das zu beschichtende Substrat bewegt. Durch die hohe Verbrennungsenergie bilden die Präkursoren sehr reaktive Spezies, die sich fest mit der Substratoberfläche verbinden. Da die Substrate nur kurz mit der Flamme in Berührung kommen, ist die thermische Belastung gering; dies ist ein Vorteil gegenüber CVD-Verfahren, wie LPCVD und PECVD (plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung), bei denen die Substrate meist hohe Temperaturen haben müssen.

Vor- und Nachteile Bearbeiten

Im Vergleich mit anderen Beschichtungsverfahren ist die Flammenbeschichtung besonders kostengünstig, unter anderem weil keine Anlagen zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Vakuums benötigt werden. Es gibt sehr verschiedene Ausführungen, die von Brennern in der Größe eines Kugelschreibers bis zu großen Produktionsanlagen mit mehr als einem Meter Flammenbreite reichen, wodurch dieses Verfahren sehr flexibel einsetzbar ist. Nachteilig ist jedoch, dass weniger Schichtmaterialien als bei einigen Niederdruckverfahren abgeschieden werden können. Die Schichten sind zudem vorrangig auf Oxide beschränkt; Ausnahmen bilden einige Edelmetalle wie Silber, Gold und Platin, die metallisch abgeschieden werden können. Es können nur Schichten erzeugt werden, für die geeignete Präkursoren zur Verfügung stehen; dies ist jedoch für die meisten Metalle der Fall.

Anwendungen Bearbeiten

Gängige Anwendungen von durch Flammenbeschichtung erzeugten Schichten
Schichtmaterial Anwendungen
SiO2
  • Siliciumoxid-Schichten sind die am häufigsten erzeugten Schichten. Frisch erzeugte Schichten sind sehr reaktionsfreudig und eignen sich daher gut als haftvermittelnde Schichten für Lacke und Verklebungen. Durch zusätzlichen Einsatz von Silan-basierten Haftvermittlern wie Glymo kann die Haftung zusätzlich verbessert werden.
  • Veränderung optischer Eigenschaften (z. B. Transmissionserhöhung)
  • Barriereschutz, z. B. gegen Gase wie O2 und bewegliche Ionen wie Na+
WOx, MoOx
  • chromogene Materialien in „Intelligenten Verglasungen“
ZnO
ZrO2
  • Schutzschicht gegen mechanische Einflüsse (z. B. Kratzschutz)
SnO2
  • Bestandteil verschiedener transparenter, elektrisch leitfähiger Oxide, wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO), Fluorzinnoxid (FTO) und Antimonzinnoxid (ATO)
TiO2
  • photokatalytische Schichten
Ag
  • hohe elektrische Leitfähigkeit
  • Wärmeschutzverglasungen
  • antibakterielle Beschichtungen
Al2O3
  • Schutz vor Glaskorrosion

Literatur Bearbeiten

  • T. Struppert: Der C-CVD Prozess: schnell und kostengünstig zu dünnen funktionellen Schichten – Stand und Ausblick. In: Galvanotechnik. Nr. 8, 2009, S. 1864–1869.
  • Thomas Richter, Hans-Jürgen Tiller: Flammenpyrolytische Silikatbeschichtung bei Normaldruck als Alternative zu Vakuumverfahren. In: Vakuum in Forschung und Praxis. Band 16, Nr. 2, April 2004, S. 85–87, doi:10.1002/vipr.200400218.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. R. Janda, J.-F. Roulet, M. Wulf, H.-J. Tiller: A new adhesive technology for all-ceramics. In: Dental Materials. Band 19, Nr. 6, September 2003, S. 567–573, doi:10.1016/s0109-5641(02)00106-9.
  2. A. Heft, T. Hädrich, T. Struppert, A. Pfuch, M. Homuth, B. Grünler: Abscheidung von dünnen funktionellen Schichten bei Atmosphärendruck. In: Jahrbuch Oberflächentechnik. Band 64. Leuze Verlag, 2008, ISBN 978-3-87480-245-1, S. 137–149.
  3. Aluminiumoxid aus der Flamme macht Glasoberflächen korrosionsbeständig Bericht im Innovations-Report
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Veröffentlichungsdatum:
Die Flammenbeschichtung haufig auch flammenpyrolytische Beschichtung englisch combustion chemical vapor deposition CCVD ist ein Verfahren zur Abscheidung funktioneller dunner Schichten bei Atmospharendruck Das Verfahren gehort zur Gruppe der chemischen Gasphasenabscheidung engl chemical vapor deposition CVD Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Verfahrensprinzip 3 Vor und Nachteile 4 Anwendungen 5 Literatur 6 EinzelnachweiseGeschichte BearbeitenIn den 1980er Jahren wurden erste Versuche zur Verbesserung der Haftfestigkeit von Metall Kunststoff Verbunden bei Dental Keramiken durch flammenpyrolytisch aufgebrachte Siliciumdioxidschichten SiO2 durchgefuhrt 1 Das daraus abgeleitete Silicoater Verfahren stellt einen Ausgangspunkt in der Entwicklung der CCVD Prozesse dar In der Folgezeit wurde dieses Verfahren stetig weiter entwickelt und neue Anwendungsgebiete fur flammenpyrolytisch aufgebrachtes SiO2 gefunden Zu dieser Zeit wurde auch die heute haufig verwendete Bezeichnung Pyrosil fur diese Schichten gepragt Dazu gehoren neben der Verbesserung der Haftfestigkeit die breitbandige Reflexionsminderung von Flachglasoberflachen oder die Wirkung als Barriereschicht gegenuber verschiedenen Ionen 2 Verfahrensprinzip BearbeitenBei der Flammenbeschichtung wird einem Brenngas eine zur Erzeugung der gewunschten Schicht geeignete Ausgangsverbindung Prakursor zugesetzt Dies erfolgt in Gassteuerungsanlagen die eine prazise Dosierung und optimale Durchmischung gewahrleisten Als Prakursoren eignen sich vor allem metallorganische Verbindungen z B Silane Siloxane und diverse Metallalkoholate wie Titantetraisopropylat seltener werden auch Salze wie Metallacetate und Metallnitrate oder Nanopartikel eingesetzt Die Flamme wird in geringem Abstand uber das zu beschichtende Substrat bewegt Durch die hohe Verbrennungsenergie bilden die Prakursoren sehr reaktive Spezies die sich fest mit der Substratoberflache verbinden Da die Substrate nur kurz mit der Flamme in Beruhrung kommen ist die thermische Belastung gering dies ist ein Vorteil gegenuber CVD Verfahren wie LPCVD und PECVD plasmaunterstutzte chemische Gasphasenabscheidung bei denen die Substrate meist hohe Temperaturen haben mussen Vor und Nachteile BearbeitenIm Vergleich mit anderen Beschichtungsverfahren ist die Flammenbeschichtung besonders kostengunstig unter anderem weil keine Anlagen zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Vakuums benotigt werden Es gibt sehr verschiedene Ausfuhrungen die von Brennern in der Grosse eines Kugelschreibers bis zu grossen Produktionsanlagen mit mehr als einem Meter Flammenbreite reichen wodurch dieses Verfahren sehr flexibel einsetzbar ist Nachteilig ist jedoch dass weniger Schichtmaterialien als bei einigen Niederdruckverfahren abgeschieden werden konnen Die Schichten sind zudem vorrangig auf Oxide beschrankt Ausnahmen bilden einige Edelmetalle wie Silber Gold und Platin die metallisch abgeschieden werden konnen Es konnen nur Schichten erzeugt werden fur die geeignete Prakursoren zur Verfugung stehen dies ist jedoch fur die meisten Metalle der Fall Anwendungen BearbeitenGangige Anwendungen von durch Flammenbeschichtung erzeugten Schichten Schichtmaterial AnwendungenSiO2 Siliciumoxid Schichten sind die am haufigsten erzeugten Schichten Frisch erzeugte Schichten sind sehr reaktionsfreudig und eignen sich daher gut als haftvermittelnde Schichten fur Lacke und Verklebungen Durch zusatzlichen Einsatz von Silan basierten Haftvermittlern wie Glymo kann die Haftung zusatzlich verbessert werden Veranderung optischer Eigenschaften z B Transmissionserhohung Barriereschutz z B gegen Gase wie O2 und bewegliche Ionen wie Na WOx MoOx chromogene Materialien in Intelligenten Verglasungen ZnO Halbleiter Bestandteil transparenter elektrisch leitfahiger Oxide englisch transparent conduction oxides TCO wie Aluminiumdotiertes Zinkoxid AZO ZrO2 Schutzschicht gegen mechanische Einflusse z B Kratzschutz SnO2 Bestandteil verschiedener transparenter elektrisch leitfahiger Oxide wie z B Indiumzinnoxid ITO Fluorzinnoxid FTO und Antimonzinnoxid ATO TiO2 photokatalytische SchichtenAg hohe elektrische Leitfahigkeit Warmeschutzverglasungen antibakterielle BeschichtungenAl2O3 Schutz vor Glaskorrosion 3 Literatur BearbeitenT Struppert Der C CVD Prozess schnell und kostengunstig zu dunnen funktionellen Schichten Stand und Ausblick In Galvanotechnik Nr 8 2009 S 1864 1869 Thomas Richter Hans Jurgen Tiller Flammenpyrolytische Silikatbeschichtung bei Normaldruck als Alternative zu Vakuumverfahren In Vakuum in Forschung und Praxis Band 16 Nr 2 April 2004 S 85 87 doi 10 1002 vipr 200400218 Einzelnachweise Bearbeiten R Janda J F Roulet M Wulf H J Tiller A new adhesive technology for all ceramics In Dental Materials Band 19 Nr 6 September 2003 S 567 573 doi 10 1016 s0109 5641 02 00106 9 A Heft T Hadrich T Struppert A Pfuch M Homuth B Grunler Abscheidung von dunnen funktionellen Schichten bei Atmospharendruck In Jahrbuch Oberflachentechnik Band 64 Leuze Verlag 2008 ISBN 978 3 87480 245 1 S 137 149 Aluminiumoxid aus der Flamme macht Glasoberflachen korrosionsbestandig Bericht im Innovations Report Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Flammenbeschichtung amp oldid 230172084