Individuell modifizierte Dünnschichten

Was verleiht einem stählernen Bauteil einen nachhaltigen Korrosionsschutz? Wodurch kann ein Blechformteil eine nur partiell wirksame elektrische Isolierung erhalten? Was macht Glasflächen besonders kratzfest und reinigungsfreundlich? Die Antwort auf diese – und viele weitere – Fragen lautet immer: Sol-Gel-Dünnschichten. Dabei handelt es sich um oxidkeramische und keramisch-organische Coatings mit nanokristallinem Gefüge. Spezialisiert auf die Herstellung und Applikation solcher Sole ist die WZR ceramic solutions GmbH, die sich seit vielen Jahren mit deren Entwicklung und industriellen Anwendung beschäftigt und im Auftrag zahlreicher Kunden inzwischen Kleinserienbeschichtungen durchführt. Vor allem Hersteller aus der Medizintechnik und Glasverarbeitung zeigen derzeit ein wachsendes Interesse an diesen Hightech-Coatings.

 

Mit und ohne Fingerabdrücke: Eine mit einem Sol-Gel-Coating beschichtete Glasfläche (rechts) ist viel unempfindlicher gegen Verunreinigungen als eine unbehandelte (links).

 

Vernetzte Nanopartikel

Hergestellt werden Sol-Gel-Schichten in einem nass-chemischen Transformationsprozess, bei dem in Wasser oder Lösungsmittel gelöste Nanopartikel (Sole) über eine Gelphase dreidimensional vernetzt und durch eine Wärmebehandlung in einen keramischen Feststoff überführt werden. Die eigentliche Beschichtung erfolgt durch Besprühen des Metall- beziehungsweise Glasteils oder dessen Eintauchen in ein Sol-Bad. Der zunächst noch flüssige Sol-Film trocknet, verfestigt sich und wird danach einer Temperierung bei 200 bis 400 °C unterzogen.

Auf diese Weise entsteht eine Dünnschicht aus Silizium-, Aluminium- oder Zirkoniumoxid mit einer Dicke von etwa 1 µm. Im Fertigungsbereich von WZR werden diese Schichten beispielsweise auf Stahlplatten aufgetragen, denen sie eine erhöhte Härte und optimierte Benetzungseigenschaften – Wasser perlt sofort ab – verleihen. Technische Gläser oder auch empfindliche Displays hingegen erhalten dank eines Sol-Gel-Coatings eine extrem hohe Kratzfestigkeit und überstehen so völlig unbeschadet selbst massive mechanische Einwirkungen wie etwa die Bearbeitung mit einer metallischen Klinge.

 

Auf die Füllung kommt es an

Zu den besonderen Spezialitäten von WZR gehört in diesem Bereich auch die Herstellung «gefüllter» Sole, mit denen sich Schichtdicken von bis zu 80 µm erreichen lassen. Diesen Solen wird bei der Herstellung hochfeines Keramikpulver zugesetzt, wobei die Möglichkeit besteht, zwischen Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Silizium und Titaniumdioxid auszuwählen, je nach Anforderungsprofil und Einsatzgebiet des zu beschichtenden Bauteils. «Durch unterschiedliche Sol-Partikel-Kombinationen können wir die Eigenschaften einer Beschichtung ganz gezielt einstellen. Die behandelten Bauteile sind mechanisch deutlich höher belastbar und zeigen eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit, was aktuelle Versuchsreihen unseres Hauses belegen», berichtet Dr. Dieter Nikolay, der WZR-Entwicklungsleiter.

Typische Anwendungsgebiete für «gefüllte» Sole sind der Kontakt- und Korrosionsschutz von medizintechnischen Komponenten, das Beschichten gläserner Leuchtkörper oder die Erzeugung von Diffusionssperrschichten in Anlagen zur Wärmebehandlung von Stahl. «Sehr interessant ist auch die gute elektrische Isolierung der gefüllten Sol-Gel-Beschichtungen. Metallische Bauteile lassen sich damit so modifizieren, dass sie entweder vollständig elektrisch isoliert sind oder aber nur in gewissen Bereichen eine Isolation erhalten», erklärt Nikolay.

 

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