Beschichtung von technischen Keramiken durch Thermisches Spritzen

Beschichtung von technischen
Keramiken durch Thermisches Spritzen
S.Scheitz
1
2
3
1,2
1
3
1
1
, F. - L . T o m a , S . T h i e l e , T . K u n t z e , U . K l o t z b a c h , C . L e y e n s
1,2
Fraunhofer Institut für Werkstoff und Strahltechnik IWS
Technische Universität Dresden, Institut für Werkstoffwissenschaft IfWW
Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Ergebnisse
¡ Funktionalisierung von Keramikoberflächen durch
Thermisches Spritzen um die Anwendungsbereiche
keramischer Bauteile zu erweitern:
¡ Auf Substraten aus Al2O3, AlN, Si3N4, SiC konnte die Oberflächenrauheit mittels Laserablation angepasst werden
Linienschraffur
Ziel
¡ Anpassung der Keramikoberfläche für eine optimale
mechanische Verankerung der Spritzschichten
LÖSUNG
100 µm
Laseroptik mit
Strahlablenksystem
Herstellungsstrategie:
- Granulat 1: vorverdichtetes Bulk-Material
- Granulat 2: 500 µm dick und nachverdichtet
- Pressdrücke: 40 MPa
- Vorgesintert bei 1200 °C
gepulster Laserstrahl
(UV-Festkörperlaser)
Granulatgröße 2: 250-500 µm
Substrat
A)
Granulatgröße 1: 0,7 µm
B)
200 µm
100 µm
200 µm
10
100 µm
200 µm
100 µm
¡ A) Laserablation: Oberflächenstrukturierung durch
Materialabtrag ohne mechanische und thermische
Einwirkung
¡ B) Gradierte Keramik: Erzeugung offener Poren an der
Substratoberfläche durch Verwendung unterschiedlicher
Granulatgrößen bei der Keramikherstellung
100 µm
200 µm
Kreuzschraffur
HERAUSFORDERUNG
Strukturmuster
- elektrisch isolierende oder leitfähige Schichten,
- selbstreinigende photokatalytische Oberflächen,
- Sensorschichten oder
- Metallisierung
100 µm
200 µm
200 µm
20
Laserverfahrgeschwindigkeit
50
mm / s
Einfluss der Laserverfahrgeschwindigkeit und des Strukturmusters auf Schichtanbindung
- Laserparameter sind materialabhängig auszuwählen
- Parameter wie z.B. Laserleistung, -verfahrgeschwindigkeit
und -verfahrweg beeinflussen die Strukturierung/Anbindung
- Schichthaftfestigkeit liegt im Bereich von 10 bis 28 MPa in
Abhängigkeit von Strukturform und Beschichtungsprozess
¡ Al2O3-Substrate mit Gradientenstruktur und optimaler Oberflächenrauheit wurden für die Beschichtung durch Thermisches
Spritzen entwickelt
¡ Ebenso wurde durch das Sintern beschichteter Substrate, die
Möglichkeit des Co-firings nachgewiesen
DANKSAGUNG
Die vorgestellten Ergebnisse wurden im Rahmen des AiF
geförderten Projektes “Cerasan – Funktionalisierung von
Keramikoberflächen durch thermisch gespritzte Schichten“
(IGF No. 17371 BR / DVS-No. 02.064) erarbeitet. Wir
bedanken uns für die finanzielle Unterstützung
Bundesministerium
für Bildung
und Forschung
Vor Co-firing
Nach Co-firing
Plasmagespritzte (APS) Al2O3-Schicht auf Al2O3-Keramiken mit Gradientenstrukturen
Kontakt
Stefan Scheitz
Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Winterbergstraße 28 | 01277 Dresden, Germany
Tel.: +49 351 83391-3094 | Fax: -3478
Email: [email protected]

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