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Organisationseinheit der BAM
- 6 Materialchemie (15)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (8)
- 6.7 Materialsynthese und Design (7)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (6)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (5)
- 4 Material und Umwelt (1)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (1)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (1)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (1)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (1)
Functionality of optical systems requires optical coatings of
high quality which have to be adapted to the application in
terms of the performance of optical parameters such as
reflectivity (AR, low, defined, high), the substrate material of
interest (polymers, ceramics, and glass), the environmental
conditions (such as temperature or humidity), and the service
conditions (such spectral range and power density). Moreover,
in many cases, additional non-optical requirements have
to be met, including mechanical features such as scratch
resistance, hardness and modulus.
Consequently, thickness and overall uniformity requirements
are steadily increasing. In general, these demands can usually
not be achieved by a single film or coating. Instead, films with
specific design features (such as gradients), layer stacks and
multilayers are a prerequisite for high quality layers and their
reliability. For the development of such layer systems, a
versatile cluster deposition system consisting of three clusters
and a cluster-to-cluster handler has been designed. Besides a
PECVD cluster for DLC coatings, two PVD clusters implement
ion assisted electron beam evaporation and plasmabased
sputter technology. In addition to metallic films, preparation
of oxide and nitride optical coatings (SiO2, TiO2, Ta2O5,
ITO, Al2O3, TiN, AlN) in various process modifications (nonreactive,
partially reactive, full-reactive; rf-, dc-, mf- mode;
PEM control) has been carried out.
Within this paper, the effect of several process parameters on
layer quality (optical constants, density, and uniformity) is
discussed for selected applications examples (AR- and HR
coatings, applications at elevated temperatures and applications
of enhanced mechanical performance).
It has been shown that specific features of ion and plasma
assisted PVD processes, including ion-beam and plasma preand
post-treatment of substrates and layer systems, may
widen the application range and improve functionality features
of given coating/substrate systems.
The new promoted ignition combustion test apparatus at BAM matches the requirements of ASTM test method G 124 [ASTM G 124, Standard Test Method for Determining the Combustion Behavior of Metallic Materials in Oxygen-Enriched Atmospheres, 2003] and of EIGA publication, IGC Doc 13/02/E [EIGA Gas Association Document IGC Doc 13/02/E, Oxygen Pipeline Systems, 2003]. The test apparatus is most likely the only one in Europe. The test chamber allows investigations with pure oxygen or oxygen mixtures at pressures up to 500 bar and at temperatures up to 400°C at static or flowing gas conditions. The ignition device consists of an electrical ignition wire and a promoter. IR-sensors, distributed over the whole length of the rod, measure and record the burning temperature and allow measurement of the burn rate. A video system records the experiment for visual characterization of the burning behavior. BAM test results are compared with published data. Results on investigations with coated rods are presented. Ceramic coatings seem to be a solution for the use of certain less compatible metallic materials at higher oxygen pressures.
Two different test apparatuses are used at BAM to evaluate the safety of oxygen components: First, the promoted ignition combustion test according to ASTM G 124 [1] and to EIGA IGC Doc 13/02/E [2], and second, the new metallic disk ignition test that has not been standardized yet. The standard test method ASTM G 124 allows a ranking of metallic materials for use at high pressure oxygen. However, the transfer of those test results to valves and fittings in real-life situations is rather complex. The metallic disk ignition test, developed at BAM, is more practice oriented and uses metallic disks of different thicknesses of the investigated material. A commonly used nonmetallic sealing ring is placed in front of this disk and serves as an igniter. This test array is then exposed to high pressure gaseous oxygen impacts in a standardized pneumatic impact tester according to DIN EN 1797 [3].
Hydrogen-Containing Amorphous Carbon Layers as Optical Materials in the Near-IR Spectral Range
(2007)
Hydrogenated amorphous carbon layers were deposited on various substrates by means of a plasma CVD process with a RF substrate bias as well as an ECR plasma source. The optical properties of the a-C:H layers were obtained via spectroscopic ellipsometry and correlated with their mechanical and chemical properties. The layers from pure RF plasma exhibit a higher absorption constant in the visible spectral range and a higher refractive index. All layers are nearly transparent in the NIR spectral range making them candidates for optical thin layer systems. The laser damage behaviour of the a-C:H layers was investigated with ultrashort pulses. The damage thresholds were consistent with the absorption constants of the layers. Interesting damage morphologies were observed indicating a sensitivity of this experiment to sub-structures in the layer.
Reinigung wird in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie aufgrund des stetig steigenden Kosten- und Zeitdrucks sowie der hohen Verbrauchererwartungen hinsichtlich Produktsicherheit und -haltbarkeit ein immer zentraleres Thema. Eine verbesserte Reinigbarkeit bedeutet für die produzierende Industrie eine Steigerung der Effizienz der Produktionsanlage. Besonders in der heutigen medienintensiven Zeit kommt ein "Lebensmittelskandal" durch ein unsicheres Produkt einem finanziellen Desaster und immensem Imageverlust gleich. Aus diesem Grund ist die Reinigbarkeit der produktberührenden Oberflächen stets ein wichtiges Kriterium für die Werkstoffauswahl.
Basierend auf den Theorien zu Schmutzhaftung und -entfernung wurde im Rahmen dieser Arbeit überprüft, ob und wie die theoretisch relevanten Parameter auch in den Experimenten den Reinigungserfolg beeinflussen. Der Schwerpunkt wurde auf die Einflussgrößen des Werkstoffes gelegt, um herauszufinden, wie stark eine Oberfläche selbst zu ihrer Reinigbarkeit beitragen kann (self-cleaning).
In den durchgeführten Versuchen hat sich gezeigt, dass die Oberflächenrauheit lediglich bei der Reinigung von kohäsiven Schmutzfilmen eine entscheidende Rolle gespielt hat. Hingegen ist ihr Einfluss auf das Reinigungsergebnis von sich auflösenden Schmutzfilmen und Partikeln nur begrenzt bis gar nicht zur Geltung gekommen. Das Oberflächenmaterial hatte keinen starken, aber dennoch signifikanten Einfluss auf die Reinigbarkeit der untersuchten Oberflächen. Dass die Reinigbarkeit einer Oberfläche keine Materialkonstante sein kann, wurde unter Verwendung spezieller Oberflächen mit definiert geätzten Rauheitsstrukturen nachgewiesen. Der Reinigungserfolg hängt immer auch von der Verunreinigungsart ab, was sich auch in vergleichbaren Versuchen der Einzelpartikelablösung mittels AFM in dem Einfluss der Elastizität bzw. Plastizität der Partikeln geäußert hat.
Praxistaugliche Empfehlungen gehören mit zu den wichtigsten Zielen dieser Arbeit gewesen. Mit Fokus auf die Oberflächenparameter und auf Basis der durchgeführten Untersuchungen wurde zur Optimierung der Reinigung produktberührender Oberflächen für bekannte Kontaminationen eine Checkliste als Orientierungshilfe erarbeitet. Ist die Verunreinigungsart dennoch unbekannt, so sollte der "Grenzwert" von Ra = 1 µm unterschritten werden, um bei Vorhandensein filmartiger Verschmutzungen keine negativen Auswirkungen auf die Reinigbarkeit zu haben. Die Notwendigkeit nach hochpolierten Oberflächen (Ra < 0,3 µm) aus Reinigbarkeitsgründen kann aufgrund der Untersuchungen nicht nachvollzogen werden.
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.