VIP - Vakuum in Forschung und Praxis 3 / 2024

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VIP - Vakuum in Forschung und Praxis 3 / 2024

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Titelbild: Vakuum in Forschung und Praxis 3/2024

Editorial

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Vakuumtechnik im Wandel – ViP auch!

Steffen Ebert, Lisa Kleinen

Pages: 18-22
TiAlCrSiN nanocomposite tool coatings offer a potential solution for challenging cutting processes. Here, tribological behavior of the coated tool against workpiece material is paramount to improving the tool wear resistance. Hence, current study focuses on effect of TiAlCrSiN-based tool coatings on friction behavior and chip formation under challenging cutting conditions. The investigated variants included cemented carbide cutting inserts with monolayer TiAlCrSiN, multilayer TiAl-CrSiN/TiAlCrSiON and uncoated inserts. The tribological behavior of tools was analyzed during linear planing of highspeed steel PM HS6-5-3C with cutting speed v_c = 110 m/min, width of cut b = 2 mm and uncut chip thicknesses h = 0.04 mm and h = 0.1 mm. Process forces and chip formation over cutting length L = 100 mm were recorded using dynamometer and high-speed camera, respectively. The coated inserts showed a reduction in process forces and calculated apparent coefficient of friction. Among coated variants, multilayer coating resulted in lower process forces and apparent coefficient of friction at uncut chip thicknesses h = 0.04 mm. At h = 0.1 mm, both coated variants had a comparable performance. The adhesion of HS6-5-3C on tool was identified as one of the main contributing factors to the observed tribological behavior. Here, multilayer TiAlCrSiN/TiAlCrSiON showed promising potential to reduce workpiece material adhesion on tool surface and resultantly improve tribo-logical behavior of the tool.
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Funktionale Beschichtung von Batteriepulvern: Entwicklung ultradünner Schichten zur Erhöhung der Lebensdauer von Batterien

Mandy Höhn, Jean Philippe Beaupain, Eleonore Siebecke, Mario Krug, Sören Höhn

Pages: 23-28
Zwei Beschichtungsverfahren, zum einen die Atomlagenabscheidung (ALD) und zum anderen die nasschemische Sprühtrocknung, wurden ausgewählt, um Aktivmaterialien mit Schutzschichten zu versehen. Es wurden sowohl im ALD-Prozess als auch in der Sprühtrocknung verschiedene Schichtmaterialien hinsichtlich Zusammensetzung und Schichtdicke herge-stellt und bezüglich ihrer elektroche-mischen Eigenschaften untersucht. Dabei zeigen sich positive Effekte im Ratentest und im Langzeittest von sehr dünner Al₂O₃ ALD-Schichten auf LNMO. Für die mit nur 1 nm beschichtete LNMO-Probe zeigt sich, dass der Verlust im Vergleich zur unbeschichteten Probe gering ist. Dagegen zeigen 5 nm Al₂O₃ bereits eine erhebliche Isolierung des Materials. Die Sprühtrocknungsversuche zur Beschichtung von NMC811 mit Li₂O·WO₃ zeigen nach der Kalzinierung eine Anlagerung von Wolfram an der Pulveroberfläche und entlang der Korngrenzen. Die elektrochemische Ratenfähigkeit und Zyklenstabilität des Aktivmaterials wird durch die Beschichtung mit 0,5 mol% Li₂O·WO₃ signifikant verbessert. Eine Skalierung der Beschichtungsprozesse ALD und Sprühtrocknung in einen technischen Maßstab wird als möglich erachtet.
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Plasma

Plasmainduzierte Schichtnachbearbeitung: Modifikation und Abtrag von einbrennsilikonisierten Schichten auf Glassubstraten

S. Brückner, D. Tasche, M. Bellmann, S. Josten, F. Wittland, B. Zeiß, C. Gerhard

Pages: 30-33
Einbrennsilikonschichten (EBS) stellen ein hervorragendes Medium zur Generierung chemisch weitestgehend inerter und biologisch unschädlicher reibungsarmer Oberflächen dar. Die unter Umständen vorhandene Not-wendigkeit von der EBS-Beschichtung nachgeschalteten Fügeprozessen erfordert für das Erreichen stabiler Klebeverbindungen jedoch entweder die nachträgliche, meist ortsselektive Entfernung oder eine funktionale Modifikation der EBS-Schicht. In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass sich EBS-Schichten durch die Anwendung eines Niedertemperaturplasmas bei Atmosphärendruck in glasähnliche, nahezu kohlenstofffreie Schichten umwandeln lassen. Diese Umwandlung wird dabei von einer Schichtdickenreduktion von ca. 50 % begleitet. Als Folge davon tritt eine deutlich gesteigerte Adhäsion von Klebstoffen auf der plasmabehandelten EBS-Schicht auf.
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PVD-Beschichtungen ermöglichen textile Kabel und Sensoren: Prozesskontrolle durch angepasste Energiebereiche

Dirk Hegemann, Martin Amberg

Pages: 34-38
Sputtern oder Kathodenzerstäubung ist eine Methode der physikalischen Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition, PVD), die auf der Wechselwirkung mit einem Plasma, ein teilweise ionisiertes Gas, unter Vakuumbedingungen beruht. Durch Plasmawechselwirkung werden Atome von einem festen Material, dem Target, abgetragen (gesputtert) und auf einem Substrat abgeschieden. Auf diese Weise erfüllt das Plasma zwei Funktionen: i) die Erzeugung hochenergetischer Ionen von mehreren 100 eV, die auf das Target beschleunigt werden, und ii) die Unterstützung des Schichtwachstums durch Wechselwirkung mit Plasmateilchen niedrigerer Energie, etwa um 10 eV. Für beide Prozesse gibt es angepasste Energiebereiche sowie Schwellenwerte, die in diesem Artikel eingehender betrachtet werden. Sputtern ist ein etabliertes Verfahren mit breiter industrieller Anwendung. Hier wird als Beispiel die Metallisierung von Polymerfasern aufgezeigt, um elektrisch leitfähige textile Sensoren und hochfeste textile Kabel zu ermöglichen.
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Vakuum

Roots multi-lobe vacuum pumps with external compression: Comparison of effectiveness

A. Raykov, S. Salikeev, A. Burmistrov, M. Fomina

Pages: 39-42
The influence of the number of lobes on the working process of Roots vacuum pump is examined using the production vacuum pump NVD-200 with a rotor profile based on an elliptical curve as a prototype. Design with two-lobe, three-lobe and four-lobe rotor profiles was considered. Calculation of the main parameters characterizing profile quality (area-utilizing ratio and conductance of rotor mechanism clearances) was carried out. The influence of rotor “plumpness” on pumping characteristics was studied. It is shown that the number of lobes providing the maximal pumping speed is different depending on the geometric parameters of the rotor.
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