DE3602104A1 - Slide or friction element with functional part of ceramic material and process for its production - Google Patents

Slide or friction element with functional part of ceramic material and process for its production

Info

Publication number
DE3602104A1
DE3602104A1 DE19863602104 DE3602104A DE3602104A1 DE 3602104 A1 DE3602104 A1 DE 3602104A1 DE 19863602104 DE19863602104 DE 19863602104 DE 3602104 A DE3602104 A DE 3602104A DE 3602104 A1 DE3602104 A1 DE 3602104A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ceramic
layer
sliding
stabilizer
ceramic layer
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.)
Withdrawn
Application number
DE19863602104
Other languages
German (de)
Inventor
Erich Dipl Chem Dr Hodes
Klaus Goerke
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.)
GLYCO METALL WERKE
Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Original Assignee
GLYCO METALL WERKE
Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
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 GLYCO METALL WERKE, Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH filed Critical GLYCO METALL WERKE
Priority to DE19863602104 priority Critical patent/DE3602104A1/en
Priority to BR8700301A priority patent/BR8700301A/en
Priority to JP1264487A priority patent/JPS62178336A/en
Publication of DE3602104A1 publication Critical patent/DE3602104A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/021Cleaning or etching treatments
    • C23C14/022Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/043Sliding surface consisting mainly of ceramics, cermets or hard carbon, e.g. diamond like carbon [DLC]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3496Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member use of special materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/04Heavy metals
    • F05C2201/0433Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448Steel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

An apparatus part subjected to sliding or friction is covered with at least one layer of ceramic material by cathode sputtering, a matrix of ceramic material being formed and a stabiliser substance of the nature of a preferably ceramic-like foreign material being incorporated into this ceramic matrix in extremely fine fragmentation and uniform distribution. Between the substrate consisting of a tough heat-resistant material and the ceramic layer or between successive different ceramic layers there may be formed a thin active brazing alloy layer, it being necessary to choose as the active brazing alloy a material which wets the materials of both layers to be bonded.

Description

Die Erfindung betrifft Gleit- oder Reibelemente zum Einsatz im Betrieb bei hoher Temperatur, beispielsweise einer Rückentemperatur oberhalb 200°C, bei welchen ein die Gleit- bzw. Reibfläche tragender Funktionsteil aus keramischem Werkstoff mit eingelagerter Stabilisatorsubstanz vorgesehen ist. Im Rahmen der Erfindung sind unter Gleit- und Reibelemente auf Gleiten bzw. Reibung beanspruchbare Vorrichtungsteile bzw. Maschinenteile jeglicher Art und Formgebung zu verstehen.The invention relates to sliding or friction elements for use in operation at high temperature, for example one Back temperature above 200 ° C, at which a Functional part made of ceramic with a sliding or friction surface Material with embedded stabilizer substance is provided. Within the scope of the invention, and friction elements on sliding or friction stressable Device parts or machine parts of any kind and To understand design.

Im Zuge der Leistungssteigerung von Maschinen, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen, und der Bestrebungen, aus Gründen der Gewichtsersparnis die Kühleinrichtungen zu vereinfachen, insbesondere Kühleinrichtungen für das Schmieröl entfallen zu lassen, wird in zunehmendem Maße die Forderung nach neuen Gleit- und Reibelementen mit höherer Dauerfestigkeit und Wärmeverschleißfestigkeit erhoben.In the course of increasing the performance of machines, in particular Internal combustion engines, and the aspirations the cooling devices in order to save weight to simplify, especially cooling devices for that Losing lubricating oil is becoming increasingly common the demand for new sliding and friction elements higher fatigue strength and thermal wear resistance raised.

Seit einigen Jahren wird hierzu am Ersatz aller heißen metallischen Teile in Verbrennungskraftmaschinen durch keramische Werkstoffe gearbeitet. Von solchen keramischen Werkstoffen verspricht man sich für die Anwendung im Bau von Verbrennungskraftmaschinen viele Vorteile. Sie können bei wesentlich höheren Temperaturen eingesetzt werden als metallische Werkstoffe, so daß Kühlsysteme entfallen oder wesentlich vereinfacht werden können und der Wirkungsgrad von Verbrennungskraftmaschinen deutlich gesteigert werden kann. Weitere erwünschte Vorteile sind erhöhte Verschleißfestigkeit, die längere Standzeiten ermöglicht und die geringe Masse von keramischem Werkstoff, die zu Gewichtseinsparungen führt. Ferner zeichnen sich keramische Werkstoffe durch gute Korrosionsbeständigkeit und hohe Druckfestigkeit aus. Dageben haben keramische Werkstoffe aber auch herausragende negative Eigenschaften, insbesondere hohe Sprödigkeit und mangelhafte Thermoschockbeständigkeit. Damit verbunden ist eine große Empfindlichkeit gegen Schläge und sprunghafte Temperaturwechsel. Diese Empfindlichkeit ist die Ursache für das häufig auftretende "katastrophale Versagen", d. h. den abrupten Bruch eines keramischen Bauteiles ohne vorhergehende Verformung, wie dies für Metalle zutrifft.For some years now this has been the replacement of everyone metallic parts in internal combustion engines ceramic materials worked. Of such ceramic Materials are promised for use in Construction of internal combustion engines has many advantages. they can be used at much higher temperatures are considered metallic materials, so that cooling systems are not required or can be significantly simplified and the efficiency of internal combustion engines clearly can be increased. Other desirable benefits include increased wear resistance, which enables longer service life and the low mass of ceramic material, which leads to weight savings. Also stand out  ceramic materials due to good corrosion resistance and high compressive strength. There are ceramic ones Materials but also outstanding negative properties, especially high brittleness and poor thermal shock resistance. Associated with this is a big one Sensitivity to impacts and sudden temperature changes. This sensitivity is the cause of that common "catastrophic failures", i.e. H. the abrupt breakage of a ceramic component without previous deformation, as is the case for metals.

Man hat bereits versucht, die mangelhafte Thermoschockbeständigkeit bei sogenannten Cermets durch den metallischen Anteil (z. B. Cr, Co. Ni, Fe, Mo, W u. dgl.) zu verbessern, ebenso die Zähigkeit und Schlagfestigkeit. Im Hinblick auf die Verbesserung der Sprödigkeit werden in MTZ-Motortechnische Zeitschrift 45 (1984) 5, S. 190 u. 191 und aus SAE Technical Paper Series 820429 "PSZ Ceramics for Adiabatic Engine Components" "teilstabilisierte" keramische Werkstoffe vorgeschlagen. Ein solcher teilstabilisierter keramischer Werkstoff ist beispielsweise Zirkonoxid, dessen Mikrostruktur durch geringe Zusätze an Kalziumoxid, Magnesiumoxid und Yttriumoxid teilstabilisiert ist (PSZ), damit der Werkstoff auch bei hohen Temperaturen bruchfester und zäher bleiben soll. Als Alternative hierzu ist durch Einlagerung von Zirkonoxidteilchen umgewandeltes Aluminiumoxid bekannt geworden ("Transformation-Toughened Aluminia"-TT Al2O3) bekannt geworden.Attempts have already been made to improve the poor thermal shock resistance in so-called cermets by means of the metallic component (e.g. Cr, Co. Ni, Fe, Mo, W and the like), as well as the toughness and impact resistance. With regard to the improvement of brittleness in MTZ-Motortechnische Zeitschrift 45 (1984) 5, p. 190 u. 191 and proposed from "SAE Technical Paper Series 820429" PSZ Ceramics for Adiabatic Engine Components "" partially stabilized "ceramic materials. Such a partially stabilized ceramic material is, for example, zirconium oxide, the microstructure of which is partially stabilized by small additions of calcium oxide, magnesium oxide and yttrium oxide (PSZ), so that the material should remain more resistant to breakage and toughness even at high temperatures. As an alternative to this, aluminum oxide converted by incorporation of zirconium oxide particles has become known (“Transformation-Toughened Aluminia” -TT Al 2 O 3 ).

Wie jedoch die Praxis gezeigt hat, lassen sich derartige "teilstabilisierte" keramische Werkstoffe nicht mit der erforderlichen Reproduzierbarkeit erstellen, so daß in der Praxis erhebliche Streuungen in den Werkstoffeigenschaften auftreten. Die Rißbildung bei dynamischer Beanspruchung in Form von makroskopischen Rissen läßt sich nicht ausschließen. Auch läßt sich das sog. "katastrophale Versagen" bei solchen teilstabilisierten keramischen Werkstoffen nicht ausschließen. Insgesamt sind die bisher bekannten teilstabilisierten keramischen Werkstoffe somit für den Serieneinsatz ungeeignet. Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser Werkstoffe ist die schwierige, umständliche Herstellungsweise, die gemäß SAE Technical Paper Series 820429 Seite 5 zehn bis zwölf Arbeitsschritte erforderlich macht. Schließlich sind Werkstücke aus dem bekannten "teilstabilisierten" keramischen Werkstoff nur als Massivteile aus Keramik bekannt, so daß auch von daher bereits eine makroskopische Bruchstelle zur Zerstörung des Werkstücks und zum "katastrophalen Versagen" des Werkstücks führen kann.However, as practice has shown, such "partially stabilized" ceramic materials not with the create the required reproducibility, so that in considerable scatter in material properties in practice occur. Cracking under dynamic stress in the form of macroscopic cracks  do not exclude. The so-called "catastrophic Failure "with such partially stabilized ceramic materials do not exclude. Overall, so far known partially stabilized ceramic materials unsuitable for series production. Another essential one Disadvantage of these materials is the difficult cumbersome manufacturing method, which according to SAE Technical Paper Series 820429 Page 5 ten to twelve steps makes necessary. After all, workpieces are from the known "partially stabilized" ceramic material only known as solid ceramic parts, so that is why already a macroscopic breaking point for destruction of the workpiece and the "catastrophic failure" of the Workpiece can lead.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile der Massivteile aus Keramik zu vermeiden und einen Metall/Keramik-Schichtwerkstoff zu schaffen, der trotz der großen Härte keramischer Schichten eine gute Anpassungsfähigkeit an das Gegenelement besitzt und bei hoher dynamischer Belastung nicht durch Ausbildung von Makrorissen zum Ausfall führt. Das erfindungsgemäß zu schaffende Gleit- oder Reibelement soll sich darüberhinaus durch gute Haftfestigkeit seiner Keramikschicht am metallischen Träger auszeichnen und im Vergleich zu den bekannten "teilstabilisierten" keramischen Werkstoffen wesentlich einfacher herstellbar sein.In contrast, the invention is based on the object the disadvantages of the solid parts made of ceramic to avoid and a metal / ceramic layer material create the despite the great hardness of ceramic layers has good adaptability to the counter element and with high dynamic loads not through training of macro cracks leads to failure. The invention slide or friction element to be created should also be due to the good adhesive strength of its ceramic layer mark on the metallic support and compared to the well-known "partially stabilized" ceramic materials be much easier to manufacture.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ausbildung des Gleit- oder Reibelementes aus oder in Art von Schichtverbundwerkstoff gelöst, bei dem der keramische Werkstoff des Funktionsteiles auf einem Substrat aus zähem, wärmefestem Werkstoff, beispielsweise Stahl oder einer auf dem Stubstrat angebrachten Zwischenschicht durch Aufdampfen oder Aufstäuben im Vakuum als fest an die Oberfläche gebundene Keramikschicht ausgebildet und dabei in feinster Verteilung mit der Stabilisatorsubstanz durchsetzt ist.This object is achieved by training of the sliding or friction element made of or in the manner of a layered composite material solved, in which the ceramic material of the functional part on a substrate made of tough, heat-resistant Material, for example steel or one on the Stubstrat applied intermediate layer by evaporation or dusting in vacuo as solid to the surface  bonded ceramic layer and in the finest Distribution is interspersed with the stabilizer substance.

Durch die erfindungsgemäß erzielte, besonders feine Verteilung der Stabilisatorsubstanz werden in dem keramischen Werkstoff "quasi induzierte Gleitebenen" geschaffen, die es zulassen, daß im keramischen Werkstoff unter dynamischer Last und sprunghaften Temperaturwechseln im Mikrobereich Risse entstehen, die offenbar die Verformungen auffangen, so daß es nicht zur Ausbildung von Makrorissen und dementsprechend nicht mehr zu einem "katastrophalen Versagen" kommt.Due to the particularly fine distribution achieved according to the invention the stabilizer substance are in the ceramic Material "quasi-induced sliding planes" created that allow it to be dynamic in the ceramic material Load and sudden temperature changes in the micro range Cracks appear, which apparently absorb the deformations, so that it does not lead to the formation of macro cracks and accordingly no longer a "catastrophic failure" is coming.

Bei im Zusammenhang mit der Erfindung durchgeführten Versuchen stellte sich überraschenderweise heraus, daß die Empfindlichkeit der erfindungsgemäß aufgebauten Werkstoffe gegen stoßartige Belastung und sprunghafte Temperaturwechsel und die Rißbildung unter Wechsellast reproduzierbar insoweit gemindert werden, daß erfindungsgemäß Werkstücke (beispielsweise Ventilführungsbuchsen der Kipphebel bei oben liegender Nockenwelle) unter serienmäßigen Prüfbedingungen den an sie gestellten Forderungen voll genügen. Bei Untersuchungen mit Hilfe des Rasterelektronenmikroskops (REM) und der Mikrosonde (MISO) wurde die extrem feine, auf andere Weise als Aufdampfen im Vakuum oder Kathodenzerstäubung nicht erzielbare Verteilung der Stabilisierungszusätze belegt.In experiments carried out in connection with the invention surprisingly it turned out that the Sensitivity of the materials constructed according to the invention against sudden loads and sudden temperature changes and reproducible crack formation under alternating loads are reduced to the extent that workpieces according to the invention (e.g. valve guide bushings of the rocker arms with overhead camshaft) under standard test conditions fully meet the demands placed on them. For examinations with the help of the scanning electron microscope (REM) and the micro probe (MISO) was the extremely fine, other than vapor deposition in a vacuum or sputtering not achievable distribution of Stabilization additives documented.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß zwischem dem Substrat bzw. der Zwischenschicht und der Keramikschicht eine Lage aus Aktivlot angebracht wird. Mit solchem Aktivlot wird über die mechanische Verklammerung hinaus eine echte Bindung "Metall/ Metall" zwischen metallischem Substrat und durch Reduktion von Bereichen der aufgedampfen oder aufgestäubten Keramikschicht hergestellt. Für solches Aktivlot kommen Stoffe, insbesondere Metallegierungen in Betracht, die sowohl die Keramik als auch das Metall benetzen können. Beispielsweise kann zum Verbinden einer Keramikschicht aus Aluminiumoxid mit einem Substrat aus Stahl eine 28Ni-23Co- Legierung als Aktivlot eingesetzt werden.A particularly advantageous development of the invention is that between the substrate or the intermediate layer and attached a layer of active solder to the ceramic layer becomes. With such active solder, the mechanical Bracketing beyond a real bond "metal / Metal "between metallic substrate and by reduction areas of the evaporated or dusted ceramic layer  produced. Substances are used for such active solder, in particular metal alloys that both Ceramic as well as the metal can wet. For example can be used to connect a ceramic layer made of aluminum oxide with a steel substrate a 28Ni-23Co- Alloy can be used as active solder.

Die Benutzung von Aktivlot-Lagen stellt auch eine wesentliche Verbesserung dar, wenn die Keramikschicht aus mehreren Lagen, beispielsweise aus Lagen unterschiedlicher keramischer Werkstoffe aufgebaut werden soll. Man kann dann zwischen den benachbarten Lagen aus keramischem Werkstoff je eine Lage aus Aktivlot anordnen, um so eine sichere, feste Bindung zwischen den Lagen aus keramischem Werkstoff zu erreichen.The use of active solder layers also represents an essential one Improvement if the ceramic layer consists of several Layers, for example from layers of different ceramic Materials should be built. You can then between the adjacent layers of ceramic material arrange a layer of active solder to ensure a safe, firm bond between the layers of ceramic material to reach.

Die erfindungsgemäßen Gleit- oder Reibelemente lassen sich in einfachen Verfahren herstellen.The sliding or friction elements according to the invention can be produce in simple processes.

Bevorzugt ist ein Verfahren, bei welchem Kathodenzerstäubung benutzt wird, wobei das ggf. mit einer Zwischenschicht belegte Substrat durch Kathodenzerstäubung in unter einem Druck zwischen 10-4 bis 10-1 mbar gehaltenen Plasma, beispielsweise Argon, mit einer Schicht aus keramischen Werkstoffen belegt und dabei eine gewünschte Menge einer oder mehrerer gewünschter Stabilisatorsubstanzen mittels der Kathodenzerstäubung während des Schichtaufbaues zusammen mit dem keramischen Werkstoff in der durch die Kathodenzerstäubung hervorgerufenen feinen Verteilung in den keramischen Werkstoff eingelagert wird.A method is preferred in which cathode sputtering is used, the substrate optionally covered with an intermediate layer being coated with a layer of ceramic materials by sputtering in plasma, for example argon, held under a pressure between 10 -4 to 10 -1 mbar, and thereby a desired amount of one or more desired stabilizer substances is incorporated into the ceramic material by means of the sputtering during the layer build-up together with the ceramic material in the fine distribution caused by the sputtering.

Der vorgebildete keramische Werkstoff und die vorgebildete Stabilisatorsubstanz können dabei als solche bereits in dem für die Kathodenzerstäubung benutzten Target vorgesehen sein. Bevorzugt kann man jedoch auch sogenannte reaktive Kathodenzerstäubung anwenden. Hierzu kann man Ausgangsstoffe, beispielsweise metallischer Art, für den keramischen Werkstoff und/oder die Stabilisatorsubstanz in das Target einfügen. Die Überführung dieser Ausgangsstoffe in den gewünschten keramischen Werkstoff bzw. in die gewünschte Stabilisatorsubstanz kann dann durch während der Kathodenzerstäubung ablaufende chemische Reaktionen zwischen den Ausgangsstoffen und/oder dem Plasma zugeführtem Reaktionsgas vorgenommen werden.The pre-formed ceramic material and the pre-formed one Stabilizer substance can already be used as such the target used for sputtering be. However, preference can also be given to so-called  use reactive sputtering. You can do this Starting materials, for example of a metallic type, for the ceramic material and / or the stabilizer substance in insert the target. The transfer of these raw materials in the desired ceramic material or in the desired stabilizer substance can then by during sputtering chemical reactions between the starting materials and / or the plasma supplied Reaction gas can be made.

Falls Lagen von Aktivlot zwischen dem Substrat bzw. der Zwischenschicht und der Keramikschicht und/oder zwischen den Lagen einer mehrlagig aufgebauten Keramikschicht vorgesehen sein soll, wird man bevorzugt auch solches Aktivlot durch Kathodenzerstäubung aufbringen, und zwar unmittelbar in dem Rezipienten und bevorzugt unter Benutzung desselben Plasma wie für das Aufbringen der Keramikschicht.If there are layers of active solder between the substrate or the Intermediate layer and the ceramic layer and / or between the layers of a multilayer ceramic layer provided such an active solder is preferred apply by sputtering, immediately in the recipient and preferably using the same plasma as for the application of the ceramic layer.

Will man Verdampfungsverfahren einsetzen, so kann dies zunächst an der Tatsache scheitern, daß sich keramische Werkstoffe nicht verdampfen lassen. Jedoch kann im Rahmen der Erfindung auch ein Verdampfen von verdampfungsfähigen Ausgangsstoffen für den keramischen Werkstoff und Durchführung chemischer Reaktionen zur Bildung des keramischen Werkstoffes und der Stabilisatorsubstanzen vorgenommen werden. Dabei wird man bevorzugt diese chemischen Reaktionen auf der zu beschichtenden Oberfläche vornehmen.If you want to use evaporation processes, you can initially fail due to the fact that ceramic Do not let materials evaporate. However, in the frame the invention also vaporizing vaporizable Starting materials for the ceramic material and implementation chemical reactions to form the ceramic Made of material and the stabilizer substances will. These chemical reactions are preferred on the surface to be coated.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are as follows explained using the drawing. Show it:  

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen auf Gleiten oder Reibung beanspruchten Vorrichtungsteil in Form einer Gleitlagerhalbschale in perspektivischer Darstellung; FIG. 1 shows an inventive claimed on sliding or friction device part in the form of a plain bearing half shell in perspective view;

Fig. 2 einen Teilschnitt A-B gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung; und FIG. 2 shows a partial section AB according to FIG. 1 in an enlarged representation; and

Fig. 3 einen nochmals vergrößerten Ausschnitt C der Fig. 2. Fig. 3 is a further enlarged section C of FIG. 2.

In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der auf Gleiten oder Reibung beanspruchte Vorrichtungsteil eine Gleitlager-Halbschale 10, die in Art eines Schichtverbundwerkstoffes 11 aufgebaut ist. Dieser Schichtverbundwerkstoff 11 weist ein Substrat 12 in Form einer Trägerschicht aus temperaturfestem Stahl auf. Auf der einen Oberfläche dieses Substrates 12 ist eine dünne Aktivlotlage 13 aufgebracht. Diese Aktivlotlage 13 trägt eine zweilagige Keramikschicht 14, und zwar eine direkt auf der Aktivlotlage 13 aufgebrachte untere Keramiklage 15 und eine die freie Oberfläche der Keramikschicht 14 tragende obere Keramiklage 17. Zwischen beiden Keramiklagen 15 und 17 ist eine zweite Aktivlotlage 16 angebracht.In the embodiment shown in the drawing, the part of the device that is subject to sliding or friction is a plain bearing half-shell 10 , which is constructed in the manner of a layered composite material 11 . This layered composite material 11 has a substrate 12 in the form of a carrier layer made of temperature-resistant steel. A thin active solder layer 13 is applied to one surface of this substrate 12 . This active solder layer 13 carries a two-layer ceramic layer 14 , specifically a lower ceramic layer 15 applied directly to the active solder layer 13 and an upper ceramic layer 17 supporting the free surface of the ceramic layer 14 . A second active solder layer 16 is attached between the two ceramic layers 15 and 17 .

Die untere Keramiklage 15 besteht im dargestellten Beispiel aus Aluminiumoxid Al203 mit eingelagerter Stabilisatorsubstanz, wie dies im einzelnen in Verbindung mit Fig. 3 erläutert wird. Die zwischen der unteren Keramiklage 15 und dem Substrat 12 angebrachte Aktivlotlage 13 besteht aus 28Ni-23Co-Legierung, die geeignet ist, sowohl die Stahloberfläche des Substrates 12 als auch die Oberfläche des Aluminiumoxids zu benetzen. In the example shown, the lower ceramic layer 15 consists of aluminum oxide Al203 with an incorporated stabilizer substance, as will be explained in detail in connection with FIG. 3. The active solder layer 13 attached between the lower ceramic layer 15 and the substrate 12 consists of 28Ni-23Co alloy, which is suitable for wetting both the steel surface of the substrate 12 and the surface of the aluminum oxide.

Die im dargestellten Beispiel zusätzlich vorgesehene obere Keramiklage 17 besteht in diesem Beispiel aus Zirkonoxid ZrO2 mit eingelagerter Stabilisatorsubstanz, während die zwischen den beiden Keramiklagen 15 und 17 angebrachte Aktivlotlage aus beide keramischen Werkstoffe benetzender Legierung, beispielsweise 28Ni-23Co-Legierung bestehen kann. Wahlweise kann das Substrat 12 auch eine mit galvanisch aufgebrachter Kupferschicht 18 versehene Stahlschicht sein.In this example, the upper ceramic layer 17 additionally provided in this example consists of zirconium oxide ZrO 2 with an incorporated stabilizer substance, while the active solder layer between the two ceramic layers 15 and 17 can consist of an alloy wetting both ceramic materials, for example 28Ni-23Co alloy. Optionally, the substrate 12 can also be a steel layer provided with an electroplated copper layer 18 .

Die Keramikschicht 14 kann auch einlagig, beispielsweise als einlagige Aluminiumoxidschicht mit eingelagerter Stabilisatorsubstanz oder einlagige Zirkonoxidschicht mit eingelagerter Stabilisatorsubstanz sein.The ceramic layer 14 can also be single-layer, for example as a single-layer aluminum oxide layer with an incorporated stabilizer substance or a single-layer zirconium oxide layer with an incorporated stabilizer substance.

Wie deutlicher aus Fig. 3 ersichtlich, ist die untere Keramiklage 15 in praktisch gleichmäßiger Verteilung mit feinsten Teilchen 21 aus Zirkonoxid ZrO2 durchsetzt. Die Beigabemenge des Zirkonoxids zum Aluminiumoxid kann 1 bis 5% Massenanteile betragen. Die extrem feine Verteilung des Zirkonoxids im Aluminiumoxid wurde dadurch erreicht, daß die untere Keramiklage 15 durch Kathodenzerstäubung aufgebaut wurde, wobei das Aluminiumoxid und das Zirkonoxid gleichzeitig in molekular-feiner Verteilung aufgebracht wurden, so daß eine Aluminiumoxid-Matrix gebildet und in dieser feinste Teilchen aus Zirkonoxid gleichmäßig verteilt eingelagert wurden.As can be seen more clearly from FIG. 3, the lower ceramic layer 15 is interspersed with the finest particles 21 of zirconium oxide ZrO 2 in a practically uniform distribution. The amount of zirconium oxide added to the aluminum oxide can be 1 to 5% by mass. The extremely fine distribution of the zirconium oxide in the aluminum oxide was achieved in that the lower ceramic layer 15 was built up by sputtering, the aluminum oxide and the zirconium oxide being applied at the same time in a molecularly fine distribution, so that an aluminum oxide matrix was formed and fine particles formed therein Zirconium oxide were evenly distributed.

Bei der oberen Keramiklage 17 sind in eine durch Kathodenzerstäubung gebildete Matrix aus Zirkonoxid ZrO2 in gleichmäßiger feinster Verteilung Aluminiumoxidteilchen 22 als Stabilisatorsubstanz und feinste Graphitteilchen 23 (als dickere Punkte kenntlich gemacht) als die Gleiteigenschaften verbessernder aktiver Füllstoff eingelagert. Auch bei der oberen Keramiklage 17 ist feinste, gleichmäßige Verteilung sowohl des Aluminiumoxids als auch des Graphit in der Zirkonoxidmatrix durch Kathodenzerstäubung vorgenommen. Dabei kann der Anteil der Graphitteilchen in der oberen Keramiklage 5 bis 10% Massenanteile und der Anteil des Aluminiumoxids 1 bis 5% Massenanteile der Keramiklage 17 sein.In the upper ceramic layer 17 , aluminum oxide particles 22 as stabilizer substance and finest graphite particles 23 (indicated as thicker points) are embedded in a matrix of zirconium oxide ZrO 2 formed by cathode sputtering in a uniformly finest distribution as active filler improving the sliding properties. Even with the upper ceramic layer 17 , the finest, uniform distribution of both the aluminum oxide and the graphite in the zirconium oxide matrix is carried out by sputtering. The proportion of graphite particles in the upper ceramic layer can be 5 to 10% by mass and the proportion of aluminum oxide can be 1 to 5% by mass of the ceramic layer 17 .

Die in beiden Keramiklagen 15 und 17 als Stabilisatorsubstanz fein verteilten Fremdstoffteilchen 21 bzw. 22 bilden in der jeweiligen Keramikmatrix "quasi induzierte Gleitebenen". Durch diese in der Keramikmasse fein verteilten Fremdstoffteilchen kommt es unter dynamischer Belastung der Keramikschicht 14 und bei sprunghaften Temperaturwechseln an der Keramikschicht 14 zur Bildung von Mikrorissen 24, die jedoch durch die feine Verteilung der Fremdstoffteilchen 21 bzw. 22 begrenzt sind. Diese Mikrorisse 24 sind geeignet, Verformungen an der Keramikschicht 14 aufzufangen, ohne daß es zur Ausbildung von Makrorissen und "katastrophalem Versagen" kommen kann.The foreign matter particles 21 and 22, which are finely distributed as stabilizer substance in both ceramic layers 15 and 17, form "quasi-induced sliding planes" in the respective ceramic matrix. Due to this in the ceramic mass finely divided foreign particles occurs under dynamic loading of the ceramic layer 14 and abrupt temperature changes on the ceramic layer 14 to form micro-cracks 24 which are limited by the fine distribution of the foreign particles 21 and 22 respectively. These microcracks 24 are suitable for absorbing deformations on the ceramic layer 14 without the formation of macrocracks and "catastrophic failure".

Für die Herstellung eines Vorrichtungsteiles, beispielsweise einer in den Fig. 1 bis 3 wiedergegebenen Gleitlager- Halbschale 10, kann wie folgt verfahren werden:
Das Substrat 12, beispielweise eine Platine aus Stahlblech, insbesondere temperaturfestem Stahlblech, wird zunächst in die für den Vorrichtungsteil, d. h. die Gleitlager- Halbschale 10 gewünschte Form gebracht, nachdem sie wahlweise galvanisch mit einer Kupferschicht belegt worden ist. Dieses vorbereitete Halbzeug wird nach erster Reinigung in einen für Kathodenzerstäubung ausgestatteten Rezipienten gebracht, und zwar in wärmeleitender Verbindung auf einen elektrisch leitfähigen und elektrisch anschließbaren, vorzugsweise metallenen Support gesetzt, der mit Heizeinrichtungen, beispielsweise einer mit flüssigem Wärmeträgermedium bespülbaren Kammer, ausgestattet ist, und aus entsprechend temperaturbeständigem Material besteht. Nach dem Schließen des Rezipienten wird dieser evakuiert bis zum Erreichen eines Druckes in der Größe von 10-5 mbar. Während des Evakuierens wird der Support und das auf ihn gesetzte Halbzeug aufgeheizt, beispielsweise bis zu einer Temperatur im Bereich von etwa 300 bis 800°C. Hierdurch erfolgt ein wirksames Entgasen des Halbzeugs.
For the production of a device part, for example a plain bearing half-shell 10 shown in FIGS. 1 to 3, the procedure can be as follows:
The substrate 12 , for example a plate made of sheet steel, in particular temperature-resistant sheet steel, is first brought into the shape desired for the device part, ie the plain bearing half-shell 10 , after it has optionally been galvanically coated with a copper layer. After the first cleaning, this prepared semi-finished product is brought into a recipient equipped for cathode sputtering, in a heat-conducting connection to an electrically conductive and electrically connectable, preferably metallic support, which is equipped with heating devices, for example a chamber that can be flushed with a liquid heat transfer medium, and off according to temperature-resistant material. After the recipient is closed, the recipient is evacuated until a pressure of 10 -5 mbar is reached. During the evacuation, the support and the semi-finished product placed on it are heated up, for example up to a temperature in the range from about 300 to 800 ° C. This results in an effective degassing of the semi-finished product.

Nach erfolgter Entgasung wird die mit der Keramikschicht zu belegende Oberfläche des Halbzeugs einer Reinigung und Aufrauhung mittels umgekehrter Kathodenzerstäubung unterworfen. Bei der hierzu einzurichtenden anomalen Glimmentladung wird der das Substrat bzw. das Halbzeug tragende Support als Kathode geschaltet und an diesen eine negative Ätzspannung in der Größe von 400 V bis 1200 V, vorzugsweise 600 V bis 750 V, angelegt. Es wird dabei eine Ätzstromdichte zwischen 10 und 40 mA/cm2 der zu ätzenden Oberfläche eingestellt. Während des Ätzvorganges wird geeignetes Plasma, beispielsweise Argon, unter einem Ätzdruck zwischen 5 · 10-3 mbar und 5 · 10-2 mbar aufrecht erhalten. Durch die gemeinsame Wirkung der beim Ätzen auftretenden Erhitzung des Substrats und des dem Support zugeführten Wärmeträgermedium wird das Substrat bzw. Halbzeug auf eine Temperatur zwischen 500 und 800°C, vorzugsweise bei 600°C eingestellt. Die Dauer des Ätzvorganges wird entsprechend dem jeweiligen Werkstoff des Substrats und dem zu erzielenden Aufrauhgrad von Fall zu Fall gewählt.After degassing, the surface of the semi-finished product to be covered with the ceramic layer is subjected to cleaning and roughening by means of reverse cathode sputtering. In the case of the anomalous glow discharge to be set up for this purpose, the support carrying the substrate or the semifinished product is switched as a cathode and a negative etching voltage of 400 V to 1200 V, preferably 600 V to 750 V, is applied to it. An etching current density between 10 and 40 mA / cm 2 of the surface to be etched is set. During the etching process, suitable plasma, for example argon, is maintained under an etching pressure between 5 · 10 -3 mbar and 5 · 10 -2 mbar. Due to the combined effect of the heating of the substrate occurring during the etching and the heat transfer medium supplied to the support, the substrate or semi-finished product is set to a temperature between 500 and 800 ° C., preferably at 600 ° C. The duration of the etching process is selected on a case-by-case basis in accordance with the respective material of the substrate and the degree of roughening to be achieved.

Nach erfolgter Oberflächenreinigung und Aufrauhung durch umgekehrte Kathodenzerstäubung wird anschließend eine Aktivlotlage 13 durch Kathodenzerstäubung auf die aufgerauhte Oberfläche des Substrats aufgebracht. Hierzu wird der das Substrat tragende Support als Anode geschaltet und an das aus dem gewünschten Aktivlot, beispielsweise 28Ni- 23Co-Legierung bestehende Target, eine Sputterspannung zwischen 300 V und 700 V angelegt. Die bei diesem Sputtern der Aktivlotlage 13 aufrecht zu erhaltende Sputterstromdichte sollte bei 10 bis 30 W/cm2 der zu beschichtenden Oberfläche gehalten werden. Die Substrattemperatur ist im wesentlichen auf dem beim Ätzen eingestellten Wert zu halten. Das beim Aufbringen der Aktivlotlage zu benutzende Plasma ist sauerstofffrei, vorzugsweise Argon, unter einem Druck von 1 · 10-3 mbar bis 5 · 10-2 mbar. Die Dauer dieser Kathodenzerstäubung wird so eingerichtet, daß eine Aktivlotlage von etwa 5 µm bis 10 µm Dicke aufgebaut wird.After the surface has been cleaned and roughened by reverse sputtering, an active solder layer 13 is then applied to the roughened surface of the substrate by sputtering. For this purpose, the support carrying the substrate is switched as an anode and a sputter voltage between 300 V and 700 V is applied to the target consisting of the desired active solder, for example 28Ni-23Co alloy. The sputter current density to be maintained during this sputtering of the active solder layer 13 should be kept at 10 to 30 W / cm 2 of the surface to be coated. The substrate temperature is to be kept essentially at the value set during the etching. The plasma to be used when applying the active solder layer is oxygen-free, preferably argon, under a pressure of 1 · 10 -3 mbar to 5 · 10 -2 mbar. The duration of this sputtering is set up in such a way that an active solder layer of approximately 5 μm to 10 μm thickness is built up.

Auf die so gebildete Aktivlotlage 13 wird nunmehr die untere Keramiklage 15 durch reaktives Sputtern aufgebracht. Hierzu wird ein Target aus Aluminium mit Zugabe an Zirkonium in der für die Stabilisatorsubstanz gewünschten Menge benutzt. Dem in dieser Stufe für die Aufrechterhaltung der Glimmentladung und die Kathodenzerstäubung benutzten Plasma, beispielsweise Argon, wird Sauerstoff in einer für das vollständige Oxidieren des kathodenzerstäubten Aluminiums zu Al2O3 und des kathodenzerstäubten Zirkoniums zu ZrO2 fortlaufend beigegeben. Die Sputterspannung wird auf 500 V bis 800 V, beispielsweise 600 V, eingerichtet unter Aufrechterhaltung einer Sputterstromdichte von 20 bis 40 W/cm2 der zu beschichtenden Fläche. Die Substrattemperatur wird auf dem eingestellten Wert zwischen 500°C und 800°C, vorzugsweise bei 600°C, gehalten. Der Druck im Sputterplasma wird zwischen 1 · 10-3 mbar und 5 · 10-2 mbar gehalten.The lower ceramic layer 15 is now applied to the active solder layer 13 thus formed by reactive sputtering. For this purpose, a target made of aluminum with the addition of zirconium in the amount desired for the stabilizer substance is used. To the plasma used in this stage for maintaining the glow discharge and the sputtering, for example argon, oxygen is continuously added in a for the complete oxidation of the sputtered aluminum to Al 2 O 3 and the sputtered zirconium to ZrO2. The sputter voltage is set to 500 V to 800 V, for example 600 V, while maintaining a sputter current density of 20 to 40 W / cm 2 of the surface to be coated. The substrate temperature is kept at the set value between 500 ° C and 800 ° C, preferably at 600 ° C. The pressure in the sputtering plasma is kept between 1 · 10 -3 mbar and 5 · 10 -2 mbar.

Die Dauer dieser Kathodenzerstäubung wird entsprechend der gewünschten Dicke der unteren Keramiklage 15 gehalten. Ist die untere Keramiklage 15 in der gewünschten Dicke aufgebaut, so wird der Rezipient wieder auf einen Druck in der Größe von 10-5 mbar evakuiert und anschließend mit sauerstofffreiem Plasma auf einen Druck zwischen 1 · 10-3 mbar und 5 · 10-2 mbar eingestellt. Es erfolgt unter diesem neuen Plasma das Sputtern der zweiten Aktivlotlage 16 unter praktisch den gleichen Sputterbedingungen wie beim Aufbauen der ersten Aktivlotlage 13. Nach Aufbau dieser zweiten Aktivlotlage 16 wird die obere Keramiklage 17 durch Kathodenzerstäubung aufgebracht und zwar in einem Plasma, das weniger Sauerstoff enthält als das Plasma für das Aufbringen der unteren Keramiklage 15. Das für diesen Verfahrensschritt benutzte Target enthält außer Zirkonium und Aluminium auch Zirkonoxid und Aluminiumoxid sowie Graphit, wobei nur noch ein Teil des zur Bildung der Keramikmatrix benutzten Zirkonoxids durch reaktives Sputtern und das übrige Zirkonoxid durch direktes Sputtern aus dem Target gebildet wird. Ebenso wird das als Stabilisatorsubstanz eingelagerte Aluminiumoxid zum Teil durch reaktives Sputtern gebildet und zum Teil direkt aus dem Target gezogen. Während dieses Verfahrensschrittes wird das Substrat bzw. das schon mit den beiden Aktivlotlagen 13 und 16 und der unteren Keramiklage 15 beschichtete Substrat 12, 18 auf einer Temperatur von etwa 500 bis 600°C gehalten. Die Substrattemperatur soll innerhalb der einzelnen Beschichtungsschritte möglichst konstant gehalten werden.The duration of this sputtering is kept according to the desired thickness of the lower ceramic layer 15 . If the lower ceramic layer 15 is built up in the desired thickness, the recipient is evacuated again to a pressure of 10 -5 mbar and then with oxygen-free plasma to a pressure between 1 · 10 -3 mbar and 5 · 10 -2 mbar set. Under this new plasma, the second active solder layer 16 is sputtered under practically the same sputtering conditions as when the first active solder layer 13 was built up . After this second active solder layer 16 has been built up , the upper ceramic layer 17 is applied by cathode sputtering, specifically in a plasma which contains less oxygen than the plasma for the application of the lower ceramic layer 15 . In addition to zirconium and aluminum, the target used for this process step also contains zirconium oxide and aluminum oxide and graphite, only part of the zirconium oxide used to form the ceramic matrix being formed by reactive sputtering and the rest of the zirconium oxide by direct sputtering from the target. Likewise, the aluminum oxide embedded as a stabilizer substance is partly formed by reactive sputtering and partly drawn directly from the target. During this process step, the substrate or the substrate 12, 18 already coated with the two active solder layers 13 and 16 and the lower ceramic layer 15 is kept at a temperature of approximately 500 to 600 ° C. The substrate temperature should be kept as constant as possible within the individual coating steps.

Die oben erläuterte zeitliche Reihenfolge der Behandlungsschritte kann in einem entsprechend in Kammern unterteilten und mit Schleusen ausgestatteten und verschiedenen Einrichtungen versehenen Rezipienten hintereinander ausgeführt werden, während das Substrat bzw. das vorbereitete Halbzeug von Kammer zu Kammer durch den Rezipienten hindurchgeführt wird. Es können auch am Rezipienten Eingangsschleusen zum Einführen des vorbereiteten Halbzeugs und Ausgangsschleusen zum Entnehmen der behandelten Vorrichtungsstelle vorgesehen sein.The chronological order of the treatment steps explained above can be divided into chambers accordingly and various and equipped with locks Recipients provided with facilities are executed one after the other while the substrate or the prepared Semi-finished products from chamber to chamber by the recipient is passed through. There can also be entrance gates at the recipient for introducing the prepared semi-finished product and exit locks for removing the treated device site be provided.

  • Bezugszeichenliste 10 Gleitlager-Halbschalz
    11 Schichtverbundwerkstoff
    12 Substrat
    13 Aktivlotlage
    14 Keramikschicht
    15 untere Keramiklage
    16 Aktivlotlage
    17 obere Keramiklage
    18 Verkupferungsschicht
    21 Stabilisatorsubstanz-Teilchen
    22 Stabilisatorsubstanz-Teilchen
    23 Graphitteilchen
    24 Mikrorisse
    LIST OF REFERENCE NUMERALS 10 plain bearing half shells
    11 layered composite
    12 substrate
    13 active solder layer
    14 ceramic layer
    15 lower ceramic layer
    16 active solder layer
    17 upper ceramic layer
    18 copper layer
    21 stabilizer substance particles
    22 stabilizer substance particles
    23 graphite particles
    24 micro cracks

Claims (20)

1) Gleit- oder Reibelement zum Einsatz im Betrieb bei hoher Temperatur, beispielsweise einer Rückentemperatur oberhalb von 200°C, bei dem ein die Gleit- bzw. Reibfläche tragender Funktionsteil aus keramischem Werkstoff mit eingelagerter Stabilisatorsubstanz vorgesehen ist, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Gleit- oder Reibelements aus oder in Art von Schichtverbundwerkstoff (11), bei dem der keramische Werkstoff des Funktionsteiles auf einem Substrat (12) aus zähem, wärmefestem Werkstoff, beispielsweise Stahl, oder einer auf dem Substrat (12) angebrachten Zwischenschicht (18) durch Aufdampfen oder Aufstäuben im Vakuum als fest an die Oberfläche gebundene Keramikschicht (14) ausgebildet und dabei in feinster Verteilung mit der Stabilisatorsubstanz durchsetzt ist. 1) sliding or friction element for use in operation at high temperature, for example a back temperature above 200 ° C, in which a functional part carrying the sliding or friction surface is provided made of ceramic material with embedded stabilizer substance, characterized by the formation of the sliding or friction elements made of or in the form of layered composite material ( 11 ), in which the ceramic material of the functional part is deposited on a substrate ( 12 ) made of tough, heat-resistant material, for example steel, or on an intermediate layer ( 18 ) on the substrate ( 12 ) Dusting in a vacuum is formed as a ceramic layer ( 14 ) firmly bonded to the surface and is interspersed with the stabilizer substance in the finest distribution. 2) Gleit- oder Reibelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikschicht (14) aus einer der Gruppen von Metalloxiden, wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Metalltitanaten, wie Aluminiumtitanat, Siliciumnitriden oder Karbiden oder Gemischen solcher keramischen Verbindungen gebildet und mit den jeweiligen keramischen Verbindungen entsprechenden Stabilisatorsubstanzen versetzt ist.2) sliding or friction element according to claim 1, characterized in that the ceramic layer ( 14 ) from one of the groups of metal oxides, such as aluminum oxide, zirconium oxide, metal titanates, such as aluminum titanate, silicon nitrides or carbides or mixtures of such ceramic compounds and formed with the respective ceramic Connections corresponding stabilizer substances is added. 3) Gleit- oder Reibelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Werkstoff ein durch reaktive Kathodenzerstäubung gebildetes Al2O3 und die Stabilisatorsubstanz durch reaktive Kathodenzerstäubung gebildetes ZrO2 und/oder Y2O3 und/oder MgO ist.3) sliding or friction element according to claim 2, characterized in that the ceramic material is a formed by reactive sputtering Al 2 O 3 and the stabilizer substance formed by reactive sputtering ZrO 2 and / or Y 2 O 3 and / or MgO. 4) Gleit- oder Reibelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikschicht (14) über eine Lage (13) aus Aktivlot an das Substrat (12) bzw. die Zwischenschicht (18) gebunden ist.4) sliding or friction element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ceramic layer ( 14 ) via a layer ( 13 ) of active solder to the substrate ( 12 ) or the intermediate layer ( 18 ) is bound. 5) Gleit- oder Reibelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (12) eine Stahlschicht, der Werkstoff der Keramikschicht (14) Al2O3 und das Aktivlot eine 28Ni-23Co-Legierung ist.5) sliding or friction element according to claim 4, characterized in that the substrate ( 12 ) is a steel layer, the material of the ceramic layer ( 14 ) Al 2 O 3 and the active solder is a 28Ni-23Co alloy. 6) Gleit- oder Reibelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikschicht (14) aus zwei oder mehreren Lagen (15, 17) aus unterschiedlichen keramischen Werkstoffen aufgebaut ist.6) sliding or friction element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ceramic layer ( 14 ) from two or more layers ( 15, 17 ) is constructed of different ceramic materials. 7) Gleit- oder Reibelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Lagen (15, 17) der Keramikschicht (14) eine dünne Aktivlotlage (16) angebracht ist. 7) sliding or friction element according to claim 6, characterized in that between adjacent layers ( 15, 17 ) of the ceramic layer ( 14 ) a thin active solder layer ( 16 ) is attached. 8) Gleit- oder Reibelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Keramikschicht (14) die Gleit- bzw. Reibeigenschaften verbessernde Substanzen, wie MoS2, Graphit, BN, PTFE in beim Aufstäuben oder Aufdampfen der Keramikschicht erzeugter feinster Verteilung eingelagert sind.8) sliding or friction element according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the ceramic layer ( 14 ) the sliding or friction properties improving substances such as MoS 2 , graphite, BN, PTFE in generated when dusting or vapor deposition of the ceramic layer finest distribution are stored. 9) Verfahren zum Herstellen von Gleit- oder Reibelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ggf. mit einer Zwischenschicht belegte Substrat durch Kathodenzerstäubung in unter einem Druck zwischen 10-4 bis 10-1 mbar gehaltenem Plasma, beispielsweise Argon, mit einer Schicht aus keramischem Werkstoff belegt und dabei eine gewünschte Menge einer oder mehrerer gewünschter Stabilisatorsubstanzen mittels der Kathodenzerstäubung während des Schichtaufbaues und zusammen mit dem keramischen Werkstoff in der durch die Kathodenzerstäubung hervorgerufenen feinen Verteilung in den keramischen Werkstoff eingelagert wird.9) Method for producing sliding or friction elements according to one of claims 1 to 8, characterized in that the substrate, which may be covered with an intermediate layer, by sputtering in a plasma, for example argon, held under a pressure between 10 -4 to 10 -1 mbar , coated with a layer of ceramic material and a desired amount of one or more desired stabilizer substances is deposited in the ceramic material by means of the cathode sputtering during the layer build-up and together with the ceramic material in the fine distribution caused by the cathode sputtering. 10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Werkstoff durch chemische Reaktion von einem oder mehreren zerstäubten Ausgangsstoffen miteinander und/oder mit dem Plasma zugegebenem Reaktionsgas während der Kathodenzerstäubung gebildet wird.10) Method according to claim 9, characterized in that the ceramic material by chemical reaction of one or more atomized starting materials together and / or reaction gas added with the plasma during cathode sputtering. 11) Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisatorsubstanz bzw. Stabilisatorsubstanzen durch chemische Reaktion von einem oder mehreren Ausgangsstoffen miteinander und/oder mit dem Plasma zugegebenem Reaktionsgas während der Kathodenzerstäubung gebildet wird bzw. werden.11) Method according to claim 9 or 10, characterized in that that the stabilizer substance or stabilizer substances by chemical reaction of one or more Starting materials with each other and / or with the plasma added reaction gas during sputtering is or will be formed. 12) Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Werkstoff und die Stabilisatorsubstanz bzw. Stabilisatorsubstanzen bzw. deren Ausgangsstoffe in dem für die Keramikschicht gewünschten Mengenverhältnis in einem für die Kathodenzerstäubung benutzten Target vereinigt werden.12) Method according to one of claims 9 to 11, characterized characterized in that the ceramic material and the  Stabilizer substance or stabilizer substances or their starting materials in the desired for the ceramic layer Quantity ratio in one for sputtering used target are combined. 13) Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mit der Keramikschicht zu belegende Oberfläche nach Reinigung und eventuellem Aufrauhen durch Kathodenzerstäubung eine etwa 1 bis 5 µm dicke Lage aus Aktivlot aufgebracht wird und daß anschließend die Keramikschicht durch Kathodenzerstäubung auf der Oberfläche dieser Aktivlotlage aufgebaut wird.13) Method according to one of claims 9 to 12, characterized characterized in that with the ceramic layer surface to be covered after cleaning and possibly Roughen by cathode sputtering about 1 to 5 µm thick layer of active solder is applied and that then the ceramic layer by sputtering is built up on the surface of this active solder layer. 14) Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Keramikschicht zu belegende Oberfläche des Substrats bzw. der Zwischenschicht in dem für die Kathodenzerstäubung vorgesehenen Plasma vor dem Aufbringen der Keramikschicht bzw. der Aktivlotlage durch umgekehrte Kathodenzerstäubung gereinigt und aufgerauht wird.14) Method according to one of claims 9 to 13, characterized characterized in that the to be covered with the ceramic layer Surface of the substrate or the intermediate layer in the one intended for sputtering Plasma before applying the ceramic layer or the Active solder layer cleaned by reverse sputtering and is roughened. 15) Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in die Keramikschicht einzulagernde, die Gleit- bzw. Reibeigenschaften verbessernde Füllstoffe in das den keramischen Werkstoff und die Stabilisatorsubstanz bzw. Stabilisatorsubstanzen bzw. die Ausgangsstoffe für beide enthaltende Target in einer der in der Keramikschicht gewünschten Beigabemenge entsprechender Menge eingelagert sind.15) Method according to one of claims 9 to 14, characterized characterized in that to be embedded in the ceramic layer, fillers which improve the sliding or rubbing properties into the ceramic material and the stabilizer substance or stabilizer substances or the Starting materials for both target contained in one the addition quantity desired in the ceramic layer appropriate amount are stored. 16) Verfahren zum Herstellen von Gleit- oder Reibelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Vakuum auf das ggf. mit einer Zwischenschicht belegte Substrat eine Keramikschicht aufgedampft wird, indem die verdampfungsfähigen Ausgangsstoffe des keramischen Werkstoffes und der Stabilisatorsubstanz bzw. Stabilisatorsubstanzen im Vakuum verdampft, in verdampftem Zustand unter gleichzeitigem Niederschlagen auf der zu beschichtenden Oberfläche durch chemische Reaktionen miteinander und/oder mit in das Vakuum eingeführtem Reaktionsgas bzw. Reaktionsgasen in den keramischen Werkstoff und die Stabilisatorsubstanz bzw. Stabilisatorsubstanzen übergeführt und in feinster gegenseitiger Verteilung zu der Keramikschicht aufgebaut werden.16) Method of making sliding or friction elements according to one of claims 1 to 8, characterized in that in vacuum on that with an intermediate layer if necessary coated substrate evaporated a ceramic layer is by the vaporizable raw materials of the ceramic material and the stabilizer substance  or stabilizer substances evaporated in vacuo, in the vaporized state with simultaneous precipitation on the surface to be coated chemical reactions with each other and / or with in Vacuum introduced reaction gas or gases in the ceramic material and the stabilizer substance or stabilizer substances transferred and in the finest mutual distribution to the ceramic layer being constructed. 17) Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß über zumindest einen das Substrat aufnehmenden Teil des evakuierten Raumes ein zum Substrat führendes elektrisches Feld aufrecht erhalten wird und daß elektrische Ladungsträger zum beschleunigten Bewegen der verdampften Stoffe auf das Substrat in die im Vakuum verdampften Stoffe eingeführt werden, vorzugsweise in sich zur Richtung der elektrischen Kraftlinien quer erstreckender Richtung.17) Method according to claim 16, characterized in that over at least one part receiving the substrate of the evacuated room leading to the substrate electric field is maintained and that electrical charge carriers for accelerated movement of the vaporized substances on the substrate in the Vacuum vaporized substances are introduced, preferably in itself to the direction of the electric lines of force transverse direction. 18) Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch geladene Teilchen, vorzugsweise Ionen, solcher Stoffe in die im Vakuum verdampften Stoffe eingeführt werden, die mit den verdampften Stoffen unter Bildung des gewünschten keramischen Werkstoffes und/ oder der gewünschten Stabilisatorsubstanz bzw. Stabilisatorsubstanzen chemisch reagieren.18) Method according to claim 17, characterized in that electrically charged particles, preferably ions, such substances introduced into the substances evaporated in a vacuum be covered with the vaporized substances Formation of the desired ceramic material and / or the desired stabilizer substance or stabilizer substances react chemically. 19) Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Oberfläche des Substrats bzw. der Zwischenschicht und der Keramikschicht und ggf. zwischen den Lagen einer mehrlagig aufgebauten Keramikschicht vorzusehende Lagen aus Aktivlot durch Aufdampfen oder Ionenplattierung im Vakuum unmittelbar vor Beginn bzw. zwischen den Abschnitten des Aufbauens der Keramikschicht gebildet werden.19) Method according to one of claims 16 to 18, characterized characterized in that between the surface of the substrate or the intermediate layer and the ceramic layer and if necessary between the layers of a multi-layer structure Layers of active solder to be provided through the ceramic layer Evaporation or ion plating in a vacuum immediately before the start or between the stages of building  the ceramic layer are formed. 20) Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verdampfenden Ausgangsstoffe für die Bildung des keramischen Werkstoffes und/oder der gewünschten Stabilisatorsubstanz bzw. Stabilisatorsubstanzen aus verschiedenen Quellen in kurzzeitiger Aufeinanderfolge mittels Elektronenbeschuß verdampft werden.20) Method according to one of claims 16 to 19, characterized characterized in that the starting materials to be evaporated for the formation of the ceramic material and / or the desired stabilizer substance or stabilizer substances from different sources in short succession be evaporated by means of electron bombardment.
DE19863602104 1986-01-24 1986-01-24 Slide or friction element with functional part of ceramic material and process for its production Withdrawn DE3602104A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19863602104 DE3602104A1 (en) 1986-01-24 1986-01-24 Slide or friction element with functional part of ceramic material and process for its production
BR8700301A BR8700301A (en) 1986-01-24 1987-01-23 SLIDING OR FRICTION ELEMENT, WELL WITH PROCESS FOR ITS PRODUCTION
JP1264487A JPS62178336A (en) 1986-01-24 1987-01-23 Sliding or frictional blank with functional section consisting of ceramic material and manufacture thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19863602104 DE3602104A1 (en) 1986-01-24 1986-01-24 Slide or friction element with functional part of ceramic material and process for its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3602104A1 true DE3602104A1 (en) 1987-07-30

Family

ID=6292529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19863602104 Withdrawn DE3602104A1 (en) 1986-01-24 1986-01-24 Slide or friction element with functional part of ceramic material and process for its production

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPS62178336A (en)
BR (1) BR8700301A (en)
DE (1) DE3602104A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19614557A1 (en) * 1996-04-12 1997-10-16 Hauzer Holding Component with wear protection layer and process for its production
DE19622823A1 (en) * 1996-06-07 1997-12-11 Widia Gmbh Composite and process for its manufacture
EP1160495A1 (en) * 2000-05-31 2001-12-05 Techspace Aero S.A. Sealing member for flow control valve
EP1170535A1 (en) * 2000-05-31 2002-01-09 Techspace Aero S.A. Seal arrangement for valve
WO2003010419A1 (en) * 2001-07-23 2003-02-06 Alstom Technology Ltd Device for reducing sealing gaps between moving and stationary components inside a non-positive-displacement machine
DE102010043119A1 (en) * 2010-10-29 2012-05-03 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Method for producing a connection between two ceramic parts, in particular parts of a pressure sensor, and a ceramic product, in particular a ceramic pressure sensor
DE102010063065A1 (en) * 2010-12-14 2012-06-14 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Pressure sensor and method for its manufacture +

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10342398B4 (en) 2003-09-13 2008-05-29 Schott Ag Protective layer for a body, and methods of making and using protective layers

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19614557A1 (en) * 1996-04-12 1997-10-16 Hauzer Holding Component with wear protection layer and process for its production
DE19622823A1 (en) * 1996-06-07 1997-12-11 Widia Gmbh Composite and process for its manufacture
EP1160495A1 (en) * 2000-05-31 2001-12-05 Techspace Aero S.A. Sealing member for flow control valve
EP1170535A1 (en) * 2000-05-31 2002-01-09 Techspace Aero S.A. Seal arrangement for valve
WO2003010419A1 (en) * 2001-07-23 2003-02-06 Alstom Technology Ltd Device for reducing sealing gaps between moving and stationary components inside a non-positive-displacement machine
DE102010043119A1 (en) * 2010-10-29 2012-05-03 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Method for producing a connection between two ceramic parts, in particular parts of a pressure sensor, and a ceramic product, in particular a ceramic pressure sensor
US9136662B2 (en) 2010-10-29 2015-09-15 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Method for manufacturing a connection between two ceramic parts, especially parts of a pressure sensor, and a ceramic product, especially a ceramic pressure sensor
DE102010063065A1 (en) * 2010-12-14 2012-06-14 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Pressure sensor and method for its manufacture +
US9459169B2 (en) 2010-12-14 2016-10-04 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Pressure sensor and method for its manufacture

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62178336A (en) 1987-08-05
BR8700301A (en) 1987-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1624081B1 (en) Aluminium alloy for tribologically stressed surfaces
EP0256226B1 (en) Composite material with at least one bearing layer deposited by cathodic sputtering, production method and application of the material
DE69509293T2 (en) Multi-layer erosion-resistant coating and process for its manufacture
AT410358B (en) SLIDING BEARING SHELL AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION
DE19518781C1 (en) Metal body with alpha-alumina coating for e.g. shaping tool
AT391106B (en) LAYER COMPOSITE MATERIAL WITH DIFFUSION LOCKER LAYER, ESPECIALLY FOR SLIDING AND FRICTION ELEMENTS, AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
EP0399621B1 (en) Graphite-refractory metal composite
EP2912207B1 (en) Component having a coating and method for the production thereof
DE69928739T2 (en) Method for applying a coating to a metallic object
DE3637447C2 (en)
DE3602132A1 (en) Slide or friction element with functional part of ceramic material with incorporated stabiliser and process for its production
EP0817238A1 (en) Aluminium cast part and method for its fabrication
EP0817756B1 (en) Ozonizer and method of manufacturing it
DE3602104A1 (en) Slide or friction element with functional part of ceramic material and process for its production
DE69913998T2 (en) Bodies connected by hot isostatic pressing and its manufacturing process
AT393367B (en) LAYER COMPOSITE MATERIAL, ESPECIALLY FOR SLIDING AND FRICTION ELEMENTS, AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
DE19822841B4 (en) Ozonizer and method of making such
AT521598A4 (en) Plain bearing element
EP2050837B1 (en) Method for ion-plasma application of film coatings and a device for carrying out said method
DE19514538C2 (en) Process for making engraved rollers and plates
AT514955B1 (en) Method for producing a two-substance plain bearing
DE69318515T2 (en) Iron-based alloy with high oxidation resistance at elevated temperatures and method of manufacturing the same
DE69009660T2 (en) Coated filaments for composite materials.
EP0220252B1 (en) Cr2o3 protective coating and process for its manufacture
DE3824249A1 (en) METHOD FOR PRODUCING HIGH-TEMPERATURE-RESISTANT COPPER COATINGS ON INORGANIC DIELECTRICS

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee