DE102004034687A1

DE102004034687A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Keramik-Verbund-Werkstoff für thermisch und mechanisch hoch beanspruchbare Turbinen, und Turbine aus Keramik-Verbund-Werkstoff, insbesondere Mikrogasturbine in Axialbauweise

Info

Publication number: DE102004034687A1
Application number: DE102004034687A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rudolph
Original assignee: OEKO INSEL ENERGIETECHNIK GmbH; Oko-Insel Energietechnik GmbH
Current assignee: OEKO INSEL ENERGIETECHNIK GmbH; Oko-Insel Energietechnik GmbH
Priority date: 2004-07-17
Filing date: 2004-07-17
Publication date: 2006-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Keramik-Verbund-Werkstoff und ein Bauteil aus einem Keramik-Verbund-Werkstoff für eine thermisch und dynamisch hoch beanspruchbare Turbine, insbesondere eine Mikrogasturbine in Axialbauweise, mit einem Grundkörper für ein Turbinengehäuse mit Leitschaufeln und einen Turbinenläufer mit Laufschaufeln, wobei auf den jeweiligen Grundkörper thermische Isolier(Kompensations)schichten als Ummantelung mit innen liegenden Stützgeweben aufgebracht und durch Brennvorgänge gehärtet werden, wobei nach Glasieren und Brennen einer oberen Isolierschicht das Bauteil durch entsprechende Arbeitsgänge bearbeitet wird. Die Erfindung ist anwendbar für eine kostengünstige Herstellung thermisch und mechanisch hoch beanspruchbarer Bauteile aus Keramik-Verbund-Werkstoff für Mikrogasturbinen mit hohem Wirkungsgrad und einem elektrischen Leistungsbereich bis etwa 150 KW.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Keramik-Verbund-Werkstoff für thermisch und mechanisch hoch beanspruchbare Turbinen, und eine aus einem Keramik-Verbund-Werkstoff hergestellte Turbine, insbesondere eine Mikrogasturbine in Axialbauweise, mit einem Grundkörper, auf den keramische Kompensationsschichten als Ummantelungen aufgebracht, geformt und durch Brennvorgänge gehärtet werden, und wobei durch entsprechende Arbeitsgänge das jeweilige Bauteil erstellt wird.
Die Erfindung ist anwendbar für die Herstellung von Bauteilen aus einem thermisch und mechanisch hoch beanspruchbaren Keramik-Verbund-Werkstoff für Turbinen, insbesondere für Bauteile von Mikrogasturbinen in Axialbauweise für Leistungsbereiche bis etwa 150 KW.
Turbinen, insbesondere durch in einer Brennkammer erzeugte Verbrennungsgase betriebene Gasturbinen, mit vergleichsweise geringer Baugröße und Leistung sind nach dem Stand der Technik als sogenannte Mikrogasturbinen bekannt, die zur kombinierten Wärme- und Stromerzeugung als Alternative zu Motor-Blockheizkraftwerken eingesetzt werden.
Derzeitig bekannte Mikrogasturbinen sind für eine elektrische Leistung bis etwa 110KW vorgesehen, wobei deren Betriebsweise auf dem Joule-Prozess beruht, der bei vergleichbaren Turbinen in Kraftwerksanlagen oder auch in Flugzeugen, beispielsweise zur Bordstromversorgung, in Verbindung mit einem entsprechenden Generator als Stromerzeuger, angewendet wird.
Die zum Betrieb derartiger Mikrogasturbinen erforderliche Antriebsenergie wird nach dem Stand der Technik nach der Technologie eines Turboladers auf der Basis des oben erwähnten Gasturbinenprozesses in der Brennkammer erzeugt, wobei aus einem Verbrennungsprozess resultierende, heiße Brenngase in einem entsprechenden und mit der Brennkammer verbundenen Gehäuse definiert über Leitschaufeln auf Laufschaufeln eines Turbinenläufers geleitet werden, der in Abhängigkeit vom Druck und der Temperatur der Brenngase in Drehung versetzt wird.
Dabei dient ein üblicherweise mit dem Turbinenläufer gekoppelter Läufer des erwähnten Generators der Stromerzeugung, die aus den Brenngasen resultierende Abwärme wird beispielsweise für Heizzwecke benutzt.
Diese bekannten Mikrogasturbinen sind jedoch hinsichtlich thermischer und mechanischer Belastungen begrenzt einsetzbar, wobei insbesondere der mit hoher Drehzahl drehende Turbinenläufer und die Laufschaufeln als auch seine Lagerstellen im Gehäuse dynamisch besonders hoch beansprucht und daher gekühlt werden müssen, um den Verschleiß der miteinander kommunizierenden Lagerteile zu minimieren.
Als Werkstoffe für die Vielzahl einzelner Baugruppen beziehungsweise Bauteile der Mikrogasturbinen werden üblicherweise hochwertige, warmfeste und hochwarmfeste Stähle und Stahl-Legierungen eingesetzt, die einen hohen Bearbeitungsaufwand zu ihrer Herstellung erfordern und hohem Verschleiß bei Ihrer Anwendung ausgesetzt sind. Darüber hinaus weisen Mikrogasturbinen nach dem gegenwärtigen Stand der Technik einen vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad auf.
Es sind beispielsweise alternative Werkstoffe aus einem Keramik-Verbund bekannt, die aus einer Kombination eines Grundkörpers mit einer Umhüllung wenigstens einer Schicht umgeben ist, und die aus einer Masse eines Werkstoffs aus der Gruppe keramischer Elemente besteht. Der erwähnte Verbund wird nach Trocknung der Masse in einem besonderen Brennverfahren gebrannt.
Verbund-Werkstoffe zeichnen sich grundsätzlich durch ihre hohe Temperaturbeständigkeit und eine vergleichsweise geringe Masse aus, weshalb ihre Anwendung in komplexen Bereichen, wie zu Dämmzwecken oder im Motorenbau, zunehmend anzutreffen ist.

Aus der DE 197 43 579 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verbund-Werkstoffes für eine thermomechanische Wärmedämmschicht bekannt, wobei ein keramischer Werkstoff in plastischem Zustand auf einen metallischen Grundkörper aufgespritzt wird.

Aus der DE 103 35 425 C1 ist weiterhin ein Verbund-Werkstoff bekannt, bei dem ein Grundkörper aus einem keramischen Werkstoff mit einer im Inneren eingebrachten wärmeleitenden Einlagerung besteht, die zur Verminderung thermischer Spannungen mit wenigstens einer Umhüllung eingeschlossen ist, die mittels einer oder mehrerer aufgebrachter und in Brennvorgängen gehärteter Kompensationsschichten aus einem keramischen Werkstoff besteht.

Bei den Verbund-Werkstoffen nach dem Stand der Technik besteht jedoch ein Problem darin, dass im Verlauf der Benutzung in den keramischen Werkstoffen Spannungen und Risse entstehen, die auf unterschiedliche thermische Eigenschaften, insbesondere auf unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Metalle und der keramischen Werkstoffe, zurückzuführen sind. Insbesondere hohen Temperaturen und darüber hinaus zusätzlich hohen dynamischen Belastungen ausgesetzten Bauteilen, wie beispielsweise im Turbinenbau, führen diese Spannungen, Risse und auch andere, störende Erscheinungen zu Beschädigungen der jeweils hoch beanspruchten Bauteile, die letzten Endes bis hin zur Zerstörung entsprechender Maschinen und Anlagen führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hoch beanspruchbaren Verbund-Werkstoff zur Herstellung einer Mikrogasturbine zu schaffen, wobei der Verbund-Werkstoff nach entsprechender Formgebung sowohl als Gehäuse als auch als Läufer direkt herzustellen und wartungsarm in der Mikrogasturbine einsetzbar ist und wobei der Herstellungsaufwand zu senken, die Masse zu verringern sowie ferner der Gesamtwirkungsgrad zu verbessern ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und einem Bauteil aus einem Verbund-Werkstoff nach den Merkmalen der Ansprüche 1 und 11 gelöst. In abhängigen Unteransprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es in vorteilhafter Weise möglich, ein Bauteil aus einem Keramik-Verbund-Werkstoff herzustellen, das warmfest ist und für hohe und höchstbelastbare Mikrogasturbinen wartungsarm zur Erzielung eines hohen Gesamtwirkungsgrades kostengünstig einsetzbar ist.

Für seine Herstellung weist ein entsprechender Grundkörper des Bauteils im Wesentlichen eine der dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechenden Endform vorgegebene Rohform auf. Dieser jeweilige Grundkörper wird zunächst mit einer Schutzschicht umgeben, auf die wenigstens eine den Grundkörper ummantelnde Isolierschicht aufgetragen wird, in dem ein Stützgitter eingesetzt und fixiert wird.

Die erste den Grundkörper umgebende Isolierschicht dient dabei als Schutzschicht zur Verhinderung ungewollter chemischer Reaktionen und Zersetzungsprozesse des Grundkörpers, und als Unterlage für einen auf den Grundkörper erfolgenden, weiteren Aufbau von weiter unten näher beschriebenen Isolierschichten.

Bei der Verwendung und Anordnung von mehreren Isolierschichten auf dem Grundkörper wird in die jeweiligen Isolierschichten wenigstens ein Stützgitter eingesetzt und mit der Isolierschicht intensiv verbunden.

Der Grundkörper mit der aufgebrachten Schutzschicht wird dazu zunächst mit einem Stützgewebe ummantelt, das in geeigneter Weise am Grundkörper fixiert wird.

Auf dieses Stützgewebe wird anschließend mit einer homogenen Schichtdicke eine erste Isolierschicht aufgetragen, die aus einer im Rohzustand teigigen Masse eines feinkeramischen Werkstoffes besteht. Die Isolierschicht wird dabei mit dem Stützgewebe intensiv verbunden.

In die Masse für die Isolierschicht werden in definierter Menge geeignete Porenbildner eingegeben, die durch die nach dem Auftragen folgenden Arbeitsgänge, insbesondere durch entsprechende Wärmebehandlungen, in der Masse während der Wärmeeinwirkung verbrennen und somit Hohlräume in minimalen Abmessungen hinterlassen, wodurch die Isolierschicht eine poröse Struktur erhält. Die somit gebildeten Poren sind meist rundlich und bilden damit einen besseren Zusammenhalt entlang der Kristallgrenzen, da nicht von vorn herein Risse in das Material eingetragen werden.

Die poröse Schicht ist zudem bedeutend besser in der Lage, Dehnungs- und Spannungsunterschiede der eingesetzten Materialien untereinander auszugleichen, ohne die Grundfestigkeit und/oder den Werkstoffverbund zu verlieren.

Die unterschiedlichen Mixturen der keramischen Massen können sehr einfach den unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden durch Veränderung der Korngröße der Porenbildner und der Durchmischung der keramischen Mixtur mit den Porenbildnern.

Dieser zunächst derart mit der ersten Isolierschicht beschichtete Grundkörper wird nachfolgend getrocknet und anschließend wird die feinkeramische Isolierschicht dem erwähnten Brennprozess, einem Grundbrennprozess, ausgesetzt.

Bei diesem Brennprozess wird die feinkeramische Isolierschicht entsprechend der Brenntemperatur in üblicher Weise gehärtet, wobei während der Brennphase die erwähnten Poren in der keramischen Isolierschicht gebildet werden.

Der in dieser Art gebildete Grundkörper mit der ersten Isolierschicht wird analog der vorhergehend beschriebenen Schritte mit wenigstens einem weiteren Stützgewebe bedeckt, das an der ersten Isolierschicht entsprechend fixiert wird.

Eine weitere Isolierschicht aus einem keramischen Werkstoff wird auf das bereits auf der vorgebrannten, ersten keramischen Isolierschicht aufgelegte Stützgewebe gemäß dem vorhergehenden Schritt aufgetragen und in gleicher Weise getrocknet. Bei einem folgenden Grundbrennprozess wird diese keramische Isolierschicht in gleicher Weise wie die vorherige keramische Isolierschicht gebrannt.

Je nach Anwendungsfall werden mehrere keramische Isolierschichten übereinander liegend in gleicher Weise auf den jeweiligen Grundkörper aufgebracht, wobei durch unterschiedliche Behandlungsschritte während der Schichtbildung in den jeweiligen keramischen Isolierschichten unterschiedliche Eigenschaften erzeugt werden können.

Die letzte, oben liegende Isolierschicht wird mit ebenfalls innen liegendem Stützgewebe als Kompensationsschicht ausgebildet, die nachfolgend glasiert und einer thermischen Endbehandlung unterzogen wird.

Nach der thermischen Endbehandlung wird das Bauteil gemäß der Erfindung durch geeignete Maßnahmen formgebend aus dem auf den jeweiligen Grundkörper aufgebrachten, gebrannten Keramik-Verbund-Werkstoff herausgearbeitet.

Mit der Erfindung ist es möglich, sowohl jeweilige Turbinengehäuse mit entsprechenden Leitschaufeln und Lagerstellen als auch Turbinenläufer mit entsprechenden Laufschaufeln und Lagerstellen für eine Mikrogasturbine kostengünstig herzustellen.

Die nach der Erfindung hergestellten Bauteile beziehungsweise Gehäuse und Läufer für Mikrogasturbinen zeichnen sich durch eine hohe Warmfestigkeit aus, wodurch Maßnahmen zur Kühlung der jeweiligen Bauteile und der Mikrogasturbine entfallen können.

Die Erfindung ermöglicht ferner eine Verringerung der Dichtspalte zwischen miteinander korrespondierenden Bauteilen, wodurch der Wirkungsgrad erhöht und die Effektivität einer derart gebildeten Mikrogasturbine verbessert werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Grundkörper aus einer warmfesten Stahl-Legierung gebildet, die besonders für den Einsatz in hohen Temperaturbereichen vorgesehen werden. Der Einsatz einer warmfesten Leichtmetall-Legierung bewirkt eine Gewichts-/Massereduzierung.

Ebenfalls zur Masse-/Gewichtsreduktion bei vergleichbarer Leistung und zu erhöhter Festigkeit trägt gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung bei, dass der Grundkörper aus einem Carbon-Verbund-Werkstoff oder aus Carbon hergestellt wird.

Ferner besteht nach weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Möglichkeit darin, den Grundkörper aus einem offenporigen oder geschlossenporigen Metallschaum zu bilden, der insbesondere Vorteile hinsichtlich der Verringerung der Vibration während des Betriebes als auch eine vergleichsweise hohe Dämpfung bewirkt, wodurch besonders die Laufruhe einer derartigen Turbine verbessert wird.

Die gemäß weiterer Ausgestaltung vorgesehene Verwendung verschiedener Tonarten für die jeweiligen keramischen Isolierschichten sowie die Einbringung definierter Mengen von Porenbildnern in diese Isolierschichten trägt insbesondere dazu bei, die thermischen Eigenschaften des jeweiligen keramischen Werkstoffs zu beeinflussen, wodurch diese Eigenschaften je nach Schichtaufbau und Lage der Isolierschicht gegenüber dem Grundkörper gezielt verändert werden können.

Die gemäß einer weiteren Ausgestaltung eingesetzten Porenbildner sind besonders für eine homogene Porenbildung geeignet. Diese Porenbildner brennen in der Isolierschicht während des Brenn- beziehungsweise Sintervorgangs aus und hinterlassen entsprechende Poren in der gebrannten Keramik.

Von Vorteil ist dabei insbesondere, dass die thermischen Eigenschaften des überwiegend wärmeleitenden Grundkörpers von diesem schrittweise und nach außen abwendend, an die Eigenschaften der äußeren Isolierschicht angepaßt werden können.

In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, das Stützgewebe aus hochfestem Metallgewebe zu bilden, das gitterförmig in der jeweiligen Isolierschicht eingesetzt ist.

Alternativ dazu können Carbonfasern als Stützgitter in eine oder mehrere der keramischen Isolierschichten eingesetzt werden, wodurch die mechanische beziehungsweise dynamische Festigkeit, insbesondere eines jeweiligen Turbinenläufers und dessen Laufschaufeln, verbessert wird.

Für besondere Anwendungsfälle ist eine Kombination von Carbonfasern und Metallgewebe vorteilhaft.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteile aus Keramik-Verbund-Werkstoff sind vorteilhaft für thermisch und mechanisch hoch und höchstbeanspruchte Turbinen, insbesondere Mikrogasturbinen in Axialbauweise, bis zu Leistungsgrößen von 150KW und Temperaturen bis zu 2000° einsetzbar. Die porösen keramischen Isolations- beziehungsweise Kompensationsschichten dienen dabei dazu, die Materialspannungen und die Temperaturbelastung des Materials zu vermindern und insbesondere deren Auswirkungen herabzusetzen.

Von Vorteil werden dabei die thermischen Eigenschaften kompensiert, wenn eine Mehrzahl unterschiedlicher Isolierschichten zur Anwendung gelangt, wobei Unterschiede in der jeweiligen Schichtbildung neben der Werkstoffauswahl durch Änderung der Porosität, der thermischen Eigenschaften und der zum Einsatz gelangenden Prozesstechnik erzielt werden.

Dabei sind die Poren bei den keramischen Werkstoffen ein wichtiger Gefügebestandteil, wobei ein Porenvolumenanteil von unter 0,5% bei einer hochfesten Hochleistungskeramik, bis zu 95% bei hochporöser Filter- oder Schaumkeramik reichen kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und anhand einer Zeichnung näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
1: eine schematische Schnittdarstellung eines nach dem Verfahren hergestellten Turbinenläufers,
2: eine schematische Schnittdarstellung eines nach dem Verfahren hergestellten Turbinengehäuses mit Turbinenläufer.
In der 1 ist ein nach dem Verfahren hergestellter Turbinenläufer aus einem Keramik-Verbund-Werkstoff mit der Position 1 gekennzeichnet.
Der Turbinenläufer 1 weist im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel einen rohrförmigen Grundkörper 2 auf, der beispielsweise aus einer nicht näher bezeichneten Stahllegierung besteht. Der Grundkörper 2 ist zur Vermeidung von Korrosionsschäden mit einer Schutzschicht 2.1 aus Graphit umgeben.
Auf diese Schutzschicht 2.1 ist ein Stützgewebe 3 aufgetragen, das den Grundkörper 2 mit der Schutzschicht 2.1 allseitig umgibt und in geeigneter Weise fixiert ist. Das Stützgewebe 3 besteht hier aus einem gitterförmigen Verbund hochfester Fasern, beispielsweise aus Carbonfasern.
Das Stützgewebe 3 wird mit einer ersten homogenen, porösen keramischen Isolierschicht 4 ummantelt.
Diese keramische Isolierschicht 4 besteht aus einer Masse, die aus Ton oder einer Werkstoffkombination mehreren Tonarten gemischt und mit Porenbildnern (nicht dargestellt) versehen ist.
Als Porenbildner sind der Masse beispielsweise Stearin oder imprägnierter Grieß in bestimmter Menge beigefügt und intensiv mit der Masse vermischt.
Die Masse wird auf das Stützgewebe 3 in einer definierten Schichtdicke aufgetragen und einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei die Masse mit dem Stützgewebe 3 getrocknet und vorgebrannt wird (Grundbrennprozess).
Auf diese derart gebildete erste keramische Isolierschicht 4 wird ein weiteres Stützgewebe 5 in gleicher Weise wie beschrieben aufgebracht, fixiert und anschließend mit wenigstens einer weiteren keramischen Isolierschicht 6 ummantelt, wobei die Isolierschicht 6 mit dem Stützgewebe 5 verbunden wird. Die keramische Isolierschicht 6 besteht aus der gleichen Masse eines keramischen Werkstoffes wie in der ersten Isolierschicht 4 verwendet worden ist oder es besteht aus einer Anzahl anderer Komponenten, um andere Eigenschaften erzielen zu können.
Die Isolierschicht 6 wird ebenso behandelt wie vorstehend beschrieben, sie wird einschließlich des Stützgewebes 5 getrocknet und in einem weiteren Grundbrennprozess gehärtet.
An dem Grundkörper 2 sind an einer definierten Position eine Anzahl von Laufschaufeln 7 vorgesehen, die in einer vorgegebenen Stückzahl auf den Umfang des Grundkörpers 2 verteilt und mit dem Grundkörper 2 verbunden sind.
Die Laufschaufeln 7 sind im hier beschriebenen Stadium der Fertigung als roher Ring dargestellt, wobei auf die vorher auf den Grundkörper aufgetragenen, vorgebrannten keramischen Isolierschichten 4 und 6 gitterförmiges Stützgewebe 9 aufgebracht wird.
In Verbindung mit einer keramischen Masse wird das Stützgewebe 9 an der Position der Laufschaufeln 7 auf der vorhergehend vorgebrannten keramischen Isolierschicht 6 ringförmig aufgetragen, wobei oben liegend eine Kompensationsschicht 8 vorgesehen wird.
Die derart geformte keramische Masse wird mit der Kompensationsschicht 8 getrocknet, glasiert und anschließend in einem definierten Brennprozess endgebannt.
Der endgebrannte Keramik-Verbund wird nachfolgend bearbeitet, wobei sowohl die einzelnen Laufschaufeln 7 entsprechend der vorgegebenen Anzahl von Laufschaufeln 7 aus der Masse maßgenau heraus gearbeitet als auch die Lagerstellen 12 (2) entsprechend bearbeitet werden.
In der 2 ist eine schematische Schnittdarstellung durch ein Turbinengehäuse 10 dargestellt, das einen Grundkörper 11 aufweist, der mit einer gegen Korrosion eingesetzten Schutzschicht 11.1 umgeben ist.
Der Grundkörper 11 ist in analoger Weise zum Grundkörper 2 des Turbinenläufers 1 aus einer Anzahl von keramischen Isolierschichten mit eingelagerten Stützgeweben gebildet, wobei an entsprechenden Positionen Lagerstellen 12 für die entsprechenden Lagerstellen des Turbinenläufers 1 vorgesehen sind.
In axialer Gegenüberlage zu den Laufschaufeln 7 des Turbinenläufers 1 sind am Grundkörper 11 Leitschaufeln 13 angeordnet, die in gleicher Weise wie die Laufschaufeln 7 aus dem Werkstoff-Verbund herausgearbeitet sind, jedoch mit einer in strömungstechnisch den Laufschaufeln 7 entgegenstehender Richtung.

1: Turbinenläufer
2: Rohrförmiger Grundkörper
2.1: Schutzschicht
3: Stützgewebe
4: Erste keramische Isolierschicht
5: Stützgewebe
6: Weitere keramische Isolierschicht
7: Laufschaufel
8: Keramische Kompensationsschicht
9: Stützgewebe
10: Turbinengehäuse
11: Grundkörper
11.1: Schutzschicht
12: Lager
13: Leitschaufel
14: Ringkanal

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Keramik-Verbund-Werkstoff, mit einem Grundkörper, für thermisch und dynamisch hoch beanspruchbare Turbinen, insbesondere für Mikrogasturbinen, • wobei der Grundkörper mit einer Schutzschicht umgeben wird, auf der ein erstes Stützgewebe angeordnet und am Grundkörper befestigt wird; • wobei auf das erste Stützgewebe eine poröse, homogene erste Isolierschicht aufgetragen wird; • wobei die homogene erste Isolierschicht aus einem feinkeramischen Werkstoff besteht; • wobei auf die homogene erste feinkeramische Isolierschicht wenigstens eine weitere hochtemperaturfeste, keramische Isolierschicht aufgetragen wird; • wobei die wenigstens eine weitere keramische Isolierschicht mit einem Stützgewebe umgeben und in die keramische Isolierschicht eingelagert wird; • wobei jeweils nach Auftragen der jeweiligen Isolierschicht ein Grundbrennprozess durchgeführt wird, bei dem die jeweilige Isolierschicht mit dem jeweiligen Stützgewebe unter definierter Wärmeeinwirkung getrocknet und die jeweilige Isolierschicht gebrannt wird; • wobei nach dem letzten Grundbrennprozess auf das oben liegende Stützgewebe mit der entsprechenden keramischen Isolierschicht ein weiteres gitterförmiges, hochtemperaturfestes Stützgewebe und eine feinporige keramische Isolierschicht als oben liegende Kompensationsschicht aufgebracht wird; • wobei anschließend die oben liegende Kompensationsschicht glasiert, einer thermischen Endbehandlung ausgesetzt und gebrannt wird, und • wobei nachfolgend der gebrannte Keramik-Verbund formgebend bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein warmfestes Metall, eine warmfeste Metall-Legierung oder eine warmfeste Leichtmetall-Legierung als Grundkörper eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Nichtmetall oder eine Nichtmetall-Legierung als Grundkörper eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 3, wobei der Grundkörper aus Carbon oder Carbon-Verbundwerkstoff gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper aus einem offenporigen oder geschlossenporigen Metallschaum gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei auf den Grundkörper eine Graphitschicht als Schutzschicht aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die keramischen Isolierschichten aus einem Gemisch aus verschiedenen Tonen gebildet werden, in die eine definierte Menge von Porenbildnern eingegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei als Porenbildner Stearin oder imprägnierter Grieß in das Gemisch der jeweiligen keramischen Isolierschicht eingebracht und die Porenbildner mit den Tonen intensiv vermischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Stützgewebe in der ersten und der wenigstens einen weiteren keramischen Isolierschicht aus hochtemperaturfesten Carbonfasern besteht, wobei das jeweilige Stützgewebe in die keramische Isolierschicht eingefügt wird, und wobei in dem Stützgewebe die Carbonfasern zu einer gitterförmigen Struktur zusammengefügt und das Stützgewebe und die jeweilige keramische Isolierschicht miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in die keramische Isolierschicht ein gitterförmiges, warmfestes Metallgewebe eingesetzt und mit der jeweiligen keramischen Isolierschicht verbunden wird.
Bauteil aus Keramik-Verbund-Werkstoff für die Verwendung in thermisch und dynamisch hoch beanspruchten Turbinen, mit einem Grundkörper, insbesondere für Gasturbinen, • wobei der Grundkörper (2; 11) mit einer Schutzschicht (2.1; 11.1) und einem ersten Stützgewebe (3) umgeben ist; • wobei das erste Stützgewebe (3) mit einer ersten Isolierschicht (4) ummantelt ist; • wobei die erste Isolierschicht (4) aus einem feinkeramischen Werkstoffgemisch besteht und in einem Grundbrennprozess gebrannt ist; • wobei die erste keramische Isolierschicht (4) wenigstens eine weitere hochtemperaturfeste keramische Isolierschicht (6) aufweist; • wobei die wenigstens eine weitere hochtemperaturfeste keramische Isolierschicht (6) ein eingelagertes Stützgewebe (5) enthält und die keramische Isolierschicht (6) in einem weiteren Grundbrennprozess gebrannt ist; • wobei auf der keramischen Isolierschicht (6) eine aus verschiedenen keramischen Massen bestehende und mit einem eingelagerten hochwarmfesten Stützgewebe (9) versehene, formbare oben liegende keramische Kompensationsschicht (8) angeordnet ist, die glasiert und in einem Endbrennprozess endgebrannt ist, und • wobei der jeweilige Grundkörper (2.1; 11) mit endgebrannten keramischen Isolierschichten (4; 6) und der Kompensationsschicht (8) als Turbinenläufer (1) mit integrierten Laufschaufeln (7) beziehungsweise als Turbinengehäuse (10) mit integrierten Leitschaufeln (13) und gemeinsamen Lagerstellen (12) spangebend geformt sind.
Bauteil nach Anspruch 11, bei dem das in die jeweilige Isolierschicht (4; 6; 9) eingelagerte Stützgewebe (3; 5; 8) aus gitterförmig gebildeten Carbonfasern oder einem warmfesten, gitterförmigen Metallgewebe besteht.
Bauteil nach Anspruch 11, bei dem der Grundkörper (2; 11) aus einem warmfesten oder hochwarmfesten Nichtmetall oder einer warmfesten oder hochwarmfesten Nichtmetall-Legierung für die Verwendung für Baugruppen von Turbinen, insbesondere für Gehäuse mit Leitschaufeln und Läufer mit Laufschaufeln von Turbinen, besteht.
Bauteil nach Anspruch 11, bei dem der Grundkörper (2; 11) aus einem warmfesten oder hochwarmfesten Metall oder einer warmfesten oder hochwarmfesten Metall-Legierung besteht.
Bauteil nach Anspruch 11, bei dem der Grundkörper (2; 11) aus einer warmfesten Stahl-Legierung besteht.
Bauteil nach Anspruch 11, bei dem der Grundkörper (2; 11) aus rostfreiem Stahl besteht.
Bauteil nach Anspruch 11, bei dem der Grundkörper (2; 11) aus einem Metallschaum besteht.
Bauteil nach Anspruch 11, bei dem der Grundkörper (2; 11) aus Carbon oder einem Carbon-Verbundwerkstoff besteht.