DE102005048323A1 - Wärmedämmschicht - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmedämmschicht für ein Bauteil, insbesondere für ein Gasturbinenbauteil, bestehend aus einem Wärmedämmmaterial, welches aus einer Mischung aus mindestens zwei Werkstoffen gebildet ist, nämlich zumindest aus einem Lanthan-Werkstoff und einem Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid-Werkstoff.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmedämmschicht für ein Bauteil, insbesondere für ein Gasturbinenbauteil.
  • Zum Schutz vor hohen Temperaturen und vor Heißgaskorrosion werden metallische Bauteile einer Gasturbine mit Wärmedämmschichten versehen. So zeigt zum Beispiel die DE 100 08 861 A1 ein Wärmedämmschichtsystem für ein metallisches Bauteil, wobei das Wärmedämmschichtsystem aus zwei Schichten besteht, nämlich aus einer inneren Kontaktschicht und einer äußeren Deckschicht. Die innere Kontaktschicht befindet sich zwischen einer Haftvermittlungsschicht und der äußeren Deckschicht, wobei die Haftvermittlungsschicht auf dem Bauteil aufgebracht ist. Die innere Kontaktschicht des Wärmedämmschichtsystems gemäß DE 100 08 861 A1 ist aus mit Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid gebildet, die äußere Deckschicht besteht aus vollstabilisiertem, kubischem Zirkonoxid. Eine weitere Wärmedämmschicht auf Basis von mit Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid ist aus der DE 198 58 701 C2 bekannt. Die DE 198 07 163 C1 offenbart ein Wärmedämmmaterial für eine Wärmedämmschicht, wobei es sich bei dem dort offenbarten Wärmedämmmaterial um einen Lanthan-Werkstoff, insbesondere um Lanthanhexaaluminat, handelt.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Wärmedämmschicht zu schaffen.
    •
  • Dieses Problem wird durch eine Wärmedämmschicht gemäß Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Wärmedämmschicht besteht aus einem Wärmedämmmaterial, welches aus einer Mischung aus mindestens zwei Werkstoffen bebildet ist, nämlich aus einer Mischung aus zumindest einem Lanthan-Werkstoff und einem mit Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid-Werkstoff.
  • Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals eine Wärmedämmschicht vorgeschlagen, die aus einem Lanthan-Werkstoff und einem Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid-Werkstoff gemischten Wärmedämmmaterial gebildet ist. Durch die Mischung dieser Werkstoffe zu einem Wärmedämmmaterial für eine Wärmedämmschicht kann eine Wärmedämmschicht bereitgestellt werden, die gegenüber Wärmedämmschichten, die aus einem reinen bzw. ungemischten Lanthan-Werkstoff oder einem reinen bzw. ungemischten Yttriumoxid teilstabilisierten Zirkonoxid-Werkstoff gebildet sind, über eine verbesserte Thermowechselbeständigkeit, Sinterstabilität sowie Erosionsbeständigkeit verfügen.
    •
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die Wärmedämmschicht aus einer Mischung aus Lanthanhexaaluminat und mit 7 bis 15 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, nachfolgend näher erläutert.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmedämmschicht für ein Bauteil, insbesondere für ein Gasturbinenbauteil, wobei die Wärmedämmschicht aus einem Wärmedämmmaterial gebildet ist. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist das Wärmedämmmaterial aus mindestens zwei Werkstoffen gebildet, nämlich zumindest aus einem Lanthan-Werkstoff und einem Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid-Werkstoff.
  • Der Yttriumoxid teilstabilisierte Zirkonoxid-Werkstoff enthält 7 bis 15 Gew.-% Yttriumoxid. Vorzugsweise beträgt der Anteil des Yttriumoxids im mit Yttriumoxid teilstabilisierten Zirkonoxid-Werkstoff 7 bis 9 Gew.-% und/oder 13 bis 15 Gew.-%. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante verfügt das Wärmedämmmaterial über einen mit 8 Gew.-% und/oder mit 14 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisierten Zirkonoxid-Werkstoff.
  • Bei dem Lanthan-Werkstoff handelt es sich vorzugsweise um Lanthanhexaaluminat.
  • Wie bereits erwähnt, ist das Wärmedämmmaterial eine Mischung aus Lanthanhexaaluminat und mit Yttriumoxid teilstabilisierten Zirkonoxid, wobei folgende Zusammensetzung bevorzugt ist:
    • a) 97 bis 3 Gew.-% Lanthanhexaaluminat, und
    • b) 3 bis 97 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid.
  • Dann, wenn mit 7 bis 9 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid verwendet wird, ist folgendes Mischungsverhältnis des Wärmedämmmaterials bevorzugt:
    • a) 97 bis 3 Gew.-% Lanthanhexaaluminat, und
    • b) 3 bis 97 Gew.-% mit 7 bis 9 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid.
  • Dann hingegen, wenn mit 13 bis 15 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid verwendet wird, ist folgendes Mischungsverhältnis für das Wärmedämmmaterial bevorzugt:
    • a) 97 bis 3 Gew.-% Lanthanhexaaluminat, und
    • b) 3 bis 97 Gew.-% mit 13 bis 15 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid.
  • Ebenso ist es möglich, das Wärmedämmmaterial aus drei Werkstoffen zu mischen, nämlich aus Lanthanhexaaluminat, aus mit 7 bis 9 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid und aus mit 13 bis 15 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid, wobei dann folgendes Mischungsverhältnis bevorzugt ist:
    • a) 97 bis 3 Gew.-% Lanthanhexaaluminat, und
    • b) 3 bis 97 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid, wobei das Yttriumoxid teilstabilisierte Zirkonoxid aus 3 bis 97 Gew.-% mit 7 bis 9 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid und aus 97 bis 3 Gew.-% mit 13 bis 15 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid besteht.
  • Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, eine Wärmedämmschicht aus einem Wärmedämmmaterial herzustellen, welches aus einer Mischung aus einem Lanthan-Werkstoff, vorzugsweise aus Lanthanhexaaluminat, und eine mit Yttriumoxid teilstabilisierten Zirkonoxid-Werkstoff gebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von mit 13 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise mit 14 Gew.-%, Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid. Die mit einem solchen Wärmedämmmaterial hergestellte Wärmedämmschicht verfügt über hervorragende Eigenschaften, insbesondere über eine hervorragende Thermowechselbeständigkeit sowie Erosionsbeständigkeit.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Lanthanhexaaluminat der erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht um einen Lanthan-Werkstoff handelt, wie er aus der DE 198 07 163 C1 bekannt ist. Vorzugsweise handelt es sich um Lanthanhexaaluminat der Struktur La Al11 MO19, welches mit einem zweiwertigen Metall M stabilisiert ist. Bei dem Metall M handelt es sich vorzugsweise um Magnesium Mg. Weitere Details des Lanthan-Werkstoffs können der DE 198 07 163 C1 entnommen werden, auf deren Offenbarungsgehalt hier durch Verweis explizit Bezug genommen wird.

Claims (9)

  1. Wärmedämmschicht für ein Bauteil, insbesondere für ein Gasturbinenbauteil, bestehend aus einem Wärmedämmmaterial, welches aus einer Mischung aus mindestens zwei Werkstoffen gebildet ist, nämlich zumindest aus einem Lanthan-Werkstoff und einem Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid-Werkstoff.
  2. Wärmedämmschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Yttriumoxid teilstabilisierte Zirkonoxid-Werkstoff 7 bis 15 Gew.-% Yttriumoxid enthält.
  3. Wärmedämmschicht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Yttriumoxid teilstabilisierte Zirkonoxid-Werkstoff 7 bis 9 Gew.-%, insbesondere 8 Gew.-%, Yttriumoxid enthält.
  4. Wärmedämmschicht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Yttriumoxid teilstabilisierte Zirkonoxid-Werkstoff 13 bis 15 Gew.-%, insbesondere 14 Gew.-%, Yttriumoxid enthält.
  5. Wärmedämmschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lanthan-Werkstoff Lanthanhexaaluminat ist.
  6. Wärmedämmschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmmaterial eine Mischung folgender Werkstoffe ist: a) 97 bis 3 Gew.-% Lanthanhexaaluminat, und b) 3 bis 97 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid.
  7. Wärmedämmschicht nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmmaterial eine Mischung folgender Werkstoffe ist: a) 97 bis 3 Gew.-% Lanthanhexaaluminat, und b) 3 bis 97 Gew.-% mit 7 bis 9 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid.
  8. Wärmedämmschicht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmmaterial eine Mischung folgender Werkstoffe ist: a) 97 bis 3 Gew.-% Lanthanhexaaluminat, und b) 3 bis 97 Gew.-% mit 13 bis 15 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid.
  9. Wärmedämmschicht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmmaterial eine Mischung folgender Werkstoffe ist: a) 97 bis 3 Gew.-% Lanthanhexaaluminat, und b) 3 bis 97 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid, wobei das Yttriumoxid teilstabilisierte Zirkonoxid aus 3 bis 97 Gew.-% mit 7 bis 9 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid und aus 97 bis 3 Gew.-% mit 13 bis 15 Gew.-% Yttriumoxid teilstabilisiertem Zirkonoxid besteht.
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