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10.10.2014

Dr.-Ing. Olaf Dambon, Fraunhofer IPT: Hart wie Diamant

Die Abteilung „Feinbearbeitung und Optik“ am Fraunhofer IPT entwickelt Technologien zur Herstellung und Bearbeitung von Präzisionskomponenten. Dazu zählen Optiken, Präzisionswerkzeuge und Wafer für den Halbleiterbereich. Dr.-Ing. Olaf Dambon leitet seit 2006 die Abteilung „Feinbearbeitung & Optik“.


1. Die beiden Satelliten Herschel und Planck sind 2009 mit einem Siliziumkarbidspiegel von 3,5 Metern Durchmesser in den Weltraum gestartet. Was qualifiziert das Material besonders für Weltraumanwendungen?

Dr.-Ing. Olaf Dambon: Siliziumkarbid hat eine hohe Festigkeit und Härte, eine relativ geringe Dichte und eine geringe thermische Ausdehnung. Aufgrund dieser Eigenschaften ermöglicht der Werkstoff die Konstruktion leichterer Spiegel im Vergleich zu anderen im Weltraum eingesetzten Materialien. Wenn beim Start einer Rakete große Kräfte wirken, spielen geringe Massen eine wichtige Rolle. Und auch den großen Temperaturunterschieden im Weltraum – je nachdem, ob die Körper der Sonne zugewandt oder abgewandt sind - hält das Siliziumkarbid gut stand. Durch seine geringe Wärmeausdehnung ist es gerade für optische Bauteile besonders geeignet, um deren Funktionsfähigkeit sicherzustellen.


2. Welche weiteren Anwendungen profitieren von dem Material?

Dr.-Ing. Olaf Dambon: Überall da, wo hochpräzise Komponenten in Kombination mit geringen Ausdehnungen, beziehungsweise Massen benötigt werden, ist Siliziumkarbid gut einsetzbar. Zum Beispiel für Strukturbauteile in Messgeräten, in der Halbleitertechnik aber auch für Verschleißteile.


3. Welche Vorteile hat Siliziumkarbid gegenüber anderen Materialien wie etwa Metall oder Glaskeramik?

Dr.-Ing. Olaf Dambon: Siliziumkarbid bringt vor allem eine sehr hohe spezifische Festigkeit mit: Im Vergleich zu Zerodur können auch schon die Halbzeuge sehr endkonturnah hergestellt werden.


4. Welche Schwierigkeiten gibt es bei der Bearbeitung des Materials?

Dr.-Ing. Olaf Dambon: Aufgrund seiner Härte – es ist nach Diamant eines der härtesten Materialien – lässt sich Siliziumkarbid nur schleifen und polieren. Die Bearbeitungszeiten sind daher relativ lang und die Prozesse sehr aufwändig. Außerdem ist eine Menge Erfahrungswissen notwendig, um das Material präzise zu bearbeiten.


5. Was ist das besondere an Ihrem Herstellungsverfahren?

Dr.-Ing. Olaf Dambon: Unsere Verfahren unterscheiden sich grundsätzlich nicht besonders vom Stand der Technik. Wir setzen ebenfalls Schleif- und Polierprozesse ein. Aber durch unsere jahrelangen Erfahrungen im Bereich der sprödharten Materialbearbeitung schaffen wir es, besonders hohe Form- und Oberflächengüten herzustellen.


6. Wie ist die Qualität des Siliziumkarbidspiegels verglichen mit den besten Spiegeln aus Glas oder Glaskeramik. Welche Mikrorauhigkeit weisen die Spiegel auf?

Dr.-Ing. Olaf Dambon: Es gibt unterschiedlichste Varianten des Siliziumkarbids: Für Anwendungen im Weltraum hat sich unter anderem eine faserverstärkte SiC-Keramik der ECM Engineered Ceramic Materials GmbH durchgesetzt. Die erzielbaren Formgenauigkeiten sind vergleichbar mit denen, die bei Glas oder Glaskeramik erzielt werden. Die Oberflächengüten sind jedoch aufgrund der Materialcharakteristik deutlich moderater. Üblicherweise werden Ra-Werte (arithmetischer Mittenrauwert) knapp unter 5 nm erzielt – bei Glas oder Glaskeramik kommt man bis unter ein Nanometer Ra. Um dennoch höhere Oberflächengüten zu erzielen, wird das Material nach der Schleifbearbeitung mit Silizium beschichtet, das anschließend auf die gewünschten Oberflächengüten poliert wird.


7. Mit welchen Durchmessern lassen sich Siliziumkarbid-Spiegel wirtschaftlich fertigen?

Dr.-Ing. Olaf Dambon: Die Frage ist nicht allgemein zu beantworten, da die Wirtschaftlichkeit immer vom Anwendungsfall abhängt. Technologisch sind laut ECM bis zu 2,5m x 1,8m möglich.


Danke für das Interview.

Mehr Informationen:
www.ipt.fraunhofer.de

 
 
 
 
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