Entwicklung neuer oxidischer Wärme - Forschungszentrum Jülich

12 3.6 Plasmaspritzenε = 1 – T – R (14)3.5.5 Mechanische EigenschaftenDie Messung von Härte und Elastizitätsmodul erfolgte mit einem tiefenauflösendesMikroindentersystem Modell H -100 Fischerscope der Fa. Fischer GmbH, Sindelfingen, im IWV2 in derGruppe von Rolf Steinbrech. Das mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich und einer Last-Auslösung von 0.4 mN arbeitende Gerät ermöglicht die Messung der Entlastungskurve, aus der dasElastizitätsmodul bestimmt werden kann [33, 34].Die Bruchzähigkeit wurde aus der Messung von Risslängen von Vickers-Eindrücken bestimmt [35].3.6 Plasmaspritzen3.6.1 AllgemeinesIm Folgenden soll kurz der Plasmaspritzprozess beschrieben werden. Weitergehende Informationenfinden sich in zahlreichen Übersichtsartikeln [36, 37, 38,39, 40].Beim Plasmaspritzen wird zwischen einer Kathode (meist eine Wolframlegierung) und einer meistringförmigen, wassergekühlten Kupferanode ein Lichtbogen gezündet. In diesen Lichtbogen werdendie Plasmagase (Wasserstoff, Argon, Helium u.a.) eingeleitet. Diese werden ionisiert und es bildetsich eine bis etwa 15000 K heiße Plasmafackel aus. In diese Plasmaflamme werden Pulverpartikeleingeleitet, die durch die expandierenden Plasmagase beschleunigt und aufgeschmolzen werden. Dieschmelzflüssigen Partikel werden dann auf einem Substrat abgeschieden, wobei sie stark deformiertwerden. Dabei bildet sich typischerweise eine lagige Schichtstruktur aus.Eine große Bedeutung kommt beim Plasmaspritzen den Pulvercharakteristika zu. So bestimmenneben den physikalischen Eigenschaften die Pulvergröße und auch die Morphologie den erreichbarenAufschmelzgrad der Partikel. Auch die Dichte der Pulver spielt eine große Rolle, da sie die Flugbahnder Partikel und damit ihre Erwärmung im Plasma mitbestimmt. Metallische Pulver werden häufig überVerdüsungsproz esse mit Wasser oder für oxidationsanfällige Legierungen meist unter Verwendungvon Inertgas hergestellt [41]. Diese Pulver besitzen eine hohe Dichte und zumindest die gasverdüsteneine weitgehend sphärische Morphologie. Keramische Pulver können durch Schmelzprozesse undanschließendes Brechen und Mahlen gefertigt werden. Die Kornform ist typischerweise unregelmäßig,die Partikeldichte nahe an der theoretischen Dichte. Bei einer weiteren häufig verwendeten Technik,diese wird auch in dieser Arbeit benutzt, werden die keramischen Spritz-Pulver überSprühtrocknungsprozesse mit anschließender Sinterung (z.B. im Plasma) hergestellt. Diese Pulversind häufig hohl und besitzen aufgrund des Aufplatzens beim Trocknen eine typische Form (s.Kap. 7.2). Ihre Eigenschaften unterscheiden sich daher von denen der gebrochen/gemahlenen Pulver.Das eingesetzte YSZ-Vergleichspulver (Metco 204 NS) wurde sprühgetrocknet.3.6.2 Herstellung vakuum-plasmagespritzter HaftvermittlerschichtenBeim Vakuum-Plasmaspritzen erfolgt der Beschichtungsprozess in einer Vakuumkammer. Diese wirdvor der eigentlichen Beschichtung auf einen Druck unter 0.1 mbar evakuiert und dann zur