Untersuchungen zum Abscheidemechanismus bei der aerosolbasierten Kaltabscheidung von Keramiken durch Aufklären der Vorgänge beim Aufprallen von Mikrometer-Partikeln auf Oberflächen
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Pulver-Aerosol-Depositionsmethode (PADM oder PAD) ist ein relativ neues Verfahren um keramische Schichten komplett bei Raumtemperatur direkt aus dem Ausgangspulver herzustellen. Es handelt sich dabei um ein trockenes Sprühbeschichtungsverfahren. Aus den keramischen Partikeln wird mit einem Trägergas ein Aerosol erzeugt und dieses auf ein Substrat beschleunigt. Der Aufprall der Partikel führt zu deren Abscheidung und zur Bildung festhaftender Schichten auf dem Substrat. Ziel dieses Projektes war es, den Schichtbildungsmechanismus besser zu verstehen. Dabei sollten v.a. folgende Modellvorstellungen untersucht werden: Werden gesamte Partikel deformiert, eingebettet und abgeschieden oder fragmentieren Partikel und es werden nur äußere Bruchstücke abgeschieden? Hierzu wurde der Weg über sogenannte Kern-Schale-Partikel (Core-Shell-Partikel) gewählt: Keramische Partikel werden mit einer anderen Keramik beschichtet und dann erst abgeschieden. Im Rahmen dieses Projekts wurden dazu Al2O3-Partikel mit einer SiO2-Schale versehen. Diese Modellpulver weisen ein bestimmtes Elementverhältnis zwischen Kern und Schale auf. Ein gleichbleibendes Elementverhältnis nach Einbettung in die PAD-Schicht würde für einen vollständigen Einbau der Partikel in die Schicht sprechen. Bei REM-EDX-Analysen der mittels PAD abgeschiedenen Schichten dieser Modellpulver konnte dabei jedoch ein deutlicher Anstieg der Elemente aus der Schale nachgewiesen werden. Die Interpretation dieser Ergebnisse lässt auf einen Abscheidemechanismus schließen, bei dem Partikel beim Aufprall fragmentieren und nur äußere Bruchstücke zur Schichtbildung beitragen. Diese Ergebnisse konnten auch durch Elementuntersuchungen einer präparierten Lamelle der Schicht mittels RTEM-EDX untermauert werden, in der fein aufgelöst ebenfalls die Anreicherung von Schalenmaterial in der Schicht beobachtet werden konnte. Um die Universalität der Ergebnisse zu untermauern, wurden auch von einer anderen Arbeitsgruppe erzeugte Kern-Schale-Partikel (NMC-Kern mit LiNbO3-Coating) mittels der PAD abgeschieden. Die o.g. Modellvorstellung zum Abscheidemechanismus konnte voll bestätigt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Discontinuous Powder Aerosol Deposition: An Approach to Prepare Films Using Smallest Powder Quantities. Coatings, 11(7), 844.
Linz, Mario; Exner, Jörg; Kita, Jaroslaw; Bühner, Florian; Seipenbusch, Martin & Moos, Ralf
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Making powder aerosol deposition accessible for small amounts: A novel and modular approach to produce dense ceramic films. International Journal of Applied Ceramic Technology, 18(6), 2178-2196.
Exner, Jörg; Linz, Mario; Kita, Jaroslaw & Moos, Ralf
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Mobile sealing and repairing of damaged ceramic coatings by powder aerosol deposition at room temperature. Open Ceramics, 10, 100253.
Linz, Mario; Exner, Jörg; Nazarenus, Tobias; Kita, Jaroslaw & Moos, Ralf
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Revealing the Deposition Mechanism of the Powder Aerosol Deposition Method Using Ceramic Oxide Core–Shell Particles. Advanced Materials, 36(7).
Linz, Mario; Bühner, Florian; Paulus, Daniel; Hennerici, Lukas; Guo, Yiran; Mereacre, Valeriu; Mansfeld, Ulrich; Seipenbusch, Martin; Kita, Jaroslaw & Moos, Ralf
