HANDOUT. Vorlesung: Hochleistungskeramik. Nanopartikelbeschichtungsverfahren

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1 Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität des Saarlandes HANDOUT Vorlesung: Hochleistungskeramik Nanopartikelbeschichtungsverfahren Leitsatz: "Currently, most man-made objects are obtained by subtractive, modifying, and additive methods. The first two methods are used in the production of high-resolution and precise micro- and nanostructures. The last method including self-assembly is a costeffective manufacturing technique using building blocks. Incorporation of nanoparticles (NPs) into finished goods requires intermediary processing steps that include substrate preparation, NP deposition, and post-treatments. NPs can be used to make various structures by means of different laboratory-scale processes. Integration of NPs into 1D, 2D, and 3D structures has been achieved. As such, NPs can fill the gap between the top-down micro-fabrication techniques and the bottom-up chemical synthesis techniques." Quelle: HL-1g, S. 185

2 Hochleistungskeramik Nanopartikelbeschichtungsverfahren Ziele Die Verfahren und Prozesse der Beschichtung mit keramischen Nanopartikeln mechanistisch herleiten und beschreiben können. ð Konsolidierung und Aufbereitung keramischer Nanopartikeldispersionen begründen können ð Spezielle Verfahren der angepassten Gießverfahren herleiten und begründen können ð Druckverfahren mechanistisch begründen und fallspezifisch anwenden können ð Sprüh-/Spritzverfahren schematisch herleiten und begründen können ð Mechanismen der feldgestützte Beschichtungsverfahren darlegen und anwenden können Inhalte Mechanische/thermomechan. Konsolidierung von Nanopartikeln Extrusion, thermomechanische Partikelaufbereitung Angepasste Gießverfahren Foliengießen, Schlitzdüsenbeschichtung, Druckverfahren Keramische Pasten und Tinten, R2R-Verfahren, Siebdruck, Inkjet Sprüh-/Spritzverfahren (Aerosol-)Sprühen, Flammsprühen, HVFOS, Elektrostat. Sprühen Felgestützte Beschichtungsverfahren EPD, DEP, Dispersions-/Precursor-PS, RESS, Elektrosprühen

3 Lerntafel 1 Mechanische/thermomechan. Konsolidierung von Nanopartikeln Winkelförmige Extrusion von Nanopartikeln (Equal-Channel Angular Extrusion (ECAE) ( [HL-1g, S. 251] Zwei Verfahrenswege der Konsolidierung (Mikroformgebung) von Precursor- Nanopartikeln mittels µ-spi-pim [HL-1g, S. 238]

4 Lerntafel 2 Angepasste Gießverfahren Foliengießen von Nanopartikel-Dispersionen [HL-1g, S. 232] Spezielle Dispersionsaufbereitung von Nanopartikeln für das Foliengießen [HL-1g, S. 233] Schema der Schlitzdüsenbeschichtung

5 Lerntafel 3 Druckverfahren Übersicht: Druckverfahren von Nanopartikeldispersionen Durchsatz- und Detailgrößen von Druckverfahren für Nanopartikeldispersionen Prozessschritte zur Herstellung keramischer Beschichtungen aus Nanopartikeldispersionen mit Hilfe von Druckverfahren

6 Alternative Verfahrenswege für das Drucken von Nanopartikeldispersionen Rolle-zu-Rolle-Verfahren (R2R) zum Drucken keramischer Mehrlagenstrukturen aus Nanopartikeldispersionen [HL-1g, S. 237] Bedrucken polymerer Substrate mit Hilfe von R2R-Verfahren

7 Düsenfreie Inkjet-Technik (schematisch) [HL-1d, S. 547] Düsenfreie Inkjet-Technik (schematisch) [HL-1d, S. 548] Lerntafel 4 Sprüh-/Spritzverfahren (Aerosol-)Sprühbeschichtung mit Nanopartikeldispersionen [HL-1g, S. 256]

8 (Aerosol-)Sprühbeschichtung mit Nanopartikeldispersionen [HL-1g, S. 257] HV-Dispersions-Flammspritzen (HVOFS) [HL-1g, S. 258] Elekrostatisches Sprühen von Nanopartikeldispersionen [HL-1g, S. 262]

9 Lerntafel 5 Felgestützte Beschichtungsverfahren Elektrokinetische Effekte in Nanopartikeldispersionen: Elektrophorese und Elektroosmose [HL-1g, S. 240] Elektrokinetische Effekte in Nanopartikeldispersionen: Elektrophorese und Elektroosmose [HL-1g, S. 240] Elektrophoretische Abscheidung (wässrige Suspensionen) [HL-1g, S. 240]

10 Schema des Sedimentations-Co-Abscheideverfahren (SCD) und des konventionellen Elektroplattierens mit keramischen Nanopartikeln [HL-1g, S. 245] Partikelorientierung im elektrischen Feld als Folge dielektrophoretischer Effekte Dispersions-/Precursor-Plasmaspritzen [HL-1g, S. 260]

11 Dispersions-/Precursor-Plasmaspritzen [HL-1g, S. 260] Rapid Expansion of Supercritical Solutions (RESS) [HL-1g, S. 263] Elektrosprühen von Nanopartikeldisersionen [HL-1g, S. 263]