Herstellung von Schichten aus Nanopartikeln über das Dip-Coating-Verfahren mit wässrigen Suspensionen, über atmosphärisches Plasmaspritzen und über Elektroschmelzsprühen

Abstract

In dieser Arbeit werden verschiedene Beschichtungsverfahren vorgestellt, mit deren Hilfe es möglich ist, aus nanoskaligen Pulvern Schichten herzustellen. Dabei war es das Ziel vor allem dicke Schichten im Bereich von 1 bis 10 µm herzustellen. Als Beschichtungsverfahren wurde das Dip-Coating mit Hilfe von wässrigen Suspensionen und anschließender Lasersinterung und das atmosphärische Plasmaspritzen eingesetzt. Darüber hinaus wurde untersucht, ob es möglich ist unter Zuhilfenahme eines CO2-Lasers Metalle, Gläser und Keramiken elektrozusprühen. Als Beschichtungswerkstoffe beim Dip-Coating und Plasmaspritzen wurden SiO2- und Al2O3- Nanopulver verwendet. Diese wurden auf Metall- und Glassubstraten aufgebracht. Durch das Dip-Coating konnten aus wässrigen Suspensionen Schichten auf Borosilikatglas mit Dicken im Bereich von ca. 11 µm hergestellt werden. Die chemischen und mechanischen Eigenschaften der Schichten wurden mit denen der unbeschichteten Gläser verglichen. Dabei konnte die chemische Beständigkeit und die mechanische Festigkeit der Gläser mit Hilfe der Beschichtung gesteigert werden. Mit Hilfe des atmosphärischen Plasmaspritzens konnten Al2O3-Schichten der Alpha-Phase mit Dicken im Bereich von ca. 100 µm hergestellt werden. Beim laserunterstützten Elektrosprühen konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, Kupfer und Al2O3 in Normalatmosphäre zu sprühen. Dabei konnten Partikel im Nanometerbereich hergestellt werden.

This thesis presents different coating techniques that make it possible to manufacture coatings out of nano-scaled powders. It was the main goal to produce coatings with depths from 1 to 10 µm. Dip-coating with the help of aqueous suspensions followed by laser sintering and atmospheric plasma spraying were used as coating techniques. In addition, a series of tests was conducted to find out whether it is possible to electro spray metal, glass and ceramic with the aid of CO2-laser. SiO2- and Al2O3 nano-scaled powders were used as coating materials during the dip-coating and plasma spraying. They were put on metal and glass substrates. The dip-coating made it possible to produce coatings with a depth of approximately 11 µm out of aqueous suspensions that were put on borosilicate glass. The chemical and mechanical properties of the coatings were compared to those of the uncoated glass. The tests showed that the coating improved the chemical resistance and the mechanical strength of the glass. Al2O3 coatings of the alpha-phase with a depth of approximately 100 µm were produced with the aid of atmospheric plasma spraying. During the laser-supported electro statical spraying it was shown that it is possible to spray copper and Al2O3 in standard atmosphere. Here, it was possible to produce nano-scaled particles.