Fortschrittliche Werkstoffe für Hochtemperaturbeschichtungen
Wärmedämmschichten sind mehrschichtige Werkstoffe mit einer dualen chemischen und thermischen Funktionalität. Wegen ihrer Fähigkeit, die Degradation der darunter liegenden Superlegierung der Struktur zu blockieren, können TBC thermomechanische Ermüdungserscheinungen und Oxidation erheblich begrenzen. Durch dieses Merkmal eignen sich TBC für die weitere Verwendung in der Gasturbinentechnologie. Die Projektpartner konzentrierten sich auf neuartige TBC, die auf Zirkonate aus Seltenen Erden und codotierten Zirkoniumdioxid als alternative Werkstoffe für yttriumstabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) basieren. Im Gegensatz zu normalen Werkstoffen auf YSZ-Basis können Zirkonate aus Seltenen Erden eine geringe Wärmeleitfähigkeit mit einer verbesserten morphologischen Stabilität verbinden. Bis zum Beginn des HIPERCOAT-Projekts wurden Stoffgemische aus Zirkonaten aus Seltenen Erden mit Aluminiumoxid als nicht kompatibel gehalten. Aus experimentellen Studien ging hervor, dass sich Zwischenphasen bilden, wenn Zirkonate aus Seltenen Erden bei hohen Temperaturen mit Aluminiumoxid in Kontakt kommen. Besonders interessant ist, dass sich eine Aluminatschicht bildete, die zur Porenentwicklung an der Grenzfläche zwischen Gadolinium-Zirkonat und Aluminiumoxid führte. Das kann zum Abbau der Haftung führen und damit die Integrität der Beschichtung gefährden. Es wurde jedoch festgestellt, dass sich dieser Effekt bei niedrigeren Temperaturen (1.100 °C) minimierte, wodurch die Bildung der Zwischenphase während der geforderten Lebensdauer des Systems vermieden werden könnte. Ein anderes Ergebnis gab Hinweise darauf, dass der aktuelle Gadoliniumgehalt der Zirkoniumoxide einen Einfluss auf die Kinetik hat. Da die Wärmeleitfähigkeit für denselben Zusammensetzungsbereich praktisch konstant ist, scheint die Verwendung von substöchiometrischen Zirkonat-Phasen angebracht zu sein, um das Risiko von Zwischenreaktionen an den Grenzflächen zu reduzieren. Weitere Informationen sind abrufbar unter: http://www.materials.ucsb.edu/~nsf/(öffnet in neuem Fenster)
