Herstellung und komplexe Charakterisierung von Metall-Keramik-Verbundschichten

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Heinrich Kern
• Subject Area: Materials in Sintering Processes and Generative Manufacturing Processes
• Term: from 2006 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 27972760

Durch die Nutzung elektrophoretischer und galvanotechnischer Verfahren wurde es möglich, Beschichtungen auf Edelstahl zu realisieren, die in hervorragender Weise die Eigenschaften der Metalle mit denen der Keramik verbinden. Das Verfahren beruht auf einer Kombination von elektrophoretischer und galvanischer Abscheidung. Dabei wird ein gegenüber galvanischen Dispersionsabscheidungen sehr hoher Keramikanteil erreicht. Es konnten damit sowohl haftfeste Nickel-Zirkonoxid-Schichten als auch Kupfer-Zirkonoxid-Schichten erzeugt werden. Für die Herstellung dieser Schichten erwies sich eine Vorvernickelung bzw. Vorverkupferung des Edelstahlsubstrates als notwendig. Auf diese Schicht wurde dann aus einer ethanolischen Suspension ein nanoskaliges Zirkonoxidpulver (Tosoh TZ-8Y) elektrophoretisch aufgebracht und zu einer offenporösen Schicht mit einer Porosität von 40 - 50 % versintert. Anschließend wurde das Metall galvanisch in die Poren infiltriert. Die hohe Haftfestigkeit der Schicht konnte durch einen finalen Glühprozess erreicht werden. Festkörperphysikalische Untersuchungen zeigen, dass durch Diffusionsprozesse eine stoffschlüssige Anbindung der Verbundschicht an das Substrat erfolgt. Für die Herstellung von Silicium-Nickelschichten wurde das Herstellungsverfahren abgewandelt. Durch den Einsatz eines siliciumorganischen Precursors konnte der Verfahrensschritt ¿Sintern der Keramikschicht¿ umgangen werden. Als Ausgangsmaterial für die Herstellung der Schichten wurde das Siliciumpulver (H. C. Stark, Grade AX05) verwendet. Die elektrophoretische Abscheidung erfolgte aus einer wässrigen Suspension, die die siliciumorganische Verbindung als Bindemittel für die Grünschichten enthielt. Nach dem Trocknen und dem Ausheizen der organischen Bestandteile bei 500 °C waren die Schichten offenporig und so fest, dass sie galvanisch mit Nickel aufgefüllt werden konnten. Diese neue Verfahrensvariante ermöglicht den Einsatz von Pulvern, die schwer oder gar nicht sinterbar sind sowie die Herstellung von Keramikschichten auf Stahl, bei denen die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Verbundpartner deutlich verschieden sind.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Lothar Spieß