Optimierung von Wärmedämmschichten durch Variation der Kriechrelaxation und Grenzflächenrauigkeit

• Applicants: Privatdozent Dr. Martin Bäker; Professor Dr.-Ing. Lorenz Singheiser
• Subject Area: Mechanical Properties of Metallic Materials and their Microstructural Origins
• Term: from 2007 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 34201099

Auch nach mehreren Jahrzehnten intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit und der dabei in Bezug auf die Optimierung der Schichten und die Modellierung der Lebensdauer erzielten Fortschritte werden Wärmedämschichtsysteme bei der thermischen Auslegung innengekühlter Gasturbinenschaufeln noch nicht vollständig für die Steigerung der Turbineneintrittstemperatur bei minimalem Kühllufteinsatz genutzt. Grund hierfür sind nach wie vor vorhandene Defizite im Verständnis der komplexen Zusammenhänge zwischen dem mechanischen Verhalten, insbesondere der Kriecheigenschaften der Haftvermittlerschicht (HVS, meist eine NiCoCralY-Legierung), dem thermisch gewachsenen Oxid (TGO) und der Wärmedämmschicht (TBC), den durch Bildung und Aufwachsen des TGO induzierten Spannungen und der Grenzflächentopographie zwischen HVS, TGO und WDS. Eine systematische experimentelle Untersuchung dieser Einflussgrößen ist die wesentliche Voraussetzung für die Optimierung der Schichtsysteme mit Blick auf deren Lebensdauer und Zuverlässigkeit und für eine präzise Lebensdauervorhersage. Diese würde bei den derzeit angewandten Schichtsystemen auf der Basis von Y2O3 stabilisiertem Zirkonoxid (YSZ) eine deutliche Erhöhung der Turbineneintrittstemperaturen und somit weitreichende Wirkungsgradsteigerungen erlauben und die Entwicklung neuer Schichtsysteme mit zusätzlichen höchsttemperaturfesten Deckschichten, z.B. auf der Grundlage von Perowskitkeramiken, wesentlich Das seit zwei Jahren laufende Ferolresicchhtuenrgns. v orhaben „Schädigung von Wärmedämmschichten“ hat das Ziel, zunächst an einem vereinfachten Modellsystem aus einer Fe- CrAlY Legierung mit YSZ – WDS und einer vor der Beschichtung definiert aufgebrachter Al2O3-Schicht in der Grenzfläche folgende Einflussgrößen auf die Lebensdauer bei thermozyklischer Beanspruchung zu untersuchen:

• DFG Programme: Research Grants