Aufgabenstellung

In einem Grundlagenprojekt wird die Erzeugung keramischer Beschichtungen auf niedrigschmelzenden Substraten wie z.B. Aluminium, Magnesium und Kunststoffen untersucht. Die ther­mi­schen Eigenschaften der Beschichtungssysteme und der Substrate, wie die Schmelztemperatur, der thermische Ausdehnungskoeffizient und die Wärmeleitfähigkeit, stellen dabei eine große Herausforderung für die Prozessentwicklung dar. Ziel ist es, dichte und fest haftende Keramikschichten zu erzeugen, ohne das Substrat thermisch zu schädigen. Die angestrebten Schicht-Substrat-Kombinationen sind dabei mit der konventionellen Ofenpyrolyse nicht realisierbar.

Vorgehensweise

Unter Verwendung der PDC-Technologie (PDC – polymer-derived ceramic bzw. polymer-abgeleitete Keramik) werden beim Forschungspartner CME (Lehrstuhl für keramische Werkstoffe der Universität Bayreuth) polymerbasierte Schichtsysteme mit funktionalen Füllstoffen, wie z.B. ZrO₂ und Al₂O₃ entwickelt, und am Bayerischen Laserzentrum mittels Laserpyrolyse in eine Keramik umgewandelt. Dafür wird ein Nd:YVO₄-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm eingesetzt.

Ergebnisse

Auf Al- und Mg-Substraten wurden festhaftende, dichte Keramikschichten erzeugt, ohne das Substrat thermisch zu schädigen (Abb. 1 a, b). Die keramischen Schichten weisen neben einer sehr hohen Härte von 2200 – 2500 HV (Abb. 1 c) eine hohe Haftfestigkeit von > 20 MPa auf. Korrosionsuntersuchungen zeigen, dass die Schichten das Substrat vor sauren und basischen Medien, wie HCl (0,1 N) und NaOH (0,1 N), schützen. Außerdem wird Magnesium durch die Beschichtung vor der aggressiven Salzwasserkorrosion geschützt. Die hohe Haftfestigkeit der Schichten zeigt sich auch in einer sehr guten Thermoschockbeständigkeit sowohl bei einem positiven als auch negativen Temperaturgradienten (-196 °C (LN₂) auf 95 °C (H₂O) bzw. 400 °C (Luft) auf -196 °C (LN₂)).

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