Entwicklung neuer, kriechbeständiger Haftschichten für „Environmental Barrier Coatings“

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428973451

SiC-faserverstärkte SiC-Verbundwerkstoffe weisen ein großes Potential als Hochtemperatur-werkstoffe für Strahlturbinen und Gasturbinen auf, die höhere Eintrittstemperaturen im Vergleich zu Ni-basierten Superlegierungen zulassen. Unter Einsatzkonditionen in Strahltriebwerken sowie Gasturbinen müssen die Komponenten aus SiC-Verbundwerkstoffen vor dem wasserdampf-induzierten Verlust mit einem EBC-Schichtsystem geschützt werden. In einem modernen EBC-Schichtsystem ist die Lebensdauer des gesamten EBC-Schichtsystems u.a. von den Eigenschaften der Si-Haftschicht abhängig. Ein hoher Kriechwiderstand der Si-Haftschicht ist für die Lebensdauer des gesamten EBC-Schichtsystems von großer Bedeutung. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung neuer Si-basierter Haftschichten für moderne EBC-Schichtsysteme mit erhöhtem Kriechwiderstand der Haftschicht, die die Lebensdauer steigern können. Zur Erreichung des Ziels werden im Rahmen des Forschungsvorhabens sowohl werkstofftechnische als auch spritzprozesstechnische neue Entwicklungen durchgeführt. Die Werkstoffe für die neuen Haftschichten basieren auf Si/Si3N4- sowie Si/SiC-Verbundwerkstoffen. Diese Verbundwerkstoffe können durch die Si3N4- sowie SiC-Verstärkung den Kriechwiderstand der Haftschichten und somit die Lebensdauer der TGO-Schicht auf der Haftschichtoberfläche und des gesamten EBC-Schichtsystems erhöhen. Die entsprechenden pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffe werden im Rahmen des Forschungsvorhabens ausgelegt und entwickelt. Spritztechnisch werden die Haftschichten sowohl mittels Plasmaspritzens als auch mittels HVOF-Spritzens appliziert. Zur Herstellung der dichten, homogenen Mikrostrukturen werden die Spritzparameter für die beiden Spritzverfahren entwickelt. Zusätzlich zur Charakterisierung der Mikrostruktur und Phasenzusammensetzung sowie zur Analyse der mechanischen sowie thermo-physikalischen Eigenschaften werden die Schichtsysteme mithilfe isothermer Auslagerungen sowie zyklischer Oxidationstests bei hohen Temperaturen wie von T=1.300 °C hinsichtlich der TGO-Bildung, des -Wachstums und der Beschädigungsmechanismen im Vergleich zu einer konventionellen Si-Haftschicht untersucht. Zusätzlich wird die Möglichkeit zur weiteren Verbesserung der Schicht-eigenschaften mithilfe der Wärmebehandlung erforscht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Lidong Zhao; Dr.-Ing. Mehmet Öte