WO2007000422A2 - Verfahren zum herstellen von keramischen schichten - Google Patents

Verfahren zum herstellen von keramischen schichten Download PDF

Info

Publication number
WO2007000422A2
WO2007000422A2 PCT/EP2006/063516 EP2006063516W WO2007000422A2 WO 2007000422 A2 WO2007000422 A2 WO 2007000422A2 EP 2006063516 W EP2006063516 W EP 2006063516W WO 2007000422 A2 WO2007000422 A2 WO 2007000422A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cold gas
ceramic
precursors
particles
energy input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2006/063516
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2007000422A3 (de
Inventor
Ursus KRÜGER
Raymond Ullrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to JP2008518801A priority Critical patent/JP5106390B2/ja
Priority to US11/922,664 priority patent/US7781024B2/en
Priority to EP06763866A priority patent/EP1899494B1/de
Priority to DE502006007540T priority patent/DE502006007540D1/de
Publication of WO2007000422A2 publication Critical patent/WO2007000422A2/de
Publication of WO2007000422A3 publication Critical patent/WO2007000422A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles

Definitions

  • the invention relates to a method for producing ceramic layers, in which particles are injected by means of a nozzle onto the surface to be coated and adhere there.
  • the thermal spray gun is a Plas ⁇ mastrahl generated can be fed into the micro-particles of ceramics ⁇ substance and thereby at least partially melted. In this way, the microparticles formed during the impact with the substrate to be coated or the layer located in the structure, a ceramic structure of which may be provides by a thermal aftertreatment finished ge ⁇ .
  • the silicon-containing plastics which are also referred to as preceramic polymers (for example, polycarbosilanes, Polysila- Zane Poysiloxane), by thermal decomposition (Py ⁇ rolyse) in high-performance ceramic materials be transferred. Because of the lower process temperatures, however, thermal spraying processes are not available for the production of polymer ceramics.
  • the object of the invention is to provide a method for producing ceramic layers by means of injection, which is accessible to the production of polymer-ceramic layers.
  • Cold spraying methods are basically known, for example, from DE 102 24 780 A1.
  • the device necessary for operating the method has, for example, a vacuum chamber in which a substrate can be placed in front of a so-called cold spray nozzle.
  • the vacuum chamber is evacuated and by means of the cold spray nozzle (also called the cold gas spray gun) a gas jet is generated, in which particles can be introduced for coating the workpiece.
  • the cold spray nozzle also called the cold gas spray gun
  • the particles can additionally be heated, their heating being limited in such a way that the melting temperature of the particles is not achieved (this circumstance is named after the term cold gas spraying).
  • thermal energy can be changed into the cold gas jet by adjusting the speed of the cold gas stream as well as possibly ⁇ additional contribution. He must be such that the precursors of the polymer ceramic ber Diagram in particle form to the O of the accelerated substrate to be coated ⁇ remain to at least stick (this hereinafter more).
  • a coating of polymer ceramic can be produced by spraying, the properties of which are not jeopardized by thermal overstressing of the particles to be sprayed.
  • fillers whose thermal sensitivity would not permit addition to the plasma jet of a thermal spraying process. Since the ceramics used in thermal spraying generally have a very high melting point, the addition of fillers is virtually eliminated in conventional ceramic processes.
  • metals in particular zirconium (Zr), titanium (Ti) or aluminum (Al) or metal alloys are supplied in particular from the abovementioned materials, which react with the precursors of the polymer ceramic in the course of layer formation.
  • Zr zirconium
  • Ti titanium
  • Al aluminum
  • metal alloys are supplied in particular from the abovementioned materials, which react with the precursors of the polymer ceramic in the course of layer formation.
  • active fillers for example silicon oxide (SiO 2 ), silicon carbide (SiC), silicon nitride (SiN), boron nitride (BN) or corundum.
  • passivated metals are inactive as they have an oxidized upper surface ⁇ having ceramic properties.
  • ⁇ active metals generally have a sufficiently high melting point, so they are not involved in the reactions involved in the formation of the poly ⁇ mericeramics.
  • noble metals such as gold (Au) or platinum (Pt).
  • the fillers can be preference as nanoparticulate involved in the cold spray process to increase the reactivity ⁇ .
  • the nanoparticles In order for a processing with the cold gas spraying is possible, the nanoparticles must be attached to larger particles due to their very clotting ⁇ gen inertia.
  • the fillers can be embedded as nanoparticles in a matrix of preceramic polymers as precursors of the polymer ceramic, wherein the precursors each form microparticles that can be processed by cold gas spraying. Embedding in the matrix of the precursors is particularly advantageous in the case of reactive fillers, since they can then react completely in the formation process of the polymer ceramic because of their good distribution and large surface area. Tikeln a process for the production of microparticles with embedded as microencapsulation in a matrix nanoparticle is offered for example by the company capsulation ® ⁇ on.
  • the energy input into the cold gas jet is so will measure that the reaction of the precursors of the polymer ceramic during the film formation is completed.
  • the precursors of the polymer ceramic when impinging on the backing (substrate layer or under construction in the up) are converted completely into the polymer ceramic fillers while simultaneously turned ⁇ builds with or are the precursors of the polymer ceramic react.
  • the energy input into the cold gas jet is dimensioned such that a liability of the
  • the post-treatment for example, by the energy input electromag netic radiation ⁇ , particular of laser light in the forming layer.
  • the laser can be advantageously aligned to the impact of the cold gas jet, where ⁇ is achieved by the energy input into the layer just as locally takes place, as it is ⁇ rich by the cold gas jet .
  • the polymer ceramic in the coating can also be completed if, due to the requirements of the process, the energy input into the cold gas jet is limited.
  • the process parameter of the energy input into the cold gas jet can also advantageously be used to favorably influence the adhesion of the layer to the substrate. This takes place in that the energy input into the cold gas jet ⁇ is measured during the coating of the still uncoated substrate such that the particles have a Verbin ⁇ dung received with the material of the substrate.
  • the particles can form a bond with this because of their kinetic energy on impact with the still uncoated substrate, said be for example of covalent bonds ⁇ can stand.
  • the layer adhesion is advantageously improved, which, for example, reduces the risk of it peeling off when the ceramic layer is produced mechanically.
  • the single FIGURE represents a device for cold gas spraying.
  • This has a vacuum tank 11, in which on the one hand a cold spray nozzle 12, which can also be referred to as a cold gas spray gun, and on the other ⁇ hand, a substrate 13 is arranged (attachment not shown in detail).
  • a process gas can be supplied to the cold gas spray gun 12 through a first line 14. This has, as indicated by the contour, a laval shape, through which the process gas is expanded and accelerated in the form of a gas jet ⁇ (arrow 15) to a surface 16 of the substrate 13 out.
  • the process gas can, for example, as Reactive gas containing oxygen 17.
  • the process gas can be heated in a manner not shown, where ⁇ sets itself in the vacuum container 12 a required process temperature.
  • a second conduit 18 of the cold spray nozzle 12 can be supplied particles 19, the preceramic polymers as the matrix can be made with fillers 19a 19b for the polymer to be formed ⁇ ceramic. These particles are accelerated in the gas jet and impinge on the surface 16. The kinetic energy of the particles causes them to adhere to the surface 16, whereby the oxygen 17 is also incorporated into the forming layer 20 or is involved in the pyrolytic reactions of the preceramic polymers.
  • other filler 19c which are designed as microparticles, the cold gas stream fed ⁇ are mixed, the also incorporated into the layer 21 ⁇ to.
  • the substrate can be ⁇ 13 in the direction of the double arrow 21 can be moved in front of the cold spray nozzle 12 back and forth.
  • the coating process is constantly maintained preserver ⁇ th the vacuum in the Va kuumhunt 11 by the vacuum pump 22, wherein the process gas is passed through a filter 23 before passage through the vacuum pump 22 to particle filter out the non when impinging on the surface 16 bound to them.
  • a boundary area 24 which is shown cross-hatched and refers to the surface-adjoining part of the fabric 16 of the substrate 13 and adjacent to the surface at ⁇ particles of the forming layer.
  • the energy input into the forming layer can be controlled in such a way that a good adhesion between the layer 20 and the substrate 13 is effected.
  • covalent bonds are used which form between the impinging particles 19 and the substrate 13, without the surface 16 of the substrate 13 being melted.
  • ⁇ prevents can that components of the Substra ⁇ tes 13 are installed in an undesired manner in the forming layer 20 and vice versa.
  • a heater 25 is furthermore provided in the vacuum container 11. With this, during the course of the coating process, the temperatures required in the vacuum chamber can be achieved. Furthermore, to introduce a local energy input into the layer in the form of electromagnetic radiation, a laser 26 is accommodated in the vacuum container 11, which can be moved by means of a pivotable suspension 27. In particular, this as shown in the figure, are directed towards the impact point of the cold gas stream 15 where ⁇ through during the layer forming process may be carried out an additional ex- ternal energy input that is independent of the energy input into the cold gas jet 15 °.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von keramischen Schichten (20) mittels Spritzen. Damit erfin- dungsgemäß Polymerkeramiken aus präkeramischen Polymeren her- gestellt werden können, wird erfindungsgemäß ein Kaltgasspritzverfahren verwendet, bei dem mittels einer Kaltspritzpistole (12) ein Kaltgasstrahl (15) erzeugt wird, in den über eine Leitung (18) Partikel (19) aus dem präkeramischen Poly- meren beigefügt werden. Die Energie zur Erzeugung der Schicht (20) auf einem Substrat (13) wird durch Einprägen einer hohen kinetischen Energie in den Kaltgasstrahl (15) erzeugt, so dass eine thermische Erwärmung des Kaltgasstrahls (15) nicht oder nur wenig erfolgen muss. Daher lassen sich die thermisch empfindlichen präkeramischen Polymere mittels des Kaltgasspritzens spritztechnisch als Beschichtung (20) auf ein Substrat (13) aufbringen. Damit werden Polymerkeramiken einem wirtschaftlichen Verfahren zur schnellen Erzeugung von Schichten mit verhältnismäßig großer Dicke zugänglich. Es können beispielsweise Verschleißschutzschichten, thermische Schutzschichten und andere Funktionsschichten hergestellt werden.

Description

Verfahren zum Herstellen von keramischen Schichten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von keramischen Schichten, bei dem Partikel mittels einer Düse auf die zu beschichtende Oberfläche gespritzt werden und dort haften bleiben.
Die Herstellung von keramischen Schichten durch thermisches Spritzen ist beispielsweise bekannt aus einer Veröffentli¬ chung des US-Verteidigungsministeriums (The AMPTIAC Newslet¬ ter, Frühling 2002, Vol. 6 No. 1) . Danach können Mikroparti- kel, die die keramischen Bestandteile der zu erzeugenden ke- ramischen Beschichtung enthalten, in einem thermischen
Spritzprozess auf die zu beschichtende Oberfläche gespritzt werden. Durch die thermische Spritzpistole wird ein Plas¬ mastrahl erzeugt, in den die Mikropartikel des Keramikwerk¬ stoffes eingespeist werden und dadurch zumindest teilweise aufgeschmolzen werden. Hierdurch bildet sich bei dem Auftreffen der Mikropartikel auf das zu beschichtende Substrat bzw. die im Aufbau befindliche Schicht ein keramisches Gefüge aus, welches evtl. durch eine thermische Nachbehandlung fertig ge¬ stellt wird.
In jüngerer Vergangenheit ist eine neue Klasse keramischer Materialien - die so genannten Polymer-Keramiken - entwickelt worden. Zu dieser neuen keramischen Klasse wird beispielsweise durch den Lehrstuhl für Glas und Keramik an der Universi- tat Erlangen auf der Internetseite www. presse .uni¬ erlangen. de\ Aktuelles\Keram%20Material .html (verfügbar am 06.09.2004) ausgeführt, dass Polymerkeramiken nicht im traditionellen Verfahren des Hochtemperaturglühens (Sintern) von pulverförmigen Rohstoffen hergestellt werden können, da die keramischen Rohmaterialien (Precursor) als Polymere für dieses Verfahren eine zu hohe thermische Empfindlichkeit aufwei¬ sen. Stattdessen muss ein stark von chemischen Techniken geprägter Verfahrensansatz verfolgt werden, bei dem die silizi- umhaltigen Kunststoffe, die auch als präkeramische Polymere bezeichnet werden (beispielsweise Polycarbosilane, Polysila- zane und Poysiloxane) , durch eine thermische Zersetzung (Py¬ rolyse) in keramische Hochleistungsmaterialien überführt werden. Wegen der niedrigeren Prozesstemperaturen sind jedoch thermische Spritzverfahren der Herstellung von Polymerkeramiken nicht zugänglich.
Gemäß O. Goerke und andere ist es aus „Ceramic coatings pro- cessed by spraying of siloxane precursors (polymer- spraying)", Journal of the European Ceramic Society 24 (2004) 2141-2147 bekannt, die Precursoren von Polymerkeramiken entweder als Lösung oder als Schmelze durch Sprühen auf eine O- berfläche aufzubringen, auf der diese Precursoren dann haften bleiben. Die Herstellung der Polymerkeramik ist durch eine geeignete thermische Behandlung der so erhaltenen Beschich- tung zu erzeugen. Zunächst wird eine Polymerisation der Precursoren bei beispielsweise 2000C durchgeführt. Anschließend kann die Sinterbehandlung zur Herstellung der Keramik bei bis zu 1000 0C erfolgen.
Weiterhin ist es gemäß L. S. Schadler und andere, „Micro- structure and Mechanical Properties of Thermally Sprayed Si- lica/Nylon Nanocomposites", Journal of Thermal Spray Techno¬ logy, Vol. 6 (1997), 475 bis 485 möglich, Composite bestehend aus polymeren und Keramikpartikeln durch thermisches Spritzen (HVOF-Spritzen) herzustellen. Zu diesem Zweck wird der thermisch empfindliche Polymerwerkstoff als Partikel verarbeitet, welche von dem einzubettenden keramischen Werkstoff ummantelt sind. Diese Partikel können in dem Flammstrahl des thermi- sehen Spritzverfahrens eingebracht werden, so dass der ge¬ wünschte Polymer-Keramikverbund in der gespritzten Schicht entsteht .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen von keramischen Schichten mittels Spritzens anzugeben, welches der Herstellung von polymerkeramischen Schichten zugänglich ist.
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Verfahren er¬ findungsgemäß dadurch gelöst, dass als Partikel Vorstufen ei¬ ner Polymerkeramik (die auch als präkeramische Polymere be¬ zeichnet werden) verwendet werden und als Düse eine Kalt¬ spritzdüse unter Einsatz des Kaltspritzens verwendet wird. Die Anwendung des Kaltspritzverfahrens hat den Vorteil, dass im Unterschied zu thermischen Spritzverfahren die zur Bildung der Beschichtung notwendige Energie aufgrund einer starken Beschleunigung der Beschichtungsteilchen im Kaltgasstrahl (bevorzugt auf mehrfache Schallgeschwindigkeit) erzeugt wird.
Kaltspritzverfahren sind grundsätzlich beispielsweise aus der DE 102 24 780 Al bekannt. Die zum Betrieb des Verfahrens not¬ wendige Vorrichtung weist beispielsweise eine Vakuumkammer auf, in der ein Substrat vor einer so genannten Kaltspritzdü- se platziert werden kann. Zur Durchführung der Beschichtung wird die Vakuumkammer evakuiert und mittels der Kaltspritzdü¬ se (auch Kaltgasspritzpistole genannt) ein Gasstrahl erzeugt, in dem Partikel zur Beschichtung des Werkstücks eingeschleust werden können. Diese werden durch den Kaltgasstrahl stark be- schleunigt, so dass ein Anhaften der Partikel auf der Ober¬ fläche des zu beschichtenden Substrates durch Umwandlung der kinetischen Energie der Partikel erreicht wird. Die Partikel können zusätzlich erwärmt werden, wobei deren Erwärmung derart begrenzt wird, dass die Schmelztemperatur der Partikel nicht erreicht wird (dieser Umstand trägt namensgebend zum Begriff Kaltgasspritzen bei) .
Der Energieeintrag in die Beschichtungsteilchen, d. h. die Vorstufen der Polymerkeramik, kann durch Einstellen der Geschwindigkeit des Kaltgasstrahls sowie durch eventuell zu¬ sätzliche Einbringung thermischer Energie in den Kaltgasstrahl verändert werden. Er muss so bemessen werden, dass die Vorstufen der Polymerkeramik, die in Partikelform auf die O- berfläche des zu beschichtenden Substrates beschleunigt wer¬ den, zumindest haften bleiben (hierzu im Folgenden mehr) . Hierdurch lässt sich eine Beschichtung aus Polymerkeramik durch Spritzen erzeugen, deren Eigenschaften nicht durch eine thermische Überbeanspruchung der zu verspritzenden Teilchen gefährdet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist es möglich, dass weitere Partikel als Füllstoff dem durch die Düse erzeugten Kaltgasstrahl zugeführt werden. Hierbei be- steht vorteilhaft die Möglichkeit, Füllstoffe zu verwenden, deren thermische Empfindlichkeit einen Zusatz zum Plamastrahl eines thermischen Spritzverfahrens nicht erlauben würde. Da die bei thermischen Spritzverfahren verwendeten Keramiken im Allgemeinen einen sehr hohen Schmelzpunkt aufweisen, ist der Zusatz von Füllstoffen bei konventionellen keramischen Verfahren nämlich so gut wie ausgeschlossen.
Es ist beispielsweise vorteilhaft, wenn Metalle, insbesondere Zirkon (Zr) Titan (Ti) oder Aluminium (Al) oder Metalllegie- rungen insbesondere aus dem genannten Materialien zugeführt werden, die bei der Schichtbildung mit den Vorstufen der Polymerkeramik reagieren. Hierbei entsteht die Möglichkeit, die Zusammensetzung der Polymerkeramiken mittels Zugabe von aktiven Füllstoffen zu beeinflussen. Weiterhin kann beispielsweise vorteilhaft auch ein Anteil an passiven Füllstoffen zugegeben werden, beispielsweise Siliziumoxid (SiO2) , Siliziumkarbit (SiC) , Siliziumnitrid (SiN) , Bohrnitrid (BN) oder Korund. Weiterhin können passivierte o- der inaktive Metalllegierungen oder Metalle zugegeben werden, Passivierte Metalle sind inaktiv, da sie eine oxidierte Ober¬ fläche aufweisen, die keramische Eigenschaften aufweist. In¬ aktive Metalle weisen im Allgemeinen einen genügend hohen Schmelzpunkt auf, damit sie an den bei der Bildung der Poly¬ merkeramik beteiligten Reaktionen nicht beteiligt sind. Vorrangig kommen edle Metalle wie Gold (Au) oder Platin (Pt) in- frage.
Die Füllstoffe können zur Steigerung der Reaktivität vorzugs¬ weise nanopartikulär in dem Kaltspritzprozess eingebunden werden. Damit eine Verarbeitung mit dem Kaltgasspritzen möglich wird, müssen die Nanopartikel aufgrund ihrer sehr gerin¬ gen Trägheit an größere Partikel gebunden werden. Beispiels- weise können die Füllstoffe als Nanopartikel in eine Matrix präkeramischer Polymere als Vorstufen der Polymerkeramik eingebettet werden, wobei die Vorstufen jeweils Mikropartikel bilden, die sich mit dem Kaltgasspritzen verarbeiten lassen. Die Einbettung in die Matrix der Vorstufen ist insbesondere bei reaktiven Füllstoffen besonders vorteilhaft, da diese we¬ gen ihrer guten Verteilung und großen Oberfläche dann vollständig bei dem Bildungsprozess der Polymerkeramik reagieren können. Ein Verfahren zur Herstellung von Mikropartikeln mit in einer Matrix als Mikroverkapselung eingebetteten Nanopar- tikeln wird beispielsweise durch die Firma Capsulation ® an¬ geboten.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl derart be- messen wird, dass die Reaktion der Vorstufen der Polymerkeramik während der Schichtbildung vollständig abgeschlossen wird. Dies bedeutet, dass die Vorstufen der Polymerkeramik beim Auftreffen auf die Unterlage (Substrat bzw. sich im Auf- bau befindliche Schicht) vollständig in die Polymerkeramik umgewandelt werden und dabei Füllstoffe gleichzeitig einge¬ baut werden bzw. mit den Vorstufen der Polymerkeramik reagieren. Hierdurch lässt sich vorteilhaft ein sehr wirtschaftli¬ ches Verfahren verwirklichen, weil eine Nachbehandlung der polymerkeramischen Schicht nicht notwendig ist. Eventuell kann ein thermischer Nachbehandlungsschritt erfolgen, der beispielsweise zum Abbau von Eigenspannungen benötigt wird.
Es ist jedoch auch möglich, dass der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl derart bemessen wird, dass eine Haftung der
Partikel gewährleistet ist, jedoch die Reaktion der Vorstufen der Polymerkeramik nicht abgeschlossen wird und anschließend eine Nachbehandlung erfolgt. Mit der Nachbehandlung kann vorteilhaft gezielt eine Umwandlung in Polymerkeramiken erfol- gen, wobei dies in dem gesamten erzeugten Schichtverbund ge¬ schieht, wodurch der Aufbau von fertigungsbedingten Spannungen vorteilhaft vermindert oder sogar ausgeschlossen werden kann. Als Nachbehandlung soll in diesem Zusammenhang auch eine direkt nach dem Auftreffen der Vorstufen der Polymerkera- mik eingeleitete Behandlung verstanden werden, die bereits während des Schichtaufbaus den gebildeten Anteil der Be- schichtung mit zusätzlicher Energie beaufschlagt.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Nachbe- handlung beispielsweise durch den Energieeintrag elektromag¬ netischer Strahlung, insbesondere von Laserlicht in die sich bildende Schicht erfolgt. Der Laser kann vorteilhaft auf die Auftreffstelle des Kaltgasstrahls ausgerichtet werden, wo¬ durch erreicht wird, dass der Energieeintrag in die Schicht genauso lokal erfolgt, wie dies durch den Kaltgasstrahl er¬ reicht wird. Auf diese Weise lässt sich die Polymerkeramik in der Beschichtung auch fertig stellen, wenn aufgrund der Anforderungen des Prozesses der Energieeintrag in den Kaltgas- strahl begrenzt ist.
Der Verfahrensparameter des Energieeintrags in den Kaltgasstrahl kann außerdem vorteilhaft dazu genutzt werden, um die Haftung der Schicht auf dem Substrat günstig zu beeinflussen. Dies geschieht dadurch, dass der Energieeintrag in den Kalt¬ gasstrahl bei der Beschichtung des noch unbeschichteten Substrates derart bemessen wird, dass die Partikel eine Verbin¬ dung mit dem Werkstoff des Substrates eingehen. Hierbei ist der Umstand zu berücksichtigen, dass die Partikel aufgrund ihrer kinetischen Energie beim Auftreffen auf das noch unbeschichtete Substrat eine Verbindung mit diesem eingehen können, wobei diese beispielsweise aus kovalenten Bindungen be¬ stehen können. Hierdurch wird die Schichthaftung vorteilhaft verbessert, was bei einer mechanischen Beanspruchung der er- zeugten keramischen Schicht beispielsweise die Gefahr ihres Abplatzens verringert.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur stellt eine Vor- richtung zum Kaltgasspritzen dar. Diese weist einen Vakuumbehälter 11 auf, in dem einerseits eine Kaltspritzdüse 12, die auch als Kaltgasspritzpistole bezeichnet werden kann, und an¬ dererseits ein Substrat 13 angeordnet ist (Befestigung nicht näher dargestellt) . Durch eine erste Leitung 14 kann ein Pro- zessgas der Kaltgasspritzpistole 12 zugeführt werden. Diese weist, wie durch die Kontur angedeutet, eine Lavalform auf, durch die das Prozessgas entspannt und in Form eines Gas¬ strahls (Pfeil 15) zu einer Oberfläche 16 des Substrates 13 hin beschleunigt wird. Das Prozessgas kann beispielsweise als reaktives Gas Sauerstoff 17 enthalten. Weiterhin kann das Prozessgas in nicht dargestellter Weise erwärmt werden, wo¬ durch sich in dem Vakuumbehälter 12 eine geforderte Prozesstemperatur einstellt.
Durch eine zweite Leitung 18 können der Kaltspritzdüse 12 Partikel 19 zugeführt werden, die als Matrix präkeramische Polymere 19a mit Füllstoffen 19b für die zu bildende Polymer¬ keramik ausgeführt sein können. Diese Partikel werden in dem Gasstrahl beschleunigt und treffen auf der Oberfläche 16 auf. Die kinetische Energie der Partikel führt zu einem Anhaften derselben auf der Oberfläche 16, wobei auch der Sauerstoff 17 in die sich ausbildende Schicht 20 eingebaut wird bzw. an den pyrolytischen Reaktionen der präkeramischen Polymere betei- ligt wird. Außerdem können weitere Füllstoffpartikel 19c, die als Mikropartikel ausgeführt sind, dem Kaltgasstrahl zuge¬ mischt werden, die ebenfalls in die Schicht 21 eingebaut wer¬ den.
Zur Ausbildung der Schicht kann das Substrat 13 in Richtung des Doppelpfeils 21 vor der Kaltspritzdüse 12 hin und her be¬ wegt werden. Alternativ ist es auch möglich, in nicht dargestellter Weise die Kaltspritzdüse 12 schwenkbar auszuführen. Während des Beschichtungsprozesses wird das Vakuum in der Va- kuumkammer 11 durch die Vakuumpumpe 22 ständig aufrechterhal¬ ten, wobei das Prozessgas vor der Durchleitung durch die Vakuumpumpe 22 durch einen Filter 23 geführt wird, um Partikel auszufiltern, die beim Auftreffen auf die Oberfläche 16 nicht an diese gebunden wurden.
In einem Grenzbereich 24, der kreuzschraffiert dargestellt ist und sich auf den an die Oberfläche 16 angrenzenden Teil des Gefüges des Substrates 13 und die an die Oberfläche an¬ grenzenden Partikel der sich ausbildenden Schicht bezieht, kann durch geeignete Einstellung der Prozessparameter der E- nergieeintrag in die sich bildende Schicht derart gesteuert werden, dass eine gute Haftung zwischen der Schicht 20 und dem Substrat 13 bewirkt wird. Hierbei werden bevorzugt kova- lente Bindungen ausgenutzt, die sich zwischen den auftreffenden Partikeln 19 und dem Substrat 13 ausbilden, ohne dass die Oberfläche 16 des Substrates 13 aufgeschmolzen wird. Hier¬ durch kann verhindert werden, dass Bestandteile des Substra¬ tes 13 in ungewünschter Weise in die sich bildende Schicht 20 eingebaut werden und andersherum.
Um die Schicht 20 nach der Herstellung einer geeigneten Wärmebehandlung zum Abschluss der in der Schicht 20 ablaufenden Reaktionen unterwerfen zu können, ist in dem Vakuumbehälter 11 weiterhin eine Heizung 25 vorgesehen. Mit dieser können während des Ablaufes des Beschichtungsprozesses auch die in der Vakuumkammer geforderten Temperaturen erreicht werden. Weiterhin ist zur Einbringung eines lokalen Energieeintrags in die Schicht in Form von elektromagnetischer Strahlung ein Laser 26 in dem Vakuumbehälter 11 untergebracht, der sich mittels einer schwenkbaren Aufhängung 27 bewegen lässt. Insbesondere kann dieser, wie in der Figur dargestellt, auf den Auftreffpunkt des Kaltgasstrahls 15 ausgerichtet werden, wo¬ durch während des Schichtbildungsprozess ein zusätzlicher ex- terner Energieeintrag erfolgen kann, der unabhängig vom Energieeintrag in den Kaltgasstrahl 15 ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von keramischen Schichten (20), bei dem Partikel (19) mittels einer Düse auf die zu beschich- tende Oberfläche (16) gespritzt werden und dort haften blei¬ ben, dadurch gekennzeichnet, dass als Partikel Vorstufen (19a) einer Polymerkeramik verwendet werden und als Düse eine Kaltspritzdüse (12) unter Einsatz des Kaltgasspritzens verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Partikel als Füllstoff (19b, 19c) dem durch die Düse erzeugten Kaltgasstrahl (15) zugeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Metalle, insbesondere Zr, Ti oder Al, oder Metalllegie- rungen als aktive Füllstoffe (19b, 19c) zugeführt werden, die bei der Schichtbildung mit den Vorstufen (19a) der Polymerkeramik reagieren.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Keramiken, insbesondere SiO2, SiC, SiN, BN oder Korund, oder inaktiven bzw. passivierte Metalllegierungen oder Metalle, als passive Füllstoffe (19b, 19c) zugeführt werden, die bei der Schichtbildung an der Reaktion der Vorstufen (19a) der Polymerkeramik unbeteiligt bleiben.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl (15) derart be¬ messen wird, dass die Reaktion der Vorstufen (19a) der Polymerkeramik während der Schichtbildung vollständig abgeschlos¬ sen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl (15) derart be¬ messen wird, dass eine Haftung der Partikel (19) gewährleis- tet ist, jedoch die Reaktion der Vorstufen (19a) der Polymerkeramik nicht abgeschlossen wird und anschließend eine Nach¬ behandlung erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlung durch den Energieeintrag elektromag¬ netischer Strahlung, insbesondere von Laserlicht in die sich bildende Schicht erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl (15) bei der Be- schichtung des noch unbeschichteten Substrates (13) derart bemessen wird, dass die Partikel (19) eine Verbindung mit dem Werkstoff des Substrates (13) eingehen.
PCT/EP2006/063516 2005-06-28 2006-06-23 Verfahren zum herstellen von keramischen schichten Ceased WO2007000422A2 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008518801A JP5106390B2 (ja) 2005-06-28 2006-06-23 セラミック層を製作する方法
US11/922,664 US7781024B2 (en) 2005-06-28 2006-06-23 Method for producing ceramic layers
EP06763866A EP1899494B1 (de) 2005-06-28 2006-06-23 Verfahren zum herstellen von keramischen schichten
DE502006007540T DE502006007540D1 (de) 2005-06-28 2006-06-23 Verfahren zum herstellen von keramischen schichten

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005031101A DE102005031101B3 (de) 2005-06-28 2005-06-28 Verfahren zum Herstellen von keramischen Schichten
DE102005031101.6 2005-06-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2007000422A2 true WO2007000422A2 (de) 2007-01-04
WO2007000422A3 WO2007000422A3 (de) 2007-03-22

Family

ID=36709978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2006/063516 Ceased WO2007000422A2 (de) 2005-06-28 2006-06-23 Verfahren zum herstellen von keramischen schichten

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7781024B2 (de)
EP (1) EP1899494B1 (de)
JP (1) JP5106390B2 (de)
DE (2) DE102005031101B3 (de)
WO (1) WO2007000422A2 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009118335A1 (de) 2008-03-28 2009-10-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum erzeugen einer schicht durch kaltgasspritzen
EP2206803A1 (de) * 2009-01-08 2010-07-14 General Electric Company Vorrichtungen, Systeme und Verfahren mit Kaltspraybeschichtung
WO2021104876A1 (de) * 2019-11-26 2021-06-03 Siemens Aktiengesellschaft Kaltgas-spritzanlage mit einer heizgasdüse und verfahren zum beschichten eines substrats

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4973324B2 (ja) * 2007-06-08 2012-07-11 株式会社Ｉｈｉ コールドスプレー方法、コールドスプレー装置
US8192799B2 (en) * 2008-12-03 2012-06-05 Asb Industries, Inc. Spray nozzle assembly for gas dynamic cold spray and method of coating a substrate with a high temperature coating
DE102009033620A1 (de) * 2009-07-17 2011-01-20 Mtu Aero Engines Gmbh Kaltgasspritzen von oxydhaltigen Schutzschichten
DE102009038013A1 (de) * 2009-08-20 2011-02-24 Behr Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Oberflächen-Beschichtung zumindest eines Teils eines Grundkörpers
US20120009409A1 (en) 2010-07-08 2012-01-12 Jones William F Method for applying a layer of material to the surface of a non-metallic substrate
DE102011052118A1 (de) * 2011-07-25 2013-01-31 Eckart Gmbh Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf einem Substrat, Beschichtung und Verwendung von Partikeln
US9828542B2 (en) 2013-03-15 2017-11-28 Melior Innovations, Inc. Methods of hydraulically fracturing and recovering hydrocarbons
US9815943B2 (en) 2013-03-15 2017-11-14 Melior Innovations, Inc. Polysilocarb materials and methods
US9499677B2 (en) 2013-03-15 2016-11-22 Melior Innovations, Inc. Black ceramic additives, pigments, and formulations
US10167366B2 (en) 2013-03-15 2019-01-01 Melior Innovations, Inc. Polysilocarb materials, methods and uses
US11091370B2 (en) 2013-05-02 2021-08-17 Pallidus, Inc. Polysilocarb based silicon carbide materials, applications and devices
US11014819B2 (en) 2013-05-02 2021-05-25 Pallidus, Inc. Methods of providing high purity SiOC and SiC materials
US9919972B2 (en) 2013-05-02 2018-03-20 Melior Innovations, Inc. Pressed and self sintered polymer derived SiC materials, applications and devices
US12215031B2 (en) 2013-05-02 2025-02-04 Pallidus, Inc. High purity polysilocarb derived silicon carbide powder
US10322936B2 (en) 2013-05-02 2019-06-18 Pallidus, Inc. High purity polysilocarb materials, applications and processes
US9657409B2 (en) 2013-05-02 2017-05-23 Melior Innovations, Inc. High purity SiOC and SiC, methods compositions and applications
US9481781B2 (en) 2013-05-02 2016-11-01 Melior Innovations, Inc. Black ceramic additives, pigments, and formulations
JP6341505B2 (ja) * 2014-06-02 2018-06-13 国立大学法人東北大学 コールドスプレー用粉末、高分子被膜の製造方法および高分子被膜
EP3247488A4 (de) * 2015-01-21 2018-08-08 Melior Innovations Inc. Verfahren zur herstellung von keramischen partikeln aus polymer
DE102015201927A1 (de) * 2015-02-04 2016-08-04 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Kaltgasspritzen mit Maske
US20170355018A1 (en) 2016-06-09 2017-12-14 Hamilton Sundstrand Corporation Powder deposition for additive manufacturing
US10792679B2 (en) 2018-04-17 2020-10-06 General Electric Company Coating system and method
US10836682B2 (en) 2017-07-22 2020-11-17 Melior Innovations, Inc. Methods and apparatus for conducting heat exchanger based reactions
DE102018009153B4 (de) * 2017-11-22 2021-07-08 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Beschichtungsverfahren
CN109554701B (zh) * 2018-12-27 2021-06-29 东莞华誉精密技术有限公司 一种手机壳体表面的喷涂方法及喷涂装置
CN115400926B (zh) * 2021-05-27 2024-05-10 创兆光有限公司 半导体激光器介电层以及半导体激光器的制作方法
CN113880607A (zh) * 2021-11-02 2022-01-04 李燕君 一种陶瓷电阻金属膜冷喷涂工艺
JP7123288B1 (ja) * 2021-12-17 2022-08-22 三菱電機株式会社 樹脂複合材料皮膜及び樹脂複合材料皮膜の製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8601119A (nl) * 1986-05-01 1987-12-01 Stork Screens Bv Werkwijze voor het vervaardigen van een bekleed voortbrengsel, onder toepassing van deze werkwijze verkregen dunwandige beklede cylinder, en een dergelijke cylinder omvattende inktoverdrachtswals.
JPS63278835A (ja) * 1987-05-11 1988-11-16 Nippon Steel Corp セラミックス積層体の製造方法
JP2670501B2 (ja) * 1988-02-08 1997-10-29 東燃株式会社 コーティング用組成物及びコーティング方法
JPH0649656A (ja) * 1992-08-04 1994-02-22 Vacuum Metallurgical Co Ltd ガス・デポジション法による超微粒子膜の形成法およびその形成装置
EP0939143A1 (de) * 1998-02-27 1999-09-01 Ticona GmbH Thermisches Sprühpulver enthaltend ein oxidiertes Polyarylensulfid
US6139913A (en) 1999-06-29 2000-10-31 National Center For Manufacturing Sciences Kinetic spray coating method and apparatus
US20030209610A1 (en) * 2001-12-14 2003-11-13 Edward Miller High velocity oxygen fuel (HVOF) method for spray coating non-melting polymers
DE10224780A1 (de) 2002-06-04 2003-12-18 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zum Kaltgasspritzen
FR2850649B1 (fr) * 2003-01-30 2005-04-29 Snecma Propulsion Solide Procede pour le traitement de surface d'une piece en materiau composite thermostructural et application au brasage de pieces en materiau composite thermostructural
JP3890041B2 (ja) * 2003-07-09 2007-03-07 株式会社リケン ピストンリング及びその製造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009118335A1 (de) 2008-03-28 2009-10-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum erzeugen einer schicht durch kaltgasspritzen
US8241702B2 (en) 2008-03-28 2012-08-14 Siemens Aktiengesellschsft Method for producing a coating through cold gas spraying
EP2206803A1 (de) * 2009-01-08 2010-07-14 General Electric Company Vorrichtungen, Systeme und Verfahren mit Kaltspraybeschichtung
US8020509B2 (en) 2009-01-08 2011-09-20 General Electric Company Apparatus, systems, and methods involving cold spray coating
WO2021104876A1 (de) * 2019-11-26 2021-06-03 Siemens Aktiengesellschaft Kaltgas-spritzanlage mit einer heizgasdüse und verfahren zum beschichten eines substrats

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005031101B3 (de) 2006-08-10
JP5106390B2 (ja) 2012-12-26
DE502006007540D1 (de) 2010-09-09
EP1899494A2 (de) 2008-03-19
WO2007000422A3 (de) 2007-03-22
US20090202732A1 (en) 2009-08-13
JP2008544092A (ja) 2008-12-04
EP1899494B1 (de) 2010-07-28
US7781024B2 (en) 2010-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1899494B1 (de) Verfahren zum herstellen von keramischen schichten
DE69804252T2 (de) Plasma-gespritzte überzüge aus mullit auf silicium-keramik und verfahren zu deren herstellung
EP1926841B1 (de) Kaltgasspritzverfahren
DE10306919B4 (de) Verbundwerkstoff aus intermetallischen Phasen und Keramik, Herstellungsverfahren und Verwendung
EP3045560B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer struktur oder eines bauteils für hochtemperaturanwendungen
WO2012156114A1 (de) Bremsscheibe und verfahren zum herstellen einer bremsscheibe
EP2732072B1 (de) Verfahren zum reparieren einer schadstelle in einem gussteil und verfahren zum erzeugen eines geeigneten reparaturmaterials
KR20180048665A (ko) 첨가제 제조방법 및 장치
EP2123377A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks, insbesondere eines Formgebungswerkzeugs oder eines Formgebungswerkzeugteils.
EP3431459A1 (de) Faserverbundwerkstoff und verfahren zu dessen herstellung
EP2499279A1 (de) Beschichten von kunststoffbauteilen mittels kinetischen kaltgasspritzens
EP2257656B1 (de) Verfahren zum erzeugen einer schicht durch kaltgasspritzen
DE102011120540B4 (de) Herstellung eines Sinterpulvers und Sinterkörper
EP2739767B1 (de) Herstellung einer REIBWERTERHÖHENDEn BESCHICHTUNG MITTELS ATMOSPHÄRENDRUCKPLASMA-BESCHICHTUNG
EP2140042B1 (de) Erzeugung eines partiellen faserverbundgefüges in einem bauteil über eine laserumschmelzbehandlung
DE19920567C2 (de) Verfahren zur Beschichtung eines im wesentlichen aus Titan oder einer Titanlegierung bestehenden Bauteils
DE102004047453B3 (de) Herstellung einer gasdichten, kristallinen Mullitschicht mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens
EP2617868B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Spritzen
DE102015205595B3 (de) Verfahren zur Herstellung keramischer Faserverbundwerkstoffe
EP3092097B1 (de) Festkörperverfahren zur herstellung einer legierung
Filippov et al. Effect of laser radiation on the structure of metal–ceramic mixtures based on boron carbide
DE102005062225B3 (de) Legierungsprodukt vom MCrAIX-Typ und Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus diesem Legierungsprodukt
KR100743188B1 (ko) 나노 조직의 고 경도 ＷＣ-Ｃｏ 코팅 제조 방법
DE102018005363B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines metallischen Halbzeugs oder Fertigteils als Werkstoffverbund mit funktionalisierter Oberfläche und derartiges Halbzeug oder Fertigteil
EP1496034A2 (de) Hochtemperaturbeständiges Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006763866

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11922664

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008518801

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: DE

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2006763866

Country of ref document: EP