Feines Siliciumcarbid-Pulver (SiC) als verschleißfester Füllstoff in PTFE-modifizierten Beschichtungen
Siliciumcarbid-Feinpulver (schwarzes/grünes SiC-Feinpulver, z. B. 10 µm, 7 µm, 5 µm ultrafeines Pulver) kann als PTFE-modifizierter, verschleißfester Füllstoff eingesetzt werden. Es zählt zu den gängigen Hartkeramik-Füllstoffen für industrielle, verschleißfeste, selbstschmierende Beschichtungen und eignet sich für wasser- und lösemittelbasierte PTFE-Verbundbeschichtungen sowie für Organosilicium-PTFE-Hochtemperatur-Verschleißschutzbeschichtungen.
I. Vorteile der Einarbeitung von SiC-Feinpulver in PTFE-Beschichtungen
1. Deutlich verbesserte Verschleiß- und Kratzfestigkeit: Reines PTFE ist weich und weist eine extrem geringe Härte auf, wodurch es durch Reibung und Kratzer durch harte Gegenstände anfällig für Verschleiß und Ablösung von der Beschichtung ist. SiC mit einer Mohs-Härte von 9,2 übertrifft die von weißem Korund und Quarz bei Weitem und bildet ein stabiles Stützgerüst innerhalb der Beschichtung.
– Bei gleichen Arbeitsbedingungen wird der Verschleiß der Beschichtung um 70–85 % reduziert und die Lebensdauer um das 3- bis 5-fache verlängert;
– Es ist widerstandsfähig gegen langfristige, hin- und hergehende Reibung durch Metallteile, Sand und Kunststoffgleiter und eignet sich daher für stark beanspruchte, verschleißfeste Bedingungen.
2. Überwindung der systembedingten Schwächen von PTFE
1. Verbesserte Wärmeleitfähigkeit und Wärmeableitung, Vermeidung von thermischem Verschleiß
Reines PTFE besitzt eine extrem schlechte Wärmeleitfähigkeit (0,25 W/m·K) und erweicht und versagt leicht aufgrund von Reibungswärmeansammlungen; SiC hingegen besitzt eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, leitet Reibungswärme schnell ab, verbessert die PV-Grenze der Beschichtung und eignet sich daher für Hochgeschwindigkeits-Gleitdichtungen und Lagerbeschichtungen.
3. Reduzierte Kaltfließ- und Kriechbeständigkeit
Durch die Begrenzung des Gleitens der PTFE-Molekülketten ist die Beschichtung weniger anfällig für Verformung, Ausbeulung und Verschiebung unter hohen Temperaturen und Drücken.
4. Verbesserte Haftung der Beschichtung und Schlagfestigkeit
Harte Mikropulver bilden eine physikalische Verankerungsstruktur, die die Haftung zwischen der Beschichtung und dem Metallsubstrat verbessert und das Abblättern und Reißen durch Stöße reduziert.
5. Chemische Stabilität: PTFE
SiC ist beständig gegen Säuren, Laugen, Lösungsmittel und hohe Temperaturen (Zersetzungstemperatur > 1800℃) und mit der Korrosionsbeständigkeit von PTFE über einen weiten Temperaturbereich kompatibel. Dadurch wird ein Versagen der Füllstoffkorrosion unter sauren, alkalischen, öligen und chemischen Bedingungen verhindert.
6. Synergistischer Effekt des Reibungssystems:
PTFE sorgt für einen extrem niedrigen Reibungskoeffizienten durch Selbstschmierung, während SiC ein verschleißfestes Gerüst bildet. Der weiche und harte Verbundwerkstoff bildet einen kontinuierlichen und stabilen Schmierfilm, wodurch der Verschleiß an den Kontaktflächen reduziert und starke abrasive Verschleißschwankungen vermieden werden.
II. Wichtige Punkte für die Prozessauswahl (für Beschichtungen)
1. Auswahl der Partikelgröße:
Vorrangig sind ultrafeine SiC-Pulver wie 28 μm, 20 μm, 14 μm, 10 μm, 7 μm, 5 μm:
– Grobkörniges SiC (Schleifmittel der F-Serie) verursacht leicht raue Beschichtungsoberflächen, Kratzer an Gegenstücken und Verstopfungen der Spritzpistole;
– Die Partikelgröße von Siliciumcarbid W7-W28 entspricht 600-2500 Mesh, was zu einer feinen und glatten Beschichtung führt, ohne die Oberflächenglätte von PTFE zu beeinträchtigen.
2. Empfohlenes Zugabeverhältnis (Massenanteil)
– Allgemeine verschleißfeste Beschichtung: 8%–15% sorgen für optimale Gesamtleistung und die niedrigste Verschleißrate;
– Bei Anwendungen mit hoher Beanspruchung und Verschleißfestigkeit sollte der obere Grenzwert 20 % nicht überschreiten;
eine Überschreitung von 20 % führt zu zwei Hauptproblemen:
1. Ein reduzierter PTFE-Gehalt führt zu einer deutlich schlechteren Antihaftwirkung und Selbstschmierung;
2. Zu viel Pulver erschwert die Dispersion, was zu Ablagerungen in der Beschichtung, schlechter Sprühnivellierung und einer Neigung zu Nadellöchern und Sprödigkeit in der Beschichtung führt.
3. Schlüssel zur Dispersion: Modifizierung mit Silan-Haftvermittlern.
SiC-Pulver besitzt eine stark polare Oberfläche, und die direkte Zugabe zu PTFE-Emulsion/Silikonharz führt leicht zu Agglomeration und Sedimentation. Die Verwendung von KH550/KH560/KH570-Silanen zur Oberflächenmodifizierung verbessert die Kompatibilität des Pulvers mit organischen Harzen und PTFE und erhöht die Suspensionsstabilität deutlich.
III. Anwendungsszenarien
1. Industrielle verschleißfeste, selbstschmierende Beschichtung
für Dichtflächen von Hydraulikventilen, Gleitlager, verschleißfeste Beschichtungen von Zahnrädern und antihaftbeschichtete, verschleißfeste Schichten für Förderrollen;
2. Trennmittel- und verschleißfeste Beschichtung für
Gummi- und Kunststoffspritzgussformen sowie Druckgussformen, die eine Kombination aus Antihaft-Trennwirkung und Erosions- und Verschleißbeständigkeit bietet;
3. Hochwertige Antihaftbeschichtung für Küchenutensilien
wie Backformen und gewerbliche Bratpfannen, die auch nach längerem Gebrauch kratzfest gegenüber Metallspateln ist;
4. Korrosionsbeständige und verschleißfeste Verbundbeschichtung
Chemische Anlagen, Mischwellen, Pumpenauskleidungen, beständig gegen Medien- und Partikelerosion.
