Kampf gegen die Erosion von Wärmedämmschichten
Wärmedämmschichten sind aufgrund ihrer hervorragenden chemischen und thermischen Eigenschaften zentrale Systeme in der Gasturbinentechnologie. Das HIPERCOAT-Projekt hat sich darauf konzentriert, die komplexen wissenschaftlichen Aspekte der Entwicklung, Leistung und Haltbarkeit von Wärmedämmschichten zu untersuchen. Mit Elektronenstrahlverdampfung (Electron Beam Physical Vapor Deposition, EB-PVD) aufgebrachte Wärmedämmschichten werden häufig in Gasturbinen eingesetzt und führen oft zu Problemen. Die Fehlfunktionen werden meist durch verschiedene, äußerst komplizierte Mechanismen hervorgerufen und umfassen Schäden durch Erosion oder Fremdkörpereinfluss auf die säulenförmige EB-PVD-Keramik. Die Forschungen des HIPERCOAT-Projekts haben sich auf diesen komplexen Mechanismus konzentriert und die Rolle der Chemie und der Mikrostrukturen auf die komplexen Beschädigungen der Oberfläche untersucht. Erosion durch den Einfluss kleiner Partikel führt zu Brechen der einzelnen Säulen nahe der Oberfläche der Wärmedämmschicht. Bei einem Aufprall breiten sich elastische Belastungswellen in den Säulen aus, interagieren mit Unregelmäßigkeiten des Beschichtungswerkstoffs in jeder Säule und verursachen Schäden. Zu den zentralen Faktoren mit Einfluss auf den Beschädigungsprozess gehören Durchmesser und Neigung der Säule, physikalische Parameter des Aufpralls (Partikelgröße, Geschwindigkeit, Aufprallwinkel), Temperatur sowie die Zusammensetzung der Keramik. Aufprallende Fremdkörper führen zu weiteren Schäden und zu Materialverlust bis auf die Verbindungsschicht der Keramik. Dies kann die Wärmedämmeigenschaften des Werkstoffes verringern. Die Forschungen ergaben, dass das Phänomen bei großen Partikeln (größer als 200 Mikrometer), die mit einer hohen Geschwindigkeit (über 100 m/s) auftreffen, deutlicher ausgeprägter ist. Weiterhin beeinflusst die Temperatur die Art der Beschädigung und führt zu einem Abscheren oder Knicken der Säule. Weitere Informationen sind abrufbar unter: http://www.materials.ucsb.edu/~nsf/(öffnet in neuem Fenster)
