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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine metallene Sohlenplatte für ein Bügeleisen, die mit einer Antireibungsschicht
versehen ist, die ein anorganisches Polymer enthält. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich ebenfalls auf ein Bügeleisen
mit einer metallenen Sohlenplatte mit einer Antireibungsschicht.
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Eine Sohlenplatte für ein Bügeleisen
der eingangs beschriebenen Art ist an sich bekannt, beispielsweise
aus der Europäischen
Patentanmeldung EP-A-640714. Die genannte Patentanmeldung beschreibt
insbesondere ein Bügeleisen,
das mit einer Sohlenplatte aus Edelstahl versehen ist, wobei diese Sohle
mit einer dünnen
Antireibungsschicht aus Polysilikat versehen ist. Diese Antireibungsschicht
kann mit Hilfe einer Sol-Gel-Technik
aus einer Lösung
angebracht werden.
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Es hat sich herausgestellt, dass
unter bestimmten Umständen
die Kratzfestigkeit der Antireibungsschicht des bekannten Bügeleisens
nicht ganz optimal ist. Wenn beispielsweise eine Sohlenplatte aus
Aluminium verwendet wird, ist die Kratzfestigkeit der Antireibungsschicht
nicht befriedigend. Es hat sich herausgestellt; dass Brüche in der
Antireibungsschicht entstehen können,
wenn die Antireibungsschicht eines derartigen Bügeleisens über scharfe Gegenstände geschoben
und gleichzeitig ein Druck darauf ausgeübt wird.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung die genannte Sohlenplatte zu verbessern.
Es ist eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sohlenplatte
für ein
Bügeleisen zu
schaffen, deren Kratzfestigkeit der Antireibungsschicht höher ist
als die der bekannten Sohlenplatten. Die vorliegende Erfindung soll
ebenfalls eine Sohlenplatte mit einer verbesserten Kratzfestigkeit
schaffen.
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Diese und andere Aufgaben der vorliegenden
Erfindung werden erzielt mit einer Sohlenplatte der eingangs beschriebenen
Art, die das Kennzeichen aufweist, dass derjenige Teil der Sohlenplatte, der
der Antireibungsschicht zugewandt ist, aus Aluminium besteht, und
zwischen der Sohlenplatte und der Antireibungsschicht eine Zwischenschicht
mit einer Härte,
die wenigstens der doppelten Härte
von Aluminium entspricht, vorgesehen ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die experimentell erhaltene Erkenntnis zugrunde, dass die unbefriedigende
Kratzfestigkeit verursacht wird durch die Tatsache, dass die Unterschicht
aus Aluminium besteht. Unter bestimmten Umständen stellt es sich heraus,
dass dieses Material zu weich ist um die Druckbelastung, die beim
Bügeln
auftreten kann, bestehen zu können.
Es hat sich herausgestellt, dass dieses Problem überwunden werden kann durch
Verwendung einer harten Zwischenschicht zwischen der Antireibungsschicht
und der Sohlenplatte.
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Es sei bemerkt, dass aus DE-A-4410410 eine
aus Aluminium bestehende Sohlenplatte für ein Bügeleisen bekannt ist, die mit
einer Metalloxidschicht bedeckt ist, erhalten in einem Hart-Anodisierungsprozess,
wobei diese Oxidschicht die Gleitfläche bildet. Die Metalloxidschicht
kann in einem Sinterprozesss mit einer Schicht aus Polytetrafluorethylen
(PTFE) versehen werden. Polytetrafluorethylen ist aber ein organisches
Polymer. Die PTFE-Schicht dringt in die Oxidschicht ein, so dass
Metalloxidinseln durch die PTFE-Schicht hervorspringen. Die Sohlenplatte
dieses Bügeleisens
gleitet im Wesentlichen auf diesen Oxidinseln. Weiterhin ist aus
US-A-4862609 eine Sohlenplatte für
ein Bügeleisen
bekannt, die einen Basiskörper
aufweist, der vorzugsweise aus Gussaluminium besteht, wobei auf
der Bügelseite eine
poröse
Abdeckung aus einer mechanisch widerstandsfähigen Schicht vorgesehen ist.
Diese Schicht ist mit einem organischen Haftmittel, wie PTFE oder PFA
oder aber Silikone bedeckt. Bei diesen beiden bekannten Sohlenplatten
umfasst die Bügeloberfläche eine
organische Schicht, während
bei der vorliegenden Erfindung diese Schicht ein anorganisches Polymer
ist.
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Im Grunde kann die Sohlenplatte des
Bügeleisens
nach der vorliegenden Erfindung aus einem einzigen Block geformten
Aluminiums bestehen. Auf alternative Weise können Sohlenplatten verwendet werden,
die aus mehreren Teilen zusammengesetzt sind. Ein Beispiel davon,
das interessant ist, weil es die Einfachheit der Herstellung begünstigt,
ist eine Sohlenplatte mit einem ersten Teil aus Druckgußaluminium,
auf dem ein zweiter Teil aus im Wesentlichen reinem Aluminium in
Form einer dünnen
Platte befestigt ist. Es hat sich herausgestellt, dass im Wesentlichen
reines Aluminium relativ weich ist. Dadurch sind Sohlenplatten und
Teilen von Sohlenplatten aus diesem Material, auf denen die bekannte
Antireibungsschicht mit dem dreidimensionalen anorganischen Polymer
vorgesehen ist, extra empfindlich für die Bildung von Kratzern
oder Rissen in der Antireibungsschicht. Insbesondere in einer derartigen
Konstruktion ist das Vorhandensein einer harten Zwischenschicht
ein wesentlicher Vorteil.
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Es sei bemerkt, dass mit einer harten
Schicht in diesem Kontext eine Schicht gemeint ist; deren Härte wenigstens
zweimal und vorzugsweise wenigstens fünfmal größer ist als Aluminium. Eine
derartige harte Schicht kann beispielsweise durch eine Behandlung
der Oberfläche
der Sohlenplatte bevor die Antireibungsplatte darauf befestigt wird,
erhalten werden. Die Aluminiumoberfläche kann beispielsweise durch
einen Nitrierungs- oder einen Karbonationsprozess gehärtet werden.
In dem genannten Prozess findet Diffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff
in der Aluminiumschicht statt, die auf der Oberfläche der Sohlenplatte
vorgesehen ist.
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Eine andere Lösung, die interessanter ist
aus dem Gesichtspunkt der Kosten, bildet die Verwendung einer dünnen, plattenförmigen harten
Schicht. Eine derartige Platte muss an der Oberfläche des Aluminiumteils)
befestigt werden, beispielsweise Umbördelung, Verklebung und/oder
durch mechanische Befestigungsmittel, wie Schrauben, Nieten usw. In
dieser Hinsicht haben sich dünne
Platten aus gehärtetem
Stahl oder aus Cr-Ni-Stahl als effektiv erwiesen. Diese Platten
werden auf einer Seite mit der genannten Antireibungsschicht versehen,
wonach sie befestigt werden, wobei die nicht bedeckte Seite der
Sohlenplatte zugewandt ist. Die Dicke derartiger Platten wird vorzugsweise
in dem Bereich von 0,2 und 0,4 mm gewählt.
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Eine weitere interessante Ausführungsform der
Sohlenplatte nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen
auf, dass die harte Zwischenschicht aus Aluminiumoxid besteht. Eine
derartige harte Zwischenschicht kann auf eine einfache Weise durch
elektrochemische Oxidierung der Aluminiumoberfläche der Sohlenplatte bevor
die Antireibungsschicht vorgesehen wird, erhalten werden. Eine geeignete
Weise der Auftragung der Oxidschicht wird üblicherweise als "Harteloxierung"
bezeichnet. Weitere Versuche haben gezeigt, dass die Antireibungsschicht
mit dem anorganischen Polymer sich sehr gut an einer derartigen
Zwischenschicht aus Aluminiumoxid heftet.
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Die Dicke der Zwischenschicht liegt
vorzugsweise zwischen 5 μm
und 60 μm.
Wenn die Dicke der Zwischenschicht 5 μm oder weniger beträgt, dann wird
die Kratzfestigkeit der Antireibungsschicht nicht genügend verbessert.
Harte Zwischenschichten mit einer Dicke von 60 μm oder mehr sind uninteressant aus
dem Gesichtspunkt der Kosten. Ein optimales Kompromiss zwischen
den beiden Nachteilen wird erreicht durch Zwischenschichten mit
einer Dicke im Bereich von 10 bis 40 μm.
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Das anorganische Polymer der Antireibungsschicht
wird vorzugsweise auf der harten Schicht angebracht, und zwar in
einem Sol-Gel-Prozess. In diesem Prozess wird ein dreidimensionales
anorganisches Polymer gebildet. Wenn nötig kann dieses Polymer auch
organische Nebengruppen enthalten. Geeignete Antireibungsschichten
enthalten Polymere auf Basis von Zr-Oxiden, Al-Oxiden, Ti-Oxiden
und vorzugsweise Si-Oxiden oder Gemischen derselben.
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Wenn eine Sol-Gel-Lösung zur
Herstellung von Schichten auf einem Substrat verwendet wird, wird
zunächst
eine kolloidale Suspension von Festteilchen in einer Flüssigkeit
zubereitet. In dem vorliegenden Fall besteht die genannte kolloidale
Suspension vorzugsweise aus hydrolysierten Metalloxidteilchen in
einem organischen Lösungsmittel.
In diesem Zusammenhang sind bekannte Metallalkoxide Ti-, Zr-, Al-
und Si-Tetraalkoxide. Meistens wird ein Alkohol als organisches
Lösungsmittel
verwendet. Die genannte kolloidale Lösung wird durch Hinzufügung einer
definierten Menge an Wasser sowie einer kleinen Menge einer Säure oder
einer Base als Katalysator zu dem Metalloxidgemisch gebildet. Die
resultierende kolloidale Lösung,
die in Alkohol stabilisiert wird, kann danach vorgesehen werden,
und zwar in Form einer dünnen
Schicht, auf einem gewünschten Substrat.
Der Katalysator und das hinzugefügte
Wasser sorgen für
eine (teilweise) Hydrolyse der Alkoxide. Dadurch findet Polykondensation
statt, so dass ein anorganisches Polymer gebildet wird. Dieser Prozess
wird bei einer höheren
Temperatur noch beschleunigt. Die Lösungsmittel der resultierenden Sol-Gel-Schicht
verdunsten während
des Auftragungsprozesses zu einem großen Teil. Die restlichen Lösungsmittel
werden bei einer höheren
Temperatur verdunstet.
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Mit Hilfe des Gel-Sol-Prozesses können sehr dünne Schichten
aus einem dreidimensionalen anorganischen Polymer auf der harten
Zwischenschicht der aus Aluminium bestehenden Sohlenplatte gebildet
werden. Wenn die genannten Metall-Tetraalkoxide verwendet werden,
ist die Dicke der genannten Schichten etwa 0,5 μm oder weniger. Die Verwendung
dünner
Schichten auf Basis eines dreidimensionalen anorganischen Polymers
mit Metall-Alkoxiden als Vorläufer
gewährleistet,
dass die erfindungsgemäßen Antireibungsschichten
sehr preisgünstig
sind. Es sei bemerkt, dass dreidimensionale anorganische Polymere
eine größere Härte und
eine größere Bruchfestigkeit
aufweisen als lineare anorganische Polymere. Deswegen werden dreidimensionale
Polymere bevorzugt.
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Es gibt mehrere Möglichkeiten die kolloidale Lösung auf
der Sohlenplatte in Form einer Schicht anzubringen, beispielsweise
in einem Tauchverfahren oder Schleuderverfahren. Vorzugsweise wird
die Schicht mit Hilfe von Sprühtechniken
angebracht. Schichten, die auf diese Weise angebracht werden, haben
einen niedrigeren Reibungskoeffizienten als Schichten, die im Schleuderverfahren
aufgetragen werden. Wenn dickere Schichten erforderlich sind, wird
der Auftragungsprozess einige Male wiederholt.
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Eine günstige Ausführungsform der Sohlenplatte
nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass
das dreidimensionale anorganische Polymer vorwiegend aus polymerisiertem
Alkyltrialkoxysilan besteht. Es hat sich herausgestellt, dass Antireibungsschichten
auf Basis polymerisierter Silane eine wesentlich größere Bruchfestigkeit
aufweisen als Antireibungsschichten auf Basis von Tetraalkoxysilanen,
wie in der oben genannten Patentveröffentlichung beschrieben. Folglich
kann die Schichtdicke der Antireibungsschicht des Bügeleisens
nach dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung viel dicker sein als die Schichtdicke
der Antireibungsschicht des Bügeleisens
nach dem Stand der Technik. Die Verwendung einer relativ dicken
Antireibungsschicht liefert einen Beitrag zu einer Steigerung der
Abnutzungsfestigkeit der Schicht. Die Antireibungsschicht des Bügeleisens
nach der vorliegenden Erfindung kann mit einer Dicke von 10 bis
25 μm hergestellt
werden. Zum Optimieren des Gebrauchswertes soll die Schichtdicke
der bekannten Antireibungsschicht in der Praxis kleiner sein als
20 μm. Es hat
sich herausgestellt, dass unerwünschte
Rissbildung in der Antireibungsschicht bei größeren Dicken auftreten kann.
Die optimale Dicke dieser Art von Antireibungsschichten liegt zwischen
5 und 15 μm.
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Es hat sich herausgestellt, dass
insbesondere die niedrigeren Alkylgruppen, wie Phenyl-, Propyl- und
Ethyltrialkoxysilan bei dieser Art von Antireibungsschicht auf sehr
vorteilhafte Weise benutzt werden können. Die besten Ergebnisse
wurden erreicht mit Methyltrialkoxysilan. Die mit Methyltrialkoxysilan
erhaltenen Schichten zeigen eine bessere Beständigkeit gegen hohe Temperaturen
als die Schichten, die aus Silanen hergestellt werden, die höhere und/oder
komplexere Alkylgruppen enthalten.
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Es hat sich weiterhin herausgestellt,
dass die Antireibungsschicht auf vorteilhafte Weise eine Menge eines
Füllmittels,
wie oxidische Nanoteilchen, aufweist. Diese oxidischen Teilchen
haben eine mittlere Teilchengröße unterhalb
100 nm. Geeignete Beispiele davon sind Nanoteilchen von ZrO2,Al2O3,
TiO2 und/oder SiO2.
Die Menge der ge nannten Teilchen liegt vorzugsweise zwischen 30
und 70 Gew.%, berechnet in Bezug auf das Gesamtgewicht der Antireibungsschicht.
Gute Ergebnisse wurden erzielt durch Verwendung von etwa 50 Gew.%
Nanoteilchen als Füllmittel
in der Antireibungsschicht. Das Vorhandensein dieser Füllmittel
führt zu
einer Steigerung der Härte
der Antireibungsschicht.
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Eine andere interessante Ausführungsform der
Sohlenplatte nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen
auf, dass die Antireibungsschicht anorganische Farbpigmente als
Füllmittel aufweist.
Diese Farbpigmente versehen die Antireibungsschicht ebenfalls mit
einer größeren Härte. Außerdem wird
das Aussehen der Antireibungsschicht durch das Vorhandensein derartiger
Farbpigmente verbessert. Insbesondere anorganische Farbpigmente
auf Basis von (gemischten) Metalloxiden haben sich als befriedigend
erwiesen. Einige sehr geeignete Typen von Farbpigmenten sind Fe2O3, CoAl2O4, sowie gemischte
Metalloxide auf Basis von TiNiSb und TiCrSb. Diese Farbpigmente
haben eine mittlere Teilchengröße von einigen
Zehntel μm.
Folglich sind sie insbesondere geeignet für Verwendung in dickeren Antireibungsschichten,
wie Antireibungsschichten, die mit Hilfe von Alkyltrialkoxysilan
hergestellt werden können.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich ebenfalls auf ein Bügeleisen
mit einer Sohlenplatte mit den oben beschriebenen Kennzeichen. Es
sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung bei herkömmlichen Bügeleisen
sowie bei Dampfbügeleisen
angewandt werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall
näher beschrieben.
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Die Figur zeigt ein Bügeleisen
nach der vorliegenden Erfindung.
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Es sei bemerkt, dass der Deutlichkeit
halber das in der Figur dargestellte Bügeleisen, insbesondere die
Dicke der jeweiligen Schichten nicht maßstabgerecht gezeichnet ist.
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Die Figur zeigt eine schematische
Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Dampfbügeleisens
nach der vorliegenden Erfindung. Das genannte Bügeleisen umfasst ein Kunststoffgehäuse (1),
dessen Unterseite mit einer metallenen Sohlenplatte (2)
versehen ist. In diesem Fall ist die Sohlenplatte aus einem Block
(6) aus Druckgußaluminium
hergestellt, auf dem eine dünne
Platte (3) aus reinem Aluminium befestigt ist. Die Fläche der
Sohlenplatte, die von dem Gehäuse
abgewandt ist, ist nacheinander mit einer harten Zwischenschicht
(4) und einer Antireibungsschicht (5) versehen.
Die harte Zwischenschicht (4) besteht beispielsweise aus
einer einzeln vorgesehenen Platte aus NiCr-Stahl oder vorzugsweise aus einer dünnen Schicht
aus elektrochemisch vorgesehenen Aluminiumoxid. Die Antireibungsschicht
(5) enthält
ein dreidimensionales anorganisches Polarisatorolymer, das mit Hilfe
eines Sol-Gel-Prozesses aufgetragen wird.
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Nachstehend folgt eine Beschreibung
einer Anzahl Ausführungsformen
von Bügeleisen.
In einer ersten Ausführungsform
nach dem Stand der Technik umfasst die Sohlenplatte des Bügeleisens
einen festen Druckgußblock
aus Silizium enthaltenden Aluminium. Dieser Block wird danach mit
Hilfe einer Sol-Gel-Technik mit einer 0,3 μm dicken Schicht aus Polysilikat
versehen, wie in der oben genannten Patentschrift EP-640.714 beschrieben.
Dieses Bügeleisen
wird als "Typ A" bezeichnet.
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In einer ersten Ausführungsform
nach der vorliegenden Erfindung umfasst die Sohlenplatte des Bügeleisens
einen festen Druckgußblock
aus Silizium enthaltenden Aluminium. Eine harte Schicht in Form
einer dünnen
Platte (0,4 mm dick) aus NiCr-Stahl wird daran befestigt. Dazu wurde
eine Hauptfläche
der Platte und des genannten Blocks miteinander verklebt und der
Rand der Platte wurde gebördelt.
Auf der Fläche,
die von dem Bügeleisen abgewandt
ist, war diese Platte bereits mit einer dünnen Antireibungsschicht versehen.
Diese Schicht wurde aus einer 0,4 μm dicken Schicht aus Polysilikat zusammengesetzt.
Diese Schicht wurde angebracht, wie in der oben genannten Patentschrift
beschrieben. Dieses Bügeleisen
wird als "Typ B" bezeichnet.
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In einer zweiten Ausführungsform
nach der vorliegenden Erfindung umfasst das Bügeleisen einen festen Druckgußblock aus
Silizium enthaltenden Aluminium. Eine dünne Platte (1,6 mm dick) aus
reinem Aluminium wurde darauf festgeschraubt und verklebt. Die Oberfläche dieser
Platte, die von dem Block abgewandt ist, wurde vorher mit nacheinander einer
harten Schicht und einer Antireibungsschicht aus einem dreidimensionalen
anorganischen Polymer versehen. Die harte Schicht bestand aus einer 23 μm dicken
Schicht aus Aluminiumoxid, die in einem elektrochemischen Ablagerungsverfahren
(Harteloxieren) vorgesehen wurde. Die Antireibungsschicht bestand
aus einer 0,6 μm
dicken Schicht aus Polysilikat. Diese Schicht wurde angebracht,
wie in der oben genannten Patentschrift beschrieben. Dieses Bügeleisen
wird als "Typ C" bezeichnet.
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In einer dritten Ausführungsform
nach der vorliegenden Erfindung umfasst das Bügeleisen eine Sohlenplatte,
die im Wesentlichen der Platte der zweiten Ausführungs form entspricht. In der
dritten Ausführungsform
war aber die Dicke der harten Schicht 35 μm. In der dritten Ausführungsform
hatte die Antireibungsschicht eine Dicke von 10 μm und enthielt ein dreidimensionales
anorganisches Polymer, das organisch modifiziert wurde. Zur Steigerung der
Härte der
Antireibungsschicht enthielt diese Schicht auch eine Menge oxidischer
Nanoteilchen, sowie eine relativ geringe Menge anorganischen Farbpigments.
Dieses Bügeleisen
wird als "Typ D" bezeichnet.
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Die Antireibungsschicht des Bügeleisens vom
Typ D wurde wie folgt hergestellt. Zunächst wurde eine Sol-Gel-Lösung mit
19,4 g MTMS (Methyltrimethoxysilan), 0,9 g TEOS (Tetraethylorthosolikat), 2,7
Hac (Essigsäure),
20 g oxidische Nanoteilchen (Silikasol mit einem Feststoffanteil
von 50%; Ludox) und 1 g anorganischem Farbpigment zubereitet. Nach
Hydrolysierung während
einer Stunde, wurde die Lösung
mit Hilfe eines Spritzroboters auf die Bügeloberfläche einer Sohlenplatte aus
eloxiertem Aluminium gespritzt. Die auf diese Weise angebrachte Sol-Gel-Schicht
wurde 45 Minuten lang bei 300°C zum
Aushärten
gebracht. Die resultierende Antireibungsschicht enthielt vorwiegend
ein dreidimensionales anorganisches Polymer aus organisch modifiziertem
Polysilikat (Dicke 10 μm).
Je nach dem Typ des anorganischen Pigmentes könnte die Antireibungsschicht
in verschiedenen Farben hergestellt werden. Die Schicht zeigte eine
gute Kratzfestigkeit und eine gute Haftkraft an der metallenen Sohlenplatte.
Zerstörung
der Adhäsion
nachdem die Sohlenplatte 500 mal einem Temperaturzyklus von 20–300°C ausgesetzt
worden war, trat nicht auf.
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Aus einem Vergleich der vier Typen
Bügeleisen
konnte man Untenstehendes folgern. In allen Fällen führt die Verwendung einer harten
Zwischenschicht zu einer Steigerung der Kratzfestigkeit der Antireibungsschicht.
Aus Gründen
in Bezug auf die einfache Herstellung hat die Verwendung einer harten
Schicht, gebildet durch eine elektrochemisch behandelte Schicht
aus Aluminiumoxid deutliche Vorteile. Die Adhäsion einer Antireibungsschicht
auf Basis eines dreidimensionalen anorganischen Polymers zu, einer
derartigen Schicht ist besser als zu einer Platte, beispielsweise
aus NiCr-Stahl. Der wichtige Vorteil der Verwendung organisch modifizierter
Trialkoxysilane ist, dass sie es ermöglichen, dass dickere Antreibungsschichten
hergestellt werden können. Außerdem können oxidische
Nanoteilchen, die eine weitere Zunahme der Härte der Antreibungsschicht verursachen,
in diesem Typ von Schichten einverleibt werden. Ein zusätzlicher
Vorteil ist, dass dazu auch anorganische Farbpigmente in diesem
Typ dicker Antireibungsschichten einver leibt werden können. Weiterhin
erteilen diese Farbpigmente der Schicht ein interessantes Aussehen.