Hohe Materialkosten, instabile Prozesse oder begrenzte Werkstoffeigenschaften?
Die Ursache liegt oft auf Partikelebene.
Wir beschichten jedes einzelne Pulverpartikel gezielt (Core–Shell-Partikel) und verändern so Grenzflächen, die Prozess- und Materialverhalten bestimmen.
- Gezielte Einstellung von Diffusion, Reaktivität und Legierung in der Pulvermetallurgie
- Verbesserte Laserabsorption und stabilere Prozesse in der additiven Fertigung
- Reduzierter Edelmetalleinsatz durch funktionale Oberflächen, z.B. Katalyse
Typischer Ablauf: technische Abstimmung → Konzepterstellung → Muster produzieren
Warum Standardpulver oft der limitierende Faktor sind?
In vielen Anwendungen werden Prozesse und Materialien intensiv optimiert – über Anlagenparameter, Prozessführung oder Legierungen.
Trotzdem bleiben zentrale Herausforderungen bestehen:
- hoher Aufwand in der Werkstoffentwicklung
- ungleichmäßige Verteilung von Legierungspulvern
- begrenzte Materialeigenschaften
- instabile Prozesse
Das Verhalten von Pulvern wird in vielen Fällen an der Oberfläche jedes einzelnen Partikels bestimmt – nicht vom Volumen.
Gezielte Partikelbeschichtung statt Materialänderung
Durch die Beschichtung einzelner Pulverpartikel entstehen Core-Shell-Partikel:
- Core: vorhandenes Pulver
- Shell: aufbringen einer definierten funktionalen Oberflächenschicht
Kurze technische Einschätzung Ihrer Anwendung
Durch gezielte Beschichtung einzelner Partikel lassen sich Material- und Prozesseigenschaften präzise einstellen.
Von der Oberfläche zum Prozessverhalten
Die Oberfläche bestimmt, wie ein Partikel im Prozess reagiert. Durch gezielte Beschichtung wird diese Reaktion steuerbar.
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Warum die Partikeloberfläche oft wichtiger ist als das Material selbst
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Auswirkung auf Prozesse, Materialien und Entwicklung
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Typische Anwendungen von funktionalisierten Pulverpartikeln
Partikelbeschichtung ist immer dann relevant, wenn Oberflächeneigenschaften das Prozess- oder Materialverhalten bestimmen.
Entscheidend ist nicht das Material allein, sondern wie sich die Partikeloberfläche im Prozess verhält.
Typische Anwendungen zeigen sich in folgenden Bereichen:
Additive Fertigung (LPBF, DED, SLM, SLS, keramischer 3D Druck)
Problem
- instabile Schmelzbäder
- geringe oder inkonsistente Energieabsorption
- eingeschränkte Verarbeitbarkeit bestimmter Materialien (z. B. Cu, Al)
- Zu geringes Fließverhalten des Pulvers
- Inkonsistente Mischung der Legierungselemente
Physikalische Ursache
Die Wechselwirkung zwischen Laser und Material wird durch die Partikeloberfläche bestimmt:
- Reflexion vs. Absorption
- Oxidschichten und Oberflächenenergie
- Agglomerationen
Lösung (nano2b Ansatz)
Gezielte Anpassung der Partikeloberfläche durch funktionale Beschichtung:
- veränderte optische Eigenschaften
- kontrollierte Grenzflächen
- gezieltes Verteilen der Legierungselemente
Ergebnis
- stabilere Prozesse und erweiterte Prozessfenster
- verbesserte Energieeinbringung, dadurch kürzere Druckzeiten
- zuvor nicht fließfähige Pulver werden verwendbar
- homogene Legierungen
Katalyse und funktionale Oberflächen
Problem
- hoher Bedarf an Edelmetallen
- ineffiziente Nutzung aktiver Oberfläche
Physikalische Ursache
Katalytische Aktivität findet ausschließlich an der Oberfläche statt:
- Reaktionen laufen an wenigen aktiven Zentren
- Volumenmaterial ist oft nicht genutzt
Lösung (nano2b Ansatz)
Aufbringen aktiver Materialien auf kostengünstige Trägerpartikel:
- gezielte Funktionalisierung der Oberfläche
- kontrollierte Verteilung aktiver Zentren
Ergebnis
- effizienterer Einsatz teurer Materialien
- potenziell geringere Materialkosten
Schleifwerkstoffe und Verbundsysteme
Problem
- Schleifkörner oder funktionale Zusätze haften schlecht in Binder- oder Matrixsystemen.
- Die Benetzung zwischen Schleifpartikel und Matrix ist unzureichend.
- Feine Zusätze lassen sich nur schwer homogen verteilen.
- Beim Pulvermischen entstehen Agglomerate und lokale Konzentrationsunterschiede.
Physikalische Ursache
Die Grenzfläche zwischen Schleifpartikel und Matrix bestimmt maßgeblich die Haftung im Verbund. Sind die Oberflächeneigenschaften beider Materialien nicht kompatibel:
- die Oberfläche wird schlecht benetzt
- es entstehen schwache Grenzflächen
- die Kräfte können nicht effizient übertragen werden
Lösung (nano2b Ansatz)
Die Oberfläche der Schleifpartikel wird gezielt mit einer funktionellen Beschichtung versehen. Die Shell wird dabei so gewählt, dass sie:
- eine hohe Affinität zum Schleifkorn besitzt
- gleichzeitig eine gute Wechselwirkung mit der Matrix ermöglicht.
Ergebnis
- berbesserte Haftung im Verbund
- gleichmäßig verteilte Additive
- reduzierte Agglomeration
- reproduzierbare Schleifeigenschaften
Pulvermetallurgie und Sinterprozesse
Problem
- schwer kontrollierbare Diffusion
- variierende Mikrostrukturen
- begrenzte Einstellbarkeit von Eigenschaften (z.B. Porosität, Härte, Leitfähigkeit, …)
- nicht wiederholbare Vermischung von Pulvern beim Legieren
Physikalische Ursache
Sinter- und Diffusionsprozesse starten an der Partikeloberfläche:
- Grenzflächen bestimmen Materialtransport
- lokale chemische Bedingungen dominieren
- Agglomerationen
Lösung (nano2b Ansatz)
Gezielte Steuerung der Grenzflächen durch Partikelbeschichtung:
- definierte Diffusion (gehemmt oder erhöht)
- kontrollierte Kontaktflächen
- Definierte Menge und Verteilung des Legierungsmaterials
Ergebnis
- reproduzierbarere Mikrostruktur
- gezielte Materialeigenschaften
- homogene Legierung
Legierungsentwicklung
Problem
- Legierungselemente lassen sich nur schwer homogen verteilen
- feine Zusätze agglomerieren beim Pulvermischen
- neue Legierungen verursachen hohen Entwicklungs- und Qualifizierungsaufwand
Physikalische Ursache
Feine Legierungszusätze besitzen eine hohe spezifische Oberfläche und neigen dadurch zu Agglomeration und Entmischung. Dies führt zu:
- Inhomogene Mikrostruktur
- Ungleichmäßige Verteilung der Zusätze
- Lokale Konzentrationsunterschiede
Lösung (nano2b Ansatz)
Anstatt neue Pulver zu entwickeln, werden bestehende Pulver gezielt oberflächenmodifiziert:
- Legierungszusätze werden direkt auf die Trägerpartikel aufgebracht
- Homogene Verteilung auf jedem einzelnen Partikel
- Bestehende Pulver können weiterhin verwendet werden
Ergebnis
- gleichmäßige Verteilung von Legierungselementen
- schnellere und kostengünstigere Werkstoffentwicklung
- reduzierter Mischaufwand
- reproduzierbare Materialeigenschaften
- effizienterer Einsatz von Legierungszusätzen
Weitere Anwendungen und Bereiche
- Recycling von Pulvern (Oberfläche reaktivieren)
- funktionale Additive in Verbundwerkstoffen
- Anpassung von Fließverhalten und Wechselwirkungen
- Medizintechnik
- Metallurgie
- chemische Industrie
- Luft- und Raumfahrt
- Scientific
- Metal Injection Molding
- Keramikindustrie
- Beschichtungsverfahren (Thermische Spritzen, Kaltgasspritzen)
Erste technische Einschätzung Ihrer Anwendung
Für konkrete Anforderungen und laufende Projekte
Wie eine Zusammenarbeit funktioniert
Die Entwicklung funktionalisierter Pulver erfolgt in mehreren klar definierten Schritten – von der Analyse der Anwendung bis zur Bereitstellung beschichteter Partikel.
1. Anwendung verstehen
Gemeinsam klären wir:
- aktuelle Herausforderungen
- Prozess und Einsatzbereich
- relevante Material- und Zielparameter
2. Beschichtungskonzept
Basierend darauf entwickeln wir gemeinsam ein geeignetes Konzept:
- Ableitung der gewünschten Grenzflächeneigenschaften
- Definition der Schichtarchitektur
- Auswahl von Core-Material und Beschichtung (Shell)
3. Herstellung beschichteter Partikel
Die Umsetzung erfolgt über definierten Beschichtungsprozess:
- kontrollierte Aufbringung der funktionalen Schichten
- reproduzierbare Herstellung von Core–Shell-Strukturen
4. Bewertung durch Kunden
Die Validierung erfolgt im jeweiligen Anwendungssystem:
- Tests beim Kunden im realen Prozess
- Rückmeldung zu Verhalten und Performance
- Anpassung und Weiterentwicklung der Beschichtung
5. Produktion
Wir bleiben Ihr produzierender Partner
- Prototypen
- Kleinserien bis Großserien
Wir entwickeln mit Ihnen gemeinsam Ihre anwendungsspezifische Materiallösung.
Typischer Einstieg ist eine kurze fachliche Diskussion, in der aktuelle Ideen und Probleme besprochen und nach Lösungen gesucht wird.
Erste technische Einschätzung Ihrer Anwendung
Für konkrete Anforderungen und laufende Projekte
Technologische Kompetenz aus Forschung und Anwendung
Wir kombinieren langjährige Erfahrung in Dünnschichttechnologie und Oberflächenphysik mit einem physikalischen Verständnis von Grenzflächen in Pulversystemen.
Der Fokus liegt dabei auf dem Verständnis und der kontrollierten Gestaltung von Grenzflächen.
Wir sind ein junges, dynamisches und agiles Team mit einer Leidenschaft für technologische Innovation. Mit über 20 Jahren gemeinsamer Erfahrung in der Dünnschichttechnologie und der PVD-Beschichtung von Pulvern verbinden wir wissenschaftliche Tiefe mit industrieller Praxis.
Jürgen Bauer
Strategie & Umsetzung
Co-Founder
Entscheidend ist, ob sich eine Lösung im realen Prozess umsetzen lässt.
Viele materialbedingte Effekte entstehen an der Oberfläche – genau dort setzen wir an.
David Böhm
Technologie & Entwicklung
Co-Founder
Häufig gestellte Fragen (FAQ):
Allgemeine Fragen:
Wie startet eine Zusammenarbeit?
Typischer Einstieg ist eine kurze Beschreibung Ihrer Anwendung.
Im nächsten Schritt erfolgt ein technisches Gespräch, in dem wir das Thema gemeinsam einordnen und mögliche nächste Schritte klären.
Muss die Problemstellung vollständig definiert sein?
Nein.
Auch eine erste Beobachtung oder grobe Fragestellung reicht aus, um ein technisches Gespräch zu starten.
Was kostet eine Partikelbeschichtung?
Die Kosten hängen stark von der jeweiligen Anwendung ab.
Entscheidend sind insbesondere:
- das Material der Beschichtung
- die Dicke bzw. der Massenanteil der Beschichtung (wiederum stark abhängig von der Größe des Pulvers)
Eine pauschale Angabe ist daher nicht sinnvoll.
Wie lange dauert die Umsetzung?
Relevant sind insbesondere:
- Beschaffung des Ausgangspulvers (Core)
- Verfügbarkeit des Beschichtungsmaterials (Shell)
Materialien werden in der Regel projektspezifisch durch ein bestehendes Händlernetzwerk beschafft.
Der Einstieg erfolgt schnell über ein technisches Gespräch.
Wer testet die beschichteten Pulverpartikel?
Grundsätzlich entwickeln und liefern wir die beschichteten Partikel, die Bewertung erfolgt im jeweiligen Anwendungssystem beim Kunden.
Zusätzlich stehen über die Zusammenarbeit mit einem breiten Netzwerk an Laboren und wissenschaftlichen Partnern, insbesondere der TU Wien, umfangreiche Messmethoden zur Charakterisierung der Partikel und deren Oberflächeneigenschaften zur Verfügung.
Ist das Standardprodukt oder individuelle Entwicklung?
Es handelt sich um eine individuelle Lösung.
Die Beschichtung wird anwendungsspezifisch entwickelt, basierend auf Material, Prozess und Zielsetzung.
Warum bestehende Pulver beschichten statt neue Legierungen entwickeln?
Durch die gezielte Funktionalisierung der Partikeloberfläche können Eigenschaften beeinflusst werden, ohne das Grundmaterial vollständig auszutauschen. Dadurch lassen sich neue Ansätze oft schneller und günstiger evaluieren (schnellere Iteration in der Werkstoffentwicklung) als durch die Entwicklung neuer Legierungen.
Warum erfolgt die Anpassung über die Oberfläche und nicht über das Volumenmaterial?
In vielen Anwendungen bestimmen Grenzflächen und Oberflächeneigenschaften maßgeblich das Verhalten eines Pulvers. Durch die gezielte Modifikation der Oberfläche können diese Eigenschaften verändert werden, ohne das gesamte Materialsystem neu entwickeln zu müssen.
Sozusagen erfolgt eine Anpassung des Pulvers an den Prozess, mit minimaler Änderung der Legierung.
Was ist der Unterschied zwischen nano2b und der Pulverbeschichtung?
Die klassische Pulverbeschichtung bezieht sich auf das Lackieren von Bauteilen.
Ziel von nano2b ist die gezielte Beschichtung einzelner Pulverpartikel, um deren Verhalten gezielt zu beeinflussen.
Fragen zum Pulver (Core):
Welche Pulvermaterialien können als Core verwendet werden?
Grundsätzlich können metallische, keramische und hybride Pulver eingesetzt werden. Dazu zählen z. B.:
- Sondermaterialien oder Mischsysteme
- Metalle (z. B. Cu, Al, Fe, Legierungen)
- Keramiken (z. B. Oxide, Carbide)
Gibt es Einschränkungen beim Core-Material?
Wir verwenden einen Vakuumprozess und beladen die Anlage unter Atmosphäre (für kleinere Mengen ist auch eine inerte Atmosphäre möglich). Daher gilt:
- stabil unter Vakuumbedingungen
- keine unerwünschte chemische Reaktivität mit Sauerstoff in Atmosphäre
- thermische Stabilität
Welche Pulvergeometrien können beschichtet werden?
Die Beschichtung ist grundsätzlich unabhängig von der Partikelform. Typische Geometrien sind:
- sphärische Partikel
- unregelmäßige oder gebrochene Partikel
- dendritische Pulver
- flockige Strukturen
Hat die Partikelform Einfluss auf die Beschichtung?
Ja.
Die Partikelgeometrie bestimmt unter anderem die effektive Oberfläche und beeinflusst die Gleichmäßigkeit der Beschichtung (z.B. bei Hinterschneidungen).
Welche Korngrößen sind möglich?
Typische Bereiche liegen zwischen ca. 1 µm und 1 mm.
Können unterschiedliche Größenverteilungen verarbeitet werden?
Ja.
Sowohl enge als auch breite Kornverteilungen sind grundsätzlich möglich. Homogenität der Beschichtung ist über alle Fraktionen gegeben.
Müssen Pulver speziell vorbereitet sein?
Das hängt vom Ausgangsmaterial ab.
Wichtige Faktoren sind:
- Sauberkeit der Oberfläche
- Oxid- oder Kontaminationsschichten
- Feuchtigkeit oder Adsorbate
Diese können die Wechselwirkung zwischen Core und Shell beeinflussen.
Können bestehende Pulver als Ausgangsmaterial verwendet werden?
Ja.
Bestehende kommerzielle oder kundenseitige Pulver können als Ausgangspunkt verwendet werden und durch eine funktionale Oberflächenschicht erweitert werden. Diese werden entweder von uns beschafft oder von Ihnen beigestellt.
Fragen zur Beschichtung (Shell):
Ist die Beschichtung gleichmäßig auf allen Partikeln?
Ja.
Ziel ist eine möglichst gleichmäßige und reproduzierbare Beschichtung der einzelnen Partikel.
Welche Materialien können als Beschichtung (Shell) verwendet werden?
Als Beschichtung kommen mehrere Materialklassen in Frage:
- Metalle
- Legierungen
- keramische Materialien
- Oxide oder Nitride
- Kombinationen daraus
Kann die Beschichtung aus mehreren Materialien bestehen?
Ja.
Die Beschichtung kann aus:
- einzelnen Schichten
- mehreren Lagen (Multilayer)
- Gradienten (kontinuierlicher Übergang)
bestehen.
Welche Schichtarchitekturen sind möglich?
Typische Schichtarchitekturen sind:
- einfache Core–Shell-Strukturen
- Multilagen-Systeme (z. B. A/B/A)
- Gradientenstrukturen (z.B. von A über A/B 50/50% zu B)
Wie dick sind die Beschichtungen?
Typische Schichtdicken liegen im Bereich von:
- sub Nanometer
- bis maximal etwa 1 µm
Dies hängt stark von der Korngröße und der Korngrößenverteilung des Pulvers ab. Generell gilt: Je kleiner die Pulverpartikel sind, desto größer ist die zu beschichtende effektive Oberfläche.
Wie wirkt sich die Schichtdicke auf die Massenanteile aus?
Da die Schichten sehr dünn sind, ergeben sich typische Massenanteile von:
ca. 1 ppm bis ~10 %
Bei welchen Temperaturen erfolgt die Beschichtung?
Die Beschichtung erfolgt bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen (< 250 °C) .
Soll die Temperatur niedriger blieben kann dies durch längere Beschichtungszeiten mit niedrigerer Aufbringrate erreicht werden.
Muss eine hohe Fließ- bzw. Rieselfähigkeit vorhanden sein?
Nein.
Das Fließverhalten ist keine harte Voraussetzung für die Beschichtung.
Das Fließverhalten wird durch die gewählte Beschichtung beeinflusst werden.
Eine erste Einschätzung ist oft bereits anhand der Partikelbewegung (z. B. beim Schwenken eines transparenten Behälters gefüllt mit einer kleinen Menge an Pulver) möglich.
Erste technische Einschätzung Ihrer Anwendung
Für konkrete Anforderungen und laufende Projekte