Entwicklung multifunktionaler keramischer Schichten im System TiO2-Cr2O3

In der vorliegenden Arbeit wurden die Herstellung und die Eigenschaften von APS- und HVOF-gespritzten Schichten aus dem gesamten System TiO2-Cr2O3 erstmalig systematisch untersucht. Im Rahmen der Arbeit wurden fünf experimentelle Beschichtungspulver mit Zusammensetzungen auf der TiO2-reichen Seite des System TiO2-Cr2O3 durch agglomerieren und sintern hergestellt. Hier konnten die angestrebten Phasenzusammensetzungen, wie sie im Phasendiagramm des Systems beschrieben werden, gezielt eingestellt werden. Bei thermoanalytischen Untersuchungen an zwei der experimentellen Beschichtungspulver bis 1500 Grad C zeigte sich kein Verlust an Cr2O3. Neben diesen experimentellen Zusammensetzungen, die den Kern des Projektes darstellen, wurden zur Komplettierung der Untersuchungen kommerziell verfügbare Pulvern auf der Cr2O3-reichen Seite des System TiO2-Cr2O3 sowie Titanoxidpulver verwendet. Nach entsprechenden Optimierungen konnten mit den beiden Spritzverfahren APS und HVOF homogene und porenarme Schichten hergestellt werden. Durch die Spritzprozesse kommt es zu erheblichen Veränderungen der Phasenzusammensetzungen, die in einigen Pulvern vorhandene E-Phase und TiCr2O5 wurden in den Schichten nicht gefunden. Das Eskolait- (Cr2O3-) Gitter findet sich als alleinige Phase in den Schichten der Cr2O3-reichen Seite. In den APS-gespritzten Schichten kann Eskolait als Nebenphase bis hin zur Zusammensetzung 76,5%TiO2-23,5%Cr2O3 nachgewiesen werden. Als Hauptbestandteile in den Schichten auf der Ti02-reichen Seite finden sich Rutilmischkristalle und die Hochtemperatur-Magneli-Phase (n-Phase). Bei der Schichthärte, dem spezifischen Widerstand der Schichten, als auch bei der Beständigkeit im ungeschmierten Reib/Gleitverschleiß existiert eine Abhängigkeit der Eigenschaften vom Cr2O3-Gehalt. Die erwarteten niedrigen spezifischen Widerstände auf der TiO2-reichen Seite wurden bestätigt. Als hochtemperaturstabile, elektrisch leitfähige keramische Schichten besitzen sie ein hohes Anwendungspotenzial. Die Vorteile der Schichten im ungeschmierten Reib/Gleitverschleiß liegen bei Hochtemperaturanwendungen.