DE102016222294A1 - Oberflächenstrukturierung von CMC-Oberflächen - Google Patents

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DE102016222294A1
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Jens Dietrich
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Cynthia Wirth
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Abstract

Mittels einer strukturierten Oberfläche von Pressstempeln (7', 7") eines Presswerkzeugs für CMC-Bauteile wird ein CMC-Bauteil mit einer strukturierten Oberfläche erzeugt.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Strukturierung von Oberflächen von CMC-Bauteilen.
  • Der Einsatz von CMC-Werkstoffen wird wegen immer höheren Temperaturanforderungen zukünftiger Gasturbinen im Heißgasbereich (Schaufeln, Ringsegmente) notwendig. Hergestellt werden diese Werkstoffe im Schlickergussverfahren. Dabei werden keramische Fasermatten von einem Schlickerguss verbunden. Das ganze wird über eine Abformtechnik auf Bauteilgeometrie ausgeformt, anschließend getrocknet und gesintert. Auch diese CMC-Bauteile benötigen ähnlich wie metallische Heißgas-BT eine keramische Schutzbeschichtung (TBC). Um eine möglichst gute Anhaftung dieser TBC zu erreichen muss eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit (Rauigkeit) vorhanden sein. Diese Rauigkeit entsteht nicht im Schlickergussprozess.
  • Eine gute Anbindung wird erreicht, indem man die zu beschichtende Oberfläche mit einem Laser abtragend strukturiert. Abzugsversuche zeigen diese gute Anbindung. Dies erfordert aber vor dem Beschichten einen aufwändigen Laserprozess auf der gesamten Oberfläche des Bauteils. Dies ist auch sehr zeitaufwändig und damit auch teuer.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 2.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen die gewünschte Strukturoberfläche in ein Formwerkzeug (mit Pressstempeln) einzubringen. Damit erhält man für jeden Abguss die gewünschte Oberflächenstruktur.
  • Der Vorteil ist, dass ein kompletter Bearbeitungsschritt jedes Bauteils entfällt (Laserstrukturieren). Daraus resultiert eine Kosteneinsparung. Weiterhin reduziert sich die Durchlaufzeit.
  • Es zeigen die 1 und 2 schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung und den Ablauf des Verfahrens.
  • Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • In 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Pressen dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist Pressstempel 7', 7" auf, zwischen denen ein CMC-Rohbauteil 4 - Grünkörper - angeordnet ist.
  • Das CMC-Rohbauteil 4 ist eine im Stand der Technik bekannte laminierte Anordnung von Fasern oder von Fasermatten, die in bestimmter Orientierung oder abwechselnder Orientierung zueinander verlaufen und in Schichten angeordnet sind und in ein Matrixmaterial eingebettet sind.
  • Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung 1 mit den Pressstempeln 7', 7" eine Oberfläche 10 (2) auf, die eine Strukturierung 13 (Erhöhung), 16 (Vertiefung) aufweist.
  • Die Strukturierung 13, 16 wird durch maschinelle Bearbeitung wie Fräsen oder Laserbearbeitung eingebracht.
  • Weitere Bearbeitungsverfahren sind denkbar (EDM, ...).
  • In 2 ist abschnittsweise eine solche Oberfläche 10 eines Stempels 7', 7" gezeigt.
  • Die Oberfläche 10 weist Vertiefungen 16 und Erhöhungen 13 auf, die eine entsprechende, gezielte und kontrollierte Strukturierung auf der Oberfläche 19 des Bauteils 4 ergeben.
  • Die Vertiefungen 16 und Erhöhungen 13 stellen nicht die immer vorhandene Rauigkeit von Pressstempeln 7', 7" dar. Die Strukturierung ist mindestens 30% größer ausgebildet.
  • Die Oberflächen 10 der Stempel 7', 7" können verschieden ausgebildet sein.
  • Die Oberflächen 10 der Stempel 7', 7" können auf verschiedene Weisen bearbeitet werden, insbesondere durch einen Laser, ganz insbesondere durch einen Pikosekundenlaser, der scharfe Kanten erzeugt ohne Schmelzanteile zu bilden.

Claims (3)

  1. Vorrichtung (1) zur Oberflächenstrukturierung von CMC-Rohbauteilen (4), bei der (1) zumindest eine Oberfläche (10) von Pressstempel (7', 7") eine Strukturierung (13, 16) aufgrund einer Bearbeitung der Oberfläche (10) aufweist, wobei die Pressstempel (7', 7") zur Fertigstellung des CMC-Bauteils das CMC-Rohbauteil (4) als Grünkörper zusammenpressen können, um eine Oberfläche (19) eines CMC-Rohbauteils (4) zu strukturieren.
  2. Verfahren zur Oberflächenstrukturierung von CMC-Rohbauteilen (4), insbesondere mit einer Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, bei dem durch Pressstempel (7', 7"), die eine Strukturierung (16, 13) ihrer Oberfläche (10) aufweisen, eine strukturierte Oberfläche (19) des CMC-Rohbauteils (4) erreicht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein Pikosekundenlaser verwendet wird, um die Oberfläche (10) der Pressstempel (7', 7") zu bearbeiten.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100047512A1 (en) * 2008-08-19 2010-02-25 Morrison Jay A Methodology and tooling arrangements for strengthening a surface bond in a hybrid ceramic matrix composite structure
DE202010018040U1 (de) * 2009-03-30 2013-11-25 Boegli-Gravures S.A. Festkörperoberfläche mit einer Hartstoff-Beschichtung mit mindestens einem strukturierten Bereich und Vorrichtung zur Strukturierung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100047512A1 (en) * 2008-08-19 2010-02-25 Morrison Jay A Methodology and tooling arrangements for strengthening a surface bond in a hybrid ceramic matrix composite structure
DE202010018040U1 (de) * 2009-03-30 2013-11-25 Boegli-Gravures S.A. Festkörperoberfläche mit einer Hartstoff-Beschichtung mit mindestens einem strukturierten Bereich und Vorrichtung zur Strukturierung

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