Verfahren und Beschichtungsmaterial zum Herstellen von Keramik/Metall-Verbundbeschichtungen

Abstract

 Zur Herstellung von relativ dicken Keramik- isolierschichten, wird ein Beschichtungsverfahren beschrieben. bei dem Keramik und Metall als Verbundmaterial im Spritzverfahren auf ein Substrat aufgetragen wird. Das Abscheidungsmaterial wird in Form eines Keramikrohres mit einer Metallseele der Aufspritzvorrichtung zugeführt. Hierbei dient das Keramikrohr während des Spritzverfahrens auch als Isolierung für die Metallseele, um eine Überhitzung des Metalls bzw. dessen Verdampfung zu vermeiden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Keramik/Metall-Verbundschichten im Spritzverfahren sowie auf ein Beschichtungsmaterial dazu.

[0002] Es ist bekannt, hohen Temperaturen ausgesetzte Gegenstände mit einer Keramikbeschichtung zu isolieren. Die Schichtdicke des Keramiküberzuges richtet sich nach den Isolieranforderungen, wobei jedoch aufgrund der hohen Temperaturspannungen, die im Keramikmaterial auftreten können die Schichtdicke eines Keramiküberzuges stark begrenzt ist. Es sind allerdings reine Keramikschichten mit stärkerer Schichtdicke mit dem Plasmaspritzverfahren herstellbar. Das auf ein Subsatrat aufgebrachte Material hat bei diesem Verfahren sehr hohe Temperaturen und einen geringen Temperaturgradienten, so daß etwaige Spannungen in den noch flüssigen Gebieten abgebaut werden können. Jedoch sind diese Schichten bei insbesondere stärkerem Temperaturwechsel nicht beständig.

[0003] Die Schichtdickengrenze läßt sich bekannterweise mit einer Verbundbeschichtung aus Keramik und Metall erweitern. Zur Herstellung einer solchen Verbundschicht wird zunächst eine Keramikschicht und darauf eine Metallschicht aufgebracht. Dieses bekannte Verfahren erfordert jedoch zwei Arbeitsgänge.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich eine beständige Keramik/Metall-Schicht mit möglichst geringem Arbeitsaufwand auf ein Substrat aufbringen läßt.

[0005] Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

[0006] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein einziger Arbeitsgang, nämlich das Aufspritzen der Materialmischung benötigt, wobei das Keramikmaterial bei einer geringeren Temperatur als bei den bekannten Verfahren verarbeitet werden kann, nachdem es auf dem Substrat in das weichere Metall eingebettet wird. Bei der so erzeugten Isolierschicht sind die beiden Komponenten, nämlich das Metall und das Keramikmaterial innerhalb der gesamten Schicht vermischt, so daß außerdem eine bessere Aufnahme von Spannungskräften durch das Metall erfolgen kann, als es bei der Nacheinanderbeschichtung von Keramik und Metall möglich ist. Es hat sich auch gezeigt, daß eine derartige Schicht eine hohe physikalische, mechanische und chemische Beständigkeit hat. Sie eignet sich somit nicht nur zur Herstellung von Wärmeisolierschichten, sondern auch für verschleißhemmende Oberzüge.

[0007] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Metall in im Keramikmaterial eingebetteter Form dem Aufspritzvorgang zugeführt.

[0008] Dies hat den Vorteil, daß die hohen, zur Aufschmelzung des Keramikmaterials erforderlichen Temperaturen nicht direkt das Metall beaufschlagen und somit eine Verdampfung des Metalls im Aufspritzvorgang vermieden wird.

[0009] Vorzugsweise wird eine Aufbereitung des Beschichtungsmaterials in der Form eines Keramikrohres mit einer Metall- oder metallhaltigen Seele vorgeschlagen.

[0010] Dieses Verbund-Beschichtungsmaterial wird in einer einfachen Form durch Ziehen von Keramikrohren und Auffüllen mit dem entsprechenden Metall hergestellt. Das Metall oder ein metallhaltiges Material kann dabei als Pulver, in flüssiger Form oder als Draht in das Keramikrohr eingebracht werden.

[0011] Ein so aufbereitetes Beschichtungsmaterial hat viele Vorteile. Bei der Verwendung eines Drahtkernes kann eine Endlosschlaufe durch Aufreihen von Keramikrohrstücken hergestellt werden. Der Draht und das Keramikrohr können - wenn erforderlich oder für einen bestimmten Anwendungsfall zweckmäßig - mit unterschiedlichen Vorschubgeschubsgeschwindigkeiten angetrieben werden.

[0012] Es ist ferner möglich, die Konzentration des Kernmaterials kontinuierlich zu variieren. Dieses kann gegebenenfalls auch elektronisch während des Aufspritzvorganges erfolgen, indem ein pulverfömiges Kernmaterial elektronisch in Abhängigkeit des momentanen Beschichtungszustandes gemischt und in das Keramikrohr eingeführt wird.

[0013] Um eine gute Haftung der Schicht auf dem Substrat zu erreichen, ist es je nach Beschaffenheit des Substrats zweckmäßig, zunächst eine metallreiche Schicht aufzubringen und kontinuierlich die Keramikkonzentration mit zunehmender Schichtdicke zu erhöhen, um die gewünschte Isolier- und verschleißhemmende Wirkung zu erreichen. Die Konzentration in der Beschichtung wird durch Ändern der Konzentration eines aus Metall und Keramikmaterial bestehenden Kernmaterials oder durch Veränderung des Relativvorschubes zwischen Kernmaterial und Keramikrohr erreicht.

[0014] Im Aufspritzvorgang dient das Keramikrohr gleichzeitig zur Wärmeisolierung für das Metall, so daß dieses nicht bis auf die Verdampfungstemperatur erhitzt wird. Es konnte festgestellt werden, daß das Material im Spritzvorgang in ähnlicher Form eines gespitzten Bleistiftes vom Stab abgetragen wird, wobei Keramik und Metall gleichzeitig auf das Substrat aufgebracht werden.

[0015] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Das Beschichtungsmaterial ist ein Stab 12, bestehend aus einem Keramikrohr 10, z.B. aus Aluminiumoxid, Zirconoxid mit einer Metallseele 11, z.B. aus Co, CrNi, Metall/Keramikmaterial, der in einer Spritzvorrichtung 13 aufgeschmolzen wird. Mit Hilfe eines gasförmigen Strömungsmittels 14 wird das aufgeschmolzene Verbundmaterial auf ein Substrat 15 aufgebracht.

[0016] Der Stab 12 wird innerhalb der Spritzvorrichtung 13 auf eine Temperatur erwärmt, die das Keramikmaterial 10 zum Schmelzen bringt. Isoliert durch das Keramikrohr 10 erhitzt sich der Metallkern 11 nicht bis auf die von außen beaufschlagte Temperatur, sondern auf eine niedrigere Temperatur, die ausreicht um das Metall zum Schmelzen, jedoch nicht zum Verdampfen zu bringen. Der Abtrag des Beschichtungsmaterials erfolgt an der Spitze 16 des Stabes mit konischem Verlauf, so daß mit dem Abtrag des Keramikmaterials von der Spitze aus flüssiges Metall mitgezogen werden kann.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Keramik/Metall-Verbundbeschichtungen im Spritzverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall zusammen mit dem Keramikmaterial aufgespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall in im Keramikmaterial eingebetteter Form dem Aufspritzvorgang zugeführt wird.

3. Beschichtungsmaterial zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial die Form eines Keramikrohres (10) mit einer Metallseele (11) oder einer metallhaltigen Seele hat.

Zeichnung