Deutsch-russische Kooperation für Hochleistungsoptiken
Projekt Ceramics4Optics soll neue keramische Verbundwerkstoffe und dazu passende Fertigungsverfahren entwickeln.
Optiken aus Siliziumcarbid sollen in Zukunft die Aufgaben von Spiegeln aus Metall und Glaskeramik in Lasern zur Materialbearbeitung, in der Halbleiter- oder Messtechnik sowie in Weltraumsatelliten übernehmen. Doch noch ist die Bearbeitung der optischen Elemente sehr zeitaufwändig und teuer. Bereits heute können zwei Varianten von Siliziumcarbid-Keramik zu optischen Bauteilen verarbeitet werden: eine gesinterte, aber sehr schwer zu bearbeitende Keramik und ein kohlenstofffaserverstärktes Verbundmaterial. Beide müssen jedoch aufwändig beschichtet werden, um die geforderte optische Oberflächenqualität und Formgenauigkeit zu erzielen.
Das russische Center for Technology Transfer Ltd (CTT) entwickelt deshalb im Projekt Ceramics4Optics einen neuen Siliziumcarbid-Werkstoff, bei dem das kostspielige Beschichten vor dem Endpolieren der Optik entfallen kann. Die neue Keramik enthält eingelagerte Diamantpartikel in einer Siliziumcarbid-Matrix und weist dadurch im Vergleich zu anderen Siliziumkarbid-Varianten eine höhere Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig geringerer Wärmeausdehnung auf.
Aufgabe des Aachener Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT und der Opteg GmbH aus Leipzig ist es, die optimalen Übergabepunkte zwischen den Einzeltechnologien des Schleifens, Vorpolierens und Ionenstrahlpolierens zu definieren. Bearbeitungsparameter, Abrasivstoffe und Werkzeuge für das neue Verbundmaterial müssen ermittelt und präzise aufeinander abgestimmt werden. So soll auch ohne vorangegangene Beschichtung im abschließenden Polierprozess ein gleichmäßiger Abtrag erzielt und eine optische Oberflächengüte unter 2 nm Rq erreicht werden.
Schwerpunkt des Fraunhofer IPT liegt dabei auf den Schleif- und Polierprozessen für die Hart- und Feinbearbeitung. In kontrollierten Bearbeitungsversuchen auf mehrachsigen Poliermaschinen werden etwa die Auswirkungen verschiedener Poliersuspensionen sowie geeignete Werkzeuge und Schleifparameter ermittelt.
Aufgabe der Opteg GmbH sind Untersuchungen zum Ionenstrahlpolieren als Endschritt der Polierbearbeitung, um das Verfahren an den neuen Verbundwerkstoff anzupassen. Die Wahl geeigneter Prozessparameter soll dann die Oberflächenrauheit bis hinunter auf 1 nm RMS gezielt beeinflussen.
Fh.-IPT / OD
