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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Herstellungsverfahren


Für die Beschichtung von Gasturbinenkomponenten wird vielfach das atmosphärische Plasmaspritzen (APS) eingesetzt. Es entstehen lamellenartige Gefüge, die typischerweise mit Poren und Mikrorissen durchsetzt sind. Solche Mikrostrukturen besitzen einen niedrigen Elastizitätsmodul, der entsprechend niedrige Spannungen zur Folge hat. Außerdem wird eine gute Dehnungstoleranz durch ein Öffnen der Risse ermöglicht. Dies ist wichtig, da aufgrund des Unterschieds in der thermischen Ausdehnung zwischen Substrat und WDS beim Aufheizen und Abkühlen thermische Spannungen entstehen. Außerdem reduziert die Porosität auch die Wärmeleitfähigkeit und verbessert damit die thermische Isolationswirkung der Schichten.

Zusätzlich zur wärmedämmenden Keramikschicht besteht ein Wärmdämmschichtsystem noch aus einer metallischen Zwischenlage, der sogenannten Haftvermittlerschicht. Sie verbessert die Anbindung zwischen dem metallischen Substrat und der keramischen Deckschicht. Außerdem schützt sie die Substrate vor Oxidation und Korrosion durch die heißen Brenngase. Hergestellt werden die Schichten vielfach mittels verschiedener thermischer Spritzverfahren, wie Niederdruck-Plasmaspritzen (LPPS), Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) oder auch Kaltgasspritzen.

Zusätzlich zur Weiterentwicklung der genannten Prozesse befinden sich auch neue Verfahren in der Erprobung. Besonders interessant ist dabei das Suspensions-Plasmaspritzen (SPS), bei dem anstelle von pulverförmigen Ausgangsstoffen Suspensionen in die Plasmafackel eingeleitet werden. Ein ebenfalls in der Entwicklung befindliches Verfahren ist der Plasma Spray-Physical Vapor Prozess (PS-PVD). Bei niedrigem Druck und hoher Leistung kommt es zur Ausbildung eines sehr großen, hoch laminaren Plasmastrahls. Die pulverförmigen Ausgangsstoffe werden hierbei verdampft und es kommt zur Abscheidung kolumnar strukturierter Schichten, die eine hervorragende Leistungsfähigkeit im thermischen Zyklierversuch zeigen.

WDS: Suspensions-Plasmaspritzen: Injektion des Precursors in den PlasmastrahlSuspensions-Plasmaspritzen: Injektion des Precursors in den Plasmastrahl

WDS: Kolumnare Struktur einer Wärmedämmschicht, die mittels PS-PVD hergestellt wurde.Kolumnare Struktur einer Wärmedämmschicht, die mittels PS-PVD hergestellt wurde.



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