Galvanische Abscheidung reaktiver Schichtsysteme mit dispergierten Nanopartikeln

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Bund; Professor Dr. Heiko Jacobs; Professor Dr. Peter Schaaf
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459278559

Reaktive Schichtsysteme sind Kombinationen aus mindestens zwei Stoffen (meist Metalle), deren Reaktion miteinander eine stark negative Enthalpie aufweist. Stand der Technik sind z. B. Ni-Al-Multilagen, die über PVD-Verfahren hergestellt werden. Anwendungen für reaktive Schichten ergeben sich in der Fügetechnik, wo die schnelle Freisetzung großer Wärmemengen auf kleinem definiertem Raum benötigt wird. In diesem Vorhaben sollen partikuläre reaktive Schichtsysteme durch galvanische Abscheidung aus ionischen Flüssigkeiten (ILs) hergestellt werden. Für die Herstellung der nano- bis mikroskaligen Partikel wird ein spezieller Gasphasen-Prozess eingesetzt, bei dem die Partikel als Dispersion in einer IL erhalten werden. Diese Dispersion dient dann als Basis für ein galvanisches Bad, aus dem die Schichten elektrochemisch abgeschieden werden. Für ein reaktives Ni-Al- System können Ni-Partikel in einem Al-Elektrolyten dispergiert werden, oder Al-Partikel in einem Ni-Elektrolyten. An den abgeschiedenen Schichten werden Struktur-Reaktivitäts-Beziehungen mit einer Reihe von analytischen Methoden untersucht (Hochgeschwindigkeitsthermographie, XRD, FIB, TEM etc.). So soll unter anderem der Frage nachgegangen werden, wie sich Größe und Verteilung der Partikel auf die Reaktionsgeschwindigkeit der Schicht auswirken. Beim elektrochemischen Herstellungsprozess wird besonderes Augenmerk auf die Stabilisierung der Partikel in der IL und das bessere Verständnis des Abscheideprozesses gelegt. Offene Fragen ergeben sich hinsichtlich der Rolle der Oberflächenladung der Partikel in der IL. Können klassische Theorien für die Dispersionsabscheidung in wässrigen Medien den in diesem Vorhaben betrachteten Prozess beschreiben? Insgesamt wird erwartet, dass der Stand des Wissens hinsichtlich der Herstellungsmethoden und Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von reaktiven Schichtsystemen deutlich erweitert wird. Dieses grundlegende Wissen stellt dann die Basis für die Maßschneiderung von reaktiven Schichtsystemen für neue Anwendungen dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen