Göttinger Entwicklungslabor für Kaltplasma und Oberflächennanotechnik

Durch Investitionsmittel für das Forschungs- und Entwicklungsprojekt „Göttinger Entwicklungslabor für Kaltplasma und Oberflächennanotechnik“ (kurz: GEKO) wird der Arbeitsbereich der Plasma-Partikeltechnik an der Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst (HAWK) erweitert. So werden Anlagen und Verfahren zur Partikelerzeugung, für die Modifikation von Partikeloberflächen mittels Plasma-PVD sowie zur Schichterzeugung auf dem Wege des neuartigen Kalt-Plasmaspritzens entwickelt und etabliert.

Mit GEKO werden Aktivitäten fortgeführt, die an der HAWK seit 2010 stattfinden, als erstmalig Partikel in niederthermisch arbeitende Plasmajets eingespeist und auf diese Weise eine neuartige Methode zur Beschichtung von Oberflächen initiiert wurde. Das resultierende Verfahren, das Kalt-Plasmaspritzen, ist vom Prinzip her eine thermo-kinetische Beschichtungstechnik, unterscheidet sich aber von geläufigen Technologien, wie dem seit Jahrzehnten marktgängigen thermischen Plasmaspritzen: Spezifisch beim Kalt-Plasmaspritzen ist, dass die thermische Energie des Plasmas sowie die kinetische Energie des Spritzmaterials niedrig eingeregelt werden. Diese Besonderheit ermöglicht es thermolabile und mechanisch empfindliche Objekte mit verschiedenartigen Funktionsschichten zu vergüten.

Grundlegende Voraussetzung für die Anwendung des Kalt-Plasmaspritzens ist die Verwendung von Mikro- oder Submikropartikeln als Spritzpulver. Die Entwicklung eines maßgeschneiderten Spritzzusatzes stellt den Schlüssel für die Realisierung spezifischer Funktionsschichten und für die Fortentwicklung der Technik insgesamt dar. Dieses Bestreben war die Kernmotivation für das Vorhaben, ein Göttinger Entwicklungslabor für Kaltplasma und Oberflächennanotechnik einzurichten. Entsprechend dieser Absicht soll ein Schwerpunkt die Installation von Gerätschaften sein, welche es gestatten „nano-skalige“, bzw. „nano-texturierte“ Spritzzusätze zu erzeugen.

Einen weiteren Projektschwerpunkt stellt die Entwicklung von Verfahren zur Erzeugung von Beschichtungsmaterial unmittelbar im Plasmajet dar: Das Suspensionsplasmaspritzen und die Laserablation eines Targetmaterials werden zur Herstellung der Partikel eingesetzt. Beabsichtigt ist es, mit dieser in-situ Erzeugung von Beschichtungsgut die oft kritische Handhabung von Mikropartikeln sowie die teils schwierige Herstellung pulverhaltiger Aerosole überflüssig zu machen und die Partikeleinspeisung in den Plasmajet zu vereinfachen.

Durch die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Rahmen des Projekts gewinnt die Arbeitsgruppe weitreichende Fähigkeiten im Kalt-Plasmaspritzen. Konkret werden damit im Projekt unter anderem:

• Schichten für die Herstellung von Batterieelektroden für Feststoffelektrolytzellen gefertigt,
• Funktionsschichten, bspw. Hochstromtragschichten, Diffusionsbarriere- und Korrosionsschutzschichten erzeugt,
• Smart Coatings, d.h. Schichtsysteme mit aktiver Funktionalität, z.B. einer Temperaturerfassung, entwickelt.

Die Investitionskosten für die projektbezogene Ausrüstung des Entwicklungslabors betragen 780.750 €. 

Finanzierung zu 50% ERFE – 40% Landesmittel – 10% Eigenmittel HAWK.