Prozessintegrierte Beschichtung von offenporigen Metallschäumen

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Bleck; Professor Jochen M. Schneider, Ph.D.
• Subject Area: Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials
• Term: from 2006 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 27603553

Metallschäume bieten wegen ihrer niedrigen Werkstoffdichte sowie ihrer strukturellen und funktionellen Eigenschaften neuartige Eigenschaftskombinationen. Das technische Interesse ist vor allem dann gegeben, wenn eine Kombination von funktionellen und strukturellen Eigenschaften gewünscht ist [1]. Es werden offenporige und geschlossenporige Schäume unterschieden, wobei sich offenporige Schäume als Wärmetauscher, Katalysatoren, Filter oder Biomaterial anbieten, während geschlossenporige Schäume wegen ihres hohen Energieabsorptionsvermögens als Strukturwerkstoffe im Leichtbau einsetzbar sind. Am Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH Aachen (IEHK) wird ein offenporiger Metallschaum nach dem SchlickerReaktionsSchaumSinter (SRSS) -Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung offenporiger Metallschäume aus Eisen-, Stahl- und Nickelbasispulvern [2, 3, 4]. Der offenporige Schaum besitzt eine große spezifische Oberfläche und hebt sich durch seine Porenstruktur mit großen Primär- und kleinen Sekundärporen von anderen metallischen Schäumen ab. Im Hochtemperaturbereich besitzt der Schaum durch die große metallische Oberfläche jedoch eine geringe chemische Stabilität, die durch eine keramische Beschichtung verbessert werden kann. Die Veredelung der Porenoberfläche durch Aufbringen von Schutz- und Funktionsschichten aus einem chemisch stabilen Material wie keramische Schichten vergrößert das Spektrum an möglichen Einsatzgebieten, wie beispielsweise in Heißgasfiltern, Katalysatoren oder Wärmetauschern. Eine vielversprechende Technik ist Chemical Vapor Infiltration (CVI), wozu am Lehrstuhl für Werkstoffchemie (MCh) Vorarbeiten zum Beschichten von SchlickerReaktions-Schäumen durchgeführt wurden. Von besonderer Bedeutung für die Funktionalität bzw. chemische Stabilität des infiltrierten Schaumes ist eine gleichmäßige Beschichtung bezüglich chemischer Zusammensetzung und Schichtdicke. Die Gleichmäßigkeit lässt sich mit den Beschichtungsparametern Gesamtdruck, Infiltrationstemperatur und den Partialdrücken der einzelnen Gase steuern. In Vorarbeiten wurde der Einfluss der Beschichtungsparameter bei der Abscheidung von TiN auf die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke sowie auf die Zusammensetzung untersucht. Reines TiN wurde gleichmäßig in den Schaumporen abgeschieden. Im Rahmen dieses Antrags wird eine ausführliche Untersuchung der Funktionalität des infiltrierten Schaums in Abhängigkeit von den Beschichtungsparametern für Al2O3-Schichten durchgeführt. Die Werkstoffkombination aus Schaumsubstrat und Keramikdeckschicht ist bezüglich der mechanischen und der Verbundeigenschaften, des Widerstands gegen Temperaturwechselbeanspruchung sowie der Resistenz gegen Korrosion zu untersuchen. Die Prozessparameter der Schaumherstellung und des Infiltrationsvorgangs werden mit den Eigenschaften der Werkstoffkombination in Zusammenhang gebracht. Darüber hinaus wird das CVI-Verfahren für die Infiltrierung von SchlickerReaktions-Schäumen besonders interessant, da die Ofenbedingungen für die Schaumherstellung und das Infiltrieren einander angepasst werden können. Um ein prozessintegriertes Infiltrieren in einem Fertigungsschritt während des Sinterns durchzuführen, wird ein Prozessfenster für den Sintervorgang in Abhängigkeit vom Prozessfenster des Infiltriervorgangs aufgestellt. Der Einfluss dieser Parameter auf die Porenstruktur wird untersucht.

• DFG Programme: Research Grants