PROTOKOLL

Anwendungsworkshop – Innovationen durch Synthetischen Diamant
PROTOKOLL
Datum: 21.01.2016, 13:00 – 19:00 Uhr
Ort: comcenter Brühl, Mainzerhofstraße 10, Erfurt
Teilnehmerliste: liegt separat vor
Protokollanten:
Tagesordnung:
1
13:00
Begrüßung (Andreas Krey / Wolfgang Seeber , LEG)
2
13:10
Impulsvortrag: Herstellung und Anwendung synthetischer Diamantschichten
(Matthias Schreck, Uni Augsburg)
3
13:50
14:10
14:40
15:00
15:20
Vorstellung geplanter Aktivitäten in Thüringen (Thomas Ortlepp, CiS)
Kaffeepause , Poster
Industrievortrag 1: Konkreter Einsatz synt. Diamantschichten (Martin Rüffer, DiaCCon)
Industrievortrag 2: Synthese von Diamantschichten (Martin Rüffer, Cemecon)
Offene Diskussion (Fragen aus dem Auditorium, Thomas Ortlepp, CiS)
15:50
16:30
16:40
18:10
18:45
19:00
Kaffeepause, Poster
Identifikation der Arbeitsschwerpunkte (Thomas Ortlepp, CiS)
Geführte Diskussion zu Chancen und Risiken (alle)
Zukünftige Aktionen (Thomas Ortlepp, CiS)
Abschluss (Zusammenfassung, nächste Schritte, Seeber/Ortlepp)
Ende und Abendimbiss
4
5
6
7
8
9
10
Zu 1: Begrüßung (A. Krey / Dr. W. Seeber, LEG)
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Begrüßung der Teilnehmer durch A. Krey (Geschäftsführer LEG Thüringen)
W. Seeber: verweist auf Veranstaltung im Frühjahr 2015 „Zukunftswerkstoffe 2020ff“ der
Plattform Material Innovativ Thüringen (MiT). Ein Ergebnis des Workshops war, dass neue
Werkstoffe bzw. Werkstoffkombinationen, z.B. mittels Diamantschichten, für zukünftige
Entwicklungen in der Sensortechnologie benötigt werden, um weitere Funktionen zu
ermöglichen und der Miniaturisierung Rechnung zu tragen. Für das „Sensorland“ Thüringen
hat dies eine Relevanz und Aktivitäten müssen branchenübergreifenden verstärkt werden
Zu 2: Impulsvortrag: Herstellung und Anwendung synthetischer Diamantschichten (Dr. M. Schreck,
Universität Augsburg)
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Vorstellung wichtiger Grundlagen zur Synthese (Prinzipien, Verfahren)
Übersicht zu Anwendungsfeldern
o Aufbau und Nutzung einkristalliner Diamantschichten als Detektoren für Partikel und
ionisierende Strahlung
o
o
Beschichtung von Schneid-/Fräswerkzeugen
Diamantelektroden
(Vortragsfolien bitte direkt bei Herrn Dr. Schreck anfragen)
Zu 3: Vorstellung geplanter Aktivitäten in Thüringen (Prof. T. Ortlepp, CiS)
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Beispiele bereits realisierter mikrosystemtechnischer Bauelemente in Kombination mit
Diamant-Funktionsschichten: Elektroden, Wärmemanagement, optische Komponenten,
mechanische/chemische Schutzschichten, Detektoren in Hochenergiephysik und Biochemie
Übergang von Einzelprodukt und Nischenanwendung hin zum industrialisierbaren Produkt
für den Markt notwendig
Notwendigkeit multidisziplinärer Kooperationen hinsichtlich neuer Technologien und
Systemkonzepte von Anwendern, Dienstleistern/Anlagenbauern, Wissenschaft sowie Politik
ein Unternehmen-getriebenes Netzwerk „Smart Diamonds“ bilden!
Zu 4: Industrievortrag 1: Konkreter Einsatz synt. Diamantschichten (M. Rüffer, DiaCCon)
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DiaCCon als kompetenter Dienstleister für Diamantbeschichtung für verschiedene
Anwendungsbereiche: Elektrochemie (Ab-/Wasserbehandlung),
Porösifizieren von Si,
Tribologie und Verschleißschutz (Gleitringdichtungen)
Serienbeschichtung verschiedener Standardprodukte zum Teil seit mehreren Jahren (z.B.
Elektroden für Abwasserbehandlung)
Diamantsynthese möglich auf verschiedenen Werkstoffen (Si, Ti, Cr, V, Cu, Ge, …) und damit
bedarfsgerechte Funktionalisierung
Zu 5: Industrievortrag 2: Synthese von Diamantschichten (M. Rüffer, in Vertretung für C. Schiffer
Cemecon)
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Gegenüberstellung gängiger Syntheseverfahren Mikrowellenunterstützer Chemical Vapour
Deposition (MW-CVD) und Hot-Filament-Chemical Vapour Deposition (HF-CVD)
Beschreibung des Verfahrens der HF-CVD und den verfügbaren Anlagentypen von Cemecon
(variabel: vertikale/horizontale Synthese)
Synthese auf Flächen bis 360x740 mm²
um gute chemische und mechanische Anbindung der Diamantschicht zu gewährleisten, ist
die Vorbereitung des Substrats essentiell (Spezialwissen @ Cemecon verfügbar)
Prozessknowhow verfügbar für Einstellung bestimmter Diamantschichtqualitäten
Zu 6: Offene Diskussion (alle)
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•
Ein Fokus der Diskussion richtet sich auf den Kostenfaktor: Das Verhältnis von Mehrwert zu
den Kosten muss stimmen. Für die wirtschaftliche Integration einer Technologie ist das das
Schlüsselelement.
Diamantsynthese und deren-Anwendungen wurden durch starkes Interesse der Industrie
und einer guten Lobbyarbeit durch öffentliche Hand gefördert: als Ergebnis gehören im
deutschsprachigen Raum Unternehmen und Forschungseinrichtungen zu den weltweit
Führenden. Das bereits erschlossene Know-How muss stärker in die industrielle Anwendung
überführt werden, viele Anwendungen wurden bereits in Projekten untersucht, jedoch ist ein
Upscaling auf industrielle Maßstäbe erforderlich. Vorwissen ist vorhanden bei Universitäten
und Fraunhofer Gesellschaft
• Ein Defizit ist, dass kein Netzwerk um das Thema Diamantsynthese existiert , lediglich
bilaterale Beziehungen zwischen Herstellern und Anwendern, vereinzelt auch
Verbundprojekte
Fazit und Konsens der Runde: Es ist der richtige Zeitpunkt, ein Netzwerk zur stärkeren
Implementierung synthetischer Diamantschichten in mikrosystemtechnische Applikationen zu
initiieren
Zu 7: Identifikation der Arbeitsschwerpunkte (Prof. T. Ortlepp, CiS)
•
Nennung relevanter und kritischer Aspekte bei der Implementierung funktionaler
Diamantschichten
in
die
Herstellung
mikrosystemtechnischer
Bauteile:
Diamanteigenschaften, Qualität, Märkte & Risiken, Bildung & Wissenschaft, Technologie,
Kooperation & Projekte, Kosten & Investition
Zu 8: Geführte Diskussion zu Chancen und Risiken (alle)
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Vorstellung der Methode „World Cafe“
Diskussion von fünf Fragen in kleinen Gruppen á 4-8 Teilnehmer
Fragen und wesentliche Ergebnisse (Moderatoren), siehe auch Anhang:
a. Wo sehen Sie heutige Limitierungen und welche Einsatzbereiche könnten mit
herausragenden Sensoreigenschaften erschlossen werden (K. Sawatzky, LEG
Thüringen)?
- Limitierungen: Fertigung von speziellen Schichten/Schichtsystemen zum Teil
limitiert bzw. zu wenig Kenntnis, hohe Synthesetemperatur bei Abscheidung von
Diamantschichten; industriell nicht beherrscht teuer und dadurch wird das Design
des Sensors nicht mehr frei wählbar; Hürde: bei gleichem Preis 10x Performance
bereits eingeführter Produkte, Biokompatibilität
- Einsatzbereiche: Sensoren spielen für zukünftige Anwendung eine entscheidende
Rolle und werden überproportional Anstieg erfahren. Große Rolle spielt dabei
Permanentmonitoring (besonders Resistenz Harsh Environments und
Langzeitstabilität); Energieverbrauch/energieautark; Multimesssysteme, auch
Doppelfunktionen
b. Welche Chancen und Risiken sehen Sie für die Einführung synthetischer
Diamantschichten in Produktlinien bzw. Märkte? (Dr. A. Lawerenz, CiS)
- Chancen = Applikationen in den Bereichen: Hochleistungs-/-frequenzelektronik;
Umwelttechnik; im Bereich Medizin lange Zulassungsprozedur/hohe Kosten
relativiert Diamantkosten; IR-Fenster; mikroskopischer Magnetsensor (NVZentren),
- Risiken: Entwicklungsdauer; Bauteilkosten << Gesamtkosten; Abwanderung der
Industrie in Billiglohnländer; Zeitpunkt des Markteintritts
c. Welche infrastrukturellen Maßnahmen werden für die Einführung neuer
Technologien in einem Unternehmen benötigt? Was wäre notwendig um einen
solchen Schritt zu entscheiden? (Dr. K. Tonisch, TU Ilmenau)
- Unterscheidung in äußere (staatliche) infrastrukturelle und firmeninterne
Maßnahmen
# äußere Randbedingungen: Fördermaßnahmen wie Projekte, Förderung von
Vernetzung und Kooperationen, dabei kann es zum Zielkonflikt
(Veröffentlichung vs. Anmeldung von Schutzrechten) kommen
# firmeninterne Randbedingungen: Ressourcen (Budget, Technologie,
Marketing), Vorhandensein von Pilotbetrieb und QM-System, Verfügbarkeit
von qualifizierten Fachkräften
- Spin-offs von Universitäten und öffentl. Forschungseinrichtungen stellen eine
Besonderheit dar: Nötig ist eine Kultur der Förderung der SpinOffs, inkl. akzeptierter
Nebentätigkeit, Verwertung von Ergebnissen und Know How; die Einführung der
Technologie wird begünstigt durch eine vergleichbare Technologie-Plattform in F&E
und Produktion, Unterstützung durch Technologie- und Gründerzentrum,
Transferstelle der Universität/Forschungseinrichtung, häufig Sachverständige bzgl.
Patentierung einfach verfügbar, wünschenswert: einfacher Wiedereinstieg bei
Scheitern der Ausgründungsidee
d. Hat die Wirtschaft verpasst, eine vielversprechende Entwicklung der Wissenschaft
industriell zu vermarkten? (S. Biermann, MicroHybrid)
- Nein!
- Nach allgemeinem Technologieaufruf bzgl. Diamant in FuE-Förderung vor einigen
Jahren zwischenzeitlich in Dt. Fokussierung auf
Dichtungen/Elektroden/Verschleißschutz, Diamantelektronik eher in USA
- Problematisch aber notwendig ist Wissenstransfer aus Forschung hin zu
Applikationen (Industrie)
e. Welche Visionen für ultimative Anwendungen können Sie sich vorstellen?
(Dr. I. Käpplinger, CiS)
- Technologiebasierte Visionen: kürzere Prozesszeiten; geringere Temperatur;
Prozessentwicklung bei gezielter Parameter
- Applikationen: Nanomarker; Hochfrequenzanwendungen; Mikroreaktor;
Strahlungssensoren UVC/Gamma; Hochtemperaturelektronik; aggressive Medien;
Quantencomputer; Flusssäurereaktor
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Zusammenfassung der Diskussionen: Herauskristallisieren kritischer Punkte, vergleichbar zu
denen in Pkt. 7
Vorschlag der Definition von Arbeitskreisen mit folgenden Themen
o Schichtentwicklung
o Produktentwicklung
o Technologieentwicklung
o Bildung und Wissenschaft
o Qualität und Kosten
Zu 9: Zukünftige Aktionen (Prof. T. Ortlepp, CiS)
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Liste ausgelegt mit Arbeitskreisen und der Bitte, dass sich alle interessierten Teilnehmer zur
Mitarbeit in den für sie relevanten Arbeitskreisen eintragen:
AK1: Technologieentwicklung:
11 Interessenten
AK2: Schichtentwicklung:
15 Interessenten
AK3: Produktentwicklung:
19 Interessenten
AK4: Bildung und Wissenschaft: 12 Interessenten
AK5: Qualität und Kosten:
15 Interessenten
CiS plant den Aufbau des Netzwerks „SMART DIAMOND“ im Rahmen eines
Innovationsforums
o Erste Arbeitskreistreffen voraussichtlich im März
o Informationsveranstaltung am 7./8.6.2016 in Erfurt
o CiS lädt gesondert zu den Treffen ein
CiS erstellt Technologievergleich und Kostenabschätzung zur Diamantsynthese
Zu 10: Zusammenfassung (Dr. W. Seeber/ Prof. T. Ortlepp)
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Industrielle Anlagen zur Diamantsynthese sind heute verfügbar
Seitens der Wirtschaft besteht Interesse an unterschiedlichen Anwendungsfeldern
Produktidee/Produkt/Implementierung in Prozesskette hängen von verschiedenen Faktoren
ab, z.B. Kosten, Verfügbarkeit von Syntheseanlagen, Marktakzeptanz, Prozess- und
Qualitätsstabilität etc., welche in Netzwerken mittel- und kurzfristig bewertet werden
Angebot seitens der Forschung (Universitäten und Fraunhofer) dazu, Ideen zu diskutieren
Anhang, Bilder
World Café: Impressionen und Zusammenfassungen
1 – Wo sehen Sie heutige
Limitierungen und welche
Einsatzbereiche könnten mit
herausragenden
Sensoreigenschaften
erschlossen werden?
2 – Welche Chancen und Risiken
sehen Sie für die Einführung
synthetischer Diamantschichten
in Produktlinien bzw. Märkte?
3 – Welche infrastrukturellen
Maßnahmen werden für die
Einführung neuer Technologien
in einem Unternehmen
benötigt?
4 – Hat die Wirtschaft verpasst,
eine vielversprechende
Entwicklung der Wissenschaft
industriell zu vermarkten?
vermarkten
5 – Welche Visionen für
ultimative Anwendungen haben
sie?

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