Stabilisierung von Wärmedämmschichten mit Ytterbium
In der Luftfahrt und anderen anspruchsvollen Anwendungsgebieten werden Bauteile aus Metall durch Wärmedämmschichten (TBC) vor den Auswirkungen hoher Temperaturen geschützt. TBCs reduzieren die von thermischer Ermüdung ausgehende Gefahr und können daher die erwartete Lebensdauer der durch sie geschützten Teile erheblich verlängern. Wärmedämmschichten (TBC) waren im Rahmen eines FTE-Projekts mit dem Titel HIPERCOAT Gegenstand umfangreicher Untersuchungen. Werkstoffwissenschaftler der University of California, Santa Barbara, USA, bewerteten die Stabilität von Wärmedämmschichten auf der Basis von Zirkondioxid, die mit verschiedenen Metallen wie Skandium (Sc), Yttrium (Y) und Ytterbium (Yb) dotiert waren. Das Verhalten der Wärmedämmschichten variierte in Abhängigkeit von der Wahl des Dotierstoffs ganz erheblich. Beim Einsatz von Yttrium (Y) ging der Vorteil der Nichttransformierbarkeit verloren, der für Anwendungen mit zyklischer thermischer Belastung von entscheidender Bedeutung ist. Dies stand im Widerspruch zu neuesten veröffentlichten Forschungsergebnissen. Die besten Resultate lieferte Ytterbium (Yb). Nachfolgend wurde eine thermodynamische Modellierung angewandt, um festzustellen, welches der Dotiermaterialien die größte Härte erbrachte, die ein weiterer wichtiger Parameter für Wärmedämmschichten ist. Wieder einmal erwies sich Ytterbium mehrere Mal stärker als die anderen Alternativen. Schließlich zeigten Co-Dotierungs-Experimente eine verbesserte Dauerhaltbarkeit, wenn Yttrium mit leichteren Elementen kombiniert wurde. Diese Erkenntnisse sollen nun von den an HIPERCOAT teilnehmenden Einrichtungen bei der Entwicklung der nächsten Generation von Wärmedämmschichten ausgenutzt werden.