Hochzähe, dichte ZrO2-Schichten

Vorhabenbeschreibung:

ZrO2 wird in vollständig unterschiedlichen Bereichen sowohl als gesinterte Keramik als auch als Schichtwerkstoff für thermisch gespritzte Schichten angewendet. ZrO2 kann nur mit Stabilisatoren verwendet werden, deren Menge ist für Sinterkeramiken und gespritzte Schichten unterschiedlich. Besonders zähe Keramiken („keramischer Stahl“) sind das überwiegend genutzte Eigenschaftsprofil der teilstabilisierten ZrO2-Keramiken, welche durch eine Umwandlungsverstärkung („transformation toughening“) erzeugt werden. Dies ist für gespritzte Schichten noch nicht bekannt und soll mit diesem Projekt realisiert werden. Als Spritzzusatzwerkstoffe werden Beschichtungspulver und Suspensionen verwendet. Da niedrigstabilisierte Zusammensetzungen nicht üblich sind, werden ausschließlich experimentelle Spritzzusätze verwendet. Als Stabilisatoren werden Y2O3 und CeO4 eingesetzt. Zusätzlich wird Al2O3-verstärktes ZrO2 als in der Keramik prinzipiell bekannter Verbundwerkstoff untersucht. Eine Vorentwicklung, der Nachweis für die Umwandlungsverstärkung und die Anpassung für technologisch relevante Eigenschaften erfolgt über die Herstellung und Untersuchung von Sinterkörpern. Als Beschichtungsverfahren werden APS (bzw. SPS) und HVOF mit verschiedenen Spritzanlagen verwendet, wobei durch entsprechende Spritzparameter ein vollständiges oder partielles Aufschmelzen erzielt wird. Die entwickelte Lösung erlaubt einen Ersatz teurer vollkeramischer Bauteile bzw. die Beschichtung von großen Bauteilen, die nicht über Sintertechnologien hergestellt werden können. Der potentielle Nutzerkreis der angestrebten Forschungsergebnisse sind die im Gebiet der Oberflächentechnologie „Thermisches Spritzen“ tätigen KMU (Pulverhersteller und Lohnbeschichter), sowie die Anwender der thermisch gespritzten Beschichtungslösungen. Der Nachweis für die Praxistauglichkeit wird durch die Fertigung und Erprobung verschiedener Demonstratoren (Mahltöpfe, Gleitlager, Komponenten für die Gießerei) erbracht.