Hochleistungskeramikbeschichtungen sind ein Oberbegriff für eine Klasse nichtmetallischer, anorganischer Beschichtungen, die nach organischen Harzen, Metallen und Legierungen entwickelt wurden. In den letzten fünfzig Jahren haben Hochleistungskeramikbeschichtungen mit der Entwicklung zukunftsweisender Technologien wie der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der militärischen Elektronikindustrie ein anhaltendes und rasantes Wachstum erfahren. Die beschichteten Bauteile, die durch die Kombination dieses neuen Hochtemperaturmaterials mit einer Metallmatrix hergestellt werden, vereinen nicht nur die Eigenschaften monolithischer Keramikwerkstoffe mit Vorteilen wie hoher Temperaturbeständigkeit und chemischer Korrosionsbeständigkeit, sondern ermöglichen auch, dass sich die hohe Zähigkeit, die hohe Plastizität und die hohe elektrische Leitfähigkeit der Keramikbeschichtung und des Grundmetalls ergänzen. Dadurch wird die strukturelle Festigkeit des ursprünglichen Substrats erhalten.
Formverfahren
① Festphasen-Abscheidungsverfahren: wie z. B. selbstpropagierende Hochtemperatursynthese.
② Gasphasenabscheidungsverfahren: wie etwa die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) und die chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
③ Nasschemische Verfahren: wie z. B. das Sol-Gel-Verfahren, die stromlose Metallisierung und die chemische Verbundmetallisierung.
④ Thermische Spritzverfahren: wie Plasmaspritzen und Flammspritzen. Dieses Verfahren macht mehr als 50 % des Marktanteils von Keramikbeschichtungen aus.
Vor- und Nachteile
Vorteil:
① Es kann die hohe Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und andere Eigenschaften von Keramikwerkstoffen flexibel mit der hohen Festigkeit und Zähigkeit, Verarbeitbarkeit, elektrischen und thermischen Leitfähigkeit von Metallwerkstoffen kombinieren, wobei sich die Vorteile gegenseitig ergänzen, um die Gesamtvorteile zu maximieren und die Anforderungen an die strukturelle und umwelttechnische Leistungsfähigkeit der mechanischen Produkte zu erfüllen.
② Für die Herstellung von Keramikbeschichtungen steht eine breite Palette an Materialien zur Verfügung. Keramik-Keramik-, Keramik-Metall- und Keramik-Kunststoff-Kombinationen sind je nach Bedarf möglich. Die Beschichtungen lassen sich zudem problemlos in die bestehenden Anlagen und Bedingungen der Metallverarbeitung integrieren und ermöglichen so die technologische Transformation von Unternehmen.
③ Keramische Beschichtungen lassen sich leicht herstellen, mit schnellen Abscheidungsraten und kontrollierbarer Schichtdicke. Verschiedene Sinterverfahren eignen sich zum Aufsprühen auf dünnwandige, hohle und speziell geformte Teile; auch eine lokale Verstärkung der Produkte durch Sprühen ist möglich.
④ Keramische Beschichtungen lassen sich mit guter Verarbeitbarkeit auf verschiedenen Untergründen herstellen. Beispiele hierfür sind diverse anorganische Materialien wie Metalle, Zement, feuerfeste Werkstoffe, Gipsgestein; Kunststoffe und organische Materialien; Holz, Karton usw., deren Eigenschaften durch das Aufsprühen keramischer Beschichtungen verbessert werden können. Selbst bei Beschädigung der keramischen Beschichtung kann der Metalluntergrund wiederverwendet und die Beschichtung erneut aufgesprüht werden (dasselbe gilt für andere Untergründe, sofern keine Beschädigung vorliegt, die eine Weiterverwendung beeinträchtigt).
⑤ Der Materialverbrauch ist gering. Die Dicke keramischer Beschichtungen liegt im Allgemeinen zwischen einigen zehn Mikrometern und einigen Millimetern. Darüber hinaus weisen keramische Werkstoffe eine geringe Dichte auf, sodass der Materialverbrauch gering, der Mehrwert jedoch hoch ist.
⑥ Es gibt keine Beschränkungen hinsichtlich der Größe der Werkstücke oder Baustellen. Spritzprodukte können groß oder klein sein, und die Form ist nicht eingeschränkt; sie können in einer thermischen Spritzanlage oder vor Ort hergestellt werden.
Nachteile:
① Schlechte plastische Verformbarkeit, empfindlich gegenüber Spannungskonzentrationen und Rissen sowie schlechte Beständigkeit gegen Temperaturschocks und Ermüdung.
② Zwischen keramischen Beschichtungsmaterialien und Metallen besteht ein signifikanter Unterschied im Ausdehnungskoeffizienten und der Wärmeleitfähigkeit. Die während des Gebrauchs entstehenden unterschiedlichen Spannungszustände beeinflussen ihre Lebensdauer.
③ Die Beschichtung und das Substrat sind durch mechanische Verzahnung oder molekulare Kräfte verbunden, und es besteht das Problem unterschiedlicher Bindungsstärken zwischen den beiden Seiten.