Keramische Beschichtungen verleihen Bauteilen gezielt Eigenschaften, die der Grundwerkstoff allein nicht oder nur eingeschränkt bietet. Je nach eingesetzter Keramik schützen sie Oberflächen vor Verschleiss, hohen Temperaturen, elektrischer Spannung oder aggressiven Prozessbedingungen. Gleichzeitig bleibt die konstruktive Stabilität des metallischen Grundkörpers erhalten.

Wir beschichten Einzelteile und Serienbauteile mit unterschiedlichen Oxidkeramiken und stimmen Werkstoff, Schichtaufbau sowie Nachbearbeitung auf den jeweiligen Einsatz ab. So entstehen funktionale Oberflächen für den Maschinen- und Anlagenbau, die Energie- und Elektrotechnik, die Metallverarbeitung und zahlreiche weitere Industriebereiche.

Was ist eine Keramikbeschichtung?

Bei einer Keramikbeschichtung wird ein keramischer Werkstoff auf die Oberfläche eines bestehenden Bauteils aufgebracht. Als Grundkörper dienen häufig Metalle wie Stahl, Edelstahl, Aluminium oder geeignete Legierungen. Das Bauteil behält dadurch seine mechanische Belastbarkeit, erhält an der Oberfläche jedoch die gewünschten Eigenschaften der Keramik.

Im Unterschied zu einem vollständig aus Keramik gefertigten Bauteil muss somit nicht die gesamte Komponente aus einem harten, aber vergleichsweise spröden Werkstoff bestehen. Stattdessen lässt sich die Keramik gezielt dort einsetzen, wo sie tatsächlich benötigt wird.

Der Begriff Keramikbeschichtung wird allerdings für unterschiedliche Schichtsysteme verwendet. Zu unterscheiden sind insbesondere:

1. thermisch gespritzte Oxidkeramiken für Verschleissschutz, Isolation und hohe Temperaturen,
2. dünne Sol-Gel-Beschichtungen für beispielsweise Easy-to-Clean-, Anti-Fog- oder Benetzungseigenschaften,
3. keramisch gefüllte Lacke und Verbundbeschichtungen,
4. polymerbasierte Pulverlacke, die auf einen keramischen Grundkörper aufgetragen werden.

Für besonders harte und technisch belastbare Keramikschichten kommen vor allem thermisch gespritzte Oxidkeramiken zum Einsatz.

Eigenschaften und Vorteile von Keramikbeschichtungen

Die Eigenschaften einer Keramikbeschichtung hängen vom verwendeten Werkstoff, dem Beschichtungsverfahren, der Schichtdicke und dem gesamten Schichtaufbau ab. Durch eine anwendungsspezifische Auslegung lassen sich unterschiedliche Funktionen erzielen oder miteinander kombinieren:

1. Verschleiss- und Abriebschutz: Die hohe Härte keramischer Werkstoffe schützt Lauf-, Führungs-, Gleit- und Dichtflächen vor abrasiver Beanspruchung.
2. Elektrische Isolation: Bestimmte Oxidkeramiken besitzen einen hohen elektrischen Widerstand und ermöglichen isolierende Oberflächen auf metallischen Bauteilen.
3. Wärmedämmung: Keramische Schichten mit geringer Wärmeleitfähigkeit reduzieren den Wärmeeintrag in den Grundwerkstoff.
4. Temperaturbeständigkeit: Geeignete Keramiksysteme können auch bei hohen Betriebs- und Oberflächentemperaturen eingesetzt werden.
5. Chemische Widerstandsfähigkeit: Abhängig vom Keramiktyp widerstehen die Schichten verschiedenen Prozessmedien und korrosiven Einflüssen.
6. Geringere Benetzbarkeit: Bestimmte Keramiken werden von flüssigen Metallen nur schlecht benetzt und eignen sich daher für Anwendungen in der Schmelz- und Giesstechnik.
7. Längere Standzeiten: Geschützte Oberflächen verschleissen langsamer, wodurch Wartungsintervalle verlängert und Stillstandszeiten reduziert werden können.

Keramische Schichten eignen sich sowohl für neue Bauteile als auch für die Aufarbeitung hochwertiger Komponenten. Verschlissene Masse oder beschädigte Funktionsflächen können in vielen Fällen wiederhergestellt werden, ohne das gesamte Bauteil ersetzen zu müssen.

Keramik beschichten durch thermisches Spritzen

Oxidkeramiken besitzen sehr hohe Schmelztemperaturen. Für ihren Auftrag wird deshalb überwiegend das atmosphärische Plasmaspritzen eingesetzt. Das Verfahren gehört zum thermischen Spritzen und ermöglicht den Aufbau belastbarer keramischer Schichten auf metallischen Grundkörpern.

Beim Plasmaspritzen wird ein Prozessgas durch einen Lichtbogen stark erhitzt und ionisiert. In den entstehenden energiereichen Plasmastrahl wird keramisches Pulver eingebracht. Die Pulverpartikel werden aufgeschmolzen oder angeschmolzen, beschleunigt und auf die vorbereitete Bauteiloberfläche geschleudert. Dort erstarren sie und bilden schrittweise die gewünschte Beschichtung.

Das Bauteil selbst wird dabei nicht vollständig aufgeschmolzen. Die thermische Belastung des Grundkörpers bleibt daher deutlich geringer als bei vielen schmelzmetallurgischen Verfahren. Dennoch müssen Werkstoff, Bauteilgeometrie und mögliche Verzüge bereits bei der Planung berücksichtigt werden.

Je nach Anwendung kann der Schichtaufbau mehrere Ebenen umfassen:

1. Der Grundwerkstoff wird gereinigt und definiert aufgeraut.
2. Bei Bedarf wird eine metallische Haft- oder Zwischenschicht aufgebracht.
3. Die keramische Funktionsschicht wird schrittweise aufgebaut.
4. Poren können anschliessend mit einem geeigneten Versiegelungsmittel geschlossen werden.
5. Die Oberfläche wird auf das gewünschte Mass und die erforderliche Rauheit nachbearbeitet.

Durch die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe lassen sich Haftung, Temperaturbeständigkeit, Verschleissschutz und weitere Eigenschaften gezielt aufeinander abstimmen.

Keramische Werkstoffe und ihre jeweiligen Vorteile

Nicht jede Keramik eignet sich für dieselben Belastungen. Wir verarbeiten verschiedene Oxidkeramiken auf Basis von Aluminium, Chrom, Titan und Zirkon sowie abgestimmte Mischungen dieser Werkstoffe. Die Auswahl richtet sich nach der geforderten Oberflächenfunktion.

1. Aluminiumoxid, Al₂O₃: Aluminiumoxid zeichnet sich durch hohe Härte, gute Verschleissfestigkeit und eine ausgeprägte elektrische Isolierwirkung aus. Es wird unter anderem für Lagerstellen, Führungen, Rollen und isolierende Funktionsflächen verwendet.
2. Chromoxid, Cr₂O₃: Chromoxid bildet besonders harte und abriebfeste Schichten. Es bietet zudem eine gute chemische Beständigkeit und eignet sich für stark beanspruchte Dicht-, Lauf- und Führungsflächen.
3. Titanoxid, TiO₂: Titanoxid ermöglicht vergleichsweise dichte keramische Schichten und wird häufig für gleitende oder nachzubearbeitende Oberflächen eingesetzt.
4. Aluminiumoxid-Titanoxid-Mischungen: Durch die Kombination beider Oxide lassen sich Härte, Zähigkeit und Verschleissverhalten an die jeweilige Beanspruchung anpassen.
5. Zirkonoxid, ZrO₂: Zirkonoxid besitzt eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eignet sich besonders für wärmedämmende Schichten und thermisch belastete Komponenten.
6. Weitere Mischkeramiken: Unterschiedliche Oxide können miteinander kombiniert werden, um beispielsweise Reibungsverhalten, Dichte, Temperaturwechselbeständigkeit oder Bearbeitbarkeit gezielt zu beeinflussen.

Welche Keramik technisch und wirtschaftlich am besten geeignet ist, lässt sich daher nicht allein anhand einer allgemeinen Werkstofftabelle entscheiden. Entscheidend sind die tatsächlichen Betriebsbedingungen am Bauteil.

Hitzebeständige Keramikbeschichtungen für Hochtemperaturanwendungen

Eine hitzebeständige Keramikbeschichtung kann den Grundwerkstoff vor direkter Wärmeeinwirkung schützen und den Wärmefluss durch das Bauteil reduzieren. Insbesondere Zirkonoxid und darauf abgestimmte Mehrschichtsysteme werden als thermische Barriere eingesetzt.

Mögliche Anwendungen finden sich unter anderem in der Energie-, Ofen-, Turbinen-, Abgas- und Prozesstechnik. Keramische Wärmedämmschichten können beispielsweise dazu beitragen, metallische Komponenten vor zu hohen Oberflächentemperaturen zu schützen oder Wärme gezielt im Prozessbereich zu halten.

Die Eignung einer Hochtemperatur-Keramikbeschichtung hängt jedoch nicht allein von einer maximalen Temperaturangabe ab.

Bei der Auslegung berücksichtigen wir unter anderem:

1. die dauerhafte Betriebstemperatur,
2. kurzzeitige Temperaturspitzen,
3. die Geschwindigkeit des Aufheizens und Abkühlens,
4. häufige Temperaturwechsel,
5. die Wärmeausdehnung des Grundwerkstoffs,
6. mögliche Oxidation oder Korrosion unterhalb der Keramikschicht,
7. mechanische Belastungen während des Betriebs.

Eine konstant hohe Temperatur kann für ein Schichtsystem weniger kritisch sein als ein häufiger und schneller Wechsel zwischen heiss und kalt. Aus diesem Grund wird die geeignete Keramikbeschichtung stets anhand der konkreten Anwendung und nicht nur anhand einer pauschalen Temperaturgrenze ausgewählt.

Typische Anwendungsbereiche keramischer Beschichtungen

Keramikbeschichtungen kommen überall dort infrage, wo metallische Oberflächen besonders hohen funktionalen Belastungen ausgesetzt sind.

Typische Einsatzbereiche sind:

1. Maschinen- und Anlagenbau,
2. Pumpen-, Ventil- und Dichtungstechnik,
3. Textil-, Papier- und Druckindustrie,
4. Elektro- und Isolationstechnik,
5. Energie- und Kraftwerkstechnik,
6. Metallverarbeitung und Schmelztechnik,
7. chemische und verfahrenstechnische Anlagen,
8. Ofen- und Hochtemperaturtechnik.

Beschichtet werden beispielsweise Wellen, Walzen, Rollen, Lagerstellen, Kolben, Führungen, Gleitelemente und Dichtflächen. Auch elektrisch zu isolierende Bereiche, thermisch belastete Bauteile oder Komponenten mit Kontakt zu abrasiven Medien können gezielt geschützt werden.

Die Beschichtung kann dabei sowohl die gesamte zugängliche Oberfläche als auch einen klar begrenzten Funktionsbereich umfassen. Nicht zu beschichtende Flächen, Gewinde, Bohrungen und Passungen werden während des Prozesses entsprechend abgedeckt.

Ablauf einer professionellen Keramikbeschichtung

Damit eine keramische Schicht ihre Funktion langfristig erfüllt, müssen Grundwerkstoff, Vorbereitung, Beschichtungsverfahren und Nachbearbeitung exakt aufeinander abgestimmt werden.

1. Anforderungen analysieren

   Zunächst werden die tatsächlichen Belastungen erfasst. Dazu gehören Verschleissart, Temperatur, Prozessmedien, elektrische Anforderungen, gewünschte Schichtdicke und spätere Oberflächenqualität. Auch vorhandene Schäden und die Konstruktion des Bauteils werden berücksichtigt.

2. Werkstoff und Schichtsystem auswählen

   Auf Grundlage der Anforderungen legen wir die geeignete Keramik, eine mögliche Haftschicht und den notwendigen Schichtaufbau fest. Bei Bedarf werden unterschiedliche Materialien zu einem funktionalen Mehrschichtsystem kombiniert.

3. Bauteil vorbereiten

   Die Oberfläche wird gründlich gereinigt und von Oxiden, Fetten oder sonstigen Verunreinigungen befreit. Nicht zu beschichtende Bereiche werden maskiert. Anschliessend wird die Beschichtungsfläche definiert aufgeraut, damit sich die Spritzpartikel mechanisch verankern können.

4. Keramikschicht auftragen

   Das keramische Pulver wird durch Plasmaspritzen in mehreren Durchgängen aufgebracht. Dadurch lässt sich die Schicht kontrolliert bis zur vorgesehenen Dicke aufbauen.

5. Beschichtung nachbehandeln

   Je nach Anwendung wird die Keramikschicht versiegelt, geschliffen, geläppt oder poliert. Auf diese Weise entstehen definierte Masse, Passungen und Oberflächenrauheiten.

6. Qualität kontrollieren

   Abschliessend werden die vereinbarten Merkmale geprüft. Dazu können beispielsweise Schichtdicke, Masshaltigkeit, Rauheit, Oberfläche und Haftverbund gehören.

Durch unsere Möglichkeiten zur Oberflächenveredelung und mechanischen Nachbearbeitung können wir Beschichtung und Endbearbeitung aufeinander abstimmen.

Keramik pulverbeschichten oder keramisch beschichten?

Die Bezeichnung „Keramik pulverbeschichten“ kann unterschiedliche Bedeutungen haben. Beim klassischen Pulverbeschichten wird ein polymerer Pulverlack elektrostatisch aufgetragen und anschliessend eingebrannt. Das Ergebnis ist, auch dann, wenn das beschichtete Bauteil selbst aus Keramik besteht, eine Kunststoffbeschichtung.

Beim thermischen Beschichten mit Keramik werden dagegen echte keramische Pulver verarbeitet. Da Oxidkeramiken sehr hohe Schmelztemperaturen besitzen, reicht ein gewöhnlicher Pulverbeschichtungsprozess dafür nicht aus. Stattdessen wird das Pulver in einem Plasmastrahl erhitzt und mit hoher Geschwindigkeit auf die vorbereitete Oberfläche aufgebracht.

Welche Lösung geeignet ist, hängt von der gewünschten Funktion ab:

1. Für hohe Härte, Abriebfestigkeit oder elektrische Isolation ist häufig eine thermisch gespritzte Oxidkeramik sinnvoll.
2. Für dekorative oder polymerbasierte Schutzschichten kann eine Pulverbeschichtung infrage kommen.
3. Für sehr dünne Easy-to-Clean-, Benetzungs- oder Antifingerprint-Oberflächen können Sol-Gel-Systeme geeigneter sein.
4. Für komplexe Belastungen sind unter Umständen Kombinationsschichten aus mehreren Werkstoffen erforderlich.

Entscheidend ist daher nicht die allgemeine Bezeichnung, sondern das konkrete Anforderungsprofil der Oberfläche.

Was bei Keramikbeschichtungen zu beachten ist

Keramische Schichten bieten aussergewöhnliche Härte und Beständigkeit, besitzen aber auch werkstofftypische Grenzen. Diese müssen bei der Konstruktion und Auslegung berücksichtigt werden.

Keramik ist hart, jedoch weniger duktil als Metall. Starke Schläge, punktuelle Belastungen oder eine Verformung des Grundkörpers können daher zu Rissen oder Abplatzungen führen. Bei solchen Anwendungen muss geprüft werden, ob eine zähere Mischkeramik, eine angepasste Schichtdicke oder ein alternatives Beschichtungssystem geeigneter ist.

Thermisch gespritzte Keramikschichten weisen zudem verfahrensbedingt eine gewisse Porosität auf. Bei Kontakt mit Flüssigkeiten, korrosiven Medien oder hohen Anforderungen an die Dichtheit kann eine zusätzliche Versiegelung erforderlich sein.

Weitere wichtige Kriterien sind:

1. Zugänglichkeit der zu beschichtenden Oberfläche,
2. Kanten, Bohrungen und Hinterschneidungen,
3. erforderliche Schichtdicke,
4. mechanische Belastung des Grundkörpers,
5. mögliche Temperaturwechsel,
6. geforderte Mass- und Formtoleranzen,
7. gewünschte Endrauheit,
8. Art der späteren Nachbearbeitung.

Besonders bei Passungen, Lagersitzen und Dichtflächen sollte bereits vor der Beschichtung feststehen, welche Masse nach dem Schleifen oder Polieren erreicht werden müssen. Eine frühzeitige Abstimmung verhindert unnötige Bearbeitungsschritte und verbessert die technische Sicherheit des gesamten Schichtsystems.

Keramikbeschichtungen individuell bei Buser realisieren lassen

Ob Verschleissschutz, elektrische Isolation oder thermische Barriere: Eine keramische Beschichtung entfaltet ihren Nutzen nur dann vollständig, wenn sie exakt zum Bauteil und zu dessen Einsatzbedingungen passt.

Wir bieten Ihnen eine breite Auswahl spritzbarer Oxidkeramiken und entwickeln daraus individuell abgestimmte Einzel- und Kombinationsschichten. Dabei unterstützen wir Sie von der Auswahl des geeigneten Werkstoffs über Bemusterungen und Versuchsbeschichtungen bis zur mechanischen Endbearbeitung.

Auch die Reparatur und Wiederherstellung verschlissener Bauteile ist möglich. Dadurch können hochwertige Komponenten länger genutzt, Ersatzteilkosten reduziert und bestehende Konstruktionen funktional verbessert werden.

Senden Sie uns Ihre Zeichnung, Angaben zum Grundwerkstoff und die wichtigsten Betriebsbedingungen. Gemeinsam prüfen wir, welche Keramikbeschichtung für Ihre Anwendung technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist.

FAQ: Häufig gestellte Fragen zu Keramikbeschichtungen

Welche Vorteile bieten Keramikbeschichtungen?

Sie können unter anderem Verschleiss reduzieren, elektrisch isolieren, Wärme dämmen und die Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen oder bestimmten Prozessmedien erhöhen.

Welche Bauteile lassen sich mit Keramik beschichten?

Beschichtet werden beispielsweise Wellen, Walzen, Rollen, Lagerstellen, Führungen, Dichtflächen, Pumpenkomponenten und thermisch belastete Maschinenteile.

Welche keramischen Werkstoffe werden verwendet?

Typische Werkstoffe sind Aluminiumoxid, Chromoxid, Titanoxid, Zirkonoxid sowie verschiedene Mischkeramiken.

Sind Keramikbeschichtungen hitzebeständig?

Ja. Die tatsächliche Temperaturbeständigkeit hängt jedoch vom Keramikwerkstoff, Schichtaufbau, Grundmaterial und den auftretenden Temperaturwechseln ab.

Können Keramikbeschichtungen elektrisch isolieren?

Ja. Vor allem Aluminiumoxid eignet sich für elektrisch isolierende Funktionsschichten auf metallischen Bauteilen.

Sind Keramikbeschichtungen wasserdicht?

Thermisch gespritzte Keramikschichten können eine gewisse Porosität aufweisen. Bei hohen Anforderungen an die Dichtheit kann eine zusätzliche Versiegelung erforderlich sein.

Wie wird die passende Keramikbeschichtung ausgewählt?

Entscheidend sind unter anderem Verschleissart, Temperatur, Prozessmedien, elektrische Anforderungen, Bauteilgeometrie und gewünschte Oberflächenqualität.