Mechanische Eigenschaften und Dekohäsion von Sol-Gel-Beschichtungen

Die Sol-Gel-Beschichtungsmethode gilt als einfach und leicht zu implementieren, um organisch/anorganische Hybridbeschichtungen zu erzeugen. Darüber hinaus ist das Aufbringen von dünnen Schichten mit dieser Technik kostengünstig und ohne Formbeschränkung auf großen Substraten anwendbar.

In diesem Zusammenhang wurden dünne Sol-Gel-Beschichtungen, die auf einer Mischung aus drei Alkoxysilanen basieren und in rein wässriger Phase mit unterschiedlichen Dicken und mit oder ohne Anwesenheit von ZrO₂-Nanopartikeln synthetisiert wurden, auf Metall- und Glassubstrate aufgetragen. Nach dem Auftragen und Aushärten wurden die mechanischen Eigenschaften der Sol-Gel-Beschichtungen durch Berkovich-Nanoindentation mit kontinuierlichem Steifigkeitsmessmodus (CSM) charakterisiert. Die effektiven Elastizitätsmodule sowie die Härtewerte wurden für jede Beschichtung entlang der Eindringtiefe und als Funktion des Substratmaterials und der Sol-Gel-Eigenschaften abgeschätzt. Der Effekt eines Temperns bei höherer Temperatur wurde ebenfalls untersucht.

Sorgfältige mikroskopische Beobachtunge

Dann wurden die Versagensmodi von Sol-Gel-Beschichtungen sowohl mit der Berkovich-Nanoindentations- als auch mit der Nanokratztechnik mit einer kugelförmigen Diamantspitze mit 5 µm Radius untersucht. Sorgfältige mikroskopische Beobachtungen von Restabdrücken und Restnuten zeigen sowohl Absplitterungen bei dicken Beschichtungen, insbesondere auf Glassubstraten, als auch kein dramatisches Versagen bei dünnen Beschichtungen, die auf beiden Substraten aufgebracht wurden.

Es hat sich schließlich gezeigt, dass die mechanischen Eigenschaften des Sol-Gels und die mechanische Stabilität von Beschichtungen auf Substraten durch die Anwesenheit von Nanopartikeln und die thermische Behandlung dramatisch beeinflusst werden.

Die Studie wurde veröffentlicht in Journal of Sol-Gel Science and Technology, February 2020, Volume 93.

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