DE10009598A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung einer Beschichtung auf einem Substrat durch Versprühen einer Flüssigkeit - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung einer insbesondere keramischen Beschichtung (10) auf einem Substrat (11) durch Versprühen einer Flüssigkeit vorgeschlagen. Dazu wird zunächst eine erste Beschichtungslösung (12) und mindestens eine weitere Beschichtungslösung (13) versprüht, die bei ihrem Zusammentreffen chemisch miteinander reagieren. Das dabei entstehende Reaktionsprodukt bildet auf dem Substrat (11) die Beschichtung (10) oder wird in einem nachfolgenden weiteren Verfahrensschritt in die Beschichtung (10) überführt. Die vorgeschlagene Vorrichtung weist eine Sprüheinrichtung (20) mit Mitteln derart auf, dass das Zusammenführen der ersten Beschichtungslösung (12) und der weiteren Beschichtungslösung (13) und deren Reaktion zu dem Reaktionsprodukt unmittelbar vor oder während des Versprühens der Flüssigkeit in der Sprüheinrichtung (20) erfolgt. Alternativ weist die vorgeschlagene Vorrichtung eine erste Sprüheinrichtung (20) und eine mindestens weitere Sprüheinrichtung (21) auf, so dass das Zusammenführen der Beschichtungslösungen (12, 13) und die Reaktion zu dem Reaktionsprodukt erst nach dem Aufsprühen erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung einer insbesondere keramischen Beschichtung auf einem Substrat durch Versprühen einer Flüssigkeit nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

Um Energieverluste durch Reibung sowie Verschleiß von Werk­ stoffen durch Abrieb und Korrosion zu minimieren, sind Schutzschichten aus keramischen Hochleistungswerkstoffen als reibungs- und verschleißmindernde Beschichtungen bekannt. Derartige Beschichtungen zeichnen sich durch hohe mechani­ sche Härte, Hochtemperaturbeständigkeit und chemische Stabi­ lität gegenüber korrosiven Medien aus.

Zur Abscheidung solcher Beschichtungen sind eine Reihe von Verfahren wie das Sol-Gel-Verfahren, das Aufsputtern, das Plasmaspritzen oder PVD- bzw. CVD-Verfahren bekannt. Daneben sind auch nasschemische Herstellungsverfahren bekannt, bei denen zunächst Beschichtungslösungen synthetisiert und da­ nach durch Tauchen oder Aufschleudern auf das zu beschich­ tende Substrat aufgebracht werden.

So wird in K. Pae et al., Progress in Advanced Materials and Mechanics 1, Beijing, China, 1996, Seiten 570 bis 573, ein Verfahren zur Herstellung nanokristalliner TiO₂-Partikel über Gasfluss-Kondensation beschrieben. Aus F. Kirkbir et al., Chemical Letters, 5, 1998, Seiten 791 bis 794, ist wei­ ter die Umsetzung von Titanisopropoxid in einem Röhrenreak­ tor mit Wasserdampf zu TiO₂-Partikeln bekannt. V. Belov et al., J. Am. Ceram. Soc., 80, (4), 1997, Seiten 982 bis 990, beschreiben die Herstellung von ZrO₂-Partikeln durch Ein­ spritzen einer zirkoniumhaltigen Lösung in eine wässrige Am­ moniaklösung. Einen Übersichtsartikel zum Thema nasschemi­ sche Beschichtungen auf Metallen, insbesondere zum Korrosi­ onsschutz, wurde schließlich von M. Guglielmi, Sol-Gel- Coatings on Metals, J. Sol-Gel Science and Technology, 8, (1997), Seiten 443 bis 449, veröffentlicht.

Nachteilig bei den vorgenannten Verfahren sind die teilweise sehr hohen Prozesstemperaturen, die zu einer starken thermi­ schen Belastung des beschichteten Basiswerkstoffes bzw. Sub­ strates und zu einer Beeinträchtigung von dessen mechani­ schen Eigenschaften führen.

Nasschemische Verfahren haben weiter den Nachteil, dass zu­ nächst ein nasser Film einer bereits fertigen Beschichtungs­ lösung erzeugt wird, welcher anschließend getrocknet und dann bei hohen Temperaturen zu der eigentlichen Beschichtung umgesetzt wird. Neben der hohen thermischen Belastung des zu beschichtenden Substrates spielen dabei auch die relativ ho­ hen anfallenden Energiekosten eine wesentliche Rolle.

Um die für viele Anwendungen erforderlichen Schichtdicken im Bereich einiger Mikrometer zu erreichen, ist es zudem viel­ fach erforderlich, die zu beschichtenden Bauteile mehrfach in die Beschichtungslösung einzutauchen oder diese mehrfach aufzuschleudern. Derartige Mehrfachbeschichtungen bedeuten jedoch eine verstärkte Erzeugung lokaler Defekte durch äuße­ re Einflüsse sowie einen erheblichen Mehraufwand an Zeit bei der Produktion.

Sofern andererseits relativ dicke nasse Filme bereits in ei­ nem Verfahrensschritt aufgebracht werden, tritt im Nachhin­ ein vielfach eine starke Schwindung dieser Filme ein, die von Rissbildung begleitet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, mit dem sich insbesondere keramische, in erster Linie im Bereich des Korrosions- und/oder Verschleißschutzes einsetzbare Beschichtungen in unterschiedlichster Zusammensetzungen bei möglichst niedri­ gen Temperaturen mit Hilfe eines nasschemischen Verfahrens auf einem Substrat abscheiden lassen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abscheidung einer Be­ schichtung, das auf dem Prinzip des reaktiven Sprühen be­ ruht, und die erfindungsgemäße Vorrichtung, haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass sich damit insbeson­ dere keramische Beschichtungen unterschiedlichster Zusammen­ setzung bei niedrigen Prozesstemperaturen mit Hilfe eines nasschemischen Verfahrens auf einer zu beschichtenden Ober­ fläche kostengünstig und bei Bedarf auch kontinuierlich ab­ scheiden lassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiter den Vorteil, dass über das beim Versprühen erst entstehende Reaktionsprodukt bzw. Precursormaterial auch Beschichtungen auf einem Sub­ strat synthetisiert oder erhalten werden können, die nicht direkt aus einer bereits vorbereiteten fertigen Lösung ab­ scheidbar sind, weil beispielsweise beim Zusammenbringen der reaktiven Komponenten in der Lösung bereits unlösliche oder schwer lösliche Verbindungen gebildet werden, die dann nicht oder nur noch unter erheblichen verfahrenstechnischen Schwierigkeiten auf das zu beschichtende Bauteil aufgebracht werden können. Zudem sind gerade in diesem Fall vielfach un­ erwünscht hohe Temperaturen zur Ausbildung der gewünschten keramischen Struktur der Beschichtung erforderlich.

Insgesamt weißt das erfindungsgemäße Verfahren somit den we­ sentlichen Vorteil auf, dass die vielfältigen, als Beschich­ tungslösungen einsetzbaren reaktiven Komponenten getrennt gehandhabt werden können.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt auch darin, dass das auf dem Substrat abgeschiedene Reakti­ onsprodukt nur aus wenigen, meist aus lediglich zwei Be­ schichtungslösungen erzeugt wird, während bekannte fertig vorbereitete Beschichtungslösungen vielfach aus einer Viel­ zahl von reaktiven Komponenten bestehen.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft möglich, als Reaktionspro­ dukt auch direkt ein festes Material zu erzeugen, das nach dem Versprühen bereits feste Beschichtung auf dem Substrat vorliegt, oder das in einem nachfolgenden weiteren Verfah­ rensschritt mittels einer beispielsweise der Verdichtung dienenden Nachbehandlung, insbesondere einer Wärmebehandlung oder einer Bestrahlung, in die zu erzeugende Beschichtung überführt wird.

Durch die Möglichkeit der getrennten Aufbewahrung und des gezielt gesteuerten Zusammentreffens bzw. Mischens der ein­ zelnen reaktiven Komponenten bzw. Beschichtungslösungen zu dem Reaktionsprodukt bzw. Precursormaterial erst unmittelbar auf der Oberfläche des zu beschichtenden Substrates bzw. un­ mittelbar vor oder während dem Versprühen entfallen zudem verfahrenstechnische Schwierigkeiten, die sich aus einer be­ grenzten Haltbarkeit bzw. Verarbeitbarkeit der fertig ge­ mischten Beschichtungslösung oder einem Verkleben bzw. Ver­ schmutzen der verwendeten Sprüheinrichtung ergeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass auf bekannte Techniken bzw. Sprüheinrichtungen zurückgegriffen werden kann, die lediglich geringfügig modifiziert werden müssen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So weißt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zerstäubung der Beschichtungslösung vorteilhaft eine Sprüheinrichtung mit einer Düse bzw. einem Sprühkopf auf. Diese Düse bzw. dieser Sprühkopf beruht beispielsweise auf einem elektrosta­ tischen Funktionsprinzip, der Anwendung von Ultraschall oder einem sogenannten Ink-Jet-Verfahren. Daneben kommt auch der Einsatz eines Trägergases in Frage. Die eingesetzte Sprüh­ vorrichtung ist im Übrigen nicht auf den Einsatz lediglich einer Düse oder eines Sprühkopfes beschränkt, sondern es können vorteilhaft auch mehrere Düsen eingesetzt werden, die weitgehend beliebig angeordnet und beispielsweise mit schwenkbaren Haltern und variabler Entfernung von der Ober­ fläche des Substrates angebracht sind.

Zur Durchführung der Wärmebehandlung oder Bestrahlung in dem weiteren Verfahrensschritt, die zur Verdichtung und/oder Um­ setzung des in dem ersten Verfahrensschritt abgeschiedenen Precursormaterials bzw. Reaktionsproduktes zu der zu erzeu­ genden Beschichtung dient, eignen sich ebenfalls eine Viel­ zahl von jeweils an sich bekannten und technisch gut be­ herrschbaren Verfahren. So kann die Wärmebehandlung oder Be­ strahlung unter Einsatz eines Ofens, einer Infrarot- oder UV-Lampe, mit Hilfe eines Lasers, einer Mikrowellenquelle, eines Elektronenstrahls oder allgemein durch resistive oder induktive Erwärmung des Substrates erfolgen. Dabei ist vor­ teilhaft, daß die bei der Umsetzung des Reaktionsproduktes bzw. des zunächst entstandenen Precursormaterials zu der zu erzeugenden Beschichtung in dem weiteren Verfahrensschritt die erforderlichen Prozesstemperaturen denen das Substrat ausgesetzt ist typischerweise bei Werten von 50°C bis 400°C liegen, d. h. stets weit unterhalb der thermischen Belast­ barkeit von beispielsweise metallischen Substraten.

Besonders vorteilhaft ist weiter, wenn die als Beschich­ tungslösungen eingesetzten reaktiven Komponenten zumindest weitgehend erst auf der Oberfläche des zu beschichtenden Substrat zusammentreffen, so dass dort erst deren chemische Reaktion einsetzt.

Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und in der nachfol­ genden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt eine Prinzipskizze einer Sprühvorrichtung mit zwei separaten Sprühköpfen beim Aufsprühen einer Flüssigkeit.

Ausführungsbeispiele

Ein erstes Ausführungsbeispiel wird mit Hilfe der Figur er­ läutert. Dazu ist eine Sprühvorrichtung 5 vorgesehen, die eine erste Sprüheinrichtung 20 und eine zweite, davon ge­ trennte, separat ansteuerbare zweite Sprüheinrichtung 21 aufweist. Die Sprüheinrichtungen 20, 21 sind jeweils in be­ kannter Weise auf einem automatisiert ansteuerbaren und schwenkbaren Halter angeordnet. Weiter kann der Abstand der ersten und der zweiten Sprüheinrichtung 20, 21 von einem zu beschichtenden Substrat 11 variabel eingestellt werden. Zudem kann die erste und/oder die zweite Sprüheinrichtung 20, 21 mit Hilfe einer an sich bekannten Steuereinheit derart bewegt werden, dass das Substrat 11 gleichmäßig besprüht wird.

Im Einzelnen ist gemäß der Figur vorgesehen, dass der ersten Sprüheinrichtung 20 eine erste Beschichtungslösung 12 und der zweiten Sprüheinrichtung 21 eine zweite Beschichtungslö­ sung als weitere Beschichtungslösung 13 zugeführt wird. Die­ se beiden Beschichtungslösungen 12, 13, werden durch die entsprechenden Sprüheinrichtungen 20, 21 jeweils separat auf das Substrat 11, beispielsweise einen Stahlzylinder, einen Pumpenkolben oder ein Aluminium- oder Kunststoffbauteil, aufgesprüht, und treten zunächst beispielsweise in Form von hochfein zerstäubten, insbesondere mikroskaligen Tröpfchen aus den Sprüheinrichtungen 20, 21 aus. Auf dem Substrat 11 treffen diese Tröpfchen der Beschichtungslösungen 12, 13 dann zusammen, wobei es zu einer chemischen Reaktion unter Ausbildung eines zunächst flüssigen Reaktionsproduktes in Form eines Precursormaterials 14 kommt. Das Reaktionsprodukt kann dabei beispielsweise auch die Form einer Suspension von nanoskaligen Partikeln haben, die durch die Reaktion der Be­ schichtungslösungen 12, 13 miteinander in einem aus der Re­ aktion verbliebenen Lösungsmittel entstanden sind. Das aus der chemischen Reaktion der Beschichtungslösungen 12, 13 entstandene Precursormaterial 14 bildet somit zunächst ein Vorprodukt einer nachfolgend zu erzeugenden festen, bei­ spielsweise keramischen Beschichtung 10, das in einem weite­ ren Verfahrensschritt, insbesondere durch thermische Nachbe­ handlung oder Bestrahlung, dann in die eigentliche Beschich­ tung 10 überführt wird.

Alternativ kann es beim Zusammentreffen der Beschichtungslö­ sungen 12, 13 durch deren chemische Reaktion aber auch be­ reits zur Bildung eines festen Reaktionsproduktes kommen, welches bereits die fertige Beschichtung darstellt oder in einem weiteren Verfahrensschritt durch thermische Verdich­ tung in diese überführt wird.

Die Zerstäubung der Beschichtungslösungen 12, 13 in der Sprühvorrichtung 5 erfolgt im Übrigen weiter beispielsweise mit Hilfe eines üblichen Trägergases, mittels einer elek­ trostatischen Zerstäubungstechnik, durch Einsatz von Ultra­ schall oder mit einem bekannten Ink-Jet-System.

Alternativ zu dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur kann vorgesehen sein, dass das Zusammentreffen der ersten Be­ schichtungslösung 12 und der weiteren Beschichtungslösung 13 zeitlich auch bereits unmittelbar vor dem Versprühen dieser Beschichtungslösungen 12, 13 auf das Substrat 11 erfolgt. Dazu weist die Sprühvorrichtung 5 dann lediglich eine Sprü­ heinrichtung 20 auf, die mit zwei separaten Zuleitungen ver­ bunden ist, wobei über diese Zuleitungen einerseits die er­ ste Beschichtungslösung 12 und andererseits die weitere Be­ schichtungslösung 13 der ersten Sprüheinrichtung 10 zuge­ führt wird. Die zugeführten Beschichtungslösungen 12, 13 vermischen sich somit unmittelbar vor dem Versprühen bereits innerhalb der Sprüheinrichtung 20 und werden in derart ver­ mischtem Zustand durch die Düse versprüht, so dass sie beim Versprühen bereits chemisch miteinander reagieren und als Reaktionsprodukt bzw. dem Precursormaterial 14 auf dem Sub­ strat 11 auftreffen. In dieser Ausführungsvariante setzt so­ mit die Reaktion der ersten Beschichtungslösung 12 mit der weiteren Beschichtungslösung 13 bereits unmittelbar beim oder vor dem Versprühen in der Sprüheinrichtung 20 ein. Das Vermischen der ersten Beschichtungslösung 12 mit der weite­ ren Beschichtungslösung 13 im Rahmen dieses Ausführungsbei­ spiels kann weiter einerseits durch eine der eigentlichen Düse bzw. dem eigentlichen Sprühkopf unmittelbar vorgeschal­ tete Mischvorrichtung erfolgen, oder andererseits durch direktes Zuführen der beiden Beschichtungslösungen 12, 13 in die Düse bzw. den Sprühkopf.

Wichtig in den beiden vorgeschlagenen Ausführungsbeispielen ist stets, dass die erste Beschichtungslösung 12 und die weitere Beschichtungslösung 13 erst zeitlich in unmittelba­ rer Nähe zum Versprühen oder nach dem Versprühen zusammen­ treffen, so dass auch die chemische Reaktion der Beschich­ tungslösungen 12, 13 erst unmittelbar vor oder während des Versprühens bzw. nach dem Auftreffen der separat aufgesprüh­ ten Beschichtungslösungen 12, 13 auf dem Substrat 11 er­ folgt.

Im Übrigen kann in den vorgenannten Ausführungsvarianten auch vorgesehen sein, dass die erste Beschichtungslösung 12, beispielsweise mit Hilfe der ersten Sprüheinrichtung 20, und die weitere Beschichtungslösung 13, beispielsweise mit Hilfe der zweiten Sprüheinrichtung 21, nacheinander, insbesondere abwechselnd, auf das Substrat 11 aufgesprüht werden und dort in der vorstehend erläuterten Weise zusammentreffen und mit­ einander reagieren.

Als aus den zusammentreffenden Beschichtungslösungen 12, 13 durch die einsetzende chemische Reaktion entstehendes Reak­ tionsprodukt bzw. Precursormaterial 14 eignet sich besonders ein Material, das in eine keramische Beschichtung oder eine organische oder anorganische Schutzschicht, insbesondere ei­ ne Korrosions- oder Verschleißschutzschicht, überführt wer­ den kann oder ein solches bildet. Konkret sind dies Materia­ lien wie Titanoxide, Zirkoniumoxide, Siliziumoxide, Alumini­ umoxide, ZrSiO₄, LaPO₄, ZrP₂O₇ oder AlPO₄.

Bevorzugt unmittelbar nach dem Aufsprühen des Precursormate­ rials 14 auf das Substrat 11 oder alternativ dem Erzeugen eines festen Reaktionsproduktes auf dem Substrat 11 wird dieses dann in einem weiteren Verfahrensschritt im Bereich der besprühten Oberfläche einer Wärmebehandlung oder einer Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung unterzogen.

Diese Wärmebehandlung bzw. Bestrahlung kann beispielsweise mittels Laserbestrahlung über eine Zeitdauer von einigen Mi­ krosekunden oder mittels eines konventionellen Ofenprozesses über eine Zeitdauer von bis zu mehreren Stunden erfolgen. Bei dieser Wärmebehandlung oder Bestrahlung wird das auf der Oberfläche des Substrates 11 abgeschiedene Reaktionsprodukt auf Temperaturen von 50°C bis zu einigen Tausend °C erhitzt, so um beispielsweise eine Umwandlung des Precursormaterials 14 in die zu erzeugende Beschichtung 10 zu induzieren oder ein bereits zuvor in fester Form abgeschiedenes Reaktions­ produkt zu verdichten. Die Temperatur des Substrates 11 steigt dabei in jedem Fall nicht über Werte von 50°C bis 400°C, bevorzugt nicht über 300°C.

Neben dem Einsatz eines Lasers oder eines Ofens ist für die Wärmebehandlung oder Bestrahlung auch die Verwendung einer Infrarot-Lampe oder einer UV-Lampe sowie die Einstrahlung von Mikrowellen oder eine Elektronenstrahlheizung möglich. Darüber hinaus können auch weitere, allgemein bekannte resi­ stive oder induktive Heizprinzipien zum Beheizen des Sub­ strates 11 eingesetzt werden.

In diesem Zusammenhang sei auch auf hingewiesen, dass das Substrat 11 bevorzugt mit einem Probenhalter mit integrier­ ter Heizung in Kontakt ist, wobei dieser Probenhalter entwe­ der planar ist oder auf einer gegenüber den Sprüheinrichtun­ gen 20, 21 rotierenden Halterung angebracht ist.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Wärmebehandlung mit Hil­ fe eines in die erste Sprüheinrichtung 20 und/oder die zwei­ te Sprüheinrichtung 21 integrierten Lasers erfolgt.

Nach dem weiteren Verfahrensschritt ist somit auf dem Sub­ strat 11 eine Beschichtung 10 entstanden, die eine typische Dicke von 50 Nanometer bis 500 Mikrometer aufweist.

Bevorzugt wird mit Hilfe der in Figur erläuterten Vorrich­ tung und dem damit durchgeführten Verfahren eine Beschich­ tung 10 erzeugt, die ein Metalloxid, insbesondere Siliziu­ moxid, Aluminiumoxid, Titanoxid oder Zirkoniumoxid, ein Me­ tallcarbid, insbesondere Siliziumcarbid, Zirkoniumcarbid, Borcarbid oder Titancarbid, ein Metallnitrid, insbesondere Siliziumnitrid, Titannitrid, Bornitrid oder Siliziumnitrid, ein Phosphat, insbesondere des Zirkoniums, Titans, Alumini­ ums oder eines Elementes der Lanthanide, oder eine Mischung aus diesen Materialien enthält oder daraus besteht.

Die Zusammensetzung der Beschichtung 10 ergibt sich dabei natürlich durch die Wahl der eingesetzten Beschichtungslö­ sungen 12, 13. So eignen sich zur Herstellung der vorgenann­ ten Beschichtungen als erste Beschichtungslösung 12 und/oder als weitere Beschichtungslösung 13 beispielsweise eine Lö­ sung von gut löslichen Metall- oder Siliziumverbindungen, insbesondere reaktiven Metallalkoxiden oder Silanen. Das Lö­ sungsmittel ist beispielsweise ein Alkohol, eine Carbonsäu­ re, ein Keton, ein Esther oder Wasser. Als weitere Beschich­ tungslösung 13 zur Reaktion mit der ersten Beschichtungslö­ sung 12 eignet sich Wasser oder eine anorganische Säure oder Salzlösung.

Insbesondere der Einsatz einer ersten Beschichtungslösung 12 mit einem darin enthaltenen Metallalkoxid und die Verwendung von Wasser als weitere Beschichtungslösung 13 hat den Vor­ teil, dass bei Kontakt des Metallalkoxides mit dem Wasser eine Abspaltung von Alkoholen sowie eine Kondensation der Metallalkoxide unter Bildung von Polymeren erfolgt. Durch eine geeignete Wahl der zugeführten Menge des Wassers bzw. des Alkoxides, läßt sich somit eine nahezu vollständige Um­ setzung dieses Alkoxides zu einem Metalloxid bzw. zu einer Keramik erreichen.

Da die bei der Reaktion des Metallalkoxides mit Wasser ent­ stehenden Reaktionsprodukte, insbesondere Wasser oder Alko­ hol, flüchtig sind, kann somit schließlich eine dichte, je nach Verfahrensbedingungen kristalline bis amorphe Beschich­ tung erzielt werden.

Neben Lösungen von Metallalkoxiden eignen sich als erste Be­ schichtungslösung 12 beispielsweise auch Lösungen mit Aceta­ ten oder Nitraten des Aluminiums, des Zirkoniums, des Titans oder eines der Elemente der Lanthaniden. Dieser ersten Be­ schichtungslösung 12 wird als weitere Beschichtungslösung 13 dann beispielsweise eine Lösung eines Phosphates oder eine Phosphorsäurelösung zugeführt. Konkret eignet sich als erste Beschichtungslösung 12 eine Ceracetat-Lösung oder ein Zirko­ niumbutoxid, während die weitere Beschichtungslösung 13 ver­ dünnte Phosphorsäure oder eine Ammoniumphosphatlösung ist. In diesen Fällen reagieren die beiden aufgesprühten Be­ schichtungslösungen 12, 13 typischerweise direkt auf dem Substrat 11 unter Bildung einer unlöslichen Verbindung als Precursormaterial 14. Eine nachfolgende Temperaturbehandlung bewirkt dann die gewünschte Ausbildung einer keramischen Schutzschicht als Beschichtung 10.

Im Übrigen können die zugeführten Beschichtungslösungen 12, 13 neben reaktiven Komponenten, die die chemische Reaktion miteinander bewirken, zusätzlich auch einen Feststoff als Partikel enthalten, d. h. die Beschichtungslösungen 12, 13 werden als Suspensionen eingesetzt. Dieser Feststoff kann einerseits dem entstehenden Reaktionsprodukt entsprechen oder andererseits ein davon verschiedenes Material sein, so dass nach der chemischen Reaktion der Beschichtungslösungen 12, 13 zu dem Reaktionsprodukt auf dem Substrat 11 schließ­ lich eine Beschichtung 10 entsteht, bei der die Feststoff­ partikel aus der Beschichtungslösung in einer Matrix aus ei­ nem gleichen oder anderen Material aus dem Reaktionsprodukt eingebettet sind. Auf diese Weise ist die Erzeugung von Ver­ bundwerkstoffen möglich.

Bevorzugt eignen sich als Feststoffpartikel in den Beschich­ tungslösungen 12, 13 Trockenschmierstoffe oder Stoffe, die eine Schwindung der erhaltenen Beschichtung 10 im Laufe ei­ ner thermischen Nachbehandlung oder Bestrahlung vermindern.

Claims (18)

1. Verfahren zur Abscheidung einer insbesondere keramischen Beschichtung (10) auf einem Substrat (11), wobei eine erste Be­ schichtungslösung (12) und mindestens eine weitere Beschich­ tungslösung (13) versprüht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beschichtungslösung (12) und mindestens eine der wei­ teren Beschichtungslösungen (13) bei ihrem Zusammentreffen che­ misch miteinander reagieren und das entstehende Reaktionsprodukt auf dem Substrat (11) die Beschichtung (10) bildet oder in einem weiteren Verfahrensschritt in die Beschichtung (10) überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktionsprodukt zunächst ein Precursormaterial (14) ent­ steht, das nach dem Aufsprühen auf dem Substrat (11) abgeschie­ den ist, und das in dem weiteren Verfahrensschritt in die Be­ schichtung (10) überführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammentreffen der ersten Beschichtungslösung (12) und mindestens einer der weiteren Beschichtungslösungen (13) unmit­ telbar vor dem Versprühen oder während des Versprühens der er­ sten Beschichtungslösung (12) und der weiteren Beschichtungslö­ sung (13) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beschichtungslösung (12) und mindestens eine der weiteren Beschichtungslösungen (13) zumindest weitgehend erst nach Versprühen auf dem Substrat (11) zusammentreffen.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beschichtungslösung (12) und mindestens einer der weiteren Beschichtungslösungen (13) unmittelbar vor dem Versprühen innerhalb einer Düse einer Sprüheinrichtung (20, 21) zusammentreffen, wobei die chemische Reaktion einsetzt.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beschichtungslösung (12) mit Hilfe einer ersten Sprüheinrichtung (20) und mindestens eine der weiteren Beschichtungslösungen (13) mit Hilfe einer zweiten Sprüheinrichtung (21) gleichzeitig oder nacheinander, insbesondere abwechselnd, auf das Substrat (11) aufgesprüht wer­ den.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beschichtungslösung (12) und mindestens einer der weiteren Beschichtungslösungen (13) unmittelbar vor dem Versprühen zusammentreffen und mitein­ ander vermischt werden, wobei die chemische Reaktion einsetzt, und dass diese Mischung unmittelbar danach einer Sprüheinrich­ tung (20, 21) zugeführt wird, die sie auf das Substrat (11) auf­ sprüht.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das Precursormaterial (14) auf dem Substrat (11) zunächst flüssig oder in Form einer Suspension abgeschieden wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das auf dem Substrat (10) ab­ geschiedene Reaktionsprodukt eine keramische Beschichtung oder eine organische oder anorganische Beschichtung, insbesondere ei­ ne Korrosions- oder Verschleißschutzschicht, bildet, oder dass das Reaktionsprodukt oder das Precursormaterial (14) in dem wei­ teren Verfahrensschritt in eine keramische Beschichtung oder ei­ ne organische oder anorganische Beschichtung, insbesondere eine Korrosions- oder Verschleißschutzschicht, überführt wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt oder das Precursormaterial (14) in dem weiteren Verfahrensschritt insbe­ sondere unmittelbar nach dem Aufsprühen auf das Substrat (11) einer Wärmebehandlung oder einer Bestrahlung mit elektromagneti­ scher Strahlung unterzogen wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Beschichtungslösung (12) und/oder als weitere Beschichtungslösung (13) eine Lösung von insbesondere gut löslichen Metall- oder Siliziumverbindun­ gen, insbesondere Metallalkoxiden oder Silanen, eingesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei Temperaturen von 50°C bis 400°C, insbe­ sondere 90°C bis 300°C, erfolgt.

13. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Beschichtungslö­ sung (13) Wasser oder eine Lösung einer oder mehrerer Metall- oder Siliziumverbindungen, insbesondere von Metallalkoxiden oder Silanen, eingesetzt wird.

14. Vorrichtung zur Abscheidung einer Beschichtung (10) auf einem Substrat (11) durch Versprühen einer Flüssigkeit, insbe­ sondere zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer ersten Sprüheinrichtung (20), der eine erste Beschichtungslösung (12) und mindestens ei­ ne weitere, bei ihrem Zusammentreffen mit der ersten Beschich­ tungslösung chemisch zu einem Reaktionsprodukt, insbesondere ei­ nem Precursormaterial (14), reagierende Beschichtungslösung (13) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sprühein­ richtung (20) Mittel aufweist, derart, dass das Zusammentreffen der ersten Beschichtungslösung (12) und der weiteren Beschich­ tungslösung (13) unmittelbar vor dem Versprühen oder während des Versprühens in der Sprüheinrichtung (20) erfolgt.

15. Vorrichtung zur Abscheidung einer Beschichtung (10) auf einem Substrat (11) durch Versprühen einer Flüssigkeit, insbe­ sondere zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einer ersten Sprüheinrichtung (20), der eine erste Beschichtungslösung (12) zuführbar ist, und min­ destens einer weiteren Sprüheinrichtung (21), der mindestens ei­ ne weitere, bei ihrem Zusammentreffen mit der ersten Beschich­ tungslösung chemisch zu einem Reaktionsprodukt reagierende Be­ schichtungslösung (13) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die weitere Sprüheinrichtung (20) derart an­ geordnet sind, dass das Zusammentreffen der ersten Beschich­ tungslösung (12) und der weiteren Beschichtungslösung (13) zu­ mindest weitgehend erst nach dem Versprühen erfolgt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, dass weitere Mittel zur Wärmebehandlung und/oder Be­ strahlung des Substrates (11) vorgesehen sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Mittel eine Düse, ein Sprühkopf oder eine Zu­ leitung zu der Düse oder dem Sprühkopf ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die erste und/oder die weitere Sprüheinrichtung (20, 21) beweglich angeordnet ist und/oder dass das Substrat (11) auf einem gegenüber der Sprüheinrichtung (20, 21) bewegli­ chen Substratträger angeordnet ist.