Prozessdiagnostik und Beschichtungstechnik beim Plasma- und Hochgeschwindigkeitsflammspritzen von keramischen Suspensionen

Das Suspensionsspritzen ist eine Weiterentwicklung des thermischen Spritzens, in welchem der Spritzzusatzwerkstoff nicht in fester Form als Pulver, sondern in Form einer Suspension in den Brenner oder in den heißen Expansionsstrahl eingedüst wird.

In der vorliegenden Schrift werden die beiden bedeutendsten Verfahren, das Hochgeschwindigkeitssuspensionsflammspritzen (HVSFS) sowie das Suspensionsplasmaspritzen (SPS) hinsichtlich ihrer Prozesseigenschaften sowie der erzielbaren Schichteigenschaften miteinander verglichen und die technischen Besonderheiten der beiden Verfahren herausgearbeitet. Werkstoffseitig konzentriert sich die Verarbeitung auf Oxidkeramiken (Al2O3 und YSZ) sowie auf spezielle technische Gläser.

Ausgehend von den physikalischen Grundlagen des Spritzprozesses, insbesondere der fundamental wirkenden Stoff- und Wärmeübergangsphänomene sowie der Partikelgenese, zielt der Forschungsansatz auf ein tiefgreifendes Prozessverständnis und verknüpft die resultierenden Schichteigenschaften mit den komplexen Prozessabläufen des dynamischen Spritzprozesses.

Dabei kommen zahlreiche moderne Verfahren der optischen Partikelmesstechnik sowie weitere Verfahren zur Prozessdiagnostik zum Einsatz, welche erstmalig auf beide suspensionsbasierte Verfahren angewendet werden. Dazu gehören u. a. die Bestimmung der Partikelgeschwindigkeit, -größenverteilung und Wärmestromdichte.

Für beide Prozesse werden industrielle Anwendungsmöglichkeiten aufgezeigt, welche bis dato mit den klassischen thermokinetischen Verfahren nicht oder nur eingeschränkt realisiert werden konnten. Dazu gehören Schutzschichten für Lambdasonden, thermische Barriereschichten für motorische Anwendungen, Elektrolytschichten für die Hochtemperaturbrennstoffzelle sowie Bioglasschichten für medizinische Anwendungen.