Als innovativer und international anerkannter Partner für Forschung und Entwicklung entwickeln wir am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächen-technik IST zukunftsfähige Produkte einschließlich der zugehörigen wettbewerbsfähigen und skalierbaren Produktionssysteme.

Unsere Forschung umfasst die Anlagentechnik, gesamte Prozessketten der Verfahrens-, Prozess- und Fertigungstechnik bis hin zur Betrachtung ganzer Fabriken. Ausgehend von den Anforderungen der Nachhaltigkeit haben wir den gesamten Produktlebensweg im Blick – vom Werkstoff über den Prozess zum Bauteil und Produkt bis hin zum Recycling.

In interdisziplinären Teams und aufbauend auf unseren Technologie- und Kompetenzfeldern bieten wir unseren Kunden aus Industrie und Forschung maßgeschneiderte und nachhaltige Lösungen für verschiedene Branchen,
z.B. Anlagen- und Maschinenbau, Werkzeuge, Fahrzeugbau, Luft- und Raumfahrt, Energie, Optik, Medizin- und Pharmaverfahrenstechnik, Umwelttechnik, chemische Industrie und Digitalwirtschaft.

Auf der Basis eines breiten Spektrums an Kompetenzen, Technologien, Verfahren und Schichtwerkstoffen gestalten wir die für die jeweilige Aufgabenstellung optimale Prozesskette bis hin zur digitalen Auslegung der Gesamtfabrik.

Schwerpunkte des Fraunhofer IST sind:

• Diamantbasierte Systeme und CleanTech
• Verfahrens- und Fertigungstechnik für nachhaltige Energiespeicher
• Tribologische Systeme
• Sensorik
• Flexible Produktionssysteme
• Optische Systeme und Anwendungen
• Simulation & Digital Services
• Grenzflächenchemie und adaptive Haftsysteme
• Mikrostrukturierung
• Analytik und Prüftechnik

Unsere Kompetenzen setzen wir in vielfältigen Technologien zur Beschichtung, Behandlung und Strukturierung von Oberflächen ein. Das sind u.a.:

• Elektrochemische Verfahren, insbesondere Galvanik
• Atmosphärendruck-Plasmaverfahren
• Niederdruck-Plasmaverfahren mit den Schwerpunkten Magnetronsputtern, hochionisierte Plasmen und plasmaaktivierte Gasphasenabscheidung
• Chemische Gasphasenabscheidung mit dem Schwerpunkt Heißdraht-CVD Atomlagenabscheidung ALD
• Chemische, mechanische und thermische Oberflächenbehandlung

Ergänzend dazu verfügt das Fraunhofer IST nicht nur über eine sehr gut ausgestattete Oberflächenanalytik und Qualitätssicherung, sondern auch über umfangreiche Erfahrungen in der Modellierung und Simulation sowohl von Produkt-eigenschaften als auch der zugehörigen Prozesse und Produktionssysteme. Weitere Kompetenzen umfassen die Gestaltung nachhaltiger Produktions- und Fabriksysteme sowie das Life Cycle Engineering (Life Cycle Costing, Life Cycle Assessment).

Die Abscheidung polykristalliner Diamantschichten mit der Heißdraht-aktivierten Gasphasenabscheidung (hot-filament CVD, HFCVD) ist eine der Kernkompetenzen des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST. Am Institut steht die weltweit größte Heißdraht-CVD-Beschichtungsanlage für die Herstellung von Diamantschichten auf Flächen von bis zu 0,5 x 1 m². Damit können wir komplexe Werkzeuge und Bauteile mit höchster Qualität und Wirtschaftlichkeit beschichten.

CVD-Diamantschichten haben mit Naturdiamant vergleichbare Eigenschaften
und zeichnen sich durch maximale Härte (bis 10.000 HV), extreme Verschleiß-beständigkeit, minimale Reibwerte sowie eine hohe chemische Beständigkeit aus. Die einzigartigen Materialeigenschaften sorgen für erhebliche Leistungs-steigerungen und langlebige Produkte und Werkzeuge.

Die Auslegung und Herstellung von CVD-Diamantbeschichtungen, die sowohl spezifische Behandlungsabfolgen, d.h. Werkstoffauswahl- und -Charaktersierung, Vorbehandlung, Schicht- und Prozessentwicklung und Qualifizierung, als auch die Anwendung umfasst, wird am Fraunhofer IST bereits seit vielen Jahren erfolgreich umgesetzt. Je nach Aufgabenstellung bieten wir Lösungen für Zerspanwerkzeuge (Drehen, Fräsen, Schleifen, Honen), für Umformwerkzeuge oder für hochbelastete Bauteile und Komponenten. Zusätzlich verfügen wir über eine langjährige Expertise bei der Entwicklung und Applikation weiterer Werkzeugbeschichtungen, wie diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC) oder PVD-Hartstoffschichten.
 

Für Fräs-, Dreh- und Bohrwerkzeuge aus Hartmetall entwickeln wir am Fraunhofer IST anwendungsgerechte Diamantschichtsysteme und Vorbehandlungen,
die z.B. auch die Beschichtung von hochkobalthaltigen oder alternativen Hartmetallsorten ermöglichen. Wie forschen an Zwischenschichtsystemen als Kobaltdiffusionsbarrieren, durch die eine Ätzvorbehandlung substituiert und eine größere Freiheit bei der Hartmetallauswahl erreicht wird. Weitere Beispiele sind:

• Diamantbeschichtung von Werkzeugen aus Keramik (DiaCer®)
• Schicht-, Werkstoff- und Verschleißanalytik
• Diamantbeschichtung von kobaltfreien Hartmetallen mit alternativem Binder
• Zusätzliche Funktions- und Hartstoffschichten, z.B. als Einlaufschicht oder für verbesserte Antihaftwirkung
   

Das Fraunhofer IST hat den Schleifbelag compeDIA® als innovative Lösung für Präzisionsschleifaufgaben entwickelt. Feinste Körnungen bis in den Submikrometerbereich ermöglichen duktiles Schleifen, höchste Oberflächengüten und geringe Randzonenschädigungen. Durch den hundertprozentigen Diamantanteil werden Schleifverhältnisse bis G = 30 000 und höchste Standzeiten erreicht. Ein Nachschärfen ist durch kostengünstige Wiederbeschichtung möglich. Darüber hinaus sind auch Mikroschleifstifte mit kleinsten Durchmessern bis hinunter zu 50 μm herstellbar, die hervorragende Standzeiten und Oberflächengüten, z.B. bei der Bearbeitung von Zirkonoxidkeramik, Quarzglas oder Stahl zeigen.

Die Kombination aus strukturiertem Grundkörper und hochverschleißfester CVD-Diamantschicht ist ein weiteres Forschungsthema, das im Bereich der Mikroschleifstifte und auch für Honleisten bereits erfolgreich demonstriert wurde.
 

Als Alternative zu Drahtziehsteinen mit massiven Diamanteinsätzen entwickeln wir am Fraunhofer IST Innenbeschichtungen aus CVD-Diamant für Grundkörper aus Hartmetall. Auf diese Weise lassen sich Diamantziehsteine mit komplexen Querschnittsprofilen und Innendurchmessern von 1 mm bis über 50 mm herstellen. Darüber hinaus entwickeln und evaluieren wir CVD-Diamantschichten für das Strangpressen, die Blechumformung sowie das Scherschneiden.