DE102008009751B4 - Verwendung eines Schmierstoffs unter Vakuumbedingungen - Google Patents

Abstract

Verwendung eines Schmierstoffs unter Vakuumbedingungen, wobei der Schmierstoff aus Al2O3 als Nanopulver und einem Trägermittel mit einem Anteil von 0 bis 50 Vol.-% besteht und wobei das Nanopulver aus einem mittels PVS-Verfahren (PVS = Physical Vapor Synthesis = physikalische Gasphasensynthese) hergestellten Al2O3-Nanopulver mit einer Korngröße von 300 bis 400 nm oder einem mittels CVR-Verfahren (CVR = Chemical Vapor Reaction = chemische Gasphasenreaktion) hergestellten Al2O3-Nanopulver mit einer Korngröße von 1 bis 100 nm besteht und wobei das Trägermittel als ein aus dem Schmierstoff entweichendes temporäres Trägermittel ausgebildet ist oder das Trägermittel als ein in dem Schmierstoff verbleibendes permanentes Trägermittel ausgebildet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Schmierstoffs, der Nanopartikel aus Al₂O₃ enthält, im Vakuum.
• Nanopartikel, die Al₂O₃ verwenden, sind als aus Al₂O₃ bestehende Partikel ( DE 42 14 724 A1 ) oder Partikel, deren Kern von einer Al₂O₃-Schicht überzogen sind ( US 2004/0105980 A1 ), in Verbindung mit einer Trägersubstanz für verschiedene Anwendungen bekannt, z. B. zur Wärmeableitung, zur Verminderung der Entflammbarkeit, als Füllmittel in der Halbleiterindustrie ( WO 2007/019125 A1 ) oder als Schmiermittel.
• Es ist allgemein bekannt, dass eine mechanische Reibung von Bauteilen untereinander zu Wärmeentwicklung und Energieverlust führt. Auch bewirken die dabei auftretenden Reibungskräfte und der Abrieb einen erhöhten Verschleiß. Zur Reibungsverminderung ist ein Schmierstoff der Fa. MSH Mineralstoffhandel GmbH mit der Bezeichnung „nanovit” bekannt, der einen Anteil von 99% Öl, Fett oder Paste als Schmiermedium enthält. In einer diesbezüglichen Pressemitteilung http://openpr.de/news/130847/Der-Schmierstoff-als-Konstruktionsmittel-zur-Oberflächenfunktionalisierung-auf-Reibungsflächen.html wird G. Schmidt in „Schmierfette” Bd. 500 Seite 64, Expert Verlag 2000 zitiert, der angibt, dass derartige Schmierstoffe 70–90% Mineral- oder Syntheseöl enthalten, also immer noch einen weit überwiegenden Teil. Zu einem sehr geringen Teil weisen diese Schmierstoffe auch Grafite oder Metalloxide (wie z. B. SiO₂ oder Al₂O₃) auf. Allerdings wird die Schmierwirkung oder Reibungsverminderungswirkung von dem überwiegenden Fettanteil ausgehen.
• Derartige Schmierstoffe lassen sich aus Gründen physikalischer Anforderungen nur in sehr begrenztem Maße im Vakuum einsetzen. Insbesondere in Vakuumbeschichtungsanlagen werden diese abgelehnt. Allerdings werden Vakuumbeschichtungsanlagen sehr häufig als Durchlaufbeschichtungsanlage mit zahlreichen mechanisch beweglichen Bauelementen konzipiert, die insbesondere der Substratbewegung innerhalb der Anlage dienen. Auch in der US 2004/0105980 A1 werden selbstschmierende multifunktionale Flüssigkeiten beschrieben, die mineralische oder hydraulische Öle als Trägermittel aufweisen.
• In der WO 2007/109817 A2 wird eine andere Lösung für die Schmierung tribologisch beanspruchter Flächen im Vakuum vorgeschlagen. Hier wird ein Gleitlack auf die betreffenden Flächen aufgetragen und getrocknet. Relevanter Stand der Technik findet sich auch in der nachveröffentlichen Druckschrift DE 102008021097 A1 .
• Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Schmierstoff anzugeben, der einerseits reibungsvermindernd wirkt und andererseits unter Vakuumbedingungen möglicherweise auch mit Wärmeeinwirkung einsetzbar ist.
• Gemäß der Erfindung wird dies dadurch gelöst, dass ein Schmierstoff gemäß Anspruch 1 verwendet wird. Dabei werden die Pulverteilchen die Reibungsverminderung bewirken. Das Trägermittel – sofern überhaupt vorhanden – dient der Unterstützung des Anhaftens des Nanopulvers an den zu schmierenden Gegenständen. Da dieses nur zu einem sehr geringen Anteil vorhanden ist, wird es keinen oder höchstens einen vernachlässigbaren Einfluss auf Vakuumprozesse, insbesondere Vakuumbeschichtungsprozesse aufweisen.
• Dabei ist vorgesehen, dass das Nanopulver aus einem mittels PVS-Verfahren (PVS = Physical Vapor Synthesis = physikalische Gasphasensynthese) hergestellten Al₂O₃-Nanopulver mit einer Korngröße von 300 bis 400 nm oder, als alternative, kostengünstige Realisierung der Erfindung, aus einem mittels CVR-Verfahren (CVR = Chemical Vapor Reaktion = chemische Gasphasenreaktion) hergestellten Al₂O₃-Nanopulver mit einer Korngröße von 1 bis 100 nm besteht.
• Eine Variante bei der erfindungsgemäßen Verwendung sieht vor, dass das Trägermittel als ein aus dem Schmierstoff entweichendes temporäres Trägermittel ausgebildet ist. Somit wird beim Auftrag des Schmiermittels und beispielsweise zum Zwecke gleichmäßiger Verteilung das Trägermittel eingesetzt. Ist der Auftragsvorgang beendet, entweicht das Trägermittel, wodurch jeder Einfluss auf den Prozess ausgeschlossen wird, da das Al₂O₃ von sich aus keinen Einfluss zeigt.
• Eine günstige Realisierung eines temporären Trägermittels ist darin zu sehen, dass das Trägermittel aus Ethanol C₂H₅OH oder C₂H₆O besteht.
• Für andere Einsatzgebiete, insbesondere dann, wenn geringe Einflüsse des Trägermittels in Kauf genommen werden können, kann es zweckmäßig sein, beispielsweise die haftverbessernden Eigenschaften des Trägermittel ständig ausnutzen zu können, indem das Trägermittel als ein in dem Schmierstoff verbleibendes permanentes Trägermittel ausgebildet ist.
• In einer möglichen Realisierung eines permanenten Trägermittels besteht dieses aus n-Butan C₄H₁₀ und in einer anderen Realisierung aus Siliconöl oder synthetischem Polymer.
• Infolge der geringen Korngröße bestehen zwischen den Partikeln des Nanopulvers und dem zu schmierenden Gegenstand solche Adhäsionskräfte, die eine gute Haftung des Nanopulvers gewährleisten, die in einigen Einsatzfällen vollkommen ausreichend ist. Hierfür ist vorgesehen, dass der Schmierstoff aus reinem Al₂O₃-Nanopulver mit einem Trägermittelanteil von 0% ausgebildet ist.
• Die Erfindung soll nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dabei soll das erfindungsgemäß verwendete Schmiermittel nachfolgend mit seinen verschiedenen Realisierungen bei verschiedenen Einsatzzwecken beschrieben werden.
• Das erfindungsgemäß verwendete Schmiermittel wird in folgenden Formen realisiert:
  A Aluminiumoxid Al₂O₃ mit Ethanol C₂H₅OH oder C₂H₆O als Trägermittel,
  B Aluminiumoxid Al₂O₃ mit n-Butan C₄H₁₀ als Trägermittel,
  C Aluminiumoxid Al₂O₃ mit Silikonöl oder synthetischem Polymer als Trägermittel und
  D reines Aluminiumoxid Al₂O₃-Pulver ohne Trägermittel.
• In Vakuumbeschichtungsanlagen werden verschiedene mechanisch bewegte Bauteile eingesetzt, die mit dem erfindungsgemäß verwendete Schmiermittel in den verschiedenen Formen, wie sie oben genannt sind, gemäß nachfolgender Aufstellung versehen werden:

  Bauteil	Form des Schmiermittels
  Stahlseile als Antriebs- oder Spannkonstruktionen	A
  Ketten, insbesondere Bogenzahn-Rollenketten	B C D
  Wälzlager	A
  Klauenschaltung	B C
  allgemein Werkstoffe für den Einsatz bei mechanischer Belastung (Sustamide)	A B C D
  temporäre Klemmstellen, starre Kupplungen	B C D
  Schraubenverbindungen	B C D

Claims (4)

1. Verwendung eines Schmierstoffs unter Vakuumbedingungen, wobei der Schmierstoff aus Al₂O₃ als Nanopulver und einem Trägermittel mit einem Anteil von 0 bis 50 Vol.-% besteht und wobei das Nanopulver aus einem mittels PVS-Verfahren (PVS = Physical Vapor Synthesis = physikalische Gasphasensynthese) hergestellten Al₂O₃-Nanopulver mit einer Korngröße von 300 bis 400 nm oder einem mittels CVR-Verfahren (CVR = Chemical Vapor Reaction = chemische Gasphasenreaktion) hergestellten Al₂O₃-Nanopulver mit einer Korngröße von 1 bis 100 nm besteht und wobei das Trägermittel als ein aus dem Schmierstoff entweichendes temporäres Trägermittel ausgebildet ist oder das Trägermittel als ein in dem Schmierstoff verbleibendes permanentes Trägermittel ausgebildet ist.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das temporäre Trägermittel aus Ethanol C₂H₅OH oder C₂H₆O besteht.
3. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das permanente Trägermittel aus n-Butan C₄H₁₀ besteht.
4. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das permanente Trägermittel aus Siliconöl oder synthetischem Polymer besteht.