Aufgabenstellung
Zusammen mit dem Lehrstuhl für keramische Werkstoffe der Universität Bayreuth (CME) konzentriert sich das Projekt auf die Entwicklung von funktionalen keramischen Beschichtungen für den Korrosions- und Verschleißschutz. Unter Verwendung der Sol-Gel- und PDC-Technologie (PDC – polymer-derived ceramic bzw. polymer-abgeleitete Keramik) werden polymerbasierte Schichtsysteme mit funktionalen Füllstoffen, wie z.B. ZrO₂, über die Ofen- und die Laserpyrolyse in eine Keramik umgewandelt, wobei es sich bei der Laserpyrolyse um eine relativ neue Technologie handelt, die bei Sol-Gel-Schichten bisher nicht eingesetzt wurde.

Vorgehensweise
Für die Laserpyrolyse wird ein Nd:YVO₄ Lasersystem mit einer Wellenlänge von 1064 nm eingesetzt. An Haftzugproben (4 x 4 cm) wurde die Haftfestigkeit von laserpyrolysierten ZrO₂ PDC-Keramikschichten auf V2A-Stahlsubstraten ermittelt. Das Potential dieser PDC-Schichten für den Verschleißschutz wurde in tribologischen Pin-on-Disc Tests an doppelt bestrahlten Schichten untersucht und es wurde die Vickers Mikrohärte bestimmt.

Ergebnisse
Die Vickers Mikrohärte einer einfach bestrahlten Schicht liegt bei 2161 ± 92 HV0.01. Eine Doppelbestrahlung führt zu einem Anstieg der Härte auf 2840 ± 260 HV0.01. Das V2A-Stahlsubstrat weist dagegen nur eine Härte von 312 ± 22 HV0.01 auf. Konventionell hergestelltes ZrO₂ besitzt eine Härte von ca. 1200 – 1400 HV. Die Haftfestigkeit der PDC-Schichten beträgt bei einer Einfachbestrahlung 32,7 ± 1,6 MPa. Bei einer Doppelbestrahlung liegt die Haftfestigkeit bei 36,2 ± 0,3 MPa. Im Tribotest gegen Stahl (ohne Schmiermittel) konnte für doppelt bestrahlte Schichten ein Reibungskoeffizient von 0,18 ± 0,01 bestimmt werden. Bild a zeigt die Oberfläche einer doppelt bestrahlten Schicht. Das Gefüge der Schichten ist durch dentritförmige ZrO₂-Kristalle gekennzeichnet (Bild b und c).