MaTech - Neue Materialien fuer Schluesseltechnologien des 21. Jahrhunderts -Waermedaemmschichten fuer Oberflaechentemperaturen oberhalb 1350 C. Teilprojekt: Entwicklung von Spritzparametern und Charakterisierung der Schichten Abschlussbericht

Usual thermal barrier coating in Gas Turbine are made of a Bond-Coat (MCrAlY) and a ceramic layer (yttrium stabilised Zirkonia). Those layers are produced with Air Plasma Spray (APS) or Electron Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD) which leads to different microstructure and properties. The temperature limit of this system is about 1200 C. A temperature improvement in combustor would allow a reduction of cooling air, reduce NOx emission, increase combustion, and increase gas turbine performance. A temperature improvement for turbine would increase lifetime and reduce the cost for repair and overhaul. This project with Siemens Berlin (KWU, TACR), Siemens Muenchen (ZT), Univ. Karlsruhe (IKM), Max Planck Institut Stuttgart (INAM), Fa. H.C. Starck, and Univ. Erlangen (WWIII) was aimed to build and test new ceramic materials that could lead to a temperature improvement of 150 C. Role of Rolls-Royce was to develop and characterise new ceramic layers (Spinelle-, Perowskit- und Sesquioxide). The spinel had very promising results. It appears necessary to improve understanding of those new ceramic coatings materials (lifetime mechanisms, thermo mechanical resistance, etc.). (orig.)Die bekannten Waermedaemmschichten bestehen im wesentlichen aus einer Haftvermittlerschicht (MCrAlY) auf die mit Yttriumoxid (Y203) teilstabilisierte Zirkonoxide (ZrO2) Keramikschicht aufgetragen werden. Als Prozessrouten fuer die Herstellung dieser Schichtsysteme haben sich das Verfahren der Elektronenstrahlverdampfung (EB-PVD) und das des atmosphaerischen Plasmaspritzverfahren (APS) etabliert. Die aktuellen Waermedaemmsysteme haben ein Temperaturlimit von ungefaehr 1200 C. Eine weitere Steigerung der Anwendungstemperatur in der Brennkammer mittels APS-Schindelbeschichtung sollte den Luftanteil, der fuer die Kuehlung der Bauteile notwendig ist, reduzieren bzw. die Effektivitaet der Verbrennung, den Umweltschutz und die gesamte Leistung des Triebwerks verbessern. Die Schaufelnbeschichtung mittels EB-PVD wuerde auch eine moegliche Erhoehung der Einsatztemperatur und gleichzeitig eine Lebensdauerverlaengerung ermoeglichen. Der Einsatz von neu entwickelten keramischen Materialien wie Spinelle, Perowskite oder Pyrochlore ermoeglicht durch die verbesserte thermodynamische, physische und chemische Stabilitaet die Einsatztemperaturgrenze von aktuellen Zirkonoxidschichten um mindestens 150 C zu erhoehen. Damit koennen die erhoehten Anforderungen erreicht werden. Angefangen mit einer Literaturrecherche wurden in diesem Forschungsprojekt in Zusammenarbeit mit der Fa. Siemens Berlin (KWU, TACR), Fa. Siemens Muenchen (ZT), Univ. Karlsruhe (IKM), Max Planck Institut Stuttgart (INAM), Fa. H.C. Starck, und Univ. Erlangen (WWIII) neue stabile oxidische Mischkristalle hergestellt und charakterisiert. Im Rahmen dieses Projekts haben sich die Hauptaufgaben von Rolls-Royce Deutschland auf die Entwicklung von Spritzparametern und Charakterisierung von ausgewaehlten plasmagespritzten Schichten bezogen. Das Spinel Material hat sehr vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Um ein besseres Verstaendnis fuer diese Materialien zur entwickeln, muessen noch die Lebensdauermechanismen und die thermomechanische Zyklenbestaendigkeit im Detail weiter untersucht werden. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F01B1629 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany); Forschungszentrum Juelich GmbH (Germany). Projekttraeger Neue Materialien und Chemische Technologien (NMT)DEGerman