Under en lång tid, tillverkning av keramiska beläggningar har endast varit möjlig med sintringstekniker utförda vid mer än 1, 000 grader Celsius. Dock, en ny sprutmetod, Pulver Aerosol Deposition (PAD), möjliggör produktion vid normal rumstemperatur. Det är därför mycket attraktivt för industriella tillämpningar. Ingenjörsvetare från University of Bayreuth under ledning av Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos arbetar i frontlinjen för den pågående utvecklingen av denna teknik. I tidningen " Avancerade material ", de presenterar dess fördelar och visar hur keramiska filmers funktionella egenskaper kan optimeras med avseende på högteknologiska applikationer.

Med PAD, täta keramiska filmer kan appliceras på mycket olika typer av material, som stål, glas, kisel, eller till och med plast. För att uppnå detta, ett torrt keramiskt pulver omvandlas först till en aerosol, dvs en blandning av gas och fasta partiklar, med hjälp av en bärargas. Aerosolen transporteras sedan till en vakuumkammare, och accelererade till flera 100 meter per sekund genom ett munstycke och riktades mot materialet som skulle beläggas. Vid påverkan, de små keramiska partiklarna sprickas. De resulterande fragmenten, bara några nanometer i storlek, har färska, aktiva ytor. De bildar tätt vidhäftande, täta beläggningar med en tjocklek mellan 1 och 100 mikrometer.

"Tack vare deras täta mikrostruktur, beläggningarna uppvisar redan utmärkta mekaniska egenskaper även direkt efter avsättningen. De är utomordentligt hårda och har god kemisk resistens, "förklarar Dr.-Ing. Jörg Exner, första författaren till studien, som var en drivande kraft i forskningsarbetet på PAD vid universitetet. Dock, som det blev, några funktionella egenskaper hos beläggningarna, särskilt den elektriska konduktiviteten, visat sig vara otillräckliga utan att utföra ytterligare åtgärder. I deras nya studie, ändå, Bayreuths ingenjörsvetare kan nu rapportera om effektiva metoder för optimering.

Kristallina strukturer är av avgörande betydelse i detta sammanhang. Den starka påverkan av de keramiska partiklarna på materialen orsakar strukturella defekter i de resulterande fragmenten. Detta påverkar inte bara elektrisk konduktivitet, men även andra funktionella egenskaper. "Genom en termisk efterbehandling, eller så kallad härdning, dessa defekter kan nästan helt elimineras. Vi har kunnat visa att de erforderliga temperaturerna i allmänhet är mycket lägre än för konventionell sintring. Undvikandet av dessa extremt höga temperaturer är det som gör PAD så attraktivt. Det förblir därför sant:Denna teknik erbjuder mycket hög industriell potential, särskilt där keramiska beläggningar av hög kvalitet krävs, "Avslutar Exner.

Vilken typ av keramiska material som bearbetas beror på de avsedda tekniska tillämpningarna:Dielektrisk keramik är lämplig för kondensatorer, elektriskt ledande funktionell keramik föredras för sensorer, och yttriumstabiliserad zirkoniumoxid används i högtemperaturbränsleceller. Även litiumjonbatterier kan produceras på detta sätt.

Den vetenskapliga förståelsen av de keramiska filmstrukturerna och deras funktionella egenskaper, fick vid University of Bayreuth, kommer att avsevärt bidra till målet att integrera högkvalitativa belagda komponenter i komplexa system på ett hållbart sätt. Ny teknik, till exempel, inom energilagring och konvertering, eller för miljöövervakning, kommer därför att avsevärt dra nytta av pulver -aerosolavlagringstillämpningar.