F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F ü r S c hi c ht- un d O b erf l ä c hente c hni k I S T 1 1 Tablettenstempel beschichtet mit einer DLC-Antihaftschicht SICON® zur trennmittelfreien VerschleiSSfeste Antihaftschichten Herstellung von Brausetabletten: Vermeidung von Anhaftungen des Die Vermeidung von Ablagerungen, Ver- Pressguts und Verschleißschutz. schmutzungen, Verklebungen oder eine definierte Tropfenbildung fordern Oberflächen mit guten Antihafteigenschaften. Neben Unser Angebot einer geringen Oberflächenenergie müssen die Werkzeuge oder Bauteile aufgrund zusätzlicher mechanischer Belastungen auch meist verschleißfeste Oberflächen aufweisen. Hartstoffschichten können neben einer Fraunhofer-Institut für Schicht- hohen Härte auch Antihafteigenschaften und Oberflächentechnik IST besitzen. Vor allem modifizierte diamantähnliche Kohlenstoffschichten, z. B. SICON®, Bienroder Weg 54 E sowie Chromnitrid-Schichten (CrN) erweisen 38108 Braunschweig sich als besonders geeignet. Gezielte Einstellung der Oberflächen energie bzw. des Benetzungsverhaltens durch Beschichtungen (Haft- und Antihaftschichten) Kombination von Benetzungseigen schaften mit hoher Verschleißfestigkeit Kombination von strukturierten Ober flächen mit Antihaftbeschichtungen (Lotus-Effekt) Anpassung der Schichteigenschaften an kundenspezifische Anforderungen Prozessentwicklung, Verschleißanalyse und Beratung Ansprechpartner Eigenschaften verschiedener Schichten im Vergleich zu PTFE und Stahl 100Cr6. Dipl.-Ing. Ingmar Bialuch Beschichtungen Telefon +49 531 2155-656 [email protected] Dr.-Ing. Martin Keunecke Telefon +49 531 2155-652 [email protected] www.ist.fraunhofer.de Oberflächenenergie [mN/m] Härte [GPa] Reibkoeffizient (gegen Stahl, trocken) DLC (a-C:H) 35 – 40 20 – 30 0,10 – 0,20 Me-DLC (a-C:H:Me) 40 – 45 15 – 20 0,15 – 0,20 SICAN (a-C:H:Si) 30 – 35 10 – 15 0,07 – 0,15 SICON® (a-C:H:Si:O) 22 – 26 7 – 9 0,50 – 0,60 F-DLC (a-C:H:F) 20 – 22 2 – CrN 30 – 75 18 – 20 0,50 – 0,80 PTFE (Teflon®) 18,5 0,3 0,10 Stahl 100Cr6 > 1000 8 – 9 0,70 – 0,90 2 3 Eigenschaften und Vorteile Anwendungen Durch den Einbau von nichtmetallischen Antihaftbeschichtungen auf Presswerk- SICON®-Schichten ermöglichen hier Elementen in diamantähnliche Kohlen- zeugen für die pharmazeutische Industrie gegenüber einer Filmkondensation um stoffschichten (DLC) kann das Benetzungs- haben sich seit mehreren Jahren in der fast eine Größenordnung höhere Wärme- verhalten gezielt variiert werden. Mit den Praxis bewährt. Mit SICON -beschichteten flussdichten. Die zusätzliche Antifouling- Elementen Fluor und Silizium wird die Tablettierwerkzeugen kann das Anhaften Wirkung des Schichtsystems verhindert Oberflächenenergie und die Benetzbarkeit klebender Pulvermischungen auch ohne Ablagerungen wie z. B. von Kalk. deutlich reduziert (z. B. F-DLC, SICON®, Einsatz von Trennmitteln vollständig SICAN). Stickstoff, Bor und Sauerstoff verhindert werden. ® Aufgrund der möglichen Prozesstempera- bewirken gegenteilige Effekte, d. h. die turen von unter 100 °C während des vaku- Oberflächen sind gut benetzbar ( z. B. N- Zahlreiche Anwendungen DLC-basierter umbasierten Plasmabeschichtungsverfah- DLC, B-DLC). Die silizium- / sauerstoff Antihaftschichten sowie von CrN-Schichten rens zur Herstellung dieser Beschichtungen, modifizierten DLC-Schichten haben ähnlich gibt es in der kunststoffverarbeitenden sind auch diverse Anwendungen für nicht- gute Antihafteigenschaften wie Teflon®, Industrie. Durch die Vermeidung von metallische Werkzeuge und Bauteile, z. B. jedoch eine deutlich höhere Verschleiß- Ablagerungen auf Extrusions- oder Spritz- für temperaturempfindliche Komponenten festigkeit und Temperaturstabilität. Auch gusswerkzeugen reduziert sich nicht nur aus Kunststoffen möglich. Das weit ein- chrombasierte Schichtsysteme (CrN und der Reinigungs- bzw. Wartungsaufwand, stellbare Schichteigenschaftsspektrum von Varianten) weisen günstige Antihaft- sowie sondern auch die Produktqualitäten modifizierten DLC-Schichten ermöglicht mechanische und tribologische Eigenschaf- verbessern sich deutlich. darüber hinaus vielfältige Applikationen ten auf. Durch eine gezielte Prozessführung von »Easy-to-clean«-Oberflächen bis zu lässt sich die Schichtzusammensetzung Eine gezielte Tropfenkondensation, z. B. Anwendungen im Bereich elektrischer und -struktur einstellen und damit das an Wärmetauschern, ermöglicht höhere Isolation. Eigenschaftsprofil an kundenspezifische Wärmeübergangskoeffizienten und damit Anforderungen anpassen. einen höheren Wirkungsgrad. 50 80 40 60 20 40 20 0 30 PTFE F Si:O Si Cr Ti a-C:H B W N O 10 0 2 Beschichtete Formwerkzeuge zur einfachen Werkzeug-Produkttrennung. 3 Beschichtungsanlage am Fraunhofer IST. 20150324 100 Oberflächenenergie [mN/m] 60 polar 120 dispers Wasserkontaktwinkel [°] Modifzierte DLC-Schichten (a-C:H:X) im Vergleich zu PTFE.
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