DE9421315U1

DE9421315U1 - Schichtverbundkörper

Info

Publication number: DE9421315U1
Application number: DE9421315U
Authority: DE
Original assignee: Hermsdorfer Institut fuer Technische Keramik eV HITK
Current assignee: Hermsdorfer Institut fuer Technische Keramik eV HITK
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1994-12-02
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2004-12-03

Description

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G 1614 28.06.95

Schichtverbundkörper

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.

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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

G 1614 28.06.95 Schutzansprüche

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.