Fachwörter-Lexikon
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Sol-Gel-Beschichtung
Bei der Sol-Gel-Beschichtung handelt es sich um ein neueres Verfahren zur Auftragung von vorzugsweise dünneren Schichten aus sehr unterschiedlichen Materialien, das prinzipiell für allen Grundwerkstoffen einsetzbar ist. Der Auftrag erfolgt hierbei in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird durch Tauchen des zu beschichtenden Grundwerkstoffes in eine Lösung mit den Ausgangsstoffen der Schicht ein Flüssigkeitsfilm aufgebracht. Das Lösemittel richtet sich nach der Art des aufzubringenden Stoffes und dem zu beschichtenden Grundwerkstoff, der möglichst gut benetzt werden muss. Die gute Benetzbarkeit ist erforderlich, um eine geschlossene (defektfreie) Beschichtung gewährleisten zu können. Im zweiten Schritt des Auftragsprozesse erfolgt das Erzeugen des Gelzustandes aufgrund von Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen. Das Gelieren kann durch Wärmezufuhr beschleunigt werden. Anschließend kann der Prozess (auch mehrmals) wiederholt und damit die Schichtdicke erhöht werden. Neben dem Tauchen kommen für die Herstellung von Sol-Gel-Beschichtungen auch andere Verfahren des Nassauftragens wie Schleudern oder Spritzen in Betracht. Zudem eignet sich die Technologie sehr gut zur Beschichtung von stark strukturierten und komplexen Teilen. Sol-Gel-Schichten basieren in vielen Fällen auf hochvernetzenden Silikatschichten. Die Eigenschaften können durch weitere Bestandteile in breitem Maße verändert werden, zum Beispiel in Richtung Benetzung, Reibung, Farbe oder Photokatalyse. Die Dicken der Schichten reichen von einigen 10 nm bis in den Mikrometerbereich.
Plasmaanodisation
Eine neue und äußerst interessante Variante des Anodisierens ist das Plasmaanodisieren beziehungsweise das Plasmakeramisieren. Mit hohen Energien und Spannungen über 100 V bilden sich an der Oberfläche lokale Plasmazonen mit kurzzeitig sehr hohen Strömen. Hier wird aus dem Aluminium das reine Oxid zum größten Teil in seiner stabilsten Kristallisationsform Aluminiumoxid beziehungsweise Korund erzeugt, der zu den härtesten fünf Stoffen zählt. Im plasmakeramischen Prozess entsteht Korund abhängig vom Verfahren in Form mikro- oder nanokristalliner Kristallite, welche in eine komplexe Keramikmatrix integriert sind und so als Oberfläche ihre herausragenden und einzigartigen Eigenschaften entwickeln können. Darin unterscheidet sich die plasmakeramische Schicht völlig von der klassischen Anodisationsschicht, die primär aus amorphem Aluminiumoxidhydrat besteht.
Durch Variation der Arbeitsparameter, angefangen von der Aufnahme des zu beschichtenden Bauteils über die Elektrolytzusammensetzung bis zur Steuerung der Energiezufuhr, kann das entstehende Oxid hinsichtlich seiner Konsistenz, Morphologie und Größe beeinflusst werden. Zudem wird die interpartikuläre Verbindung ebenfalls durch gezielt gesetzte Rahmenbedingungen kontrolliert aufgebaut. Im bestmöglichen Fall entstehen nanokeramische Oberflächen mit extrem feiner und gleichmäßiger Verteilung. Nanostrukturierte Schichten sind weitaus kompakter und dichter und übertreffen mikrokeramische Oberflächen in puncto Abriebfestigkeit, mechanische Beständigkeit und Korrosionswiderstand bei weitem.
Im Gegensatz zur anodisierten Oxidschicht ist die plasmakeramische Oberfläche hydratfrei. Auch bei Erwärmung auf mehrere hundert Grad Celsius ändert die Plasmakeramik ihre Eigenschaften nicht. Die Temperaturbeständigkeit des Bauteils wird nur durch das Substrat limitiert.
Ionenaustauscher
Ionenaustauscher produzieren je nach Ausführung Wasser mit geringen Anteilen an mineralischen Bestandteilen bis hin zu vollentsalztem Wasser (VE-Wasser) höchster Qualität bei geringen Investitionskosten. Das durch gewonnene VE-Wasser wird aus Trinkwasser (Quell- oder Leitungswasser) gewonnen, indem die im Wasser vorkommenden Mineralien, wie Salze und Ionen, zurückgehalten werden. Als Rohwasser wird häufig Leitungswasser verwendet. Bei großen Bedarfsspitzen im industriellen Anwendungsbereich wird vielfach Oberflächen- oder Brunnenwasser eingesetzt.
Die Ionenaustauschtechnologie nutzt aus, dass die in Wasser befindlichen gelösten Stoffe chemische Bindungsreaktionen eingehen können. Im Trinkwasser befinden sich Salze in unterschiedlich hohen Konzentrationen. Diese bestehen aus Metallionen (Kationen) und einem Säurerest (Anionen). Zur Entfernung dieser Kationen und Anionen werden spezielle Ionenaustauscherharze eingesetzt. Hierbei handelt es sich um langkettige Moleküle mit Seitenketten, die Wasserstoffionen beziehungsweise Hydroxidionen besitzen. Diese können abgespalten werden. Die organischen Moleküle sind zu porösem Granulat (dem sogenannten Ionenaustauscherharz) verarbeitet und können von Wasser im Prinzip durchströmt werden. Dabei nehmen diese die im Wasser gelösten Kationen (z.B. Ca2+, Mg2+, Na+) und Anionen (z.B. Cl-, SO4-, NO3-) auf und geben dafür entsprechende Mengen an H+- und OH--Ionen an das Wasser ab. Das Ergebnis der Verfahrenstechnik Ionenaustausch ist damit vollentsalztes Wasser, also nahezu reines H2O.
Ein weiterer großer Vorteil der Ionenaustauscher ist die einfache Regenerierbarkeit. Durch entsprechende Beschickung mit Säure oder Lauge werden diese beim sogenannten Regenerierschritt wieder in den Ausgangszustand versetzt, erhalten also neue H+- und OH--Ionen und geben im Austausch dafür die aufgenommenen Kationen und Anionen wieder ab. Diese liegen dann in konzentrierter Form zur weiteren Bearbeitung vor. Je nach Größe der Ionenaustauscher wird die Regenerierung vom Anbieter als Dienstleistung oder vor Ort beim beziehungsweise vom Anwender durchgeführt.
Die Anwendungsbereiche der Ionenaustauscher richten sich nach der Zusammensetzung und dem Mengenbedarf an Wasser. Für den geringen bis mittleren Bedarf an VE-Wasser bieten sich Mischbettionenaustauscher an. Für große Bedarfsspitzen an VE-Wasser stehen Getrenntbettionenaustauscher zur Verfügen. Bei den Mischbettionenaustauschern Hierbei erfolgt die Regeneration der Kationenaustauscher und Anionenaustauscher vor Ort und je nach Anlagenauslegung häufig automatisch. Ein Parameter für die Messung der Qualität von VE-Wasser ist die elektrische Leitfähigkeit, die in Siemens pro cm (µS/cm) angegeben wird. Die Anforderungen an die VE-Wasser-Qualität können sehr unterschiedlich sein. So wird VE-Wasser in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise als Wärmeträger im Kühlmittelkreislauf eines Kraftwerks, für Metallreinigungsanlagen, Luftbefeuchter, Spülbäder und Galvanische Bäder oder für die Versorgung von Dampfkesseln und Dampfturbinen.