Ziel der Entwicklung
Beim Einsatz hochwertiger Substrate wie Edelstahl oder Keramik in Klebverbunden der Medizintechnik mit hohem Anforderungsprofil - wie stark korrosive Umgebung oder Sterilisationsbedingungen - ist eine Vorbehandlung nötig, um die Oberflächen „haftfreundlich“ auszustatten und eine langzeitstabile und hochbelastbare Verbundhaftung zu gewährleisten. Eine sehr wirksame, auch in der Praxis bereits breit genutzte Variante ist das Aufbringen dünner silikatischer Schichten auf die Substrate (Flammensilikatisierung). Ein neuartiger Ansatz hier ist die Abscheidung haftvermittelnder silikatischer Spezies mittels Laser in einem Precursor-Bad (in flüssiger Phase). Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist, dass mit diesem einfachen, sehr leistungsfähigen und kostengünstigen Beschichtungsverfahren eine haftfeste und haftfreundliche Abscheidung ortsselektiv und substratschonend erzielt wird (Lasersilikatisierung), die einen nachfolgenden hochbelastbaren Verbundaufbau realisiert. Für die Versuche wurde ein IR-Festkörperlaser (Fa. Cleanlaser) mit einer Wellenlänge von 1064 Newtonmeter und variierbaren Parametern wie Leistung, Pulsfrequenz, Strahlprofil, Vorschubgeschwindigkeit und Überlapp sowie Objektivgröße verwendet. Je nach Substrat werden die Verfahrensparameter angepasst. Das Verfahren zielt insbesondere auf Verbundanwendungen von in der Mikrosystemtechnik und Medizinprodukte relevanten Keramikwerkstoffen und Hartmetallen, welche bei erhöhter Wirksamkeit gegenüber etablierten Verfahren zusätzlich durch Ortsselektivität und Substratschonung gekennzeichnet sind.
Vorteile und Lösungen
Es wurde ein einfaches und kostengünstiges Beschichtungsverfahren für in der Mikrosystemtechnik relevante Keramiken (sowie auch Hartstoffe) erfolgreich aufgestellt. Technologischer Kern ist die Abscheidung (teils auch funktionalisierter) silikatischer Spezies mittels Laser in einem Precursor-Bad (in flüssiger Phase). Deren Wirksamkeit und Stabilität wurde anhand von Scherfestigkeitsuntersuchungen an damit hergestellten Verbunden gezeigt. Die Formulierungen und Prozessparameter unter anderem Eintauchtiefe, Strahlprofil und Precursorzusammensetzung wurden jeweils optimiert. Anhand der Scherfestigkeitswerte der damit hergestellten Verbundproben wurde deren haftvermittelnde Wirkung nachgewiesen. Eine hohe Belastungsstabilität der Verbunde wurde durch Prüfung im Kochwassertest bestätigt. Des Weiteren wurden die Verbunde, welche mit lasersilikatisierten Substraten unter Verwendung spezieller Klebstoffe hergestellt wurden auch verschiedenen Autoklavierzyklen unterworfen und die hohen Belastungsstabilitäten wurden verifiziert.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Attraktivität des zu entwickelnden Beschichtungsverfahrens für potenzielle Anwender liegt in der Möglichkeit, auf den Oberflächen von Keramikteilen haftvermittelnde silikatische Schichten abzuscheiden, welche außerdem gezielt für den jeweiligen speziellen Anwendungszweck modifiziert werden können. Darüber hinaus ist es sehr vorteilhaft, dass diese funktionalisierten Schichten infolge der speziellen Technologie, wenn möglich, in einem einzigen Prozessschritt ortsselektiv und schonend auch auf Substraten mit empfindlicher Bauteilumgebung realisierbar sind. Das bedeutet, als wichtigste potenzielle Einsatzfelder für das entwickelte Verfahren kommen alle diejenigen in Frage, wo Keramikkomponenten unterschiedlichster Funktion in das jeweilige Gesamtprodukt oder die funktionelle Baugruppe integriert werden müssen, also geeignete Fügeverfahren zu Partnermaterialien (Metalle, Kunststoffe, andere Keramiken) eine zentrale Rolle spielen: Beispielsweise in Medizintechnik, Mikrosystemtechnik/Sensorik. Die F& E-Ergebnisse stellen eine Erweiterung der Kompetenzen auf dem Gebiet der Oberflächenvorbehandlung für die Einrichtung dar, wodurch ihre Attraktivität gesteigert wird. Positive wirtschaftliche Effekte werden erwartet durch den Transfer des entwickelten Verfahrens einerseits über Lizenzvergaben, weil insbesondere kleinere Klebdienstleister sich im Markt durch Einsatz innovativer Produkte besser behaupten und hinsichtlich der Wettbewerbsfähigkeit solcher klein- und mittelständischen Betriebe sollte die Vorbehandlung wegen des vergleichsweise geringen technologischen Aufwandes einen deutlich positiven Entwicklungsbeitrag leisten. Anschaffungspreis Laser zirka 30.000 Euro, geringe Betriebskosten und gut integrierbar. Des Weiteren soll die Vermarktung über direkt finanzierte Industrieaufträge erfolgen, in denen auf den erzielten Ergebnissen aufbauend für Kunden angepasste Weiterentwicklungen des Verfahrens angeboten werden.
