Ziel der Entwicklung
Die Projektidee besteht in der „Entwicklung von laserresistenten hoch absorbierenden Beschichtungen auf Leichtmetalllegierungen“ mit dem Ziel, die jetzigen zum Einsatz kommenden Schichten in der Art zu verbessern, dass die größere Leistungsdichte im gesamten Wellenlängenspektrum kommerzieller Laser auch von den entsprechend zu beschichtenden opto-mechanischen Bauelementen (Blenden, Spiegel- und Linsenträger, Beam dumps etc.), die im Inneren der Laser zum Einsatz kommen ohne Beschädigungen aufgenommen werden kann.
Mit dem fortschreitenden industriellen Einsatz der Lasertechnik in vielen Industriezweigen ist auch eine Erhöhung der Laserleistung verbunden. Dies ist besonders im Bereich der Festkörperlaser zu verzeichnen. Bei der Erzeugung von verschiedenen Laserwellenlängen entsteht im Inneren der Lasergehäuse sogenannter Laserstrahlungsmüll in Form von nicht genutzter Laserenergie. Diese Energie muss durch Absorptionseffekte in unschädliche Wärmeenergie umgewandelt werden. Dabei kommen Laserstrahlungsfallen bzw. entsprechende Beschichtungen der Komponenten zum Einsatz. Die Oberflächen dieser Komponenten sollen sich durch eine möglichst hohe Absorptionsfähigkeit für die jeweilige Laserwellenlänge auszeichnen. Die Absorption wird hauptsächlich durch raue Oberflächen realisiert, die entweder durch mechanisches Strahlen oder mechanisches Einbringen von Blendrillen in die Bauteile erzeugt werden. Durch diese so gestalteten Oberflächen wird die Laserenergie durch Mehrfachreflexion an den Oberflächen in Wärme umgewandelt, die durch Nutzung der Wärmeleitung des Materials (Leichtmetalle) abgeführt wird.
Mit der Entwicklung von hoch absorbierenden (auch im NIR- Bereich) und gegenüber Strahlungsmüll resistenten Schichten soll ein wichtiger Beitrag für die Fertigung von entsprechenden Komponenten im Bereich der Lasertechnik geleistet werden.
Vorteile und Lösungen
Eine Erhöhung der Absorptionseffekte kann durch das Aufbringen von hoch absorbierenden, d. h. für die jeweilige Laserwellenlänge schwarzen Oberflächen erfolgen. Aus Gründen der Kontaminationsgefahr bzw. der nur ungenügend vorhandenen Strahlungsbeständigkeit können hier keine organische Schichten oder Farbstoffe zum Einsatz gelangen. Bei Verwendung von Aluminiumlegierungen sind diese Oberflächen meist eloxiert und mit einem organischen Färbemittel schwarz eingefärbt. Diese Eloxierung kann nicht für alle Wellenlängen verwendet werden, da beispielsweise im nahen infraroten Bereich keine genügend hohe Absorption mehr vorhanden ist und die Oberfläche im NIR- Bereich eher ein Spiegel als ein Absorber ist. Mit dieser Eigenschaft kann diese Schicht die an sie gestellten Aufgaben nicht mehr realisieren. Aber auch die bisher erzeugten plasmachemischen Oxidschichten auf Aluminiumlegierungen verlieren deutlich an Absorptionsfähigkeit mit steigender Wellenlänge. Der Vorteil der entwickelten plasmachemisch erzeugten Schichten geänderter Zusammensetzung besteht darin, dass gegenüber dem skizziertem Stand der Technik eine wesentlich bessere Absorptionsfähigkeit im Wellenlängenbereich von 200 bis 2200 nm erreicht wird (zirka 95 Prozent) und diese Schichten auch eine entsprechende Zerstörschwelle gegenüber verschiedenen Laserarten und Leistungsdichten aufweisen.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Verwertung der neu entwickelten und nach dem Verfahren der plasmachemischen Oxidation (PCO) erzeugten Schichten erfolgt in enger Kooperation mit entsprechenden Laserherstellern. So sind bereits notwendige Validierungsverfahren für diese Schichten auf unterschiedlichen Bauteilen eingeleitet wurden. Damit sind erste Voraussetzungen für eine zukünftige wirtschaftliche Verwertung in Form von Beschichtungsleistungen geschaffen wurden.
Die im Projekt erarbeiteten Ergebnisse stellen hinsichtlich der Modifikation von plasmachemisch erzeugten Schichten sowie der Verfahrensoptimierung einen wichtigen Beitrag für die Weiterentwicklung des Verfahrens und somit auch die Erzeugung von Schichteigenschaften für andere Applikationen dar.