DE2356957A1

DE2356957A1 - Verfahren zum aufbringen von als abstandshalter dienenden keramischen partikeln auf duennen, der thermischen isolation dienenden metallfolien

Info

Publication number: DE2356957A1
Application number: DE2356957A
Authority: DE
Inventors: Karl Ludwig Dipl Phys Cauer; Veit Merges; Karl Heinz Ott
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1973-11-15
Filing date: 1973-11-15
Publication date: 1975-05-22
Also published as: DE2356957B2

Description

Verfahren zum Aufbringen von als Abstandshalter dienenden keramischen Partikeln auf dünnen, der thermischen Isolation dienenden Metallfolie!!

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen von als Abstandshalter dienenden keramischen Partikeln auf dünnen, der thermischen Isolation dienenden Metallfolien.

Zur thermischen Isolation im Vakuum haben sich, da dort zusätzliche Wärmeverluste infolge Wärmeleitung und -konvektion durch die sonst vorhandene Luft entfallen, als Wärmeschilde dienende dünne Metallfolien eingeführt, die mehrfach hinter-, einander im Sinne einer thermischen Reihenschaltung angeordnet und jeweils durch nichtmetallische Abstandshalter in

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Form von keramischen Matten oder refraktären Keramikteilchen voneinander getrennt sind, vgl. Deutsche Patentschrift No. 874 093 und IECEC'68,.S. 256 - 262 "HIGH-TEMPERATURE MULTI-FOIL THERMAL INSULATION".

Die Folien wirken als Reflektoren für die auftreffende Wärmestrahlung und haben eine Dicke, von etwa 20 bis 60 um. Die Abstandshalter sind auf die Metallfolien entweder aufgeleimt oder in Form einer Kunststoff-Keramik-Dispersion aufgesprüht. Im letzteren Falle ist ein in einer Kunststofflösung verteiltes Keramikpulver in mehreren Lagen auf die jeweilige Metallfolie unter Verwendung eines Druckgases aufzusprühen und dann anschließend der Kunststoff durch Aufheizen der Trägerfolie im Vakuum auszuheizen. Dadurch werden die Keramikpartikeln auf der Metallfolie aufgesintert, vgl. Fig. 1 der zuletzt genannten Literaturstelle.

Ein solches Verfahren erfordert den Einsatz von organischen Bindemitteln, die später wieder restlos entfernt werden müssen, da sonst die Isolierwirkung der Folie stark beeinträchtigt wird. Hierzu muß die Metallfolie einer extremen Wärmebehandlung ausgesetzt werden, so daß eine erhebliche Versprödungsgefahr für die Metallfolie besteht. Schließlich erfordert die Herstellung solcher beschichteter Metallfolien mehrere Arbeitsgänge und für diesen Zweck hergerichtete Spezialeinrichtungen. - Die.Keramikpartikel sind sehr scharfkantig, so daß die spätere Verarbeitung beschichteter Metallfolien schwierig ist. Bei einer mechanischen Beanspruchung, z.B. beim Überführen der Folien in ihre endgültige Form, besteht die Gefahr einer Beschädigung. Die Isolation zwischen benachbarten Folien wird daher beeinträchtigt. Ein solches Herstellungsverfahren ist aufwendig und führt zu teueren, unvollkommenen Produkten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Aufbringen der Keramikpartikel auf die Metallfolien zu vereinfachen und die Haftung zwischen den einzelnen Keramikpartikeln und der Metallfolie zu verbessern.

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'Ausgehend von einem Verfahren der eingangs- genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die keramischen Partikel mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens--.auf" die Metallfolien aufgebracht werden.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden die keramischen Partikel mit Hilfe einer Azetylen/Sauerstoff-Flamme mit einer Temperatur von etwa 2500° C auf die Metal1-. folien derart aufgebracht, daß sie in einer Korngröße von etwa 10 um bis 40 lim, vorzugsweise 30 um in einem gegenseitigen Abstand von im Mittel etwa 100 lim auf der Metallfolie haften und etwa 30 % ihrer Oberfläche bedecken.

Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die keramischen Partikel mit Hilfe einer Plasmaflamm-Spritzanlage unter Verwendung von Stickstoff bzw. Argon als Primärgas und Wasserstoff als Sekundärgas auf die Metallfolie derart aufgebracht, daß sie in einer Korngröße von etwa 10 um bis 40 um, vorzugsweise 3O₇Um in einem gegenseitigen Abstand von im Mittel etwa 100 um auf der Metallfolie haften und etwa 30 % ihrer Oberfläche bedecken.

Wird nach dem Plasmaflamm-Spritzverfährenbeispielsweise Aluminiumfolie als Trägermaterial mit Zirkonoxyd beschichtet, so weist der Plasmastrahl Temperaturen von über 10 000° C auf. Der Lichtbogenstrom beträgt dabei 400 - 500 Ampere. Stickstoff oder Argon, vorzugsweise jedoch Argon wird als Primärgas und Wasserstoff als Sekundärgas verwendet. Das Verhältnis Primärgas/Sekundärgas beträgt 5:1.

Durch die Verwendung der an sich bekannten thermischen Spritzverfahren für das Aufbringen der Keramikpartifceln auf die Me-. tallfolien wird in überraschend einfacher und wirtschaftlicher* Weise in einem einzigen Arbeitsgang eine feine, im Durchschnitt gleichmäßige Verteilung der Keramikpartikel und eine feste Bindung zwischen Keramikpartikeln und der Metallfolie erzielt,

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die den späteren mechanischen Belastungen bei der Weiterverarbeitung der Metallfolien, beispielsweise zu Folienwickeln standhalten. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Metallfolien beim Aufbringen der Keramikpartikeln nicht verspröden, also ebenfalls ihre für die weitere Verarbeitung notwendige Elastizität beibehalten.

Schließlich werden die scharfen Kanten der Keramikpartikel durch den Flamm- oder Plasmastrahl beseitigt, die Partikel erhalten eine im wesentlichen abgerundete Oberfläche, so daß bei der mechanischen Beanspruchung während der Weiterverarbeitung keine Beschädigungen benachbarter Lagen eines Folienwikkels auftreten.

Das Flammsprühen nach der ersten Ausführungsart erfordert hierbei einen geringeren Geräteaufwand, während das Plasmaflammsprühen nach der zweiten Ausführungsart bessere Ergebnisse bezüglich Partikelverteilung und -haftung ergibt. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß beim Plasmaflammspruhen der Gasstrahl reduzierend wirkt und die Trägerfolie weniger erwärmt wird als beim Flammsprühen.

Die Erfindung ist anhand einer im Maßstab 100 : 1 dargestellten, mit Keramikpartikeln beschichteten Metallfolie beschrieben.

Auf einer Metallfolie 1 aus Aluminium mit einer Dicke von 20 um ist einseitig eine Keramikbeschichtung 2 aus Zirkonoxyd mittels eines Plasmaflamm-Spritzverfahrens aufgebracht. Die aufgesprühten Keramikteilchen sind kugelartig und bedecken die Folie gleichmäßig zu etwa 30 %. Die in der Abbildung dargestellten Partikel haben einen Durchmesser von 10 bis 40 um und eine Höhe von 10 bis 25 um. Der gegenseitige Abstand der Keramikteilchen beträgt im Mittel 80 bis 100 yum.

In der nachfolgenden Tabelle sind ohne Anspruch auf Vollständigkeit geeignete Werkstoffkombinationen angeführt.

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	iien- mate- rial	Keramikmaterial für	Al₂O₃/ TiO₂	TiO₂	ZrO₂	plasmasprühen	Al₂O₃/ TiO₂	TiO₂	ZrO₂	Ein- - satz- Temp. C°max.
	Al	flammsprühen	Al₂O₃/ TiO₂	TiO₂	ZrO₂	Al₂O₃	Al₂O₃/ TiO₂	TiO₂	ZrO₂	500
5	Cu	Al₂O₃	Al₂O₃/ TiO₂	TiO₂	■- ■ - ,	Al₂O₃	Al₂O₃/ TiO₂	TiO₂	ZrO₂	800
	Ni	Al₂O₃	Al₂O₃/ TiO₂	TiO₂		Al₂O₃	Al₂O₃/ TiO₂	'TiO₂	ZrO₂	900
10	- _Ti	Al₂O₃	Al₂O₃/ TiO₂	•		Al₂O₃	Al₂O₃/ TiO₂	TiO₂	ZrO₂	650
	Zr	Al₂O₃			Al₂O₃	Al₂O₃/ TiO₂	TiO₂	ZrO₂	1200
	Ta	Al₂O₃		Al₂O₃	1700
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Die Materialauswahl richtet sich im-wesentlichen nach der zu erwartenden maximalen Betriebstemperatur an der Heißseite der zu erstellenden Isolation. So ist z.B. für 1700° C die Kombination Tantal-Aluminiumoxyd besonders geeignet. Um in diesem Fall eine Nitrierung und damit eine Versprödung des Tantals zu verhindern, wird statt Stickstoff Argon als Primärgas verwendet. Als am einfachsten zu verwendendes Trägermaterial hat sich jedoch Nickel erwiesen. ·

25. Bei der Herstellung von IsolatiOnsteilen sind im allgemeinen 40 bis 80 der vorstehend beschriebenen Einzelfolien aufeinander-

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zuschichten, oder, falls es sich um eine zylindermantelförmige Konfiguration handelt, zu wickeln, so daß die einzelnen durch die aufgespritzten Keramikpartikelchen im Abstand voneinander gehaltenen Folienlagen quer zur Wärmeflußrichtung liegen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Aufbringen von als Abstandshalter dienenden Iceramischen; Partikeln auf dünnen, der thermischen Isolation dienenden Metal !folien, dadurch g e k en η ζ e i c h η e t , daß die keramischen Partikel (2) mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens auf die Metallfolien (1) aufgebracht werden.

Verfahren nach Anspruch 1,, dadurch ge k en η ζ ei c h -

n- e t

daß die keramischenPartikel (2) mit Hilfe einer

Azetylen/Sauerstoff-Flamme mit einer Temperatur von etwa 2500° C auf eine Seite der Metallfolie (1) derart aufgebracht werden, daß sie in einer Korngröße von etwa 10 40 um, vorzugsweise 30 um auf der Metallfolie haften und etwa 30 % ihrer Oberfläche bedecken.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze i c h net , daß die keramischen Partikel (2) mit Hilfe eines Plasmaflammstrahles mit einem Lichtbogenstrom von 400 -500 A Und unter Verwendung von Stickstoff bzw. Argon als Primärgas und Wasserstoff als Sekundärgas auf eine Seite der Metallfolie derart aufgebracht werden, daß sie in einer Korngröße von etwa 10 - 40 p.m, vorzugsweise 30 um auf der Metallfolie haften und etwa 30 % ihrer Oberfläche bedecken. ^;

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß bei Verwendung einer Aluminiumfolie (1) als Trägermaterial Zirkonoxyd (2) mittels eines Plasmaflamm-Spritzverfahrens aufgebracht wird, wobei der Lichtbogenstrom 400 - 500 A beträgt und als Primärgas Stickstoff
oder Argon und als Sekundärgas Wasserstoff bei einem
Mischungsverhältnis von 5 : 1 verwendet wird.

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