Per molto tempo, la produzione di rivestimenti ceramici è stata possibile solo mediante tecniche di sinterizzazione condotte a più di 1, 000 gradi Celsius. Però, un nuovo metodo di spruzzatura, Deposizione di aerosol in polvere (PAD), consente la loro produzione a temperature ambiente normali. È quindi molto attraente per le applicazioni industriali. Scienziati ingegneri dell'Università di Bayreuth sotto la direzione del Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos sta lavorando in prima linea nel continuo sviluppo di questa tecnologia. Nel diario di " Materiale avanzato ", ne presentano i vantaggi e mostrano come le proprietà funzionali dei film ceramici possono essere ottimizzate per quanto riguarda le applicazioni high-tech.

Con PAD, film ceramici densi possono essere applicati a diversi tipi di materiali, come l'acciaio, bicchiere, silicio, o anche plastica. Per realizzare questo, una polvere di ceramica secca viene prima convertita in aerosol, cioè una miscela di gas e particelle solide, con l'ausilio di un gas di trasporto. L'aerosol viene quindi trasportato in una camera a vuoto, e accelerato a diversi 100 metri al secondo attraverso un ugello e diretto sul materiale da rivestire. All'impatto, le minuscole particelle di ceramica si fratturano. I frammenti risultanti, solo pochi nanometri di dimensione, caratteristica fresca, superfici attive. Si formano strettamente aderenti, rivestimenti densi con uno spessore compreso tra 1 e 100 micrometri.

"Grazie alla loro densa microstruttura, i rivestimenti presentano già ottime proprietà meccaniche anche subito dopo la deposizione. Sono straordinariamente dure e hanno una buona resistenza chimica, " spiega il Dr.-Ing. Jörg Exner, primo autore dello studio, che era una forza trainante nel lavoro di ricerca sul PAD presso l'Università. Però, come si è scoperto, alcune proprietà funzionali dei rivestimenti, soprattutto la conducibilità elettrica, si è rivelato inadeguato senza compiere ulteriori passi. Nel loro nuovo studio, tuttavia, gli scienziati ingegneri di Bayreuth sono ora in grado di riferire su metodi efficaci di ottimizzazione.

Le strutture cristalline sono di cruciale importanza in questo contesto. Il forte impatto delle particelle ceramiche sui materiali provoca difetti strutturali nei frammenti risultanti. Ciò non riguarda solo la conduttività elettrica, ma anche altre proprietà funzionali. "Con un post-trattamento termico, o cosiddetto rinvenimento, questi difetti possono essere quasi completamente eliminati. Siamo stati in grado di dimostrare che le temperature richieste sono generalmente molto inferiori rispetto alla sinterizzazione convenzionale. L'evitare queste temperature estremamente elevate è ciò che rende il PAD così attraente. Resta quindi vero:questa tecnologia offre un potenziale industriale molto elevato, soprattutto dove sono richiesti rivestimenti ceramici di alta qualità, " Conclude Exner.

Il tipo di materiali ceramici lavorati dipende dalle applicazioni tecnologiche previste:i ceramici dielettrici sono adatti per condensatori, le ceramiche funzionali elettricamente conduttive sono preferite per i sensori, e l'ossido di zirconio stabilizzato con ittrio viene utilizzato nelle celle a combustibile ad alta temperatura. Anche le batterie agli ioni di litio possono essere prodotte in questo modo.

La comprensione scientifica delle strutture del film ceramico e delle loro proprietà funzionali, conseguita presso l'Università di Bayreuth, contribuirà in modo significativo all'obiettivo di integrare componenti rivestiti di alta qualità in sistemi complessi in modo sostenibile. Nuove tecnologie, Per esempio, nei settori dello stoccaggio e della conversione dell'energia, o ai fini del monitoraggio ambientale, quindi trarranno notevoli benefici dalle applicazioni di deposizione di aerosol in polvere.