Neue Materialien Bayreuth GmbH Ergebnisse

Eigenschaften der metallischen Kontaktschichten

Werkstoffauswahl

Für eine zuverlässige Zuführung des elektrischen Stroms in die Heizschicht müssen die Kontaktschichten in erster Linie eine gute Leitfähigkeit ausweisen, um unnötige Leistungsverluste außerhalb der Heizschicht zu vermeiden. Andererseits muss jedoch auch eine ausreichende Haftung der mittels thermischen Spritzen aufgetragenen Kontaktschichten zwischen den Schichten des Sandwichsystems erreicht werden um z. B. Delaminationen während der Herstellung oder im Betrieb ausschließen zu können. Die Werkstoffauswahl kann aus diesem Grund nicht nur im Hinblick auf die elektrisch Eigenschaften erflogen, vielmehr muss auch das Werkstoffverhalten beim Auftrag durch Lichtbogenspritzen in Betracht gezogen werden. Vor diesem Hintergrund und auf Basis von Voruntersuchungsergebnissen wurden folgende Werkstoffe zur Untersuchung auf ihre Eignung als Kontaktschichtwerkstoff ausgewählt. - Zink (sehr gute Haftung) - Kupfer (sehr gute elektrische Leitfähigkeit) - Aluminium (gute Haftung und elektrische Leitfähigkeit)

Thermisch gespritzte Schichten unterschiedlicher Dicke auf Polyetherimid

Elektrische Eigenschaften

Zur Bestimmung der spezifischen Leitfähigkeit der thermisch gespritzten Kontaktschichten wurden so genannte Streifenproben aus den ausgewählten Kontaktwerkstoffen (Zn, Cu, Al) angefertigt. Als Substratmaterial wurde der hochtemperaturbeständigen Kunststoff Polyetherimid (PEI), welcher in Plattenform vorlag, ausgewählt. Hierauf wurden jeweils Streifen unterschiedlicher Dicke aus den ausgewählten Kontaktwerkstoffen aufgebracht. Die Prozessparameter zum thermischen Spritzen wurden dabei jeweils gleich eingestellt (bis auf die werkstoffabhängige Spritzspannung). Die beschichteten Proben wurden zur weiteren Untersuchung an den Projektpartner Vierling übergeben, wo sie hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften untersucht wurden.

Die Ergebnisse der Leitfähigkeitsuntersuchungen zeigen für alle untersuchten Werkstoffe eine eindeutige Abhängigkeit des spezifischen Widerstands von der aufgetragenen Schichtdicke. Erwartungsgemäß zeigt der Werkstoff Kupfer die beste Leitfähigkeit. Die bisher ermittelten Werte lassen jedoch keine sichere Aussage über das genaue Verhalten der Werkstoffe zu, weshalb weitere Versuche geplant wurden um Messfehler und statistische Schwankungen berücksichtigen und letztendlich ein sicheres Prozessfenster ermitteln zu können.

Spezifische Widerstände der gespritzten Kontaktschichtwerkstoffe bei unterschiedlicher Dicke. Potentielle Trendlinien und Bulk-Widerstand (gestrichelt)

Haftung

Um die Haftung der thermisch gespritzten Kontaktschichten auf den für das zu entwickelnde Heizsystem relevanten Substraten qualifizieren zu können, wurden seitens des Projektpartners Future Carbon GmbH Proben zur Beschichtung bereitgestellt. Die Herstellung dieser Probekörper erfolgte durch die Beschichtung von Stahlblechen mit den, sowohl für die Isolationsschicht als auch für die Heizschicht, relevanten Materialien Celluloseacetatbutyrat (CAB) und Epoxid (EP).

Qualifikation der ausgewälten Werkstoffe.