Herstellung und komplexe Charakterisierung von Metall-Keramik-Verbundschichten
Final Report Abstract
Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Herstellung von Metall-Keramik-Kompositschichten mit hohem Keramikanteil von SiC und Si3N4 auf Stahlsubstraten. Da eine Versinterung, die bei dieser Materialkombination vor allem auf Grund der hohen erforderlichen Sintertemperaturen nicht in Frage kommt, sollte die Herstellung und Stabilisierung der Schichten für die galvanische Infiltration durch die Verwendung einer siloxanhaltigen Suspension erfolgen. Die für das galvanische Auffüllen notwendige offene Porosität der Schichten sollte dabei durch ein Ausheizen der organischen Bestandteile des Siloxans bei relativ niedriger Temperatur erfolgen. Diese Wärmebehandlung bei definierter Temperatur bewirkt keine Versinterung der Teilchen, führt aber auch nicht zur vollständigen Zerstörung der Brücken, die das Siloxan zwischen den Teilchen eingegangen ist. Die Schicht verfügt über eine ausreichende Handlingfestigkeit und ermöglicht durch ihre Offenporigkeit den Stromdurchgang zum Substrat und damit das galvanische Auffüllen mit Metall. Die Forschungsarbeiten sollten ausgehend von den Ergebnissen mit Silizium (Si) vor allem auf Siliziumkarbid (SiC) und Siliziunmitrid (Si3N4) als Hartstoffkomponente sowie Nickel und Kupfer als metallische Komponente zu konzentrieren. Dabei waren die Schwerpunkte der Verfahrensentwicklung die Suspensionsoptimierung, die elektrophoretische Abscheidung und die besondere Rolle des Siloxans in allen Prozessstufen. Begleitend zur Verfahrensentwicklung war die Charakterisierung der strukturellen und chemischen Schichteigenschaften vorgesehen. Von herausragender Bedeutung war hierbei der Einfluss der Grenzfläche zwischen den Verbundpartnem und deren Einfluss auf die Eigenschaften des Gesamtsystems. Da die Einsatzmöglichkeiten derartiger Funktionsschichten maßgeblich durch die Schichthaftung bestimmt werden, soll mit qualitativen Untersuchungen die Schichthaftung optimiert und verifiziert werden. Weiterhin muss davon ausgegangen werden, dass die Metall-Keramik- Verbundschichten vor allem hinsichtlich ihrer Verschleißeigenschaften von technischem Interesse sind. Im Mittelpunkt der Untersuchungen sollen deshalb die tribologischen Eigenschaften Reibung und Verschleiß stehen. Das Ziel dieser Untersuchungen ist es, Ergebnisse zu erhalten, über die rückwirkend die Art der Werkstofpaarung oder auch das Verhältnis Metall- Keramik gezielt beeinflusst werden können. Es ist noch nicht geklärt und erprobt, wie sich solche Schichten auf gekrümmten Flächen abscheiden lassen, wie da die Eigenschaften sind und welche Homogenität sich bei großen Bauteilen einstellt. Das ist reine Entwicklungsarbeit bei einem Anwender.
Publications
- Knote, A.; Krüger, H. G.; Selve, S.; Kups, T.; Kem, H.; Spiess, L.: Metal-ceramic composite layers on stainless steel through the combination of electrophoretic deposition and galvanic processes; Journal of materials science; Band 42 (2007), Vol. 12, 4545-4551
- Kups, Th.; Knote, A.; Spiess, L.: SEM and TEM investigations of electrophoretical deposited Si3N4 and SiC particles in siloxane of steel substrate, in Richter S., Schwedt A. (Eds.): EMC 2008, Vol. 2 Materials Science 2008, 695-696, Springer-Verlag Berlin (Siehe online unter: doi:10.1007/978-3-540-85226-l)
- Modeme Röntgenbeugung - Röntgendiffraktometrie für Materialwissenschaftler, Physiker und Chemiker - Lehrbuch Spieß, Lothar / Teichert, Gerd / Schwarzer, Robert / Behnken, Herfi-ied / Genzel, Christoph, 564 Seiten einschließlich Lösung von 26 Aufgaben, 339 Abbildungen, 82 Tabellen, 197 Literaturstellen, ISBN: 978-3-8351-0166-1, 2. erweit, und korr. Auflage, 12.3.2009
