DE4342258A1 - Verfahren zur Erzeugung elektrisch leitender Bereiche an keramischen Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung elektrisch leitender Bereiche in bzw. auf Werkstücken aus wenigstens eine Metallverbindung enthaltendem, isolierenden Keramikmaterial.

Für die Herstellung von Werkstücken, die bei ihrem Gebrauch hohen Temperaturen ausgesetzt sind, wie z. B. Zylinder und Kolben für Verbrennungsmotoren, Rotoren für Turbolader oder Turbinen, Auskleidungen von Triebwerken und ähnlichem werden hochtemperaturfeste Werkstoffe benötigt. Ein derartiger Werkstoff ist Keramik, die jedoch nur eine relativ geringe Zugfestigkeit, verglichen mit metallischen Werkstoffen, auf­ weist. Außerdem ist Keramik im wesentlichen nicht formbar und besitzt eine große, störende Sprödigkeit. Um nun kerami­ sche Werkstoffe in den obengenannten Fällen einsetzen zu können, ist es daher erforderlich, die keramischen Werk­ stücke fest und sicher mit metallischen Werkstücken verbin­ den zu können.

Außerdem ist Keramik normalerweise isolierend, so daß sie dort nicht eingesetzt werden kann, wo es zumindest in be­ stimmten Bereichen auf eine elektrische Leitfähigkeit ankommt.

Aus der EP-0 211 557 A2 ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem ein keramisches Werkstück mit einem metallischen dadurch verbunden wird, daß die beiden gereinigten Werkstück­ oberflächen mittels eines aktiven Lötmetalls miteinander verlötet werden.

Auf diese Weise läßt sich beispielsweise die die Verbren­ nungskammer eines Verbrennungsmotors begrenzende Stirnfläche eines Kolbens mit einer Keramikplatte versehen.

Dieses bekannte Verfahren ist jedoch relativ aufwendig, da die zwischen dem metallischen und dem keramischen Werkstück anzuordnende Lotschicht mit einer zusätzlichen Metallbe­ schichtung versehen werden muß.

Außerdem besitzt die Lotschicht nur eine eingeschränkte Warm­ festigkeit, wodurch der Einsatz derartiger Werkstücke nur im begrenzten Maße in Hochtemperaturbereichen möglich ist.

Aus der DE 35 37 161 A1 ist ferner ein Verfahren zur Herstel­ lung festhaftender, lötfähiger und strukturierbarer Metall­ schichten auf Al₂O₃-haltiger Keramik bekannt, bei dem auf das fertige Keramiksubstrat eine metalloxidhaltige Paste aufgebracht und eingebrannt wird. Anschließend wird diese Schicht in einem Bad stromlos verkupfert und danach galva­ nisch verstärkt.

Bei diesen vorbekannten Verfahren muß also eine besondere metalloxidhaltige Siebdruckpaste auf das Keramikmaterial aufgebracht werden, was nicht nur aufwendig und kostspielig ist, sondern auch besondere Vorrichtungen erfordert, damit eine gleichmäßige Beschichtung gewährleistet ist. Das bekannte Verfahren ist auch auf die Leitendmachung der Keramik an der Oberfläche beschränkt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein weiteres Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaf­ fen. Insbesondere sollen sowohl auf als auch in der Keramik metallische und insbesondere auch metallisch leitende Bereiche mit geringem Aufwand herstellbar sein, wobei die Festigkeit des Keramikmaterials nicht beeinträchtigt werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnen­ den Teils des Anspruches 1 vorgesehen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Der Erfindungsgedanke besteht also darin, daß man das in den Metallverbindungen der Keramik enthaltene Metall durch chemische und/oder thermische Prozesse freisetzt, wodurch metallische Bereiche geschaffen werden, ohne daß die Molekül­ struktur des Keramikmaterials verändert wird.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Remetallisierung der Metallverbindungen der Keramik lassen sich also metallische Phasen im keramischen Gefüge selbst erzeugen. Als Metall­ verbindungen können dabei sowohl Metalloxide, z. B. Al₂O₃, als auch nichtoxidische Metallverbindungen, wie z. B. Si₃N₄ oder Aluminiumnitrid (AlN), das Keramikmaterial bilden bzw. in ihm vorgesehen sein. Durch eine spezielle Verteilung der metallischen Phasen im keramischen Gefüge, sowie durch das Verhältnis metallischer und nichtmetallischer Gefügeanteile in dem fertigen Werkstück, also durch die Graduierung der Metallisierung der Gefügeteile oder der Keramikpartikel läßt sich eine Keramiksubstanz schaffen, deren Beschaffenheit physikalisch beeinflußbar ist. Z.B. läßt sich eine derartige Keramiksubstanz auch durch Wärmeeinwirkung plastisch verform­ bar machen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Werkstücke, die während ihres normalen Gebrauchs hohen Temperaturen aus­ gesetzt sind, wie z. B. Zylinder, Kolben, Turbinenschaufeln und ähnliches, aus einem Keramikmaterial so herstellen, daß das fertige Werkstück metallische Festigkeit besitzt und auf der der Wärmebeanspruchung ausgesetzten Oberfläche eine keramische Schutzschicht genügender Dicke aufweist.

Um derartige Keramikwerkstücke auf einfache und sichere Weise mit metallischen Werkstücken zu verbinden, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Metall­ verbindungen in einer an die Oberfläche des Werkstücks an­ grenzenden Schicht remetallisiert, also in Metall umgewan­ delt werden, so daß die entsprechende Oberfläche des kera­ mischen Werkstücks aufgrund metallischer Phasen im kerami­ schen Gefüge metallisch ist.

Derartige metallische Oberflächen bzw. Oberflächenschichten lassen sich je nach der Dicke ihrer Ausbildung schweißen und/oder löten. Dabei ist es von besonderem Vorteil, daß, sobald die metallische Brücke zum Keramikmaterial geschaffen ist, auf der Metalloberfläche praktisch alle Oberflächenbear­ beitungsverfahren für Metall durchführbar sind. Die metal­ lische Oberfläche der Keramik kann dabei z. B. durch Galvani­ sieren oder Bedampfen in geeigneter Weise verstärkt werden. Die strukturelle Haftung derartiger zusätzlich aufgebrachter Metallschichten ist deswegen besonders gut, weil die zusätz­ lich aufgebrachten Metallatome bzw. -moleküle sich mit Metallatomen bzw. -molekülen verbinden, die einen integralen Bestandteil des Keramikmaterials bilden.

Da die metallische Oberflächenschicht sich als Bestandteil des keramischen Gefüges auch bis in die Poren des kerami­ schen Gefüges hineinerstreckt, weist die Verbindung zwischen der Schicht und dem keramischen Werkstück die gleiche Festig­ keit auf, wie das keramische Werkstück selbst. Es liegt eine stoffschlüssige Verbindung vor.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß sich durch eine ge­ eignete Auswahl der Metallverbindung der Keramik eine metal­ lische Oberfläche schaffen läßt, die bei Verwendung eines entsprechenden Reaktionsmetalls mit diesem eine durch Diffu­ sion erzeugte intermetallische Phase ausbildet. Derartige intermetallische Phasen sind besonders im Hochtemperatur­ bereich von Vorteil, da der Schmelzpunkt einer intermetal­ lischen Phase bei geeigneter Materialwahl hochschmelzend ist, während die für die Bildung der intermetallischen Phase verwendeten Metalle niedrigschmelzend sein können.

Hierdurch läßt sich z. B. auch durch Löten bei relativ niedri­ gen Temperaturen eine Verbindung zwischen einem nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren hergestellten keramischen Werk­ stück und einem metallischen Werkstück schaffen, die bei relativ niedrigen Temperaturen hergestellt wurde und die trotzdem relativ hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann, ohne sich zu lösen. Auf diese Weise wird die Weiterverarbei­ tung der keramischen Werkstücke, insbesondere deren Verbin­ dung mit metallischen Werkstücken wesentlich erleichtert.

Bei einem ersten praktischen Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß die Umwandlung der Metallverbindun­ gen in einer reaktiven Atmosphäre durchgeführt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Umwandlung des Metalloxids in einer reaktiven Atmosphäre lassen sich durch eine geeignete Wahl der Parametrik der Atmosphäre sowie des Umwandlungsvor­ gangs, also z. B. durch die Wahl der Zusammensetzung der Atmosphäre, deren Druck und deren Temperatur sowie durch die Wahl des für den Umwandlungsprozeß zur Verfügung stehenden Zeitraums die Eigenschaften der durch metallische Phasen im keramischen Gefüge gebildeten metallischen Bereiche und Ober­ flächen jeweils so einstellen, daß die erfindungsgemäß er­ zeugte metallische Oberfläche den an sie gestellten Anforde­ rungen entspricht.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das vorgeformte Werkstück in einer elektrisch leitenden Schmelze einem elektrolytischen Prozeß unterworfen wird, um die Metallverbindungen des Kera­ mikmaterials zu remetallisieren. Bei einem derartigen elek­ trolytischen Prozeß wird z. B. wie bei der Aluminiumgewinnung aus Bauxit das Metall des als Keramikmaterial dienenden Metalloxids durch ein geeignetes Elektrodenmaterial, wie z. B. Kohlenstoff, reduziert.

Um die Weiterbearbeitbarkeit insbesondere der metallischen Oberflächen des keramischen Werkstücks zu verbessern, ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorge­ sehen, daß die durch Remetallisierung gewonnenen metalli­ schen Phasen der Keramik mit reaktivierenden Substanzen beaufschlagt werden. Hierdurch läßt sich die Oberflächen­ aktivität der metallischen Schicht auf der Keramik verbes­ sern.

Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Oberflächen­ aktivität der metallischen Schicht besteht darin, daß der reaktiven Atmosphäre bzw. Flüssigkeit reaktivierende, insbe­ sondere beizaktive Substanzen zugefügt sind. Hierdurch wird die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verein­ facht, da die Reaktivierung der metallischen Oberfläche praktisch gleichzeitig mit ihrer Erzeugung erfolgt.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich da­ durch aus, daß die Reduktion und/oder Reaktivierung unter Anwesenheit von Alkalimetallen in der Schmelzphase und/oder in der Dampfphase durchgeführt wird. Hierbei ist es insbeson­ dere auch möglich, daß in einer reaktiven Atmosphäre Alkali­ metalle in der Schmelzphase in Form von Tröpfchen vorliegen.

Um die Herstellung der metallischen Oberfläche auf dem kera­ mischen Werkstück in weiter verbesserter Weise steuern zu können, ist nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Umwandlung der Metallverbindungen bei Anwesenheit eines Katalysators durchgeführt wird. Als Kataly­ sator kann dabei z. B. Platin vorgesehen sein, es ist jedoch auch die Verwendung anderer Stoffe als Katalysator möglich.

Um die Temperaturbeständigkeit der erfindungsgemäß erzeugten metallischen Oberfläche des keramischen Werkstücks zu verbes­ sern, ist bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung vorgesehen, daß während oder nach der Umwandlung der Metallverbindungen das die zu remetallisierende oder remetal­ lisierte Metallverbindung enthaltende Material von Metall oder metallartigen Stoffen in der Dampfphase beaufschlagt wird, um zumindest an der Oberfläche der Materials inter­ metallische Phasen zu bilden.

Auf diese Weise läßt sich auf der metallischen Oberfläche des keramischen Werkstücks ein Niederschlag bilden, dessen Material bei geeigneter Wahl in die metallische Oberflächen­ schicht hineindiffundiert und dabei die erwünschten inter­ metallischen Phasen bildet. Je nach der verwendeten Metall­ verbindung können als Material für den zu bildenden Nieder­ schlag Gallium, Arsen, Selen, Carbide oder ähnliches verwen­ det werden. Aufgrund der Ausbildung intermetallischer Phasen lassen sich dabei aus niedrigschmelzenden Metallen metalli­ sche Oberflächen erzeugen, die infolge der in ihnen gebilde­ ten intermetallischen Phasen hochschmelzend sind.

Um auch sehr große keramische Werkstücke auf relativ ein­ fache Weise mit einer metallischen Oberfläche versehen zu können und um auch die Einbindung metallischer Eigenschaften in das keramische Werkstück gezielter steuern zu können, ist bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er­ findung vorgesehen, daß die Umwandlung der Metallverbindun­ gen in Metall vor dem Formen des Rohlings aus dem Pulver durchgeführt wird.

Während für die Remetallisierung des Metalloxids der Keramik an der Oberfläche eines fertigen Werkstücks das gesamte Werk­ stück in einen entsprechenden Bearbeitungsraum untergebracht werden muß, läßt sich das für die Keramik vorgesehene Pulver in relativ kleinen und hinsichtlich der Parametrik gut steuerbaren Arbeitsräumen einer Umwandlung des Metalloxids in Metall unterziehen. Dabei ist von besonderem Vorteil, daß dieser Verfahrensschritt in einer Art Fließbandbetrieb konti­ nuierlich durchgeführt werden kann.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß bei der Formung für die den zu metallisierenden Oberflächen des keramischen Werkstücks benachbarten Schich­ ten Pulvermaterial verwendet wird, dessen Metallverbindungs­ anteil an der Oberfläche der Pulverkörner in Metall umgewan­ delt wurde.

Auf diese Weise läßt sich die Herstellung eines keramischen Werkstücks mit metallischer Oberfläche in besonders wirt­ schaftlicher Weise gestalten, da nicht das gesamte für das keramische Werkstück benötigte Pulvermaterial dem Remetalli­ sierungsprozeß ausgesetzt werden muß. Darüber hinaus läßt sich die Dicke der Oberflächenschicht, in der im keramischen Gefüge metallische Phasen auftreten, auf besonders einfache Weise einstellen, wobei auch der prozentuale Anteil der metallischen Phasen im keramischen Gefüge von der Oberfläche des Werkstücks nach innen hin in vorgegebener Weise geändert werden kann. Es liegt also eine Gradierung der Metallkonzentration vor.

Um ein Keramikpulver zu erzeugen, dessen Pulverkörnchen zu­ mindest teilweise remetallisierte Oberflächen besitzen, ist nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das pulver- oder körnchenförmige Keramikmaterial in einer elektrisch leitenden Schmelze zur Bildung remetalli­ sierter Oberflächen einem elektrolytischen Prozeß unterwor­ fen wird. Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem das Metall des Metalloxids in geeigneter Weise reduziert wird, z. B. in der Art wie bei der Aluminiumgewinnung aus Bauxit, sammelt sich das teilweise remetallisierte Keramik­ material je nach dem spezifischen Gewicht der Schmelze und des remetallisierten Keramikmaterials als Sinterschaum an der Oberfläche der Schmelze oder als Sinterschlamm am Boden des Schmelzbehälters an, wo das in der gewünschten Weise be­ handelte Keramikmaterial für die weitere Verarbeitung entnom­ men werden kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist da­ durch gekennzeichnet, daß ein Werkstück aus rein keramischem Pulver gebildet wird und daß auf die Oberfläche des Werk­ stückes rein keramisches und/oder an seiner Oberfläche remetallisiertes Pulver aufgebracht wird, wobei das Verhält­ nis von reinkeramischem zu remetallisiertem Pulver im aufzu­ bringenden Pulvermaterial einstellbar ist.

Auf diese Weise läßt sich die die metallische Oberfläche des keramischen Werkstücks tragende Schicht besonders gut und festhaftend anbringen, wobei durch die Einstellbarkeit des Verhältnisses von rein keramischem zu remetallisiertem Pul­ ver im Pulvermaterial eine Abnahme des Anteils der metalli­ schen Phasen im keramischen Gefüge von der Oberfläche des Werkstücks nach innen besonders einfach und präzise einge­ stellt werden kann.

Andererseits ist es auf diese Weise auch möglich, im kerami­ schen Werkstück selber Schichten mit metallischen Phasen im keramischen Gefüge zu erzeugen, da nach dem Aufbringen einer remetallisierten Pulverschicht wieder rein keramisches Pul­ vermaterial aufgebracht werden kann. Es lassen sich auf die­ se Weise keramische Werkstücke herstellen, bei denen rein keramische Schichten oder Bereiche und Schichten oder Berei­ che mit metallischen Phasen sandwichartig aufeinanderfolgen. Somit lassen sich metallische Eigenschaften auf vorteilhafte Weise in keramische Werkstücke einbinden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das auf die Oberfläche eines Trägers aufzu­ bringende Keramikpulver durch eine reaktive Atmosphäre hindurch aufgesprüht wird, so daß die Metallverbindungen des Pulvers während des Aufsprühens remetallisiert werden. Durch das Aufsprühen oder Aufspritzen des Pulvermaterials in einer Art "sputtering"-Verfahren auf einen metallischen oder kera­ mischen Träger durch eine reaktive Atmosphäre hindurch läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur weiter verein­ fachen, sondern es läßt sich auch der Remetallisierungsgrad der einzelnen Pulverkörner durch eine geeignete Steuerung der Parametrik der reaktiven Atmosphäre steuern, wobei die erwünschte Remetallisierungsreaktion je nach den Erfordernis­ sen beschleunigt oder verlangsamt werden kann.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich da­ durch aus, daß die remetallisierten Gefügebereiche durch Ionenimplantation in ihren metallischen Eigenschaften ver­ bessert werden, also insbesondere die Oberflächenaktivität der metallischen Schicht vergrößert wird.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein mit der Vor­ richtung nach Fig. 1 hergestelltes Keramisches Werk­ stück.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besitzt ein tunnelartiges Gehäuse 10 mit einem Arbeitsraum 9, der im dargestellten Bei­ spiel in drei Bearbeitungsabschnitte 11, 12, 13 unterteilt ist. Zwischen den Bearbeitungsabschnitten können Schleusenbe­ reiche 14, 15 vorgesehen sein, die durch geeignete, nicht näher dargestellte Mittel die Bearbeitungsabschnitte 11 und 12 bzw. 12 und 13 so voneinander trennen, so daß die Parame­ trik in jedem Bearbeitungsabschnitt 11, 12, 13 unabhängig von den jeweiligen anderen Bearbeitungsabschnitten gesteuert werden kann.

Am Boden 16 des Gehäuses 10 ist eine Transporteinrichtung 17 mit Mitnehmern 18 vorgesehen, um Werkstücke 19, 19′, 19′′ durch die einzelnen Bearbeitungsabschnitte 11, 12, 13 des Arbeitsraums 9 hindurchzuführen.

Auf der dem Boden 16 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses oder an anderer geeigneter Stelle sind jedem Bearbeitungsab­ schnitt 11, 12, 13 zugeordnete Einlaßöffnungen 20 vorgese­ hen, die über Leitungen 21 mit Vorratsbehältern 22 für eine reaktive Atmosphäre verbunden sind, so daß in jedem Bearbei­ tungsabschnitt 11, 12, 13 die für den dort durchzuführenden Verfahrensschritt erforderliche reaktive Atmosphäre einstell­ bar ist.

Dem ersten Bearbeitungsabschnitt 11 ist eine Einsprühvorrich­ tung 23 zugeordnet, die über ein Leitungssystem 24 mit einem Vorratsbehälter 25 für ein keramisches Pulver und eine nicht dargestellte Druckmittelquelle zum Einsprühen des Pulvers in den Bearbeitungsabschnitt 11 verbunden ist.

Der zweite Bearbeitungsabschnitt 12 weist ebenfalls eine Ein­ sprühvorrichtung 23′ auf, die über ein Leitungssystem 24 ebenfalls mit einer nicht dargestellten Druckmittelquelle und mit Vorratsbehältern 25′, 25′′ verbunden ist. Darüber hinaus weist der zweite Bearbeitungsabschnitt 12 noch eine Metall-Einsprühvorrichtung 26 auf, die in geeigneter Weise mit einem Vorratsbehälter für Metall in der Dampf- oder in der Schmelzphase verbunden ist.

Der dritte Bearbeitungsabschnitt 13 weist auf der dem Werk­ stück 19′′ gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 10 eine sche­ matisch dargestellte Metall-Einsprüh- oder -Aufdampfvorrich­ tung 28 auf, die an eine entsprechende Zuführvorrichtung 29 angeschlossen ist.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Nachdem ein keramischer Rohling oder Träger 30 auf die Transporteinrichtung 17 aufgesetzt wurde, wird er von dieser in den ersten Bearbeitungsabschnitt 11 eingeführt, der über die Einlaßöffnung 20 mit einer reaktiven Atmosphäre, z. B. mit einer Wasserstoffatmosphäre gefüllt ist. Die Parameter der reaktiven Atmosphäre, insbesondere Druck und Temperatur lassen sich durch geeignete, nicht näher dargestellte Mittel einstellen und steuern.

Sobald der keramische Träger 30 im ersten Bearbeitungsab­ schnitt 11 angeordnet ist, wird keramisches Pulver aus dem Vorratsbehälter 25 über die Einsprühvorrichtung 23 so in den Bearbeitungsabschnitt 11 eingesprüht, daß die einzelnen Pul­ verkörner in Richtung des Pfeils A auf die Oberfläche des noch nicht gesinterten, keramischen Trägers 30 aufgesprüht werden. Bei ihrem Flug durch die reaktive Atmosphäre im ersten Bearbeitungsabschnitt 11 werden die Metallverbindun­ gen, z. B. Al₂O₃, an der Oberfläche der Pulverkörner remetal­ lisiert, so daß die einzelnen Pulverkörner eine teilweise metallische Oberfläche aufweisen. Dabei kann der Remetalli­ sierungsgrad der Oberfläche der einzelnen Pulverkörner durch die Einstellung der Parameter der reaktiven Atmosphäre sowie durch die Sprühgeschwindigkeit gesteuert werden. Die Aufent­ haltszeit der Pulverkörner in der reaktiven Atmosphäre kann auch dadurch verlängert werden, daß zwischen der Pulverquel­ le und dem Werkstück an geeigneter Stelle eine aus dem Pul­ ver und der reaktiven Atmosphäre bestehende Wirbelschicht vorgesehen wird. Die eingesprühten und zumindest teilweise an ihrer Oberfläche remetallisierten Pulverkörner werden dann auf der Oberfläche des keramischen Trägers 30 abgeschie­ den, so daß sich eine erste teilweise remetallisierte Kera­ mikschicht 31 bildet, die an dem im zweiten Bearbeitungs­ abschnitt 12 dargestellten Werkstück 19′ dargestellt ist.

Sobald die erste Schicht 31 in der gewünschten Weise auf den Träger 30 aufgebracht ist, wird dieser von der Transportein­ richtung 17 in den zweiten Bearbeitungsabschnitt 12 weiter­ transportiert. Der Werkstückstransport kann dabei sowohl ge­ taktet als auch kontinuierlich erfolgen.

Im zweiten Bearbeitungsabschnitt, in dem über die diesem zugeordnete Einlaßöffnung 20 eine reaktive, insbesondere reduzierende Atmosphäre eingeführt wurde, der je nach Bedarf auch reaktivierende Substanzen zugesetzt sein können, wird eine zweite Schicht aus Keramikpulver auf der ersten Schicht 31 des Werkstücks 19′ mittels der Einsprühvorrichtung 23′ abgeschieden. Dabei kann das Pulvermaterial Pulverkörner unterschiedlicher Größe oder unterschiedlichen Keramikmate­ rials aufweisen, die in einem geeigneten Mischungsverhältnis aus den Vorratsbehältern 25′, 25′′ zugeführt werden. Die Remetallisierung der Oberfläche der einzelnen Pulverkörner erfolgt dabei wiederum während des Aufsprühens auf die erste Schicht 31.

Zusätzlich kann mittels der Metalleinsprühvorrichtung 26 ein geeignetes Metall in der Dampf- oder Schmelzphase in den zweiten Bearbeitungsabschnitt eingesprüht werden, wobei die Metallteilchen zusammen mit den an ihrer Oberfläche remetal­ lisierten Pulverkörnern in der zweiten Schicht 32 (die im dritten Bearbeitungsabschnitt 13 dargestellt ist) abgeschie­ den werden.

Auf diese Weise läßt sich eine Schicht 32 erzeugen, die neben keramischen Pulverkörnern mit remetallisierter Ober­ fläche auch reine Metallbestandteile aufweist. Für das in der Dampf- oder Schmelzphase einzusprühende Metall kann dabei dasselbe Metall wie in der Metallverbindung des Keramikmaterials oder ein anderes geeignetes Metall verwen­ det werden.

Die Dicke und die Zusammensetzung der Schicht wird dabei wiederum durch die Parametrik der Atmosphäre im zweiten Bearbeitungsabschnitt, die Einsprühgeschwindigkeit und die Einsprühdauer für das keramische Pulvermaterial, die Zusam­ mensetzung des Pulvermaterials und die Einsprühdauer sowie Einsprühgeschwindigkeit des geschmolzenen oder verdampften Metalls bestimmt.

Im dritten Bearbeitungsabschnitt 13 kann dann auf die zweite Schicht 32, die praktisch bereits eine metallische Oberflä­ che aufweist, noch eine weitere Metallschicht aufgesprüht oder aufgedampft werden, wozu die Metalleinsprüh- oder -auf­ dampfvorrichtung 28 dient. In dem dritten Bearbeitungsab­ schnitt 13 liegt dabei insbesondere eine reaktivierende Atmosphäre vor, die über die Einlaßöffnung 20 eingeführt wurde, um die Oberflächenaktivität der metallischen dritten Schicht 33 (die in Fig. 2 dargestellt ist) zu vergrößern.

Nachdem das Werkstück 19′′ den dritten Bearbeitungsabschnitt der beschriebenen Vorrichtung verlassen hat, wird es in be­ kannter Weise einem Sinterungsprozeß unterzogen, um das kera­ mische Werkstück mit metallischer Oberfläche fertigzustel­ len.

Fig. 2 zeigt in rein schematischer Weise das mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellte Werkstück, das aus einem rein keramischen Träger 33 einer ersten Zwischen­ schicht 31, einer zweiten Zwischenschicht 32 und einer metallischen dritten Schicht 33 besteht.

Bei dem beschriebenen Werkstück nimmt das Verhältnis von Metall bzw. metallischen Phasen zu den keramischen Bestand­ teilen des keramischen Gefüges von der oberen dritten Schicht stufenweise bis zum Träger 30 hin ab, wo praktisch keine metallischen Phasen im Keramikgefüge mehr vorhanden sind.

Durch eine geeignete Steuerung der Parametrik läßt sich jedoch auch ein kontinuierlicher Verlauf des Metall/Keramik- Verhältnisses über die einzelnen Schichten erzeugen.

Es ist ferner möglich, bei einem Werkstück auch abwechselnd Schichten aus Pulverkörnern mit teilweise oder vollständig remetallisierter Oberfläche und aus rein keramischen Pulver­ körnern aufzubauen, da die beschriebenen Aufsprühschritte in beliebiger Weise kombiniert werden können.

Claims (19)

1. Verfahren zur Erzeugung elektrisch leitender Bereiche in bzw. auf Werkstücken aus wenigstens eine Metallverbindung enthaltenden, isolierenden Keramikmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß in den betreffenden Bereichen die Metallverbin­ dung(en) zumindest teilweise in Metall umgewandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung durch thermische Dissoziation erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den betreffenden Bereichen eine die Umwandlung herbei führende oder begünstigende reaktive gasförmige oder flüssige Atmosphäre geschaffen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich durch eine reaktive Flüssigkeit oder Schmelze, vorzugsweise Hochtemperaturflußmittel, lokal auf die Remetallisierungstemperatur erwärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die reaktive Atmosphäre reduzierend ist und insbesondere aus Wasserstoff besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die reaktive Flüssigkeit Verbindungen aus der Gruppe der Aminborane enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die reaktive Flüssigkeit geeignete Komplexbildner, vorzugsweise Substitutionsprodukte ali­ phatischer Monocarbonsäuren oder gesättigte aliphatische Dicarbonsäuren oder Metallionen, vorzugsweise Nickel- oder Kupferionen enthält, wodurch die remetallisierte Oberfläche konserviert und für eine anschließende galva­ nische Beschichtung geeignet gemacht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine rein thermische Umwandlung unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikwerkstück zum Remetallisieren der Metallverbindungen in eine reaktive, insbesondere reduzierende Flüssigkeit oder Schmelze getaucht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als reaktive Flüssigkeit eine Alkalimetall-Schmelze verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück in einer elektrisch leitenden Schmelze einem elektrolytischen Prozeß unter­ worfen wird, um die Metallverbindungen des Keramikmate­ rials zu remetallisieren.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Remetallisierung gewonnenen metallischen Phasen der Keramik mit reaktivie­ renden Substanzen beaufschlagt werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der reaktiven Atmosphäre bzw. Flüssigkeit reaktivierende, insbesondere beizaktive Substanzen beigefügt sind.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion und/oder Reaktivierung unter Anwesenheit von Alkalimetallen in der Schmelzphase und/oder in der Dampfphase durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung der Metall­ verbindungen bei Anwesenheit eines Katalysators durch­ geführt wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während oder nach der Umwand­ lung der Metallverbindungen das die zu remetallisierende oder remetallisierte Metallverbindung enthaltende Keramikmaterial von Metall oder metallartigen Stoffen in der Dampfphase beaufschlagt wird, um zumindest an der Oberfläche des Materials intermetallische Phasen zu bilden.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung der Metall­ verbindungen in Metall vor der Formung und/oder Sinte­ rung des Keramik-Werkstücks aus die Metallverbindungen enthaltenden Pulvermaterial erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Formung des Keramikwerkstückes für die zu remetallisierenden Bereiche des keramischen Werkstücks Pulvermaterial verwendet wird, dessen Metallverbindungs­ anteil an der Oberfläche der Pulverkörner in Metall umge­ wandelt wurde.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Oberfläche eines keramischen Werkstückes aufzubringende, die Metallver­ bindungen enthaltende Pulvermaterial durch eine reaktive Atmosphäre hindurch aufgesprüht wird, so daß die Metall­ verbindungen des Pulvers während des Aufsprühens remetal­ lisiert werden.