Funktionalisierung von Keramikoberflächen durch thermisch gespritzte Schichten

Das Ziel der hier vorgestellten Arbeiten war die Entwicklung thermisch gespritzter Beschichtungslösungen für keramische Substrate, um die Funktionalität ihrer Oberflächen flexibel und gezielt verändern zu können. Prinzipiell können alle Keramiksubstrate beschichtet werden, die eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Bei porösen Keramiken (einschließlich vorgesinterter Keramiken) kann auf eine Substratvorbereitung verzichtet werden, dabei existieren unterschiedliche Grenzen für die verschiedenen Spritzverfahren (rund 60% Porosität bei APS und rund 30% beim HVOF und S-HVOF). Im Fall von dichten technischen Keramiken ist eine Substratvorbereitung notwendig. Das Sandstrahlen führt zu Substratschädigungen und Bindefehlern. Hier ist als Methode zur Substratvorbereitung die Laserablation die beste Wahl. Rauheitswerte R z von rund 40 µm ermöglichen die Herstellung dicker Schichten mit einer guten Anbindung zum Substrat. Eine Optimierung kann dadurch erreicht werden, wenn bei der Herstellung der Keramik die spätere Beschichtung von Anfang an Berücksichtigung findet und so auf eine spezielle Substratvorbereitung verzichtet werden kann. Dies eröffnet gleichzeitig auch vollkommen neue technologische Möglichkeiten wie das Beschichten vorgesinterter Keramikbauteile und das anschließende gemeinsame Sintern (Co-firing) von Substrat und Schicht.

The aim of the present work was to develop thermal spray coating solutions for flexible, targeted modification of the functionality of ceramic substrate surfaces. In principle, all ceramic substrates of sufficient strength can be coated. Substrate preparation can be omitted for porous ceramics (including presintered ceramics), with the porosity limits differing for the different spray processes (approximately 60% porosity for APS and approximately 30% for HVOF and S-HVOF coatings). Dense technical ceramics require substrate preparation. However, because sandblasting results in damage to the substrate and bonding defects, laser ablation is the best method for substrate preparation. Thick coatings with good substrate bonding can be achieved if the R z roughness values are about 40 µm. Manufacturing ceramic substrates with coatability in mind allows the substrate preparation step to be eliminated, thus providing completely new technological options such as coating of presintered ceramic parts followed by cofiring of the substrates and coatings.