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Maßgeschneiderte thermische Spritzschichten im System Al2O3-TiO2-Cr2O3 unter besonderer Berücksichtigung der elektrischen Eigenschaften

 
: Stahr, Carl Christoph

Aachen: Shaker, 2015, 148 pp.
Zugl.: Dresden, TU, Diss., 2015
Berichte aus der Fertigungstechnik
ISBN: 978-3-8440-4082-1
ISBN: 3-8440-4082-X
German
Dissertation
Fraunhofer IWS ()
Oberflächentechnik; elektrische Eigenschaft; thermisches Spritzen; keramische Schicht; Volumenwiderstand

Abstract
Elektrische Eigenschaften oxidischer thermischer Spritzschichten wurden bisher nur wenig und nicht zusammenhängend untersucht. In der vorliegenden Arbeit wird erstmalig das Werkstoffsystem thermisch gespritzter Schichten mit den Eckpunkten Al²O³, TiO² und Cr²O³ systematisch untersucht und dargestellt. Besonders attraktiv hinsichtlich der Anwendung dieses Systems z. B. in funktionalen Mehrschichtsystemen ist hier die spezifische Volumenleitfähigkeit. Das Wissen über diese Werkstoffe für das thermische Spritzen ist im Wesentlichen empirisch erarbeitet worden und fragmentarisch. Eigenschaften die über die weithin genutzten mechanischen Eigenschaften hinausgehen sind oft kaum bekannt und in den seltensten Fällen quantifizierbar. Für die wirtschaftliche Auslegung neuer Beschichtungen und die Entwicklung neuer Anwendungen ist die Kenntnis quantifizierbarer Größen jedoch unabdingbar. Wissen, welches über die Werkstoffeigenschaften vorliegt, ist dabei nur teilweise verwendbar, da es beim thermischen Spritzen oft zu spezifischen Werkstoffveränderungen kommt. Es gilt daher diese Spezifika zu erkennen, zu quantifizieren, zu nutzen oder durch gezielte Werkstoffmodifikation und Technologienutzung zu beeinflussen. Ziel der Arbeit ist es die elektrischen Eigenschaften von thermisch gespritzten Schichten innerhalb eines einfachen, preisgünstigen und gut verfügbaren Werkstoffsystems systematisch zu bestimmen und sie speziellen Verfahrens- oder Werkstoffparametern zuzuordnen. Elektrische Untersuchungen bilden so den Schwerpunkt der Arbeit und werden durch weitere für die Auslegung der Schichten wichtige Eigenschaftscharakterisierungen ergänzt. Zusammenhängend untersucht werden dabei sowohl die Einzeloxide als auch deren binäre Zusammensetzungen. Erstmalig werden in der vorliegenden Arbeit thermisch gespritzte Schichten aus dem Werkstoffsystem Al2O3-TiO2-Cr2O3 systematisch und zusammenhängend charakterisiert. Den Schwerpunkt der werkstofflichen Untersuchung bildete die Bestimmung des spezifischen elektrischen Volumenwiderstandes. Hierzu wird ein Prüfstand aufgebaut und speziell auf die hier erarbeiteten Anforderungen zur Vermessung thermisch gespritzter Schichten ausgelegt. Die elektrischen Messungen werden begleitet von einer eingehenden Untersuchung der Mikrostruktur, Phasenzusammensetzung und Harte. Ebenfalls wird der Einfluss des Spritzverfahrens durch die Betrachtung von Schichten, hergestellt durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen und Atmosphärisches Plasmaspritzen, mit einbezogen. Ausgehend von einer genauen Phasenanalyse der Ausgangswerkstoffe, werden auch Veränderungen durch den Spritzprozess dargestellt. Untersucht werden die drei Einzeloxide und eine repräsentative Auswahl binarer Werkstoffzusammensetzungen. Zur Herstellung der Schichten aus den binaren Oxidsystemen werden vorlegierte Pulver eingesetzt. Im Vergleich dazu werden für drei Zusammensetzungen von Al2O3 und Cr2O3 zusätzlich auch mechanisch gemischte Pulver eingesetzt.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-502297.html