DE102013110381A1

DE102013110381A1 - Schichtanordnung, Heißgaspfadkomponente und Verfahren zur Herstellung einer Schichtanordnung

Info

Publication number: DE102013110381A1
Application number: DE102013110381.2A
Authority: DE
Inventors: Xiuzhang James Zhang; Haiping Wang
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2014-04-03
Also published as: CH707023B1; JP6397172B2; US9527262B2; JP2014069574A; CH707023A2; US20150251376A1

Abstract

Es sind eine Schichtanordnung, eine Heißgaspfadkomponente und ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtanordnung offenbart. Die Schichtanordnung enthält eine Substratschicht, eine Keramikmatrix-Verbundschicht und einen nicht-metallischen Abstandshalter zwischen der Substratschicht und der Keramikmatrix-Verbundschicht, der eingerichtet ist, um eine oder mehrere Taschen auszubilden. Die Heißgaspfadkomponente enthält eine Nickel-basierte Superlegierungsschicht, eine Keramikmatrix-Verbundschicht und einen keramischen Abstandshalter zwischen der Nickel-basierten Superlegierungsschicht und der Keramikmatrix-Verbundschicht. Der keramische Abstandshalter ist entweder an der Substratschicht oder an der Keramikmatrix-Verbundschicht oder an beiden mechanisch befestigt, und der keramische Abstandshalter ist mit der Substratschicht oder der Keramikmatrix-Verbundschicht haftend verbunden. Das Verfahren enthält ein Sichern eines nicht-metallischen Abstandshalters zwischen einer Substratschicht und einer Keramikmatrix-Verbundschicht der Schichtanordnung.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf Fertigungskomponenten und Verfahren zur Herstellung von Fertigungskomponenten gerichtet. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf geschichtete Anordnungen und Komponenten mit einer Keramikmatrix-Verbundschicht in geschichteten Anordnungen gerichtet.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Keramikmatrix-Verbundmaterialien sind dafür bekannt, dass sie eine hohe Temperaturbeständigkeit haben. Jedoch können Komponenten, welche derartige Keramikmatrix-Verbundstoffe verwenden, eine unerwünscht niedrige Belastbarkeit haben. Im Gegensatz dazu können Metallkomponenten eine hohe Belastbarkeit haben. Jedoch verringert sich bei Metallkomponenten, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, wie z.B. entlang eines Heißgaspfades einer Turbine, eine derartige Belastbarkeit, wenn sie derart hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
Geschichtete Komponenten mit unterschiedlichen Materialien stellen bekanntermaßen Herausforderungen dar. Derartige Herausforderungen sind für in direktem Kontakt stehende Materialien, die unterschiedliche Eigenschaften haben, größer. Beispielsweise kann der Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten, der Wärmeleitfähigkeit und in weiteren Eigenschaften bewirken, dass sich die Verbindungsstelle zwischen diesen Schichten trennt und/oder unerwünschte Merkmale bildet, wodurch die Anwendungen derartiger geschichteter Komponenten begrenzt werden.
Eine Schichtanordnung, eine Heißgaspfadkomponente und ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtanordnung, die nicht einem oder mehreren der vorgenannten Nachteile unterliegen, wären auf dem Fachgebiet erwünscht.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform enthält eine Schichtanordnung eine Substratschicht, eine Keramikmatrix-Verbundschicht und einen nicht-metallischen Abstandshalter zwischen der Substratschicht und der Keramikmatrix-Verbundschicht, der eingerichtet ist, um eine oder mehrere Taschen zu definieren.
Demzufolge kann eine Schichtanordnung aufweisen:
eine Substratschicht;
eine Keramikmatrix-Verbundschicht; und
einen nicht-metallischen Abstandshalter zwischen der Substratschicht und der Keramikmatrix-Verbundschicht, der dafür eingerichtet ist, eine oder mehrere Taschen zu definieren.
Die Substratschicht und jede beliebige vorstehend erwähnte Schichtanordnung kann eine Nickel-basierte Superlegierung sein.
Der nicht-metallische Abstandshalter von jeder beliebigen vorstehend erwähnten Schichtanordnung kann aus Keramik sein.
Der nicht-metallische Abstandshalter von jeder beliebigen vorstehend erwähnten Schichtanordnung kann eine Wärmeschutzbeschichtung enthalten.
Der nicht-metallische Abstandshalter von jeder beliebigen vorstehend erwähnten Schichtanordnung kann Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkonoxid enthalten.
Der nicht-metallische Abstandshalter von jeder beliebigen vorstehend erwähnten Schichtanordnung kann wenigstens teilweise Luft in der Schichtanordnung einschließen.
Die Schichtanordnung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann eine Heißgaspfadkomponente einer Turbine sein.
Die Schichtanordnung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann eine Seitenwand einer Turbinenleitschaufel sein.
Die Schichtanordnung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann eine Schaufelblattoberfläche sein.
Die Schichtanordnung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann ein Turbinendeckband sein.
Der nicht-metallische Abstandshalter von jeder beliebigen vorstehend erwähnten Schichtanordnung kann eine Rippe enthalten, die sich entlang der Schichtanordnung erstreckt.
Der nicht-metallische Abstandshalter von jeder beliebigen vorstehend erwähnten Schichtanordnung kann sich schneidende Rippen enthalten.
Der nicht-metallische Abstandshalter von jeder beliebigen vorstehend erwähnten Schichtanordnung kann die eine oder die mehreren Taschen definieren, wobei die eine oder die mehreren Taschen für einen Einschluss von Luft eingerichtet sind.
Der nicht-metallische Abstandshalter von jeder beliebigen vorstehend erwähnten Schichtanordnung kann die eine oder die mehreren Taschen definieren, wobei die eine oder die mehreren Taschen mit einer wärmeisolierenden Substanz gefüllt sind.
Der nicht-metallische Abstandshalter von jeder beliebigen vorstehend erwähnten Schichtanordnung kann entweder an die Substratschicht oder an die Keramikmatrix-Verbundschicht oder an beide mechanisch befestigt sein.
Der nicht-metallische Abstandshalter von jeder beliebigen vorstehend erwähnten Schichtanordnung kann mit der Substratschicht oder der Keramikmatrix-Verbundschicht verbunden sein.
Der nicht-metallische Abstandshalter von jeder beliebigen vorstehend erwähnten Schichtanordnung kann eine Wärmeleitfähigkeit haben, die wenigstens ein Drittel der Wärmeleitfähigkeit der Substratschicht beträgt.
Die Substratschicht von jeder beliebigen vorstehend erwähnten Schichtanordnung kann wenigstens 254 µm (10 mils) dick sein, wobei die Keramikmatrix-Verbundschicht wenigstens 508 µm (20 mils) dick ist und der nicht-metallische Abstandshalter eine maximale Dickenabmessung von wenigstens 762 µm (30 mils) hat.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform enthält eine Heißgaspfadkomponente einer Turbine eine Nickelbasierte Superlegierungsschicht, eine Keramikmatrix-Verbundschicht und einen keramischen Abstandshalter zwischen der Nickel-basierten Superlegierungsschicht und der Keramikmatrix-Verbundschicht. Der keramische Abstandshalter ist entweder an der Substratschicht oder an der Keramikmatrix-Verbundschicht oder an beiden mechanisch befestigt, und der keramische Abstandshalter ist mit der Substratschicht oder der Keramikmatrix-Verbundschicht verbunden.
Demzufolge kann eine Heißgaspfadkomponente einer Turbine aufweisen:
eine Nickel-basierte Superlegierungsschicht;
eine Keramikmatrix-Verbundschicht; und
einen keramischen Abstandshalter zwischen der Nickelbasierten Substratschicht und der Keramikmatrix-Verbundschicht;
wobei der keramische Abstandshalter entweder an der Substratschicht oder an der Keramikmatrix-Verbundschicht oder an beiden mechanisch befestigt ist;
wobei der keramische Abstandshalter mit der Substratschicht oder der Keramikmatrix-Verbundschicht verbunden ist.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform enthält ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtanordnung ein Befestigen eines nicht-metallischen Abstandshalters zwischen einer Substratschicht und einer Keramikmatrix-Verbundschicht der Schichtanordnung.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierteren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, welche im Rahmen eines Beispiels die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine Seitenansicht einer beispielhaften Schichtanordnung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar.
2 stellt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Schichtanordnung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar.
3 stellt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Turbinenleitschaufel mit geschichteten Seitenwänden gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar.
4 stellt eine Schnittansicht eines beispielhaften Schaufelblattes mit einer geschichteten Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar.
5 stellt eine Seitenansicht eines beispielhaften Turbinendeckbandes mit einer geschichteten Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar.
6 stellt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A des in 5 dargestellten beispielhaften Turbinendeckbandes dar.
7 stellt eine perspektivische Schnittansicht eines beispielhaften Turbinendeckbandes mit einer geschichteten Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar.
8 stellt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften nicht-metallischen Abstandhalters mit mehreren Rippen gemäß der Offenbarung dar.
9 stellt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften nicht-metallischen Abstandhalters mit mehreren Rippen gemäß der Offenbarung dar.
10 stellt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften nicht-metallischen Abstandhalters mit mehreren sich schneidenden Rippen gemäß der Offenbarung dar.
Soweit dies möglich ist, werden dieselben Bezugszeichen durchgängig durch die Zeichnungen zum Darstellen dergleichen Teile verwendet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es werden eine beispielhafte Schichtanordnung, eine Heißgaspfadkomponente und ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtanordnung gemäß der Offenbarung bereitgestellt. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ermöglichen die Nutzung von Komponenten bei höheren Temperaturen und/oder für längere Zeitdauer, ermöglichen die Nutzung positiver Eigenschaften von Keramikmatrix-Verbundstoff und Metall oder metallischen Substraten in einer Schichtkomponente, ermöglichen einen höheren Turbinenwirkungsgrad, ermöglichen eine verlängerte Nutzung/Haltbarkeit von Turbinenkomponenten (beispielsweise Heißgaspfadkomponenten), ermöglichen eine höhere Turbinenqualität, lassen höhere Brenntemperaturen in Turbinen zu, lassen einen höheren Temperaturgradienten zwischen Schichten einer Komponente oder von Kombinationen davon, beispielsweise im Vergleich zur Verwendung von Schichtkomponenten mit einem Matrixkeramik-Verbundstoff und Metallschichten in direktem Kontakt, zu.
1 und 2 stellen eine Schichtanordnung 100 mit einer Substratschicht 102, einer Keramikmatrix-Verbundschicht 104 und einem oder mehreren nicht-metallischen Abstandshaltern 106 zwischen der Substratschicht 102 und der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 dar. In einer Ausführungsform enthält ein Abschnitt einer Turbinenkomponente 101 die Schichtanordnung 100 und definiert eine Oberfläche 111 der Turbinenkomponente 101, wie z.B. einen Heißgaspfad 109 (siehe 1), eine Seitenwand 302 (siehe 3) einer Turbinenleitschaufel 300 (siehe 3), eine Schaufelblattoberfläche 402 (siehe 4) eines Schaufelblattes 400 (siehe 4), ein Turbinendeckband 500 (siehe 5) oder eine Kombination davon. Zusätzlich oder alternativ kann die Schichtanordnung 100 bei Komponenten, die einer Belastung ausgesetzt sind, wie z.B. einem Turbinengehäuse, genutzt werden.
Bezugnehmend auf die 1 und 2 können die Substratschicht 102, die Keramikmatrix-Verbundschicht 104 und der/die nicht-metallischen Abstandshalter 106 beliebige geeignete Abmessungen auf der Basis der gewünschten Eigenschaften haben. Beispielsweise ist eine geeignete Substratdicke 103 für die Substratschicht 102 wenigstens etwa 254 µm (10 mils), wenigstens etwa 381 µm (15 mils), wenigstens etwa 508 µm (20 mils), zwischen etwa 254 (10 mils) und etwa 762 µm (30 mils), zwischen etwa 1381 µm (15 mils) und etwa 635 µm (25 mils), zwischen etwa 254 µm (10 mils) und etwa 508 µm (20 mils), zwischen etwa 508 µm (20 mils) und etwa 762 µm (30 mils), etwa 508 µm (20 mils) oder irgendeine geeignete Kombination, Teilkombination, ein Bereich oder Teilbereich darin. Eine geeignete Keramikmatrix-Verbundstoffdicke 105 für die Keramikmatrix-Verbundschicht 104 ist wenigstens etwa 508 µm (20 mils), wenigstens etwa 762 µm (30 mils), wenigstens etwa 1016 µm (40 mils), zwischen etwa 762 µm (30 mils) und etwa 1270 µm (50 mils), zwischen etwa 740 µm (30 mils) und etwa 1016 µm (40 mils), zwischen etwa 1016 µm (40 mils) und etwa 1270 µm (50 mils), zwischen etwa 889 µm (35 mils) und etwa 1143 µm (45 mils), etwa 1016 µm (40 mils) oder irgendeine geeignete Kombination, Teilkombination, ein Bereich oder Teilbereich darin. Wie es nachstehend detaillierter beschrieben ist, hängen die Abmessungen des/der nicht-metallischen Abstandshalter 106 von der Geometrie des/der nicht-metallischen Abstandshalter 106 ab.
Die Substratschicht 102 ist jedes beliebige geeignete Material. Geeignete Materialien beinhalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Nickel-basierte Legierungen und Superlegierungen, Chrom-basierte Legierungen und Superlegierungen, Kobalt-basierte Legierungen und Superlegierungen, Eisen-basierte Legierungen und Superlegierungen oder Kombinationen davon. In einer Ausführungsform hat die Substratschicht 102 belastungsbeständige Eigenschaften, die diejenigen der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 und/oder anderer ähnlicher Keramikmatrix-Verbundmaterialien überragen.
Die Keramikmatrix-Verbundschicht 104 ist ein beliebiges geeignetes Material, das Eigenschaften für die gewünschte Anwendung, wie z.B. Temperaturbeständigkeiten an dem Heißgaspfad 109, wo die Temperaturen der Turbinenkomponenten ca. 1000 °C überschreiten, bereitstellt. Geeignete Materialien für die Keramikmatrix-Verbundschicht 104 beinhalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Kohlenstoff, Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Mullit (Al₂O₃-SiO₄) oder eine Kombination davon. Eine Faserverstärkung der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 erfolgt mit Kohlenstoff, Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Mullit (Al₂O₃-SiO₄) oder einer Kombination davon.
Der nicht-metallische Abstandshalter 106 trennt jeden beliebigen geeigneten Abschnitt oder die gesamte Keramikmatrix-Verbundschicht 104 von der Substratschicht 102. In einer Ausführungsform ist der nicht-metallische Abstandshalter 106 entweder an die Substratschicht 102 oder an die Keramikmatrix-Verbundschicht 104 oder an beide, wie es beispielsweise in 6 dargestellt ist, durch Ineinandergreifen zwischen einer hervorstehenden Einrichtung 602 (auf der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 und/oder der Substratschicht 102) und einer Nut 604 (auf der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 und/oder der Substratschicht 102) mechanisch befestigt. Zusätzlich oder alternativ ist der nicht-metallische Abstandshalter 106 mit der Substratschicht 102 oder der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 haftend verbunden.
Die Abmessungen und die Geometrie des nicht-metallischen Abstandshalters 106 hängen von der Ausgestaltung der Substratschicht 102 und der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 ab. Wie in 5 dargestellt, weisen in einer Ausführungsform mehrere der nicht-metallischen Abstandshalter 106 nicht uneinheitliche Abmessungen auf der Basis der Positionierung auf. In anderen Ausführungsformen, wie in 3 dargestellt, weisen die nicht-metallischen Abstandshalter 106 im Wesentlichen gleichmäßige Abmessungen auf. Zusätzlich oder alternativ sind in einigen Ausführungsformen die nicht-metallischen Abstandshalter 106 als einzelne Abstandshalterkörper 108 angeordnet, die sich von einer Abstandshalterbeschichtung 110 aus erstrecken, wie in 2 dargestellt, sich von der Substratschicht 102 aus erstrecken, wie in 7 dargestellt, und/oder sich von der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 aus erstrecken.
Wie in den 8–10 dargestellt, sind in einigen Ausführungsformen die nicht-metallischen Abstandshalter 106 als eine oder mehrere Rippen oder Leisten 108 eingerichtet, die sich entlang der Anordnung 100 (siehe 1) erstrecken. Die Rippen 802 enthalten ein Plateau 804 (siehe 8), eine Spitze 902 (siehe 9), sich schneidende bzw. kreuzende Rippen 1002 (siehe 10) oder eine Kombination davon. Wie in 1 dargestellt, ist in einer Ausführungsform eine Abstandshalterdicke 107 (eine Dicke der Abstandshalterkörper 108 und der Abstandshalterbeschichtung 110, falls vorhanden) wenigstens etwa 35 mils, wenigstens etwa 40 mils, wenigstens etwa 45 mils, zwischen etwa 35 mils und etwa 55 mils, zwischen etwa 35 mils und etwa 45 mils, zwischen etwa 45 mils und etwa 55 mils, zwischen etwa 40 mils und etwa 50 mils, etwa 45 mils oder irgendeine geeignete Kombination, Teilkombination, ein Bereich oder Teilbereich darin.
Erneut bezugnehmend auf die 8–10 definiert der nicht-metallische Abstandshalter 106 in einer Ausführungsform Taschen 806. Die Taschen 806 können eine Substanz 112 (siehe 1), wie z.B. Luft und/oder irgendeine andere geeignete Substanz enthalten, die zu einer besseren Wärmeisolation als die Substratschicht 102 und/oder die Keramikmatrix-Verbundschicht 104 fähig ist. Geeignete Substanzen beinhalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt, stehende Luft, strömende Luft, Fasern, Brennstoff, Kühlfluid (stehendes und/oder strömendes), Flüssigkeit, Gel, Dampf oder Kombinationen davon. In einer Ausführungsform sind die nicht-metallischen Abstandshalter 106 und die Taschen 806 von der Substratschicht 102 und der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 vollständig eingeschlossen, um dadurch eine Strömung in die Taschen 806 hinein zu verhindern. Alternativ sind die nicht-metallischen Abstandshalter 106 und die Taschen 806 nicht vollständig eingeschlossen, und ermöglichen dadurch eine Strömung in die eine oder die mehreren Taschen 806 hinein und aus dieser bzw. diesen heraus.
Der nicht-metallische Abstandshalter 106 besteht aus irgendeinem geeigneten Material bzw. geeigneten Materialien, das bzw. die in der Lage sind, die Wärmeübertragung zwischen der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 und der Substratschicht 102 zu reduzieren, und in der Lange sind, den Einfluss der Belastung von der Substratschicht 102 auf die Keramikmatrix-Verbundschicht zu verringern. Geeignete Materialien für den nicht-metallischen Abstandshalter 106 beinhalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Keramiken, Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid, Gadolinium-Zirkonat, Seltenerde-Zirkonate, Wärmeschutzbeschichtungen oder Kombinationen davon. Beispielsweise haben geeignete Materialien eine Wärmeleitfähigkeit, die um wenigstens einen vorbestimmten Betrag kleiner als diejenige der Substratschicht 102 ist, wie z.B. zwischen ca. einem Zehntel und ca. einem Drittel der Wärmeleitfähigkeit der Substratschicht 102 liegt, zwischen ca. einem Drittel und ca. der Hälfte der Wärmeleitfähigkeit der Substratschicht 102 liegt, zwischen ca. einem Viertel und ca. der Hälfte der Wärmeleitfähigkeit der Substratschicht 102 liegt, zwischen ca. einem Viertel und ca. einem Drittel der Wärmeleitfähigkeit der Substratschicht 102 liegt, zwischen ca. einem Zehntel und ca. einem Drittel der Wärmeleitfähigkeit der Substratschicht 102 liegt, ca. die Hälfte, ca. ein Viertel, ca. ein Drittel, ca. ein Zehntel beträgt oder jede geeignete Kombination, Teilkombination, ein Bereich oder Teilbereich davon ist.
Den nicht-metallischen Abstandshalter 106, die einzelnen Abstandshalterkörper 108, die Abstandshalterbeschichtung 110 oder eine Kombination davon lässt man anwachsen, und/oder sie werden auf die Substratschicht 102 und/oder die Keramikmatrix-Verbundschicht 104 aufgebracht. In einer Ausführungsform erfolgt eine derartige Aufbringung durch physikalische Elektronenstrahldampfabscheidung (EBPVD), Luftplasmaspritzen (APS), Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF), elektrostatisch spritzunterstützte Dampfabscheidung (ESAVD), direkte Dampfabscheidung, andere geeignete Sprühtechniken oder eine Kombination davon. In einer weiteren Ausführungsform wird der nicht-metallische Abstandshalter 106 nach einer Bearbeitung der Substratschicht 102 und/oder nach der Erzeugung/Versteifung der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 positioniert, um dadurch geometrische Merkmale der Substratschicht 102 und/oder der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 zu vervollständigen. Beispielsweise werden in diesen Ausführungsformen die Taschen 806 in den nicht-metallischen Abstandshaltern 106 wenigstens teilweise durch nicht-ebene Merkmale der Substratschicht 102 und/oder der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 gebildet. In einer anderen Ausführungsform wird der nicht-metallische Abstandshalter 106 nach dem Abziehen einer vorhandenen Schicht, wie z.B. des nicht-metallischen Abstandshalters 106 nach längerer Nutzung, der Substratschicht 102, der Keramikmatrix-Verbundschicht 104 oder einer Kombination davon, aufgebracht.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, dürfte es sich für einen Fachmann verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Elemente durch ihre Äquivalente ersetzt werden können, ohne dass von dem Schutzumfang der Erfindung abgewichen wird. Zusätzlich können viele Modifikationen ausgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher soll diese Erfindung nicht auf die als beste Ausführungsart für die Ausführung dieser Erfindung betrachtete spezielle Ausführungsform beschränkt sein, sondern soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Es sind eine Schichtanordnung, eine Heißgaspfadkomponente und ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtanordnung offenbart. Die Schichtanordnung enthält eine Substratschicht, eine Keramikmatrix-Verbundschicht und einen nicht-metallischen Abstandshalter zwischen der Substratschicht und der Keramikmatrix-Verbundschicht, der eingerichtet ist, um eine oder mehrere Taschen auszubilden. Die Heißgaspfadkomponente enthält eine Nickel-basierte Superlegierungsschicht, eine Keramikmatrix-Verbundschicht und einen keramischen Abstandshalter zwischen der Nickel-basierten Superlegierungsschicht und der Keramikmatrix-Verbundschicht. Der keramische Abstandshalter ist entweder an der Substratschicht oder an der Keramikmatrix-Verbundschicht oder an beiden mechanisch befestigt, und der keramische Abstandshalter ist mit der Substratschicht oder der Keramikmatrix-Verbundschicht haftend verbunden. Das Verfahren enthält ein Sichern eines nicht-metallischen Abstandshalters zwischen einer Substratschicht und einer Keramikmatrix-Verbundschicht der Schichtanordnung.

Claims

Schichtanordnung, die aufweist: eine Substratschicht; eine Keramikmatrix-Verbundschicht; und einen nicht-metallischen Abstandshalter zwischen der Substratschicht und der Keramikmatrix-Verbundschicht, der eingerichtet ist, um eine oder mehrere Taschen zu definieren.
Schichtanordnung nach Anspruch 1, wobei die Substratschicht eine Nickel-basierte Superlegierung oder eine Keramik ist, wobei der nicht-metallische Abstandshalter vorzugsweise eine Wärmeschutzbeschichtung enthält.
Schichtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der nicht-metallische Abstandshalter wenigstens teilweise Luft in der Schichtanordnung einschließt.
Schichtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtanordnung eine Seitenwand einer Turbinenleitschaufel oder eine Schaufelblattoberfläche oder ein Turbinendeckband ist.
Schichtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der nicht-metallische Abstandshalter eine Rippe, die sich entlang der Schichtanordnung erstreckt, oder sich schneidender Rippen enthält.
Schichtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der nicht-metallische Abstandshalter die eine oder die mehreren Taschen definiert, wobei die eine oder die mehreren Taschen für den Einschluss von Luft eingerichtet sind.
Schichtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der nicht-metallische Abstandshalter die eine oder die mehreren Taschen definiert, wobei die eine oder die mehreren Taschen mit einer wärmeisolierenden Substanz gefüllt sind.
Schichtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der nicht-metallische Abstandshalter eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die wenigstens ein Drittel der Wärmeleitfähigkeit der Substratschicht beträgt.
Heißgaspfadkomponente einer Turbine, die aufweist: eine Nickel-basierte Superlegierungsschicht; eine Keramikmatrix-Verbundschicht; und einen keramischen Abstandshalter zwischen der Nickelbasierten Superlegierungsschicht und der Keramikmatrix-Verbundschicht; wobei der keramische Abstandshalter entweder an der Substratschicht oder an der Keramikmatrix-Verbundschicht oder an beiden mechanisch befestigt ist; wobei der keramische Abstandshalter mit der Substratschicht oder der Keramikmatrix-Verbundschicht verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen einer Schichtanordnung, wobei das Verfahren ein Befestigen eines nicht-metallischen Abstandshalters zwischen einer Substratschicht und einer Keramikmatrix-Verbundschicht der Schichtanordnung aufweist.