Techniklexikon

Beschichtung

1) Materialwissenschaft: das gezielte Aufbringen von Materialien in dünnen Schichten auf die Oberfläche eines Werkstückes, wodurch dessen Eigenschaften nachhaltig beeinflusst werden (Oberflächenbehandlung). Durch die verschiedensten Beschichtungstechnologien aus der gasförmigen, flüssigen, festen oder ionisierten Phase heraus können Metalle, nichtmetallische anorganische Werkstoffe und Polymerwerkstoffe auf sich selbst oder wechselseitig aufeinander aufgebracht werden. Insbesondere hat das Aufbringen von Lösungen oder Dispersionen anorganischer oder polymerer Substanzen zum Schutz und zur Farbgebung der Oberflächen ein breites Anwendungsfeld.

2) Optik: eine oder mehrere dünne Schichten auf optischen Materialien, die die Reflexions- und Transmissionseigenschaften des auftreffenden Lichtes beeinflussen. Die Reflexions- und Transmissionseigenschaften sind von den Brechzahlen des Substrats und der Schicht, ferner von der Schichtdicke, der Absorption, der Wellenlänge, dem Einfallswinkel und dem Polarisationszustand des eingestrahlten Lichts abhängig. Bei der Beschichtung von optischen Komponenten unterscheidet man zwischen entspiegelten (AR, Antireflex-), hochreflektierenden (HR) bzw. dielektrischen Beschichtungen und metallischen Beschichtungen.

Bei der Entspiegelung (Vergütung) bringt man auf die Oberfläche des zu vergütenden optischen Elements (Linse, Prisma, Brillenglas o.ä.) eine sehr dünne reflexmindernde Schicht aus einem durchsichtigen Stoff mit kleinerer Brechzahl auf und bemisst die Schichtdicke so, dass die an der Vorder- und Hinterseite reflektierten Strahlen gerade eine halbe Wellenlänge Gangunterschied besitzen (was bei senkrechtem Einfall eine Schichtdicke von l/4 bedingt). Ist n₁ » 1 die Brechzahl von Luft, n₂ diejenige des zu vergütenden Materials (z.B. Flintglas F3 mit n₂ = 1,6128), so ergibt sich die optimale Brechzahl n der reflexmindernden Schicht zu . Diesem Wert kommt man durch Verwendung von z.B. Kryolith (n = 1,33) als Schichtmaterial schon sehr nahe. Bei einer Einfachschicht kann durch die Entspiegelung nur die Reflexion einer Wellenlänge unterdrückt werden. Für die Entspiegelung über einen breitbandigen Bereich werden Mehrfachschichten aus unterschiedlich brechenden Substanzen aufgebracht (Multi-Coating).

Als hochreflektierende oder dielektrische Schichten bezeichnet man Beschichtungen, die das Reflexionsvermögen von optischen Elementen (Spiegeln) deutlich erhöhen und das nicht reflektierte Licht (im Gegensatz zu stark absorbierenden Metallspiegeln) fast vollständig durchtreten lassen. Derartige Spiegel werden z.B. als Strahlteilerspiegel für Farbfernsehgeräte und als Laserspiegel verwendet. Kennzeichen dieser Beschichtungen ist, dass die Brechzahl des Schichtmaterials grösser als diejenige des optischen Materials ist. Die Schichtdicke muss auch hier wieder l/4 betragen. Bei der Reflexion an der ersten Grenzfläche (Luft-dielektrische Schicht) findet ein Phasensprung um 180° statt (Reflexion am optisch dichteren Medium). Bei der Reflexion an der zweiten Grenzfläche gibt es zwar keinen Phasensprung (Reflexion am optisch dünnen Medium), aber durch den Wegunterschied l/2 dieser Welle im Vergleich zu der an der ersten Grenzfläche reflektierten Welle kommt es auch hier zu einer Phasenverschiebung um 180°. Dies führt insgesamt zu einer Verstärkung der beiden Wellen und damit zu einer Verstärkung der Reflexion. Diese z.B. in der Laserphysik auf Resonatorspiegeln aufgebrachten Beschichtungen bestehen aus harten, dielektrischen Oxidschichten, deren Brechzahl grösser als die des optischen Materials ist. Es findet nur ein Phasensprung um 180° statt (Luft zu Schicht), der zusammen mit dem Wegunterschied von l/2 zu konstruktiver Interferenz führt. Auch hier beeinflusst die Anzahl der (l/4)-Schichten die Reflexionseigenschaften (bei 20 Schichten sind Reflexionsraten von 99,9 % bei nur 0,1 % Absorption möglich).

Im allgemeinen werden plane oder gekrümmte optische Materialien mit metallischen Schichten bedampft, und das Reflexionsvermögen des so entstandenen Spiegels ist vom verwendeten Metall abhängig. Aluminium ist eine der Standardbeschichtungen von Spiegeln für den sichtbaren bis in den IR-Bereich hinein. Um Beschädigungen vorzubeugen, werden diese Spiegel mit Schutzschichten z.B. aus SiO₂ überzogen.  [AH, JH, KB2]