Selektive Erzeugung von laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen auf Al₂O₃-ZrO₂ -Nb-Kompositen

Laserinduzierte periodische Oberflächenstrukturen (LIPSS) wurden selektiv auf der Metallphase von Al₂O₃-nZrO₂-Nb (78,3-1,7-20 Vol.-%) Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen hergestellt. Zu diesem Zweck wurden Probenoberflächen mit fs-Laserpulsen (τ = 300 fs, λ = 1025 nm) mit verschiedenen Laserpeakfluenzen im Bereich von 0,23 bis 0,40 J/cm² bestrahlt. Die strukturierten Oberflächen wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Rasterkraftmikroskopie (AFM), abgeschwächte Totalreflexions-Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (ATR-FTIR) und durch Messung des Wasserkontaktwinkels charakterisiert. Gut ausgeprägte LIPSS mit einer Periode von ~750 nm und einer Höhe von ~263 nm wurden ausschließlich auf der Metallphase des Verbundwerkstoffs gefunden, wenn die höchste Fluenz angewendet wurde, während keine strukturellen und chemischen Modifikationen auf der Oberfläche der Keramikmatrix gefunden wurden. Dies kann durch das unterschiedliche Lichtabsorptionsverhalten beider Phasen erklärt werden, was zu unterschiedlichen Ablationsschwellen führt. Der Wasserkontaktwinkel von Verbundoberflächen wurde erfolgreich von 68,4° für unbehandelte Proben auf 40,9° für strukturierte Proben reduziert. Für biomedizinische und tribologische Anwendungen sind selektiv strukturierte Verbundwerkstoffe mit einstellbarer Benetzbarkeit von besonderem Interesse.