Gerade mal doppelt so dick wie ein typisches Haar, rund 100 µm, fallen die transparenten, kratzfesten und zugleich formbaren Keramikschichten der Zukunft aus, die als Schutz für tragbare Elektronik dienen sollen. Die zu ihrer Herstellung nötigen Verfahren und Prozessketten entstehen seit März 2017 unter der Projektleitung des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT im dreijährigen Forschungsprojekt CeGlaFlex.
Der Einsatz von mobiler Elektronik, sei es ein Handy, Tablet oder Blutdruckmessgerät, steht und fällt mit der Qualität der Touch-Screen-Displays. Sie sollen nicht nur kratzfest, bruchsicher und chemisch beständig, sondern wegen des Trends zu individuell geformten smarten Endgeräten auch gut formbar sein. Doch das stellt die Hersteller vor ein Dilemma. »Gehärtete Gläser besitzen nicht die nötige Formflexibilität, während gut formbare Kunststoffe sehr leicht verkratzen«, erklärt M. Sc. Christian Kalupka, Experte für Ultrakurzpulslaser am Fraunhofer ILT. »Als Alternative bieten sich transparente Keramiken an. Sie verfügen zwar über die gewünschten Eigenschaften, doch bisher gibt es sie nicht in den gewünschten Größen und es fehlen geeignete Bearbeitungsverfahren.«
Gründe genug für die Fraunhofer-Gesellschaft, um im März 2017 das interne Verbundprojekt CeGlaFlex (Prozesskette für formflexible, keramische und glasbasierte Schalt- und Displayelemente) zu starten. Es handelt sich dabei um »marktorientierte strategische Vorlaufforschung (MaVo)«, die bis 2020 Verfahren und Prozessketten entwickelt. Ziele sind:
die Herstellung dünner und damit leicht formbarer, transparenter Keramiken und Display-Laminate
die Verarbeitung transparenter Keramiken und Dünnglasverbünde, die sich auch räumlich ohne Schädigung der Werkstofffunktionen verformen lassen
die Herstellung integrierter Schalt- und Displayelemente auf formflexiblen Substraten aus Keramik-Glasverbünden
Das MaVo-Projekt verwirklicht die komplette Prozesskette in fünf Fraunhofer-Instituten: Dünne, hochtransparente Keramiken entwickelt das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, Dresden. In Aachen entstehen am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT Verfahren zur präzisen mechanische Endbearbeitung (Schleifen, Polieren) der Oberflächen und Kanten von transparenten, dünnen Keramiken und Gläsern, während das benachbarte Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT sich um die maßgeschneiderte Laserbearbeitung (Polieren, Strukturieren, Trennen) kümmert. Die zum Beurteilen der Bauteilqualität wichtigen werkstoffkundlichen Prüfmethoden entwickelt das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale). Das Umsetzen der Verfahren geschieht abschließend am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP in Dresden, das marktfähige Demonstratoren baut.
Optimistisch blickt Christian Kalupka vom Fraunhofer ILT in die Projektzukunft: »Dank der im Verbundprojekt entstehenden Technologien lassen sich künftig aus hauchdünner Keramik biegsame und bruchfeste Displays für die tragbare Elektronik von morgen herstellen. Ich bin mir sicher, dass sie entscheidend zum Markterfolg vieler smarter Mobilgeräte beitragen werden.«
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT