DE9421315U1 - Schichtverbundkörper - Google Patents
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Description
-«st»
G 1614 28.06.95
Die Erfindung betrifft einen Schichtverbundkörper, der aus einem Grundkörper, einer Polymer-Zwischenschicht
und einer thermisch gespritzten Deckschicht besteht und vorzugsweise in Platten- oder Rohrform die Festigkeit und Elastizität eines leicht formbaren Grundkörpers
mit der Härte, Verschleiß- und Temperaturfestigkeit einer Deckschicht aus anorganischem
Material vereint. Dabei sind alle Arten von Grundkörpermaterialien, wie Metall, Keramik,
Holz, Holzwerkstoffe oder Polymere, insbesondere faserverstärkte Polymere, denkbar. Das
thermische Spritzen der Deckschicht kann durch gewöhnliches Schmelzspritzen, wie Metallspritzen
oder vorzugsweise durch Plasmaspritzen erfolgen, welches das Beschichten mit Stoffen
gestattet, die einen besonders hohen Schmelzpunkt und meist weitere interessante Eigenschaften
haben.
Eine ganze Reihe bekannter technischer Lösungen gilt der Problematik der Haftvermittlung
zwischen Grundkörper und Deckschicht sowie den dabei verwendeten, meist anorganischen
Werkstoffen beim thermischen Spritzen einschließlich des in letzter Zeit besondere Bedeutung
erlangenden Plasmaspritzens.
Zumeist geht es dabei um das Aufspritzen keramischer (oxidischer) Schichten auf Metallkörper
unter Nutzung einer Zwischenschicht (Haftvermittlerschicht) (DE-OS 30 33 332, DE-OS
36 08 286, DE-OS 36 17 034, DE-PS 37 06 207). Die dort angewandten Einbrennarbeitsgänge,
beispielsweise mittels Laserstrahlen oder Eingießvorgänge zur Erzielung einer großen Haftfestigkeit verbieten sich bei Grundkörpern aus Polymerstoffen, wie solchen aus
glasfaserverstärktem Polyester, die große Vorteile wegen ihrer Leichtigkeit, Festigkeit und
einfachen Formgebung aufweisen, aber für die genannten Beschichtungsverfahren einschließlich
der erforderlichen Nachbehandlung nicht genügend hitzebeständig sind.
Einen prinzipiellen Fortschritt verspricht hierbei ein gleichfalls von der Beschichtung von
Metallkörpern bekanntes Verfahren, bei dem in der Umgebung der Auftreffstelle der Spritzpartikel
durch Strahlen von Kohlensäuregas und Kohlensäureschnee intensiv gekühlt wird (DE-OS 41 41 020). Die Erfindung macht von diesem Grundgedanken Gebrauch, jedoch
wird das Kühlmedium, das aus hochkomprimiertem Kohlendioxid erzeugt wird, als zu aufwendig
eingeschätzt. Bei Anwendung reiner Gasstrahlen zum Kühlen ist die Haftfestigkeit
der aufgebrachten Schichten noch verbesserungswürdig.
·♦ »
Im speziellen Fall der Aufbringung von Kupferschichten auf Bootskörper aus glasfaserverstärkten
Polymeren wird dieses Problem der Haftfestigkeit durch Spritzen auf eine noch klebrige Haftvermittler- (Klebstoff-)schicht gelöst (US-PS 4.751.113). Da der Schmelzpunkt
von Kupfer niedriger ist als derjenige keramischer bzw. oxidischer Beschichtungswerkstoffe,
ist eine bloße Übertragung dieser Verfahrensweise auf die letztgenannten Werkstoffe ebenfalls
nicht erfolgversprechend.
Zur Verbesserung der Haftfestigkeit thermisch aufgespritzter Deckschichten, insbesondere
wenn wie im Falle eines Grundkörpers aus faserverstärktem Epoxidharz und einer Deckschicht
aus hochschmelzenden Oxiden die Wärmedehnungskoeffizienten stark differieren, ist
weiterhin vorgeschlagen worden, eine Polymer-Zwischenschicht aufbringen und diese vorher
aufzurauhen und/oder diese nach dem Aufbringen der Deckschicht durch Lösungungsmittel
klebrig zu machen oder auch die Schichtkombination mit einem Klebstoff zu tränken
(Deutsche Patentanmeldung P 42 04 896.6-45). Zugleich muß hierbei eine intensive Kühlung
in der unmittelbaren Umgebung der Auftreffstelle der Beschichtungsteilchen durch einen
Gasstrom erfolgen.
Es wurden als technische Lösungen auch vorgeschlagen:
- Einbetten eines Drahtgitters in die Oberfläche,
- Einbetten eines Gitters mit herausragenden Spitzen
während des Beschichtungsvorganges. Hierbei sind der hohe Verfahrensaufwand sowie die
Gefahr einer Beeinträchtigung des Aussehens nachteilig.
Es besteht ein Bedürfnis und dies ist zugleich die Aufgabe der Erfindung, die Haftfestigkeit
solcher aufgespritzten Schichten weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.
Bei dem nachfolgend als Ausführungsbeispiel beschriebenen Erzeugnis lassen sich nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren Haftfestigkeiten anorganischer Schichten, ausgedrückt durch
die Zugfestigkeit bei Biegeanspruchung eines auf der Deckschicht befestigten Stiftes, von 30
N/mm2 und mehr erreichen. Aufschlußreich im Sinne der Wirksamkeit der Erfindung ist die
Tatsache, daß die Bruchstelle bei durchgeführten Bruchversuchen weder, wie zunächst erwartet,
zwischen Grundkörper und Zwischenschicht oder zwischen dieser und der Deckschicht
noch an der Befestigungsstelle des Stiftes lag, sondern innerhalb der Deckschicht.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die beigefügte
Zeichnung zeigt schematisch das Prinzip der Erfindung an einer stark vergrößerten, be-
züglich der Schichtdicken nicht maßstäblichen Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Schichtverbundkörpers.
Auf einem mit Glasfasern 5 verstärktem Grundkörper 1 aus Epoxidharz (Es kann sich aber
genausogut um einen Grundkörper aus Kohlenwasserstoffverbindungen, Metall, Keramik,
Holz und Holzerzeugnissen ohne Faserverstärkung handeln) befindet sich eine 0,08 bis 0,1
mm dicke Schicht 2 aus Epoxidharz und darauf eine 1,5 mm dicke, durch Plasmaspritzen
aufgebrachte, sehr verschleißfeste und hitzebeständige Schicht 3 aus Aluminiumoxid oder jedem
anderen spritzfähigem Werkstoff. Im Grenzbereich 7 beider Schichten 2 und 3 sind
Partikel 4 mit stark zerklüfteter Oberflächengestalt statistisch verteilt, aber zumindest mit
Punktberührung untereinander in Richtung der Schichtebene angeordnet, die anders als die
Deckschicht 3, die aus reinem Aluminiumoxid besteht, aus einem Aluminiumoxid mit geringen
Zusätzen bestehen, was die Bindung nach beiden Seiten erhöhen kann und stofflich nicht
stört, da die Partikel 4 an der Oberseite der Deckschicht 3 nicht freiliegen. Die typische Abmessung
der Partikel 4 senkrecht zur Schichtebene beträgt 0,16 mm; ihre zerklüftete Kornform
ist durch eine gebrochene Dimension der Umfangslinie eines in der Zeichnung dargestellten
Schnittes senkrecht zur Schichtebene von 1,14 charakterisiert (Zur Benutzung der
"gebrochenen Dimension für die Charakterisierung von Begrenzungslinien oder -flächen mit
komplexer Gestalt siehe Stoyan, Die nicht-ganzzahlige Dimension, Wissenschaft und Fortschritt,
Berlin 28(1978) 12, S. 476 - 479). Als förderlich für die Haftfestigkeit der Deckschicht
3 hat es sich ferner erwiesen, wenn der Deckschicht 3 zugewandte Bereiche 6 oberhalb
der Berührungspunkte der Partikel 4 untereinander den kleineren Massenanteil an der
Gesamtmasse des Materials der Polymer-Zwischenschicht haben (bei diesem Ausführungsbeispiel
etwa 17 %) und, wie dargestellt, zur Deckschicht 3 hin im wesentlichen V-förmig
geöffnet sind.
Claims (9)
1. Schichtverbundkörper bestehend aus einem Grundkörper, einer Polymer-Zwischenschicht
und einer thermisch gespritzten Deckschicht aus anorganischem Material, dadurch gekennzeichnet,
daß im Grenzbereich zwischen Deckschicht (3) und Zwischenschicht (2) Partikel (4) vorzugsweise aus dem Material der Deckschicht statistisch verteilt sind, deren Packungshöhe
senkrecht zur Schichtebene größer als die Schichtdicke der Zwischenschicht (2) und kleiner als die Summe der Schichtdicken von Zwischen- und Deckschicht (2, 3) ist, so
daß sie sich in beide Schichten (2, 3) erstrecken.
2. Schichtverbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (4) porös
sind.
3. Schichtverbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (4) eine
zerklüftete Gestalt haben.
4. Schichtverbundkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zerklüftete Gestalt
durch einen typischen Wert der gebrochenen Dimension eines Schnittes senkrecht zur
Ebene der Schichten über 1,1 bezifferbar ist.
5. Schichtverbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper
und die Partikel ebene, die Adhäsion zwischen Festkörpern ermöglichende Oberflächenbereiche
aufweisen.
6. Schichtverbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Partikel aus einem die Diffusion mit der Deckschicht ermöglichendem Material
bestehen.
7. Schichtverbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Partikel (4) in Richtung der Ebene der Schichten (2, 3) zumindest punktuell
berühren.
8. Schichtverbundkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich in einem Bereich
(6) auf der der Deckschicht (3) zugewandten Seite von einer schichtparallelen Ebene
durch den jeweiligen Berührungspunkt zweier Partikel (4) bis zur Deckschicht (3) jeweils der
kleinere Massenanteil, vorzugsweise weniger als ein Viertel der Gesamtmasse des Polymermaterials
der Zwischenschicht (2) befindet.
9. Schichtverbundkörper nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich
(6) die Begrenzungsflächen der Partikel (4) zur Deckschicht (3) hin im wesentlichen V-förmig
geöffnet sind.
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Publications (1)
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DE (1) | DE9421315U1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1033353A1 (de) * | 1999-03-04 | 2000-09-06 | Adisa Service Ag | Elektrisch leitfähiger Bodenbelag und Verfahren zur Herstellung eines solchen |
DE102009011585A1 (de) * | 2009-03-06 | 2010-09-09 | Frank, Egon, Dr. | Bauteil und Verfahren zu seiner Herstellung |
-
1994
- 1994-12-02 DE DE9421315U patent/DE9421315U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1033353A1 (de) * | 1999-03-04 | 2000-09-06 | Adisa Service Ag | Elektrisch leitfähiger Bodenbelag und Verfahren zur Herstellung eines solchen |
DE102009011585A1 (de) * | 2009-03-06 | 2010-09-09 | Frank, Egon, Dr. | Bauteil und Verfahren zu seiner Herstellung |
WO2010099886A1 (de) | 2009-03-06 | 2010-09-10 | Egon Frank | Bauteil und verfahren zu seiner herstellung |
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