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DE19900182A1 - Metal coating is applied onto a ceramic substrate, especially a silicon nitride ceramic substrate of a heating plate, by thermal spraying after physical vapor deposition of a metallic adhesion promoter - Google Patents

Metal coating is applied onto a ceramic substrate, especially a silicon nitride ceramic substrate of a heating plate, by thermal spraying after physical vapor deposition of a metallic adhesion promoter

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Publication number
DE19900182A1
DE19900182A1 DE1999100182 DE19900182A DE19900182A1 DE 19900182 A1 DE19900182 A1 DE 19900182A1 DE 1999100182 DE1999100182 DE 1999100182 DE 19900182 A DE19900182 A DE 19900182A DE 19900182 A1 DE19900182 A1 DE 19900182A1
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DE
Germany
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layer
ceramic substrate
thermal spraying
metallic
adhesion promoter
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Withdrawn
Application number
DE1999100182
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German (de)
Inventor
Ruediger Schuelein
Joerg Vetter
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Oerlikon Friction Systems Germany GmbH
Original Assignee
Euroflamm GmbH
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Publication date
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    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
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Abstract

Metal application onto a ceramic substrate involves thermal spraying after physical vapor deposition (PVD) of a metallic adhesion promoter. An Independent claim is also included for a metal coating produced on a ceramic, especially silicon nitride, substrate by the above process. Preferred Features: The metallic adhesion promoter comprises a 1-10 mu m thick chromium or chromium-containing layer and the sprayed coating comprises a FeCrAlY or NiCrMoFeTi layer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Metall aufweisendem Werkstoff durch thermisches Spritzen auf keramisches, insbesondere SiN auf­ weisendes Substrat. Ferner betrifft die Erfindung eine auf keramisches, insbesonde­ re SiN aufweisendes Substrat aufgebrachte Beschichtung mit einer durch thermi­ sches Spritzen erzeugten äußeren Schicht aus Metall aufweisendem Werkstoff.The invention relates to a method for applying metal Material by thermal spraying on ceramic, especially SiN pointing substrate. Furthermore, the invention relates to a ceramic, in particular re SiN-containing substrate applied coating with a thermi spraying produced outer layer of metal-containing material.

Bei keramischen, insbesondere SiN aufweisenden Werkstoffen handelt es sich um elektrische Isolatoren mit zugleich sehr hoher Wärmeleitfähigkeit. Sie eignen sich daher beispielsweise für Heizelemente.Ceramic materials, in particular those with SiN, are electrical insulators with very high thermal conductivity. They are suitable therefore for example for heating elements.

Jedoch sind keramische Materialien und insbesondere SiN chemisch träge Werk­ stoffe mit geringer Affinität zu bekannten Materialien. Dies gilt insbesondere auch für durch thermisches Spritzen aufzubringende Werkstoffe. Keramische Materialien und insbesondere SiN gehen jedoch keine hinreichende Verbindung mit solchen Werkstoffen ein; sie lösen sich.However, ceramic materials and especially SiN are chemically inert substances with low affinity for known materials. This is especially true for materials to be applied by thermal spraying. Ceramic materials and in particular SiN, however, do not have a sufficient connection with such Materials; they come loose.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Beschich­ tung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß durch thermisches Spritzen aufgebrachter Werkstoff sicher auf keramischem, insbesondere SiN auf­ weisendem Substrat hält.It is therefore an object of the present invention, a method and a coating device of the type mentioned to improve such that by thermal Spray safely applied material on ceramic, especially SiN pointing substrate.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zunächst im PVD-Verfahren ein metallischer Haftvermittler auf das Substrat und anschließend auf den Haftvermittler der Werkstoff durch thermisches Spritzen aufgebracht wird und somit eine Beschichtung der eingangs genannten Art eine im PVD-Verfahren erzeugte metallische Zwischenschicht aufweist, die als Haftvermittler zwischen dem Substrat und der äußeren Schicht liegt.This is achieved in a method of the type mentioned at the outset solved that first in the PVD process a metallic coupling agent on the Substrate and then on the bonding agent the material by thermal Spraying is applied and thus a coating of the type mentioned has a metallic intermediate layer produced in the PVD process, which as Adhesion promoter lies between the substrate and the outer layer.

Das Besondere der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, auf kerami­ schem, insbesondere SiN aufweisendem Substrat eine Kombination aus einer PVD- Schicht als Haftvermittler und einer thermischen Spritzschicht als äußere Funk­ tionsschicht aufzubringen. Dabei wurde mit der Erfindung die Erkenntnis gewon­ nen, daß mit Hilfe des PVD-Verfahrens aufgedampfte Schichten ein hohes Haftver­ mögen auf keramischen Materialien, insbesondere SiN besitzen und thermische Spritzschichten wiederum gut auf PVD-Schichten haften.The special feature of the present invention is therefore based on kerami a, in particular SiN substrate, a combination of a PVD Layer as an adhesion promoter and a thermal spray layer as an external radio application layer. Knowledge was gained with the invention NEN that layers deposited using the PVD process have a high adhesion may have on ceramic materials, especially SiN and thermal Spray layers in turn adhere well to PVD layers.

Thermische Spritzschichten besitzen gute elektrische Eigenschaften und sind im Hinblick hierauf in weiten Bereichen veränderbar. Deshalb eignet sich die Erfindung beispielsweise vorteilhaft zur Herstellung von Heizplatten aus keramischem, ins­ besondere SiN aufweisendem Substrat, wobei zur Bildung von Heizleitern in einem entsprechenden Muster eine Beschichtung aus metallischen Werkstoffen durch thermisches Spritzen auf dem keramischen Substrat erzeugt wird, nachdem erfin­ dungsgemäß zunächst im PVD-Verfahren ein metallischer Haftvermittler als Zwi­ schenlage auf das keramische Substrat aufgebracht worden ist. Die Form und Dicke der durch thermisches Spritzen erzeugten äußeren Schicht aus Metall auf­ weisendem Werkstoff wird dabei in Abhängigkeit von den gewünschten elek­ trischen und thermischen Eigenschaften gewählt. Diese äußere Schicht stellt einen elektrischen Widerstand in Form eines flächigen Leiters dar, wobei der Metall aufweisende Werkstoff in der Regel so eingestellt ist, daß der spezifische elek­ trische Widerstand von 0,1 bis 1000 Ωmm2/m veränderbar ist. Für das thermische Spritzen werden üblicherweise Plasmaverfahren, HVOF oder Flammspritzen einge­ setzt.Thermal spray coatings have good electrical properties and can be changed over a wide range. Therefore, the invention is advantageous, for example, for the production of heating plates made of ceramic, in particular SiN substrate, wherein to form heating conductors in a corresponding pattern, a coating of metallic materials is generated by thermal spraying on the ceramic substrate, according to the invention first in PVD -Procedure, a metallic adhesion promoter has been applied as an intermediate layer on the ceramic substrate. The shape and thickness of the outer layer of metal on the facing material produced by thermal spraying is selected depending on the desired electrical and thermal properties. This outer layer represents an electrical resistance in the form of a flat conductor, wherein the metal-containing material is usually set so that the specific electrical resistance from 0.1 to 1000 Ωmm 2 / m can be changed. For thermal spraying, plasma processes, HVOF or flame spraying are usually used.

Vorzugsweise weist der Haftvermittler Chrom auf oder besteht aus Chrom. The adhesion promoter preferably has chromium or consists of chromium.  

Die Dicke der aus dem Haftvermittler hergestellten Zwischenlage beträgt etwa 1 bis 10 µm. Bei der Verwendung von Chrom hat sich eine Dicke der Schicht von etwa 5 µm als vorteilhaft herausgestellt.The thickness of the intermediate layer produced from the adhesion promoter is approximately 1 up to 10 µm. When using chromium, the layer has a thickness of about 5 µm was found to be advantageous.

Bei dem Metall aufweisenden Werkstoff kann es sich vorzugsweise um einen metallischen Werkstoff, insbesondere einen metallischen Matrixwerkstoff handeln. Zweckmäßigerweise werden Beimengungen von Oxiden und/oder Karbiden in den Metall aufweisenden Werkstoff eingebracht.The material comprising metal can preferably be one act metallic material, in particular a metallic matrix material. Mixtures of oxides and / or carbides in the Introduced metal material.

Vorzugsweise besteht der Metall aufweisende Werkstoff aus FeCrAlY oder NiCrMo- FeTi.The metal material preferably consists of FeCrAlY or NiCrMo- FeTi.

Die Dicke der aus dem Metall aufweisenden Werkstoff hergestellten Schicht beträgt üblicherweise etwa 20 µm bis 1 mm. Im Falle von FeCrAlY hat sich eine Dicke von etwa 50 µm als vorteilhaft herausgestellt.The thickness of the layer made of the metal-containing material is usually about 20 µm to 1 mm. In the case of FeCrAlY one has Thickness of about 50 microns was found to be advantageous.

Weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Further advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims featured.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Beispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of two examples.

Das zu beschichtende Substrat bestand aus SiN. Mit Hilfe des PVD-Verfahrens wurde als metallischer Haftvermittler eine Schicht aus Chrom mit einer Dicke von etwa 5 µm aufgebracht. Anschließend wurde durch thermisches Spritzen eine äußere Schicht aus FeCrAlY (Cr: 19 bis 25%/Al: 4 bis 8%/Ni: O/Rest Fe, Spuren Y) mit einer Dicke von etwa 50 µm aufgetragen. Messungen haben ergeben, daß die äußere Schicht aus FeCrAlY bei 24°C einen spezifischen elektrischen Wider­ stand von 1,7 Ωmm2/m und bei 350°C einen spezifischen Widerstand von 2,7 Ωmm2/m, eine Spannungsfestigkeit von mehr als 400 V und eine Temperaturbestän­ digkeit von über 500°C hat.The substrate to be coated was made of SiN. With the help of the PVD process, a layer of chrome with a thickness of approximately 5 μm was applied as a metallic adhesion promoter. An outer layer of FeCrAlY (Cr: 19 to 25% / Al: 4 to 8% / Ni: O / rest Fe, traces Y) with a thickness of about 50 μm was then applied by thermal spraying. Measurements have shown that the outer layer of FeCrAlY had a specific electrical resistance of 1.7 Ωmm 2 / m at 24 ° C and a specific resistance of 2.7 Ωmm 2 / m at 350 ° C, a dielectric strength of more than 400 V and has a temperature resistance of over 500 ° C.

Alternativ kann die äußere Schicht auch beispielsweise aus NiCrMoFeTi bestehen (Cr: 14 bis 18%/Mo: 14 bis 17%/Fe < 3%/Ti: 1%/Rest Ni).Alternatively, the outer layer can also consist of NiCrMoFeTi, for example (Cr: 14 to 18% / Mo: 14 to 17% / Fe <3% / Ti: 1% / balance Ni).

Claims (17)

1. Verfahren zum Aufbringen von Metall aufweisendem Werkstoff durch thermisches Spritzen auf keramisches, insbesondere SiN aufweisendes Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst im PVD-Verfahren ein metallischer Haftver­ mittler auf das Substrat und anschließend auf den Haftvermittler der Werkstoff durch thermisches Spritzen aufgebracht wird.1. A method for applying metal-containing material by thermal spraying on a ceramic, in particular SiN-containing substrate, characterized in that a metallic adhesive is first applied to the substrate in the PVD process and then the material is applied to the adhesive by thermal spraying. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler Chrom aufweist oder aus Chrom besteht.2. The method according to claim 1, characterized in that the coupling agent has chromium or chromium consists. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der aus dem Haftvermittler hergestellten Schicht etwa 1 bis 10 µm beträgt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of those made from the coupling agent Layer is about 1 to 10 microns. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht etwa 5 µm beträgt.4. The method according to claims 2 and 3, characterized in that the thickness of the layer is about 5 µm. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim Werkstoff um einen metallischen Werkstoff, insbesondere einen metallischen Matrixwerkstoff handelt.5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the material is a metallic Material, in particular a metallic matrix material. 6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff Beimengungen von Oxiden und/oder Karbiden aufweist.6. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the material admixtures of oxides and / or Has carbides. 7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff aus FeCrAlY besteht.7. The method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the material consists of FeCrAlY. 8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der aus dem Werkstoff hergestellten Schicht etwa 20 µm bis 1 mm beträgt.8. The method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the thickness of those made from the material Layer is about 20 microns to 1 mm. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht etwa 50 µm beträgt. 9. The method according to claims 7 and 8, characterized in that the thickness of the layer is approximately 50 µm.   10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff aus NiCrMoFeTi besteht.10. The method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the material consists of NiCrMoFeTi. 11. Auf keramisches, insbesondere SiN aufweisendes Substrat aufgebrachte Beschichtung mit einer durch thermisches Spritzen erzeugten äußeren Schicht aus Metall aufweisendem Werkstoff, gekennzeichnet durch eine im PVD-Verfahren erzeugte metallische Zwischen­ schicht, die als Haftvermittler zwischen dem Substrat und der äußeren Schicht liegt.11. Applied to ceramic, in particular SiN substrate Coating with an outer layer produced by thermal spraying Metal-containing material, characterized by a metallic intermediate produced in the PVD process layer that acts as an adhesion promoter between the substrate and the outer layer lies. 12. Beschichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht Chrom aufweist oder aus Chrom besteht.12. Coating according to claim 11, characterized in that the intermediate layer has chrome or chrome consists. 13. Beschichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zwischenschicht etwa 1 bis 10 µm beträgt.13. Coating according to claim 11 or 12, characterized in that the thickness of the intermediate layer is about 1 to 10 µm is. 14. Beschichtung nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zwischenschicht 5 µm beträgt.14. Coating according to claims 12 and 13, characterized in that the thickness of the intermediate layer is 5 µm. 15. Beschichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht aus einem metallischen Werkstoff, inbesondere einem metallischen Matrixwerkstoff besteht.15. Coating according to at least one of claims 11 to 14, characterized in that the outer layer is made of a metallic material, in particular a metallic matrix material. 16. Beschichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht Beimengungen von Oxiden und/oder Karbiden aufweist.16. Coating according to at least one of claims 11 to 15, characterized in that the outer layer admixtures of oxides and / or carbides. 17. Beschichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht aus FeCrAlY oder NiCrMoFeTi besteht.17. Coating according to at least one of claims 11 to 16, characterized in that the outer layer made of FeCrAlY or NiCrMoFeTi consists.
DE1999100182 1999-01-07 1999-01-07 Metal coating is applied onto a ceramic substrate, especially a silicon nitride ceramic substrate of a heating plate, by thermal spraying after physical vapor deposition of a metallic adhesion promoter Withdrawn DE19900182A1 (en)

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