Ergebnisse

Als Fügeverfahren für die Mikroapparate wurde Diffusionsschweißen mit dem entsprechenden T-t-Verlauf zur Erzeugung vollflächiger Verbindungen für hervorragende Druckfestigkeit unterstellt. Ein gravierender Nachteil dieser Verbindungstechnik ist die Sensibilisierung und Bildung von Korngrenzenausscheidungen sowie das Auftreten interkristalliner Korrosion in Kontakt mit aggressiven flüssigen Medien.

Vier verschiedene Nickelbasiswerkstoffe im Liefer- und sensibilisierten Zustand wurden hinsichtlich ihrer Eignung für den Bau mikroverfahrenstechnischer Apparate in Langzeit-Korrosionsexperimenten untersucht. Elektrochemische Messungen untermauern gewisse Unterschiede in der Korrosionsbeständigkeit. Am besten schnitt der Werkstoff 2.4700 ab, am schlechtesten die Legierung 2.4692. Allerdings erfüllt kein Werkstoff die Anforderungen an die Langzeit-Korrosionsbeständigkeit, die an mikroverfahrenstechnische Apparate zu stellen sind.

PVD-Beschichtungen mit Gold (anodischer Korrosionsschutz) und Tantal erfüllten die Erwartungen nicht: Es können keine fehlstellenfreien Schichten garantiert werden. Zudem sind die Abscheideraten gering. Eigenspannungen in der Schicht erfordern Zwischenschichten. Auch ist die Haftung, wahrscheinlich aufgrund unzureichender Entfernung der Passivschicht, nicht ausreichend. Die Schichten wurden unterwandert.

Als Lösung wurde eine kommerziell verfügbare CVD-Tantalbeschichtung identifiziert. Mit dem Prozess können extrem gleichmäßige und ausreichend dicke Tantalschichten in Mikrokanälen mit sehr großem Aspektverhältnis in zuvor diffusionsgeschweißten Bauteilen abgeschieden werden. Die Haftfestigkeit ist aufgrund der Prozesstemperatur hervorragend, Defekte überwachsen aufgrund der Schichtdicke > 10 µm zuverlässig.

Dieses Beschichtungskonzept würde die Verwendung deutlich billigeren Edelstahls als Substratmaterial ermöglicht. Überdies könnte die teure mikromechanische Strukturierung von Nickelbasiswerkstoffen durch chemisches Ätzen ersetzt werden. Ätzen ist als Dienstleistung verfügbar, würde die Herstellung mikroverfahrenstechnischer Apparate erheblich verbilligen und die Kommerzialisierung der Herstellung mikroverfahrenstechnischer Apparate forcieren helfen.

Bei der CVD-Tantalbeschichtung entsteht eine faserartige Oberfläche mit großer spezifischer Oberfläche. Im Projekt konnte nicht mehr geklärt werden, ob diese mittels Nano-Emaillierung eingeebnet werden kann, um ggf. Foulingeffekte zu mindern. Die Oberflächenstruktur der Tantalbschichtung lässt allerdings eine hervorragende Haftfestigkeit einer Emaillebeschichtung erwarten. Zudem ist wegen der Korrisionsbeständigkeit von Tantal keine absolute Rissfreiheit notwendig. Diese Fragestellungen sollen in einem FOlgeprojekt untersucht werden.