DE2356957C3 - Method for applying ceramic particles used as spacers to thin metal foils used for thermal insulation - Google Patents

Description

^PlAus »Werkstoffe und Korrosion«, 1960, Heft 10, S 611 ist es ferner bekannt, einen Oxidauftrag auf eine _ .. p.i: ;» niifp pines thermischen SDritzvorsan- ^Pl From "Materials and Corrosion," 1960, Issue 10, S 611, it is also known to apply an oxide to a _ .. pi:; " niifp pines thermal SD

eines Plasmastrahles mit einem Lichtbog _{ist es} ferner bekannt, einen Oxidauftrag auf eine von 400-500 A und unter Verwendung von r. _{folie m}i_t Hilfe eines thermischen Spritzvorgan-Stickstoff bzw. Argon als Primärgas und Wasserston *_fzubringen, wodurch eine geschlossene Oberfläals Sekundärgas auf eine Seite der Metallfolie derart 5 g _hichtung erzielt wird. Flächig begrenzte, aufgebracht werden. daß sie in einer Korngröße von l .<,„,. getrennte Materialablagerungen, wie sieof a plasma jet with an electric arc _{, it is} also known to apply an oxide to one of 400-500 A and using r. _{foil m} i _t help _FZU bring a thermal Spritzvorgan nitrogen or argon as the primary gas and Wasserston *, whereby a closed Oberfläals secondary gas so 5 g _hichtung is achieved on one side of the metal foil. Area limited, can be applied. that they have a grain size of 1. <, ",. separate deposits of material, like them

1040orzugsweise 30^umauta®^r _Folien zur thermischen Isolation notwendig sind,1040 preferably 30 ^umauta ® ^r _foils are necessary for thermal insulation,

^ ^ _{dnem so[chen Verfahren unter} ^ ^ _{under such a procedure}

n.n.

etwa 10-40μm, vorzugsweise 30^um·.^aut_..^a®^r Metallfolie haften und etwa 30% ihrer Oberflacheabout 10-40μm, preferably 30 ^to ·. ^aut _ .. ^a ® ^r metal foils adhere and about 30% of their surface

bedecken. _J , , _nn „cover. _{J, nn} "

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Aluminiumfolie (1) als Trägermaterial Zirkoniumoxid (2) mittels eines Plasmastrahl-Spritzverfahrens aufgebracht wird, wobei als Primärgas Stickstoff oder Argon una als Sekundärgas Wasserstoff bei einem Mischungsverhältnis von 5 :1 verwendet wird.4. The method according to claim 3, characterized in that that when using an aluminum foil (1) as a carrier material zirconium oxide (2) means a plasma jet spraying process is applied, with nitrogen or argon as the primary gas and a as a secondary gas, hydrogen at a mixing ratio of 5: 1 is used.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen von als Abstandshalter dienenden keramisehen Partikeln auf dünne, der therm.schen Isolation dienende Metallfohen. , .. .The invention relates to a method for applying ceramic sheets serving as spacers Particles on thin metal foils used for thermal insulation. , ...

Zur thermischen Isolation im Vakuum haben sich, da dort zusätzliche Wärmeverluste infolge Wärmeleitung und -konvektion ^rch die sonst vorhandene Luf entfallen, als Wärmeschiide dienende dünne Metallfo lien eingeführt, die mehrfach hintereinander im Sinne einer thermischen Reihenschaltung angeordnet und jeweils durch nichtmetallische Abstandshaker m Form ^^ ^^ ^ _{dnem so[chen Verfahren unter} For thermal insulation in a vacuum, since there is no additional heat loss due to heat conduction and convection ^ rch the otherwise existing air, thin metal foils serving as heat shields have been introduced, which are arranged several times in a row in the sense of a thermal series connection and each with non-metallic spacers m shape ^ ^ ^^ ^ _{such a procedure under}

verwendung von Masken erzielt werden. Die Verwen- »^e™^e _von ⁵ _Masken ändert jedoch nichts an der _obe ^s _rflachenrauhigkeit der auf diese Art aufgebrachten _{P(jrtikpln was zu} den oben im einzelnen angeführten P^J¹¹^ _führ, Use of masks can be achieved. N changes Applicable methods ^"e ™ ^e _of ⁵ _mask but nothing of ^ _guide in this way applied _{P (jrtikpln leading to} the above in detail P ^ J ¹¹ on the _obe ^s _rflachenrau ability,

c _{Erfind liegt} die Aufgabe zugrunde, das flächigc The _{object of the invention is} the flat

_nzte Aufbringen der Keramikpartikeln auf die _neccessary application of the ceramic particles to the

Metallfolien zu vereinfachen und die Haftung zwischenMetal foils to simplify and the adhesion between

den einzelnen Keramikpartikeln und der Metallfolie zuthe individual ceramic particles and the metal foil

verbessern.improve.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs eenannten Art ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die keramischen Partikeln mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahren auf eine Oberfläche der Metallfolie im η ^Kc^Vinitt p-leichmäßiß verteilt und in AbstandBased on a method of the type mentioned above, this object is achieved in that the ceramic particles with the help of a thermal spray process on a surface of the metal foil in the η ^ Kc ^ Vinitt p-evenly distributed and at a distance

4545

₅o ₅ o JwLien.JwLien.

^^_εΓ5ΐεη Ausführungsform der Erfindung ^ Nach «Jf^^^^ _{Partikeln mit} Hilfe einer^^ _εΓ5ΐεη embodiment of the invention ^ After «Jf ^^^^ _particles using a

Azetvlen/Sauerstoff-Flamme mit einer Temperatur von ^zety^i Metallfolien derart aufgebracht,Acetylene / oxygen flame with a temperature of ^ zety ^ i metal foils applied in such a way

etwaZSW u _{öße von etwa 10 bis 40} about ZSW and _{size from about 10 to 40}

^ ^g _ta einem gegenseitigen Atetud^ ^g _ta a mutual atetud

^VJ5 w_ittei etwa 100 um auf der Metallfolie haften von m^Mittel «*■ ^* _bedecken.^ VJ5 w _itte i about 100 .mu.m adhere to the metal foil from m ^ means «* ■ ^ * _cover .

und etwaJW /0 mr _{fom der Erfind} and about JW / 0 mr from _{the inventor}

Nach ej^^ert ^^ ^ ^ JJAfter ej ^^ ert ^^ ^^ JJ

"'^Folien wirken als Reflektoren fürdieauftref^nde ao"^ Foils act as reflectors for those who meet

aut.aut.

«Ä«£» sEsSSHSSS«Ä« £ »sESSSHSSS

und Wasserstoff als Sekundärgas verwendet
Verhältnis Primärgas/Sekundärgas beträgt 5 : 1.and hydrogen is used as the secondary gas
Primary gas / secondary gas ratio is 5: 1.

Durch die Verwendung der an sich bekannten thermischen Spritzverfahren für das Aufbringen der Keramikpartikeln auf eine Oberfläche cer Metallfolien werden in überraschend einfacher ..nd wirtschaftlicher Weise in einem einzigen Arbeitsgang die keramischen Partikeln auf die Metalloberfläche derart aufgebracht, <JaLJ sie in jener zufälligen Verteilung auf der Metallfolie in fester Bindung erstarren, in der sie die Brennerflamme in flüssiger Tröpfchenform verlassen. Auf diese Weise wird eine feine, im Durchschnitt gleichmäßige Verteilung der Keramikpartikeln und eine feste Bindung zwischen Kerannikpartikeln und der Metallfolie erzielt, die den späteren mechanischen Belastungen bei der Weiterverarbeitung der Metallfolieii, beispielsweise zu Folienwickeln standhallen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Metallfoiien beim Aufbringen der Keramikparlikeln nicht verspröden, als j ebenfalls ihre für die weitere Verarbeitung notwendige Elastizität beibehalten.By using the known thermal spray process for applying the Ceramic particles on a surface cer metal foils are surprisingly simple .. and more economical In a single operation, the ceramic particles are applied to the metal surface in such a way that <JaLJ them in that random distribution on the metal foil solidify in a firm bond in which they leave the burner flame in liquid droplet form. To this This results in a fine, on average even distribution of the ceramic particles and a firm bond achieved between Kerannikpartikel and the metal foil, which the later mechanical loads in the Further processing of the metal foil, for example to Foil wrapping stand halls. Another advantage can be seen in the fact that the Metallfoiien when applying the Ceramic paricles do not become brittle, as do theirs Maintain the elasticity required for further processing.

Schließlich werden die scharfen Kanten der Keramikpartikeln durch den Flamm- oder Plasmastrahl beseitigt, die Partikeln erhalten eine im wesentlichen abgerundete Oberfläche, so daß bei der mechanischen Beanspruchung während der Weiterverarbeitung keine Beschädi-Das gungen benachbarter Lagen eines Folienwickels aulirc-Eventually the sharp edges become the ceramic particles eliminated by the flame or plasma jet, the particles get an essentially rounded shape Surface, so that no damage is caused by mechanical stress during further processing adjoining layers of a film roll aulirc-

Das Flammspritzen nach der ersten Auslührungsan 'rrfordert hierbei einen geringeren Geräieaufwand, während das Plasmastrahlspriizen nach der /weiten Ausführungsan bessere Ergebnisse bezüglich Partikelnverteilung und -haftung ergibt. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß beim Plasmastrahlspriueri der Gasstrahl reduzierend wirkt u.id die Trägerfolic weniger erwärmt wird als beim Flammspritzen.The flame spraying after the first execution 'rrequires a lower amount of equipment, while the plasma jet spraying after the / widen Execution of better results in terms of particle distribution and liability results. Another advantage is the fact that the plasma jet sprinkler The gas jet has a reducing effect and the carrier film is less heated than with flame spraying.

Die Erfindung ist anhand einer im Maßstab 100 : 1 dargestellten, mit Keramikpartikeln beschichteten Metallfolie beschrieben.The invention is based on a 100: 1 scale described, coated with ceramic particles metal foil.

Auf einer Metallfolie 1 aus Aluminium mit einer Dicke von 20 μηι ist einseitig eine K-eramikbeschichtung 2 aus Zirkoniumoxid mittels eines Plasmastrahl-Spritzvcrfahrens aufgebracht. Die aufgespritzten Keramikteilchen sind kugelartig und bedecken die Folie gleichmäßig zu etwa 30%. Die in der Abbildung dargestellten Partikeln haben einen Durchmesser von 10 bis 40 μπι und eine Höhe von 10 bis 25 μπι. Der gegenseitige Abstand der Keramikteilchen beträgt im Mittel 80 bis 100 μπι.On a metal foil 1 made of aluminum with a thickness from 20 μm is a ceramic coating 2 on one side Zirconium oxide applied by means of a plasma jet spray process. The sprayed-on ceramic particles are spherical and cover the film evenly to about 30%. The particles shown in the figure have a diameter of 10 to 40 μπι and one Height from 10 to 25 μm. The mutual distance between the ceramic particles is on average 80 to 100 μm.

In der nachfolgenden Tabelle sind ohne Anspruch auf Vollständigkeit geeignete Werkstoffkombinationen angeführt. The following table lists suitable material combinations without claiming to be exhaustive.

l-olicn-l-olicn- Kcramikmaltfrial fürKcramikmaltfrial for TiO,TiO, ZrO,ZrO, plasmasirahlspriizenplasma sprayers AUO₃TiO₂ AUO ₃ TiO ₂ TiO₂ TiO ₂ ZrO₂ ZrO ₂ hinsaiz-saiz- niiitcrialniiitcrial TiO,TiO, ZrO,ZrO, Al₂O₃ Al ₂ O ₃ AUO₃TiO₂ AUO ₃ TiO ₂ TiO₂ TiO ₂ ZrO₂ ZrO ₂ Tcrnp.Tcrnp. flammspritzenflame spray TiO,TiO, Al₂O₃ Al ₂ O ₃ Al₂O₃TiO₂ Al ₂ O ₃ TiO ₂ TiO₂ TiO ₂ ZrO₂ ZrO ₂ C m a λC m a λ AlAl Al₂O., Al₂CVFiO₂ Al ₂ O., Al ₂ CVFiO ₂ TiO,TiO, Al₂O₃ Al ₂ O ₃ AUO₃TiO₂ AUO ₃ TiO ₂ TiO₂ TiO ₂ ZrO₂ ZrO ₂ 5(XJ5 (XJ CuCu Ai₃O., Al₂O₃ZTiO, Ai ₃ O., Al ₂ O ₃ ZTiO, Al₂O,Al ₂ O, Al₂O₃TiO₂ Al ₂ O ₃ TiO ₂ TiO₂ TiO ₂ ZrO₂ ZrO ₂ 800800 NiNi AI₂O., Al₂O₃TiO,Al ₂ O., Al ₂ O ₃ TiO, AUO₃ AUO ₃ AUO, TiO₂ AUO, TiO ₂ TiO₂ TiO ₂ ZrO,ZrO, 9(XJ9 (XJ TiTi Al₂Oj Al₂O₃ZTiO₂ Al ₂ Oj Al ₂ O ₃ ZTiO ₂ AUO₃ AUO ₃ 650650 ZrZr Al₂O₃ Al,O_3/TiO,Al ₂ O ₃ Al, O _{3 /} TiO, 12(XJ12 (XJ TaTa 17001700

Die Maierialauswahl richtet sich im wesentlichen nach der zu erwartenden maximalen Betriebstemperatur an der Heißseite der zu erstellenden Isolation. So ist τ. B. für 170O⁰C die Kombination Tantal-Aluminiumoxid besonders geeignet. Um in diesem Fall eine Nitrierung und damit eine Versprödung des Tantals zu verhindern, wird statt Stickstoff Argon als Primärgas verwendet. Ais am einfachsten zu verwendendes Trägermaterial hat sich jedoch Nickel erwiesen.The material selection is essentially based on the expected maximum operating temperature on the hot side of the insulation to be created. So τ. B. for 170O ⁰ C the combination of tantalum aluminum oxide is particularly suitable. In order to prevent nitration and thus embrittlement of the tantalum in this case, argon is used as the primary gas instead of nitrogen. However, nickel has proven to be the easiest support material to use.

Bei der Herstellung von Isolationsteilen sind im 4: allgemeinen 40 bis 80 der vorstehend beschriebenen Einzelfolien aufeinanderzuschichten, oder, falls es sich um eine zylindermantelförmige Konfiguration handelt, zu wickeln, so daß die einzelnen durch die aufgespritzten Keramikpartikeln im Abstand voneinander gehaltene nen Folienlagen quer zur Wärrneflußrichtung liege;).In the manufacture of insulation parts, 4: generally 40 to 80 of those described above Stacking individual foils on top of one another, or, if the configuration is in the form of a cylinder jacket, to wrap so that the individual held at a distance from each other by the sprayed ceramic particles NEN film layers lie transversely to the heat flow direction;).

Blatt Zeich minienSheet of drawing mines

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Aufbringen von als Abstandshalter dienenden keramischen Partikeln auf dünne, dei thermischen Isolation im Vakuum dienende ■«'·- folien, dadurch gekennzeichnet, >_ αχ keramischen Partikeln (2) mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens auf eine Oberfläche der Metallfolie (1) im Durchschnitt gleichmäßig verteilt und in Abstand zueinander aufgebracht werden. 1. A method for applying ceramic particles serving as spacers to thin foils serving as thermal insulation in a vacuum, characterized in that> _ αχ ceramic particles (2) with the help of a thermal spraying process onto a surface of the metal foil (1 ) are evenly distributed on average and applied at a distance from one another. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Partikeln (2) mit Hüte einer Azetylen/Sauerstoff-Flamme mit einer Temperatur von etwa 2500°C auf eine Seite der -5 Metallfolie (1) derart aufgebracht werden, daß sie m einer Korngröße von etwa 10-40 um. vorzugsweise 30 μπι. auf der Metallfolie haften und etwa 30% ihrer Oberfläche bedecken.2. The method according to claim 1, characterized in that that the ceramic particles (2) with hats an acetylene / oxygen flame with a temperature of about 2500 ° C on one side of the -5 metal foil (1) are applied in such a way that they m a grain size of about 10-40 µm. preferably 30 μm. adhere to the metal foil and about 30% of their Cover the surface. 3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Partikeln (2) mit HUIe eines Plasmastrahles mit einem Lichtbogenhorn von 400-500 A und unter Verwendung von Träeerfolie im Vakuum auszuheizen. Dadurch werden Hie Keramikpartikeln auf der Metallfolie aufgesintert, vpI Fie ι der zuletzt genannten Literaturstelle.3. The method according to claim 1, characterized in that that the ceramic particles (2) with HUIe of a plasma jet with an arcing horn from 400-500 A and bake out in a vacuum using a carrier foil. This will be Ceramic particles sintered onto the metal foil, see the last-mentioned reference. Fin solches Verfahren erfordert den Einsatz von „manischen Bindemitteln, die später wieder restlos enffc-nt werden müssen, da sonst die Isolierwirkung der PnI e stark beeinträchtigt wird. Hierzu muß die Metallfolie einer extremen Wärmebehandlung ausge- ™~_{t wer}den so daß eine erhebliche Versprödungsgefahr für die Metallfolie besteht. Schließlich erfordert die Herstellung solcher beschichteter Metalifolien mehrere Arbeitsgänge und für diesen Zweck hergerichtete SDezialeinrichtungen. Die Keramikpartikeln sind sehr iLrfkantig, so daß die spätere Verarbeitung beschich- Ve er Metallfolien schwierig ist. Bei einer mechanischen Beanspruchung, z. B. beim Überführen der Folien in ihre pndeültige Form, besteht die Gefahr einer Beschädigung Die Isolation zwischen benachbarten Folien wird Häher beeinträchtigt. Ein solches Herstellungsverfahren ist aufwendig und führt zu teueren, unvollkommenenSuch a process requires the use of “manic binders, which later have to be completely removed again, as otherwise the insulating effect of the PnIe is severely impaired. For this, the metal foil has an extreme heat treatment excluded ™ ~ _{t who} so that a substantial embrittlement is to the metal foil. After all, the production of such coated metal foils requires several operations and special equipment prepared for this purpose. The ceramic particles are very iLrfkantig so that later processing coating Ve is difficult he metal foils. In the case of mechanical stress, e.g. B. when transferring the foils into their final form, there is a risk of damage. The insulation between adjacent foils is impaired. Such a manufacturing process is complex and leads to expensive, imperfect ones