RUBIN-Initiative SAPHIR - Hochleistungskeramik aus dem TRIDELTA Campus Hermsdorf Verbundprojekt 2 SAPHIR-Elektrokeramik "Breakthrough Electroceramics – Neue, bleifreie Keramikheizer und Piezokeramiken sowie kontrolliert leitende Isolatorwerkstoffe" Teilprojekt TP 2.3 "Entwicklung von Al2O3-Keramiken mit definiertem Volumen- und Oberflächenwiderstand" Akronym: "DissiKer"

Abstract

TiO2, Nb2O5 und V2O5 Dotierungen beeinflussen die Widerstände der Al2O3-Kermaiken am meisten. TiO2 und Nb2O5 bilden leitfähige 3D-Netzwerke in der Al2O3-Matrix. Der Mechanismus, durch den V2O5 zur Erhöhung der Leitfähigkeit beiträgt, ist uns noch unbekannt. TiO2 und Nb2O5 führen zum Kornwachstum der Al2O3-Matrix, V2O5 unterdrückt das Kornwachstum. Binäre Dotierungssysteme wurden aufbereitet. Das Synergieeffekt von TiO2 + Nb2O5 ist am stärksten zur Modifizierung der Widerstände in den angemusterten binäre Dotierungssysteme. Gekoppelt mit Sintern in Wasserstoffatmosphäre bilden sich Hybridstrukturen, mit gut leitender Oberfläche reicht mir Nb-Suboxide und isolierenden Volumen arm an Nb-Suboxide. Es wurden Hilfsmitteln und Verfahren für die Aufbereitung von stabilen wässrigen Suspensionen aus TiO2 und Nb2O5 optimiert. Die Suspensionen haben vergleichbaren Rheologie wie die Al2O3-Suspensionen und können mit den bereits bestehenden Produktionsanlagen prozessiert werden. V2O5 konnte nicht dispergiert werden, da in alkalischen Bereich hydrolysiert. Anlage zum Beschichten von Keramiken wurde aufgebaut, bestehend aus kommerzielle Sprühanlage und Roboterarm. Verfahren und Sprühprogramme wurden für den Auftrag von Schichtdicken mit Genauigkeit < 2 μm optimiert. Al2O3-Substrate wurden mit 10 bis 30 μm Schichten von TiO2 oder Nb2O5 beschichtet und thermisch behandelt. Diffusionsschichten wurden gebaut, die einen breiteren Bereich an Widerstände als der Zielbereich von 106 bis 1013 Ω abdecken. Demonstratoren mit Volumen- und Oberflächenwiderstände im Zielbereich wurden mit TiO2 als Volumendotierung und TiO2 und/oder Nb2O5 als Oberflächendotierungen gebaut. Die dotierten Muster können in den laufenden Produktionsprozessen zum Metallisieren und Löten integriert werden. Eine Prüfanlage wurde zur Widerstandsmessung im Hochvakuum aufgebaut und für Messungen mit Inertgas unter Partialdruck erweitert. Es wurden Rahmenbedingungen für stabile und reproduzierbare Messungen definiert. Eine Methode zur Quantifizierung der Sekundärelektronenemission konnte nicht etabliert werden.