Verbesserte Schutzbeschichtung für Triebwerke
Bei den großen fächerartigen Objekten am äußeren Teil eines Flugzeugs handelt es sich um die Lufteintrittskomponenten, auch Kompressoren genannt. Neben dem Kompressor befindet sich die Brennkammer, in der der Treibstoff verbrannt wird, um ein sehr heißes Gas zu erzeugen. Bläst das heiße Gas durch die Turbine (, die ähnlich wie der Lufteintrittskompressor über zahlreiche Schaufeln verfügt), ist die dadurch entstehende Rotationskraft so stark, dass das Flugzeug und sein Inhalt vom Boden abheben können. Da die Turbinenschaufeln extremen Bedingungen ausgesetzt sind, werden sie durch eine Wärmedämmschicht (TBC) geschützt. Üblicherweise wird die TBC durch atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) oder Elektronenstrahlverdampfung (EB-PVD) aufgetragen. Beim APS handelt es sich um ein relativ einfaches und kostengünstiges Verfahren. Das aufzutragende Material wird in einem Plasmastrahl "geschmolzen" und in Form von geschmolzenen Tropfen bei Raumtemperatur und -druck auf das Substrat aufgesprüht. Das EB-PVD-Verfahren ist ein aufwendiger und kostspieliger Prozess, bei dem Elektromagneten und eine spezielle Druckkammer verwendet werden. Dennoch kommt dieses Verfahren oftmals in der Luftfahrtindustrie zum Einsatz, da das kontrollierte Auftragen von dreidimensionalen (3D) säulenartigen Strukturen zu einer verbesserten Dehnungstoleranz und erhöhter Zuverlässigkeit führt. Europäische Wissenschaftler machten es sich zum Ziel, den APS-Prozess und die von ihm erzeugte Beschichtung zu verbessern, indem sie alternative Beschichtungstechniken neben dem EB-PVD-Verfahren und innovative Beschichtungsmaterialien entwickelten. Durch die Bereitstellung von EU-Finanzmitteln für das Projekt "Towards design and processing of advanced, competitive thermal barrier coating systems" (Toppcoat) bot sich ihnen die Gelegenheit. Das Toppcoat-Konsortium entwickelte präzise Mechanismen zur Kontrolle der Substrattemperatur und eine neue APS-Spritzpistolentechologie. Dadurch konnten das Auftragen einer kontrollierten Oberflächenstruktur und eine verbesserte Haftung gewährleistet werden. Diese Verbesserungen könnten aus dem APS-Verfahren eine weitaus attraktivere Alternative zum kostspieligen EB-PVD machen. Die Untersuchungen verwiesen auch auf verschiedene andere Prozesse, durch die kosteneffektive, sehr dehnungstolerante Beschichtungen aufgetragen werden können. Das Forscherteam entwickelte des Weiteren neue TBCs einschließlich einer APS-Sensorbeschichtung, die neben Temperatur und Alterung auch die Dicke erkennt. Die Forschungen im Rahmen des Toppcoat-Projekts haben zu zahlreichen Fortschritten im Bereich der Beschichtungstechnologien und der Beschichtungsmaterialien für den Einsatz von TBC in der Herstellung von Luftfahrzeuggasturbinen geführt. Die Innovationen verheißen eine verbesserte Leistung und gleichzeitig geringere Herstellungs- und Instandhaltungskosten. Außerdem erhalten europäische Hersteller dadurch einen erheblichen Wettbewerbsvorteil.
