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Keramische Thermobarriereschichten aus nanoskaligem Pulver fuer GT-Bauteile und andere HT-Anwendungen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000031449D
Published in the IP.com Journal: Volume 4 Issue 10 (2004-10-25)
Included in the Prior Art Database: 2004-Oct-25
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Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Derzeit werden keramische Thermobarriereschichten beispielsweise mittels atmosphaerischer Pulverspritzverfahren auf das jeweilige Werkstueck aufgebracht. Hierbei kommen mikroskalige Keramikpulver zum Einsatz, welche zwar ausreichend gut versintern, der Schicht aber von vorn herein ein mikroskaliges oder sogar monolithisches Gefuege verleihen. Diese Tendenz verstaerkt sich waehrend des Betriebs, da derartige Gefuege zur irreversiblen Vergroeberung bei thermischer Dauerbelastung neigen. Damit einhergehend verschlechtern sich die Elastizitaetseigenschaften der Beschichtung. Sie beruhen darauf, dass die thermische Ausdehnung der an sich sproeden Keramik durch eine verfahrenstechnisch bedingte Porositaet, in die hinein sich stofflich geschlossene Bereiche der Beschichtung ausdehnen koennen, aufgefangen wird. Allerdings ist dieser Mechanismus nur bedingt wirksam, da die Porositaet statistisch verteilt ist und eine relativ weite Groessenverteilung aufweist. Groessere geschlossene keramische Bereiche koennen sich also nicht uneingeschraenkt elastisch dehnen, Druckspannungen in der Schicht seitlich zur Oberflaeche sind die Folge und nach einer bestimmten Anzahl von Temperaturzyklen entstehen Risse, lokale Abplatzungen oder sogar grossflaechige Delaminationen.

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S

Keramische Thermobarriereschichten aus nanoskaligem Pulver fuer GT- Bauteile und andere HT-Anwendungen

Idee: Dr. Jan Steinbach, DE-Berlin; Dr. Matthias Oechsner, DE-Muelheim; Dr. Dirk Goldschmidt,

DE-Muelheim; Ursula Pickert, DE-Muelheim; Dr. Volker Vosberg, DE-Muelheim

Derzeit werden keramische Thermobarriereschichten beispielsweise mittels atmosphaerischer Pulverspritzverfahren auf das jeweilige Werkstueck aufgebracht. Hierbei kommen mikroskalige Keramikpulver zum Einsatz, welche zwar ausreichend gut versintern, der Schicht aber von vorn herein ein mikroskaliges oder sogar monolithisches Gefuege verleihen. Diese Tendenz verstaerkt sich waehrend des Betriebs, da derartige Gefuege zur irreversiblen Vergroeberung bei thermischer Dauerbelastung neigen. Damit einhergehend verschlechtern sich die Elastizitaetseigenschaften der Beschichtung. Sie beruhen darauf, dass die thermische Ausdehnung der an sich sproeden Keramik durch eine verfahrenstechnisch bedingte Porositaet, in die hinein sich stofflich geschlossene Bereiche der Beschichtung ausdehnen koennen, aufgefangen wird. Allerdings ist dieser Mechanismus nur bedingt wirksam, da die Porositaet statistisch verteilt ist und eine relativ weite Groessenverteilung aufweist. Groessere geschlossene keramische Bereiche koennen sich also nicht uneingeschraenkt elastisch dehnen, Druckspannungen in der Schicht seitlich zur Oberflaeche sind die Folge und nach einer bestimmten Anzahl von Temperaturzyklen entstehen Risse, lokale Abplatzungen oder sogar grossflaechige Delaminationen.

Um diese Zyklenzahl zu erhoehen, wird beispielsweise versucht, eine keramische Porositaet einzustellen, die Schicht an der Oberflaeche zu segmentieren oder auch durch werkstoffliche Veraenderungen des keramischen Materials eine Gefuege- und Strukturstabilisierung zu erreichen und die thermischen Ausdehnungen an das Su...