Ultrahard optical diamond coatings (R-10212)

The central goal of the ULTRAHARD project is to detect low-absorbent (absorption below 1%), scratch-resistant (scratch test>60 N), ultra-hard (hardness>6 GPa) layers with low scattering, deposited on glass substrates selected for specific applications, or in AR stacks. We will study the feasibility and reliability of this process and prepare these technologies for upscaling. Based on our high-tech approach, a very important part of the project is to coordinate the coating process and the coating stacks specifically for user group applications in order to improve the production and product portfolio of the companies and to enter new markets. The user group includes companies from the entire value chain for these photonic components. Companies active in substrate preparation and materials (EpiGaN, AGC, Almax ...) will supply substrates in the user group to apply the developed coating technology. This will of course be compared with existing technology from the industry (Balzers, Platos, Europlasma, Soleras, AGC ...) and applied for specific cases from the industrial user group such as for solar cell and related applications (Azteq, Soltech) and fiber optics. in extreme Ultrahard optical diamond coating conditions (Key Technology, Commscope, FBGS International). The technology also finds its applications in camera applications, sensors, displays and lenses (Barco, OIP Sensors), where optical components with high performance are used in challenging conditions. Since the photonics industry is larger than the above-mentioned companies, dissemination (including via Sirris) will attempt to introduce a very broad group of companies to the technology. The technology providers can also be involved through the BELVAC organization.

Keywords:diamond, optical coating

Disciplines:Manufacturing processes, methods and technologies, Functional materials

Project type:Collaboration project

Results:In een eerste werkpakket werd onderzocht welke depositiemethoden het best geschikt zijn om de diamanten nanozaadjes af te zetten voor het opgroeien op grote oppervlakken. Ultrasoon spraycoaten werd daarbij vergeleken met spincoaten en dipcoaten – twee technieken die state-of-the-art zijn maar voornamelijk geschikt zijn voor kleinere oppervlakken. De conclusie van dit WP was dat ultrasoon spraycoaten geschikt is voor het homogeen afzetten van de diamanten nanozaadjes maar dat er typisch een iets dikkere (en dus ruwere) laag wordt afgezet. In het volgende werkpakket werden dan verschillende depositietechnieken met elkaar vergeleken. Hot filament technieken bij Fraunhofer in Duitsland en microgolf technieken bij UHasselt. Bij de microgolf technieken werd niet alleen een standaard systeem maar ook een antenna-gebaseerd systeem gebruikt dat roll-ro-roll compatibel is en dus ook gebruikt kan worden voor grotere oppervlakken. Hier werd duidelijk dat dit systeem perfect geschikt is voor het afzetten op verschillende substraten en de combinatie met ultrasoon spraycoaten kan leiden tot industrieel formaat diamanten coatings. In het volgende werkpakket werden dan de lagen gekarakteriseerd zowel op mechanisch gebied (naar hechting en krasvastheid) alsook op optisch gebied (naar transparantie). De combinatie van ultrasoon spraycoaten en antenne-gebaseerde microgolf depositie leidde tot goede resultaten met een iets verminderde optische transparantie (door de hogere ruwheid – zeker bij dunnere lagen; i.e. <100nm), maar met een even goed mechanisch gedrag. Er werd samen met de industriële partners gekeken naar eventuele toepassingen zoals coatings op groot-oppervlak glas, naar krasvaste coatings voor de bescherming van zonnepanelen, transparante, krasvaste coatings voor lenzen en zelfs diamanten coatings op substraten die maar 400°C kunnen verdragen. Hiervoor werd het depositieproces aangepast om ook bij die (voor diamant depositie) zeer lage temperaturen te kunnen deponeren. Tenslotte werd nog een economische analyse gemaakt van het depositieproces zodat bedrijven aan de hand van dit alles konden beslissen of de technologie en het gebruik van diamant als deklaag voor optische en mechanische verbetering van hun producten een waardevolle piste is om verder te onderzoeken.