Schlüsselwort: Dünnschichten

Ziel dieser Arbeit war das Design nanopartikulärer, chemisch vernetzter und mechanisch beständiger Keramikbeschichtungen mittels systematischer Partikeloberflächenmodifizierung und Additivierung. Dabei standen unterschiedliche grenzflächenabhängige Formulierungsstrategien und deren Einfluss auf die Beschichtungsstruktur sowie deren resultierenden anwendungstechnischen Eigenschaften im Fokus der Untersuchungen. Als nanopartikuläres Material wurde Aluminiumoxid dispergiert, modifiziert, formuliert und zu Beschichtungen verarbeitet. Dabei wurden über die Zugabe von Vernetzungsadditiven unterschiedlicher Konzentration sowie Molekülstruktur und die Modifizierung der Partikeloberfläche mit unterschiedlichen Anteilen an Liganden Beschichtungsformulierungen hergestellt und weiterverarbeitet. Basierend auf diesen Beschichtungsformulierungen wurden Beziehungen zu den entstehenden Strukturen und anwendungstechnischen Eigenschaften abgeleitet. Hierbei konnte unter anderem festgestellt werden, dass in Abhängigkeit der Vernetzungsadditivkonzentration ein optimaler Partikelvernetzungsgrad vorliegt, bei welchem maximale mechanische Eigenschaften erzielt werden können. Eigenschaften wie die Oberflächenrauheit und damit die optischen Eigenschaften der Beschichtungsoberflächen werden durch Additivsegregationseffekte beeinflusst. Zusätzlich zum Einfluss verschiedener Formulierungsparameter auf die Schichtstrukturbildung, konnte gezeigt werden, dass auch eine Modifizierung des Beschichtungssubstrates zu höheren mechanischen Kennwerten führt. Durch die Variation des Anteils an Modifizierungsligand auf dem Substrat als auch durch die Variation der Formulierungseigenschaften konnte das wissenschaftliche Verständnis zur Partikelstrukturbildung in Beschichtungsprozessen deutlich vertieft und die identifizierten Erkenntnisse auf andere Partikelsysteme (Titandioxid) und Vernetzungsstrategien übertragen werden. Letzteres unterschied sich vor allem in der Zugabe des Vernetzungsadditiv. So konnten beispielsweise verbesserte mechanische Kennwerte erreicht werden, wenn die Zugabe des Vernetzungsadditives in einem anschließenden Prozessschritt nach der eigentlichen Schichtbildung erfolgt. Insgesamt konnten zahlreiche Wechselbeziehungen zwischen den Formulierungsparametern, der Schichtstrukturbildung sowie den anwendungstechnischen Beschichtungseigenschaften abgeleitet werden, welche auf andere Anwendungen übertragen werden können.