DE2345441A1

DE2345441A1 - Verfahren zum erzeugen von chemischen verbindungen zum aufbringen duenner schichten auf flaechenhafte gebilde

Info

Publication number: DE2345441A1
Application number: DE19732345441
Authority: DE
Inventors: Heinz Holtschmit; Franz Josef Dr Rohr; Gerhard Dipl Phys Siewerth
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1973-09-08
Filing date: 1973-09-08
Publication date: 1975-04-10
Also published as: JPS5054528A; IT1021124B; GB1483814A; SE7411179L; SE390424B; FR2243272B1; FR2243272A1; US3947606A

Description

BiiOWN, BOVtRi L· ClE · AKTIENGESELLSCHAFT UuhOφ

MANNHEIM BROWN BOVER!

Mp.-Mr. 625/73 Mannheim, den 7. Sept. 1973

PAT-Ka/Bt

J Verfahren zum Erzeugen von chemischen Verbindungen zum Aufbringen dünner Schichten auf flächenhafte Gebilde.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von chemi~ sehen Verbindungen durch explosionsartiges Überführen eines Stoffes in eine gasähnliche Phase und Aufbringen der stehenden Verbindung auf einer Unterlage in einem Arbeitsprozeß mittels Stoßstromentladung.

Auf den verschiedensten verfahrenstechnischen Anwendungsgebieten ist es erforderlich, dünne, verschleißfeste und/oder korrosionsfeste Schichten aufzubringen. Diese Verfahren sollen schnell arbeiten, kurze Taktzeiten und definierte Schichtstärken in vorgegebener Toleranz ermöglichen, möglichst so glatt 'sein, daß eine Nachbearbeitung entfallen kann und schlußendlich sollen Nesterbildungen zuverlässig verhindert werden.

Als ein markantes Anwendungsbeispiel zur Aufbringung verschleißfester Schichten auf ein Werkstück ist die Trochoidenlauffläche von Kreiskolbenbrennkraftmaschinen anzusehen. An diese Lauffläche werden sowohl vom Verschleiß her, als auch von der Oberflächengüte besonders hohe Anforderungen gestellt.

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Um auf einen Träger ein Material fein verteilt aufzubringen, ist ein Verfahren bekannt, bei dem bei e"inem chemischen Prozeß gasförmige oder flüssige Ausgangsstoffe durch einen Konverter , geleitet werden, in dem Trägermaterial mit einem fein ver- ! teilten· Katalysator angeordnet ist. Im allgemeinen besteht das Trägermaterial aus porösen Körpern, die zur Beschichtung mit einem Katalysator in eine, entsprechende Salzlösung eingebracht werden,Aus dieser lösung scheidet sich das Katalysatormaterial ab. Im allgemeinen ist dabei die Aktivität eines Katalysators umso größer, je fein verteilter das Katalysatormaterial vorliegt. Eine höchst mögliche Aktivität kann jedoch nach dem bekannten Verfahren nicht erreicht werden, da es stets zu inselartigen Abscheidungen des Katalysatormaterials führt. ■· ■ ;

Auch bei den Katalysatorenelektroden für Brennstoffzellen mit flüssigen Elektrolyten findet eine derartige nachteilige, inselartige Abscheidung des Katalysatormaterials statt. Die bestehen im allgemeinen aus einem porösen Trägergerüst, in das ein Katalysatormaterial eingebettet ist. Zu diesem Zweck wird das Trägermaterial beispielsweise mit Raneynickel zu einer Elektrode verpreßjfc und anschließend gesintert. In dem anschließenden Aktivierungsprozeß wird das Aluminium des Raneynickels herausgelöst, so daß das Nickel fein verteilt vorliegt. Dieser Aktivierungsprozeß ist jedoch langwierig und erfordert eine genaue Überwachung, da das Nickel zum größten Teil ebenfalls in lösung geht. Weiter nachteilig an dem Verfahren ist, daß es nur auf einen begrenzten Anwendungsbereich beschränkt bleibt.

Es ist weiterhin bekannt (DT-AS 1 253 990), auf korrosionsbeständige Metalle in der Weise aufzubringen, daß sie zunächst thermisch zersetzbaren, gasförmigen Verbindungen dieser korrosionsbeständigen Metallen ausgesetzt und daß bei höherer Temperatur diese adsorbierten bzw. absorbierten Verbindungen

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versetzt werden. Es bildet sich' auf diese Weise eine !zusammenhängende Schutzschicht aus. Dieses Verfahren ist jedoch auf
wenige Metalle beschränkt, wie beispielsweise Chrom, Nickel, \

'Kupfer, Titan, die die Eigenschaft haben, gasförmige Hydride, - ! Halogenide oder Carbonyl-Verbindungen zu binden.

Aus diesen aufgeführten, bekannten Verfahren ist ohne weiteres
ersichtlich, daß keines dieser "Verfahren für das oben erwähnte '. Beispiel einer Trochoidenlaufflächenbeschichtung besonders j geeignet wäre. Sie arbeiten allesamt für eine Großserienfertigung eines solchen Motors zu langsam und bringen keine definierte j Schichtstärke in vorgegebener Toleranz.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, einmal beliebig geformte und große
Werkstücke zu beschichten, das weiterhin einen gleichmäßigen
Auftrag in einer vernünftig kurzen Zeit ermöglicht und das zuverlässig Nesterbildungen verhindert.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der zu verdampfende Stoff aus mindestens zwei chemisch verschiedenen
Substanzen besteht, wovon zumindest eine elektrisch leitend j ist. Die Aufbringung dieser entstehenden Verbindung erfolgt j dann mittels Stoßstromentladung, wodurch eine sehr gute Haft- ί fähigkeit auf dem Trägermaterial erreicht wird und zudem durch
entsprechende Anordnung der Elektroden bzw« Stromzuführungen
ein gleichmäßiger Auftrag ohne Nesterbildung erreicht werden
!kann.

I Zur Durchführung des Verfahrens kann eine Stoffkomponente in ! festem, in flüssigem oder gasförmigen Zustand vorliegen.

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Weitere, bevorzugte Ausbildungsformen der zu verdampfenden Stoffe sind dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Komponente die andere/anderen Komponenten umschließt oder von diesen umschlossen wird. Als konkretes Beispiel wird ein Draht von «inem Röhrchen bzw. einer Ummantelung mit der anderen Stoff komponente umschlossen. Die elektrisch leitende Komponente kann ein Elektronen- oder Ionenleiter sein. Zusätzlich ist es möglich, daß außer einer bei Raumtemperatur elektrisch leitenden Komponente noch mindestens eine nur bei hohen Temperaturen ionenleitende Komponente vorhanden ist. Es ist auch möglich, daß die chemische Reaktionskomponente der Leiter selbst ist, oder der leiter die Reaktionskomponente umschließt bzw. von dieser umschlossen wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung befinden sich die Reaktionskomponenten in unmittelbarer Nähe der zu bedampfenden Unterlage oder die Reaktionskomponenten stellen die Oberfläche dieser Unterlage dar. Dies sieht in der Praxis so aus, daß z.B. ein dünner Polyäthylenfilm als Oberfläche zur Herstellung von Karbiden vorgesehen wird.

Es können in einem Reaktionsraum eine oder mehrere gasförmige Reaktionskomponenten vorhanden sein. Weiter ist es möglich, um eine besonders gut haftende Schicht in sehr kurzer Zeit zu erzeugen, die elektrisch leitende Komponente mit einer Komponente aus einem explosiven Reaktionsgemisch zu verbinden.

Die Vorteile der Erfindung liegen in folgenden Punkten:

Zwei Yerfahrensschritte werden mit einer Stoßstromentladung durchgeführt. Durch Auslösen einer Stoßstromentladung wird eine chemische Reaktion bewirkt und die entstehenden Teilchen der sich ergebenden chemischen Verbindung beschleunigt und auf der zu beschichtenden Fläche fest verankert.

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Beispiel: Titan und Äthylen ergibt Titankarbid. Die Titankarbidteilchen werden auf der zu beschichtenden Fläche fest verankert.

Die Reproduzierbarkeit ist besonders gut, da die Schichtdicke der Masse des zur Verdampfung verwendeten leitenden Materials proportional ist. Bei geeigneter Anordnung der zu verdampfenden Stoffe ergeben sich gleichmäßige Schichten.

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Claims

2345AA1 ...625/7:3 - 6 Patentansprüche

1.' Verfahren zum Erzeugen von chemischen Verbindungen durch explosionsartiges Überführen eines Stoffes in eine gasähnliche Phase und Aufbringen der entstehenden Verbindung auf einer Unterlage in einem Arbeitsprozeß mittels Stoßstromentlädung, dadurch gekennzeichnet, daß der zu verdampfende Stoff aus mindestens zwei chemisch verschiedenen Substanzen besteht, wovon zumindest eine elektrisch leitend ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stoffkomponente in festem, flüssigem oder gasförmigen Zustand vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Komponente die andere/anderen Komponenten umschließt oder von diesen umschlossen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Komponente ein Elektronen- oder Ionenleiter ist. j

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß außer einer bei Raumtemperatur elektrisch leitenden Komponente noch mindestens eine nur bei hohen Temperaturen ionenleitende Komponente vorhanden ist. ;

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Reaktionskomponente der Leiter selbst ist oder der Leiter die Reaktionskomponente umschließt bzw. von dieser umschlossen wird. i

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7. Verfahren nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskomponenten sich in unmittelbarer Nähe der zu bedampfenden Unterlage befinden oder die Oberfläche dieser ' Unterlage darstellen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Reaktionsraum eine oder mehrere gasförmige Reaktionskomponentai vorhanden sind.

9. Verfahren nach Anspruch 3_f dadurch gekennzeichnet, daß die andere Komponente aus einem explosiven Reaktionsgemisch besteht.

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