Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
CFK-Mikrowellenreflektor mit PVD- und PACVD-Funktionsschicht für MetOp-SG-Satelliten.
Maßgeschneiderte Spiegelbeschichtungen für Ihre Anwendung
Vielseitige Anwendungen und Anforderungen von Spiegelbeschichtungen
Spiegelbeschichtungen spielen eine wichtige Rolle in unterschiedlichen Bereichen wie der Laser- oder Solartechnik, Telekommunikation, Astronomie, Medizin- oder Fahrzeugtechnik. Die spezifischen Anforderungen an die Beschichtung variieren je nach Anwendung und können sich auf Aspekte wie Reflektivität, Beständigkeit gegenüber mechanischer und chemischer Beanspruchung, spezielle spektrale Anforderungen sowie Temperaturbeständigkeit beziehen. In der Regel kommen entweder metallbasierte oder dielektrische Spiegel zum Einsatz . Metallbasierte Spiegel zeichnen sich dabei durch eine hohe Reflexionsfähigkeit im gesamten sichtbaren Spektrum aus, während dielektrische Spiegel maßgeschneiderte spektrale Anforderungen erfüllen können, indem sie Licht in verschiedenen Wellenlängenbereichen definiert reflektieren können.
Anwendungsspezifische Entwicklung von Spiegelbeschichtungen
Ausgehend von den kundenspezifischen Anforderungen und dem verwendeten Substrat entwickeln wir für Ihre Spiegelbeschichtung geeignete Schichtsysteme und führen optische Simulationen durch. Aus unserem umfangreichen Portfolio an Technologien (PVD, CVD, ALD) wählen wir die passenden Abscheideprozesse aus und optimieren diese im Wechselspiel mit Simulationsprozessen, Experimenten und Analytik. Bei der Entwicklung metallbasierter Spiegelbeschichtungen kommt unsere langjährige Expertise im Bereich metallischer Abscheidungen, deren Integration in Schichtsysteme sowie deren Anbindung an unterschiedliche Substrate zum Einsatz. Diese beruht u.a. auf der Entwicklung von Low-e- und Sun-Control-Beschichtungen. Bei der maßgeschneiderten Herstellung dielektrischer Spiegel nutzen wir in unserer Abteilung Optische Systeme und Anwendungen modernste Anlagentechnik wie die EOSS®-Beschichtungsplattform in Kombination mit der Software MOCCA+® zur Prozesskontrolle. Darüber hinaus bringen wir unser umfangreiche Know-how in der Oberflächentechnik, insbesondere beim Schichtdesign und der hochpräzisen, automatisiert überwachten und optimierten Abscheidung ein.
Unser Team steht Ihnen gerne zur Verfügung, um Ihre Wünsche in Bezug auf Spiegelbeschichtungen oder speziellen Fragestellungen z.B. rund um die Entwicklung und Simulation metallbasierter oder dielektrischer Spiegel zu besprechen. Gerne beraten wir Sie auch bei der Optimierung bestehender Beschichtungsprozesse.
Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.
CFK-Mikrowellenreflektor mit PVD- und PACVD-Funktionsschicht für den Einsatz in MetOp-SG-Satelliten. Der metallische Mikrowellenreflektor aus Aluminium wurde mittels Magnetronsputtern auf einem leichten CFK-Grundkörper abgeschieden (Ø = 600 mm). Aufgrund der größeren Wellenlänge der Mikrowellen bestehen geringere Anforderungen an die Spiegelbeschichtung, in diesem Fall die Oberflächengüte der Al-Beschichtung als z. B. für typische optische Anwendungen von metallbasierten Spiegeln im sichtbaren Wellenlängenbereich.
AFM-Aufnahme der Oberfläche des Astronomiespiegels zur Bewertung der Rauheit der Spiegelbeschichtung: Die Rauheitswerte weisen mit Ra =1,63 nm und Rq = 2,02 nm nur ein geringes Niveau auf. Die Korngröße der Silberkristallite erreicht maximal 100 nm. Damit liegt die Korn-/Strukturgröße unterhalb der mit dem Spiegel beobachteten Wellenlängen und es kommt somit zu keiner unerwünschten Lichtstreuung bei der Reflexion.
REM-Aufnahme der Oberfläche des Astronomiespiegels zur Bewertung der Qualität der Spiegelbeschichtung.
Reflexion eines metallbasierten (hier: Silber) Astronomiespiegels, der gemäß Vorgaben der European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (ESO) hergestellt wurde. Die Spiegelbeschichtung umfasst auch einen 15,8 nm dünnen Deckschichtaufbau als Schutz vor mechanischer und chemischer Beanspruchung. Dadurch ist eine Bürstenreinigung des Spiegels mit deionisiertem Wasser möglich. Zum Vergleich ist die Reflexion eines unabgedeckten Silber-Spiegels dargestellt. Diese weist aufgrund des fehlenden zum Teil absorbierenden Deckschichtaufbaus ein höheres Reflexionsniveau auf. Beide Spiegel wurden am Fraunhofer IST gefertigt.
Reflexion eines Silber-Rückseiten-Spiegels für den nahen Infrarotbereich, λ > 1 235 nm. Die Varianten beinhalten unterschiedliche Haftschichten, Typ a und b, sowie verschiedene Haftschichtdicken. Typ und Dicke der Haftschicht beeinflussen die Reflexionseigenschaften. Jedoch ist eine Mindesthaftschichtdicke erforderlich, um eine ausreichende Haftung zu gewährleisten.
Entwicklung des Schichtwiderstands von Silber-basierten Low-e-Schichtsystemen im Korrosionstest mit gasförmigen Ammonium-Sulfid. Das herkömmliche Low-e-Referenz-System degradiert stark, da die Silberschicht trotz Einbettung in weitere Schichten nach einiger Zeit angegriffen wird. Verschiedene Varianten von Low-e-Systemen, Setup I und II mit einem in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit angepassten Aufbau zeigen wenig bis keine Degradation trotz der stark korrosiven Atmosphäre. Derartige Maßnahmen können auch für besonders beständige metallbasierte Spiegelbeschichtungen angewendet werden.
Reflexionsspektren von dielektrischen konventionellen (links) und dielektrischen Rugate-Spiegel (rechts) im Vergleich. Der kontinuierliche Brechungsindexverlauf innerhalb des Rugate-Spiegels führt zu einer Unterdrückung der Welligkeit des Spektrums. Weiterhin bewirkt er, aufgrund fehlender Grenzflächen, die gewünschte erhöhte Temperaturbeständigkeit für den Einsatz in Solar-Konzentratoren für die Solarthermie.