DE102008058614A1 - Verfahren zur Herstellung einer Wärmedämmschicht, Wärmedämmschicht und Bauteil zur Verwendung in Verdichter- und Turbinenkomponenten - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wärmedämmschicht (10) auf einem Bauteil, insbesondere einem hochtemperaturbelasteten oder heißgasbelasteten Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Aufbringen eines Schlickers auf die die Haftvermittlungsschicht aufweisenden Bereiche der Bauteiloberfläche, wobei der Schlicker hohlkugelförmige Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel (12) enthält und b) Sintern des Schlickers unter Ausbildung der Wärmedämmschicht (10), derart, dass die hohlkugelförmige Ausgestaltung der Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel in überwiegendem Maße erhalten bleibt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Wärmedämmschicht (10) für Bauteile zur Verwendung in Verdichter- und Turbinenkomponenten, insbesondere für ein hochtemperaturbelastetes oder heißgasbelastetes Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, wobei die Wärmedämmschicht (10) aus einem keramischen Werkstoff besteht und gesintert ist sowie hohlkugelförmige Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel (12) enthält. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Bauteil mit der erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht (10).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wärmedämmschicht auf einem Bauteil, insbesondere einem hochtemperaturbelasteten oder heißgasbelasteten Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Wärmedämmschicht für Bauteile zur Verwendung in Verdichter- und Turbinenkomponenten, insbesondere für ein hochtemperaturbelastetes oder heißgasbelastetes Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, wobei die Wärmedämmschicht aus einem keramischen Werkstoff besteht. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bauteil zur Verwendung in Verdichter- und Turbinenkomponenten, insbesondere ein hochtemperaturbelastetes oder heißgasbelastetes Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks bestehend aus einem metallischen Substrat und einer auf das metallische Substrat zumindest teilweise direkt oder indirekt aufgebrachten Wärmedämmschicht.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wärmedämmschicht auf Bauteilen, insbesondere zur Verwendung in Verdichter- und Turbinenkomponenten, bekannt. Dabei wird eine Keramikschicht entweder durch ein Plasmaspritzverfahren oder mittels physikalischen oder chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren (PVD, CVD) auf das Bauteil aufgebracht. Durch die Verwendung von physikalischen Dampfablagerungsverfahren, insbesondere auch der Elektronenstrahlbedampfung (EB-PVD), entstehen Keramikschichten mit stängel- oder säulenförmigen Kornmikrostrukturen. Derartig hergestellte keramische Wärmedämmschichten haben gegenüber den durch einen thermischen Spritzprozess hergestellten Wärmedämmschichten den Vorteil, dass sie infolge der Säulenstruktur einen verbesserten Stoßwiderstand aufweisen. Zudem lassen Zwischenräume zwischen den einzelnen Stängeln oder Säulen ein Ausdehnen und Zusammenziehen des Stängelgefüges zu, ohne dass es zu Spannungen kommt, die im Extremfall zum Abplatzen einzelner Teile der Wärmedämmschicht führen können. Durch das zusätzliche Auftragen von wärmedämmenden Keramikschichten auf die genannten Bauteile wird die Bauteilwerkstofftemperatur erniedrigt und damit die Festigkeit erhalten. Als keramischer Werkstoff wird dabei meistens Zirkoniumoxid mit verschiedenen Stabilisatoren, insbesondere Yttriumoxid, verwendet. Verfahren zur Herstellung keramischer Wärmedämmschichten und entsprechende Wärmedämmschichten für metallische Bauteile zur Verwendung in Verdichter- und Turbinenkomponenten sind aus der DE 601 03 526 T2 , der DE 693 18 856 T2 sowie den US-Patentschriften US-A-4 321 311 , US-A-4 401 697 , US-A-4 405 659 sowie US-A-5 514 482 bekannt.
  • Nachteilig an den bekannten Verfahren zur Herstellung von keramischen Wärmedämmschichten sowie den daraus hergestellten Wärmedämmschichten ist jedoch, dass durch die Verwendung von physikalischen oder chemischen Gasabscheidungsverfahren relativ dichte säulen- bzw. stängelartige Strukturen entstehen. Die relativ hohe Dichte begünstigt jedoch nachteiligerweise den Wärmefluss innerhalb der keramischen Wärmedämmschicht. Zudem weisen diese bekannten Wärmedämmschichten ein relativ hohes Gewicht auf, wodurch sich Nachteile bei unterschiedlichsten Anwendungsbereichen ergeben.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wärmedämmschicht bereitzustellen, bei dem die resultierende Wärmedämmschicht relativ leicht ist und eine sehr hohe Wärmedämmwirkung aufweist.
  • Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Wärmedämmschicht für ein Bauteil mit einem relativ niedrigen Gewicht und sehr hoher Wärmedämmwirkung bereitzustellen.
  • Zudem ist es weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Bauteil zur Verwendung in Verdichter- und Turbinenkomponenten, insbesondere ein hochtemperaturbelastetes oder heißgasbelastetes Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks bestehend aus einem metallischen Substrat und einer auf das metallische Substrat zumindest teilweise direkt oder indirekt aufgebrachten Wärmedämmschicht bereitzustellen, wobei die Wärmedämmschicht ein gegenüber bekannten Wärmedämmschichten deutlich reduziertes Gewicht bei gleichzeitig hoher Wärmedämmwirkung aufweist.
  • Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Wärmedämmschicht gemäß den Merkmalen des Anspruchs 17 sowie ein Bauteil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 24.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wärmedämmschicht auf einem Bauteil, insbesondere einem hochtemperaturbelasteten oder heißgasbelasteten Bauteil eine Gasturbine oder eines Flugtriebwerks umfasst folgende Schritte:
    • a) Aufbringen eines Schlickers auf die die Haftvermittlungsschicht aufweisenden Bereiche der Bauteiloberfläche, wobei der Schlicker hohlkugelförmige Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel enthält; und
    • b) Sintern des Schlickers unter Ausbildung der Wärmedämmschicht, derart, dass die hohlkugelförmige Ausgestaltung der Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel in überwiegendem Maße erhalten bleibt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren verzichtet auf übliche Herstellungsverfahren für keramische Wärmedämmschichten, wie z. B. physikalische oder chemische Gasphasenabscheidungsverfahren. Erfindungsgemäß wird die Wärmbedämmschicht durch den Auftrag eines Schlickers und dem anschließenden Sintern des Schlickers hergestellt. Durch die hohlkugelförmige Ausgestaltung der in dem Schlicker bzw. in der entstehenden Wärmedämmschicht enthaltenen Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel ergibt sich eine Wärmedämmschicht mit hoher Wärmedämmwirkung. Zudem ist die Wärmedämmschicht aufgrund der Hohlkugeln sehr leicht. Des Weiteren ergibt sich aufgrund der hohlkugelförmigen Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel bei entsprechender Größe der Partikel eine nur relativ geringe Änderung der Größenverhältnisse durch den Sintervorgang. Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Wärmedämmschicht eine sehr hohe Festigkeit gegenüber auftretenden starken Temperaturdifferenzen aufweist. Schließlich liegt aufgrund der geschlossenen, dichten Packung der Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel auch eine gute Erosionsbeständigkeit der Wärmedämmschicht vor. Der Schlicker kann mit Yttrium, Yttriumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Ceroxid, Scandiumoxid oder Ytterbiumoxid teilstabilisierte Zirkoniumoxidpartikel enthalten. Die Seltenerdoxidpartikel können aus der Gruppe umfassend Yttriumoxidpartikel, Cer-oxidpartikel, Scandiumoxidpartikel, Ytterbiumoxidpartikel, Dysprosiumoxidpartikel, Gadoliniumoxidpartikel, Lanthanoxidpartikel oder einer Mischung davon, ausgewählt werden. Weitere Seltenerdoxide sind ebenfalls verwendbar.
  • In vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Aufbringen des Schlickers eine Haftvermittlungsschicht auf die mit der Wärmedämmschicht zu versehene Oberfläche des Bauteils aufgetragen. Die Haftvermittlungsschicht kann dabei metallisch ausgebildet sein, insbesondere ist die Haftvermittlungsschicht als Aluminium-Schicht oder als Platin-Aluminium-Schicht oder als MCrAlY-Schicht ausgebildet. Die Haftvermittlungsschicht erhöht die Haftung der Wärmedämmschicht auf dem metallischen Bauteil.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Aufbringen der Haftvermittlungsschicht die Bauteiloberfläche zumindest im Bereich der herzustellenden Wärmedämmschicht mit einer Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht beschichtet. Diese Schutzschichten können in bekannter Art und Weise ausgeführt werden und erhöhen insgesamt die Lebensdauer des beschichteten Bauteils.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor dem Aufbringen des Schlickers Grenzzähne vordefinierter Größe bestehend aus einem Bindemittel auf die Haftvermittlungsschicht aufgebracht. Das Aufbringen der Grenzzähne kann dabei mittels eines Siebdruckverfahrens oder durch Rapid Prototyping durchgeführt werden. Die Ausbildung von Grenzzähnen erhöht wiederum die Haftung der Wärmedämmschicht an der Haftvermittlungsschicht.
  • In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der im Verfahrensschritt a) aufgebrachte Schlicker einen Anteil eines Solgels und/oder mindestens eines Bindemittels auf. Das Solgel kann dabei ein anorganisch-oxidisches Gel, insbesondere ein SiO2-Gel sein. Durch den Zusatz eines Solgels ergibt sich eine sehr homogene Verteilung der hohlkugelförmigen Zirkoniumoxidpartikel und der entsprechenden in dem Solgel enthaltenen Partikel, z. B. der SiO2-Partikel. Durch die homogene Verteilung der Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel weist die Wärmedämmschicht über ihren gesamten Bereich relativ konstante Wärmedämmeigenschaften auf.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt nach dem Aufbringen des Schlickers gemäß Verfahrensschritt a) ein zumindest teilweise Entfernen des im Schlicker enthaltenen Bindemittels mittels Tempern. Dadurch ergibt sich eine relativ hohe Packungsdichte der Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel, die wiederum in einer Verbesserung, d. h. einer Erhöhung der Wärmedämmeigenschaften der entstehenden Wärmedämmschicht resultiert.
  • In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach der Ausbildung der Wärmedämmschicht gemäß Verfahrensschritt b) auf diese zumindest teilweise eine Erosionsschutzschicht aufgebracht. Die Erosionsschutzschicht kann dabei aus einem hartkeramischen Werkstoff und/oder einem Metall oder einer Metall-Legierung bestehen. Die Erosionsschutzschicht dient ebenfalls der Verlängerung der Lebensdauer des beschichteten Bauteils, da hierdurch einem Erosionsangriff, z. B. durch stark beschleunigte Partikel zuverlässig entgegengewirkt wird.
  • In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmedämmschicht in einer Dicke zwischen 10 und 3000 μm aufgebracht. Auch andere Mächtigkeiten der Wärmedämmschicht sind denkbar. Der Durchmesser der Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel beträgt üblicherweise 2 bis 200 μm, wobei auch andere geeignete Durchmesser denkbar sind.
  • Eine erfindungsgemäße Wärmedämmschicht für Bauteile zur Verwendung in Verdichter- und Turbinenkomponenten, insbesondere für ein hochtemperaturbelastetes oder heißgasbelastetes Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks besteht aus einem keramischen Werkstoff, wobei die Wärmedämmschicht gesintert ist und hohlkugelförmige Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel enthält. Die erfindungsgemäße Wärmedämmschicht weist aufgrund der hohlkugelförmigen Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel ein relativ niedriges Gewicht auf, wobei zudem eine sehr hohe Wärmedämmwirkung erzielt werden kann. Da die Wärmedämmschicht gesintert ist, bleibt die hohlkugelförmige Ausgestaltung der Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel auch in der resultierenden Wärmedämmschicht erhalten. Die Wärmedämmschicht kann dabei aus einem Schlicker hergestellt werden, der mit Yttrium, Yttriumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Ceroxid, Scandiumoxid oder Ytterbiumoxid teilstabilisierte hohlkugelförmige Zirkoniumoxidpartikel enthält. Die Seltenerdoxidpartikel können aus der Gruppe umfassend Yttriumoxidpartikel, Ceroxidpartikel, Scandiumoxidpartikel, Ytterbiumoxidpartikel, Dysprosiumoxidpartikel, Gadoliniumoxidpartikel, Lanthanoxidpartikel oder einer Mischung davon, ausgewählt werden. Weitere Seltenerdoxide sind ebenfalls verwendbar. Aufgrund der hohlkugelförmigen Ausgestaltung der Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel ändert sich bei entsprechender Auswahl der Partikelgröße die Größe bzw. das Volumen der aufgetragenen Wärmedämmschicht durch das Sintern nur in sehr geringem Maße. Der Durchmesser der Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel kann dabei üblicherweise zwischen 2 μm und 200 μm betragen. Aber auch andere Durchmesser sind denkbar. Des Weiteren weist die Wärmedämmschicht eine sehr hohe Festigkeit gegenüber Temperaturdifferenzen auf. Zudem ergibt sich aufgrund der geschlossenen, dichten Zirkonoxidschicht und/oder Seltenerdoxidschicht eine sehr gute Erosionsbeständigkeit auch ohne den zusätzlichen Auftrag einer speziell ausgebildeten Erosionsschutzschicht.
  • In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Wärmedämmschicht weist der Schlicker einen Anteil eines Solgels und/oder mindestens eines Bindemittels auf. Das Solgel kann dabei ein anorganisch-oxidisches Gel, insbeson dere ein SiO2-Gel sein. Durch die Verwendung eines Solgels bei der Herstellung des Schlickers ergibt sich eine relativ homogene Verteilung der Zirkoniumoxidpartikel im Schlicker und in der daraus durch Sintern resultierenden Wärmedämmschicht. Die Wärmedämmschicht weist daher über ihre gesamte Erstreckung relativ konstante Wärmedämmeigenschaften auf.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht weist diese eine Dicke zwischen 10 μm und 3000 μm auf. Auch andere Mächtigkeiten der Wärmedämmschicht sind denkbar.
  • Ein erfindungsgemäßes Bauteil zur Verwendung in Verdichter- und Turbinenkomponenten, insbesondere ein hochtemperaturbelastetes oder heißgasbelastetes Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks besteht aus einem metallischen Substrat und einer auf das metallische Substrat zumindest teilweise direkt oder indirekt aufgebrachten Wärmedämmschicht wie sie im Vorhergehenden beschrieben worden ist. Ein erfindungsgemäßes Bauteil zeichnet sich einerseits durch seine hohe Wärmebeständigkeit durch das Vorhandensein der Wärmedämmschicht aus, zudem weist das Bauteil gegenüber Bauteilen mit üblichen Wärmedämmschichten ein niedrigeres Gewicht auf, da die aufgetragene Wärmedämmschicht hohlkugelförmige Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel aufweist.
  • In vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils ist zwischen dem Substrat und der Wärmedämmschicht zumindest teilweise eine Haftvermittlungsschicht ausgebildet. Die Haftvermittlungsschicht kann dabei metallisch ausgebildet sein, insbesondere kann die Haftvermittlungsschicht eine Aluminium-Schicht oder Platin-Aluminium- oder MCrAlY-Schicht sein. Die Haftvermittlungsschicht erhöht die Haftung der Wärmedämmschicht auf dem metallischen Bauteil. Des Weiteren ist es möglich, dass auf der Wärmedämmschicht eine Erosionsschutzschicht, insbesondere bestehend aus einem hartkeramischen Werkstoff und/oder einem Metall oder einer Metall-Legierung ausgebildet ist. Durch diese zusätzliche Schutzschicht ergibt sich ein weiterer zuverlässiger Schutz gegen äußere Angriffe durch z. B. Partikel mit hoher Geschwindigkeit, die auf das Bauteil auftreffen. Ein entsprechend beschichtetes Bauteil weist aufgrund der deutlich erhöhten Wärmedämmung und der ebenfalls signifikant erhöhten Erosionsbeständigkeit der Wärmedämmschicht wie des Bauteils insgesamt eine deutlich geringere Verschleißrate bei einer entsprechend höheren Lebensdauer auf. Durch den Verzicht auf herkömmliche Verfahren zur Herstellung bzw. zum Auftrag bekannter Wärmedämmschichten, wie z. B. thermische Spritzverfahren oder physikalische und chemische Gasphasenabscheidungsverfahren kann die Wärmedämmschicht bei relativ niedrigen Temperaturen auf das Bauteil aufge tragen werden. Mögliche thermische Belastungen durch die bekannten Herstellungsverfahren werden so ebenfalls vorteilhafterweise vermieden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt die Figur einen Dünnschliff einer erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht.
  • Die keramische Wärmedämmschicht 10 ist dabei auf einer Bauteiloberfläche eines Bauteils aufgetragen bzw. dort abgelagert worden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Wärmedämmschicht 10 in ihrem gesinterten Zustand mit Yttrium, Yttriumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Ceroxid, Scandiumoxid oder Ytterbiumoxid teilstabilisierte hohlkugelförmige Zirkoniumoxidpartikel 12 auf. Dabei weisen die Zirkoniumoxidpartikel 12 die chemische Zusammensetzung ZrO2 8Y2O3 auf, deren Partikeldurchmesser beträgt zwischen ca. 2 μm und ca. 175 μm. Des Weiteren erkennt man, dass die Zirkoniumoxidpartikel 12 nur zu einem ganz geringen Anteil durch den bei der Herstellung der Wärmedämmschicht 10 verwendeten Sintervorgang komplett aufgeschmolzen worden sind. Die überwiegende Anzahl der Zirkoniumoxidpartikel 12 konnten während des Sintervorgangs nicht vollständig aufgeschmolzen werden und weisen weiterhin eine hohlkugelförmige Ausgestaltung auf. Durch diese hohlkugelförmige Ausgestaltung ergibt sich insgesamt ein relativ geringes Gewicht der Wärmedämmschicht 10, zudem ergeben sich sehr hohe Wärmedämmeigenschaften. Diese sind auch durch die relativ dichte Packung der einzelnen Hohlkugeln bedingt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 60103526 T2 [0002]
    • - DE 69318856 T2 [0002]
    • - US 321311 [0002]
    • - US 4401697 A [0002]
    • - US 4405659 A [0002]
    • - US 5514482 A [0002]

Claims (28)

  1. Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wärmedämmschicht (10) auf einem Bauteil, insbesondere einem hochtemperaturbelasteten oder heißgasbelasteten Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Aufbringen eines Schlickers auf die die Haftvermittlungsschicht aufweisenden Bereiche der Bauteiloberfläche, wobei der Schlicker hohlkugelförmige Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel (12) enthält; und b) Sintern des Schlickers unter Ausbildung der Wärmedämmschicht (10), derart, dass die hohlkugelförmige Ausgestaltung der Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel (12) in überwiegendem Maße erhalten bleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker mit Yttrium, Yttriumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Ceroxid, Scandiumoxid oder Ytterbiumoxid teilstabilisierte Zirkoniumoxidpartikel (12) enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seltenerdoxidpartikel aus der Gruppe umfassend Yttriumoxidpartikel, Ceroxidpartikel, Scandiumoxidpartikel, Ytterbiumoxidpartikel, Dysprosiumoxidpartikel, Gadoliniumoxidpartikel, Lanthanoxidpartikel oder einer Mischung davon, ausgewählt sind.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des Schlickers eine Haftvermittlungsschicht auf die mit der Wärmedämmschicht (10) zu versehende Oberfläche des Bauteils aufgetragen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht metallisch ausgebildet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht als Aluminium-Schicht oder als Platin-Aluminium-Schicht oder als MCrAlY-Schicht ausgebildet ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Haftvermittlungsschicht die Bauteiloberfläche zumindest im Bereich der herzustellenden Wärmedämmschicht (10) mit einer Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht beschichtet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des Schlickers Grenzzähne vordefinierter Größe bestehend aus einem Bindemittel auf die Haftvermittlungsschicht aufgebracht werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzzähne mittels eines Siebdruckverfahrens oder durch Rapid Prototyping hergestellt und aufgebracht werden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Verfahrensschritt a) aufgebrachte Schlicker einen Anteil eines Solgels und/oder mindestens eines Bindemittels aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Solgel ein anorganisch-oxidisches Gel, insbesondere ein SiO2-Gel ist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen des Schlickers gemäß Verfahrensschritt a) ein zumindest teilweises Entfernen des im Schlicker enthaltenden Bindemittels mittels Tempern erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ausbildung der Wärmedämmschicht (10) gemäß Verfahrensschritt b) auf diese zumindest teilweise eine Erosionsschutzschicht aufgebracht wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erosionsschutzschicht aus einem hartkeramischen Werkstoff und/oder einem Metall oder einer Metall-Legierung besteht.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (10) in einer Dicke zwischen 10 und 3000 μm aufgebracht wird.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel (12) zwischen 2 und 200 μm beträgt.
  17. Wärmedämmschicht für Bauteile zur Verwendung in Verdichter- und Turbinenkomponenten, insbesondere für ein hochtemperaturbelastetes oder heißgasbelastetes Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, wobei die Wärmedämmschicht (10) aus einem keramischen Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (10) gesintert ist und hohlkugelförmige Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel (12) enthält.
  18. Wärmedämmschicht nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (10) aus einem Schlicker hergestellt ist, der mit Yttrium, Yttriumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Ceroxid, Scandiumoxid oder Ytterbiumoxid teilstabilisierte hohlkugelförmige Zirkoniumoxidpartikel (12) enthält.
  19. Wärmedämmschicht nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Seltenerdoxidpartikel aus der Gruppe umfassend Yttriumoxidpartikel, Cer-oxidpartikel, Scandiumoxidpartikel, Ytterbiumoxidpartikel, Dysprosiumoxidpartikel, Gadoliniumoxidpartikel, Lanthanoxidpartikel oder einer Mischung davon, ausgewählt sind.
  20. Wärmedämmschicht nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Schlicker einen Anteil eines Solgels und/oder mindestens eines Bindemittels aufweist.
  21. Wärmedämmschicht nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Solgel ein anorganisch-oxidisches Gel, insbesondere ein SiO2-Gel ist.
  22. Wärmedämmschicht nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (10) eine Dicke zwischen 10 und 3000 μm aufweist.
  23. Wärmedämmschicht nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Zirkoniumoxidpartikel und/oder Seltenerdoxidpartikel (12) zwischen 2 und 200 μm beträgt.
  24. Bauteil zur Verwendung in Verdichter- und Turbinenkomponenten, insbesondere hochtemperaturbelastetes oder heißgasbelastetes Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks bestehend aus einem metallischen Substrat und einer auf das metallische Substrat zumindest teilweise direkt oder indirekt aufgebrachten Wärmedämmschicht (10) nach einem der Ansprüche 17 bis 23.
  25. Bauteil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat und der Wärmedämmschicht (10) zumindest teilweise eine Haftvermittlungsschicht ausgebildet ist.
  26. Bauteil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass Haftvermittlungsschicht metallisch ausgebildet ist.
  27. Bauteil nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht eine Aluminium-Schicht oder Platin-Aluminium-Schicht oder MCrAlY-Schicht ist.
  28. Bauteil nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Wärmedämmschicht (10) eine Erosionsschutzschicht, insbesondere bestehend aus einem hartkeramischen Werkstoff und/oder einem Metall oder einer Metall-Legierung ausgebildet ist.
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US321311A (en) 1885-06-30 Metallurgical furnace
US4401697A (en) 1980-01-07 1983-08-30 United Technologies Corporation Method for producing columnar grain ceramic thermal barrier coatings
US4405659A (en) 1980-01-07 1983-09-20 United Technologies Corporation Method for producing columnar grain ceramic thermal barrier coatings
GB2130244A (en) * 1982-03-05 1984-05-31 Rolls Royce Forming coatings by hot isostatic compaction
US5514482A (en) 1984-04-25 1996-05-07 Alliedsignal Inc. Thermal barrier coating system for superalloy components
DE19748461A1 (de) * 1996-11-08 1998-06-18 Gen Electric Überzugs-Zusammensetzung für Substrate auf Metallgrundlage und dazugehörige Verfahren
DE69318856T2 (de) 1992-03-05 1998-10-15 Rolls Royce Plc Beschichtete Formkörper
DE60003233T2 (de) * 1999-12-20 2004-05-06 Siemens Westinghouse Power Corp., Orlando Abrasions- und hochtemperaturbeständige beschichtung und material, das verdichtete geometrische hohlkörper enthält
US6890587B2 (en) * 2001-04-21 2005-05-10 Alstom Technology Ltd Method of repairing a ceramic coating
DE60103526T2 (de) 2000-03-24 2005-06-30 Honeywell International Inc. Wärmedämmschicht mit niedriger leitfähigkeit
EP1313932B1 (de) * 2000-08-31 2008-12-31 Siemens Westinghouse Power Corporation Wärmedämmende beschichtungssystem

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US321311A (en) 1885-06-30 Metallurgical furnace
US4401697A (en) 1980-01-07 1983-08-30 United Technologies Corporation Method for producing columnar grain ceramic thermal barrier coatings
US4405659A (en) 1980-01-07 1983-09-20 United Technologies Corporation Method for producing columnar grain ceramic thermal barrier coatings
GB2130244A (en) * 1982-03-05 1984-05-31 Rolls Royce Forming coatings by hot isostatic compaction
US5514482A (en) 1984-04-25 1996-05-07 Alliedsignal Inc. Thermal barrier coating system for superalloy components
DE69318856T2 (de) 1992-03-05 1998-10-15 Rolls Royce Plc Beschichtete Formkörper
DE19748461A1 (de) * 1996-11-08 1998-06-18 Gen Electric Überzugs-Zusammensetzung für Substrate auf Metallgrundlage und dazugehörige Verfahren
DE60003233T2 (de) * 1999-12-20 2004-05-06 Siemens Westinghouse Power Corp., Orlando Abrasions- und hochtemperaturbeständige beschichtung und material, das verdichtete geometrische hohlkörper enthält
DE60103526T2 (de) 2000-03-24 2005-06-30 Honeywell International Inc. Wärmedämmschicht mit niedriger leitfähigkeit
EP1313932B1 (de) * 2000-08-31 2008-12-31 Siemens Westinghouse Power Corporation Wärmedämmende beschichtungssystem
US6890587B2 (en) * 2001-04-21 2005-05-10 Alstom Technology Ltd Method of repairing a ceramic coating

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