Entwicklung und Charakterisierung eines metallischen Substrats für ...

Ergebnisse und Diskussion
Abbildung 4.8: a) Luftblase in einer 8YSZ-Schicht, b) Riss in der 8YSZ-Schicht aufgrund einer
dicht an der Oberfläche sitzenden Luftblase
In [124] konnte der Gaseinschluss in sprühapplizierten Schichten verhindert werden, wenn
statt Luft CO2 für die Zerstäubung von wasserbasierten Suspensionen verwendet wurde.
CO2 hat in Wasser eine höhere Löslichkeit als Luft, wodurch eine Blasenbildung vermieden
wird, bzw. sich Gasblasen in der Suspension schnell auflösen. Um den Gaseinschluss
durch das Auftreffen von Sprühtröpfchen zu vermindern, werden in [125] eine feinere
Zerstäubung und eine größere Sprühdistanz empfohlen. Kleinere Sprühtropfen führen zu
einem geringeren Gaseinschluss und die vergrößerte Sprühdistanz reduziert die Geschwindigkeit,
mit der die Tropfen auf die Probe treffen.
Allgemein wird die Viskosität als ein weiterer entscheidender Einflussfaktor für den Gaseinschluss
in sprühapplizierten Schichten angesehen [124,125]. Je größer die Viskosität ist,
umso langsamer steigen Luftblasen aus der Beschichtung auf. Eine Verminderung der Viskosität
führt zur Abnahme des Tropfendurchmessers der zerstäubten Suspension [126, S.
537]. Eine Verringerung der Viskosität kann durch Reduzierung des Feststoffanteils oder
durch Verwendung eines niederviskosen Binders erzielt werden.
Um zu überprüfen, welcher Prozess zu der Blasenbildung führt, werden zwei
Sprühversuche auf SIKA R5 AX-Substraten mit einer 150 μm dicken 1.4845-Schicht durchgeführt.
Zum Einsatz kommt die 8YSZ-Standardsuspension (Tab. 3.10). Im ersten Fall
wird die erste 8YSZ-Schicht nach dem Sprühen für 1 h bei 60 ℃ im Trockenschrank getrocknet,
bevor die nächste Schicht aufgesprüht wird. Im zweiten Fall wird die zweite
Schicht ohne zwischenzeitliche Trocknung der ersten Schicht gesprüht. Nach der Sinterung
bei 1050 ℃ wird die Anzahl von Defekten in 18 Feldern mit 2 mm Durchmesser
bestimmt. Die Defektanzahl ist mit 141 (mit Trocknung) gegenüber 163 (ohne Trocknung)
etwas vermindert. Auffällig ist aber, dass die Luftblasengröße beim Sprühversuch
ohne zwischenzeitliche Trocknung deutlich zunimmt (Abb. 4.10). Die Blasenbildung wird
also in erster Linie durch Lufteinschluss verursacht, wenn Suspensionstropfen auf eine bereits
beschichtete, nicht getrocknete Oberfläche treffen. Im ersten Fall wird zwar die erste
Schicht getrocknet, bevor die weitere Schicht 8YSZ gesprüht wird, aber auch hier können
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