DE10254209B4

DE10254209B4 - Gegenstand mit einem keramischen Wärmesperrenüberzug und Substrat und Verfahren zur Ausbildung des keramischen Wärmesperrenüberzugs

Info

Publication number: DE10254209B4
Application number: DE10254209.0A
Authority: DE
Inventors: Kenneth S. Murphy
Original assignee: Howmet Corp
Current assignee: Howmet Corp
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2016-09-15
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: GB2383338B; CA2412265A1; JP2003239086A; DE10254209A1; GB0230011D0; FR2833971B1; US20030118874A1; CA2412265C; JP4827365B2; GB2383338A; US6689487B2; FR2833971A1

Abstract

Gegenstand mit einem Substrat, wobei das Substrat eine metallische Verbindungsschicht auf dem Substrat aufweist und ein keramischer Wärmesperrenüberzug auf der Verbindungsschicht angeordnet ist, wobei der keramische Wärmesperrenüberzug Zirconiumdioxid umfasst und mindestens eine erste Schicht, die nur säulenförmige Primärkörner besitzt, die sich in Querrichtung zur Oberfläche erstrecken, sowie eine zweite Schicht aufweist, die säulenförmige Primärkörner besitzt, die sich in Querrichtung zur Oberfläche erstrecken und säulenförmige Sekundärkörner aufweisen, die sich relativ zu einer entsprechenden Säulenachse in seitlicher Richtung von den säulenförmigen Primärkörnern aus erstrecken, so dass der keramische Wärmesperrenüberzug eine verringerte Wärmeleitfähigkeit zeigt, wobei sich die säulenförmigen Sekundärkörner in seitlicher Richtung unter einem spitzen Winkel relativ zur Säulenachse erstrecken, so dass der Wärmesperrenüberzug eine Stengel mit Blättern Säulenmorphologie aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gegenstand mit einem keramischen Wärmesperrenüberzug und Substrat. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ausbildung eines keramischen Wärmesperrenüberzuges auf einer Oberfläche eines Substrates. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Wärmesperrenüberzüge für Komponenten, die erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, genauer gesagt Wärmesperrenüberzüge mit verringerter Wärmeleitfähigkeit aufgrund von morphologischen Überzugsmerkmalen.
Wärmesperrenüberzugssysteme verschiedener Arten sind in der Gasturbinenindustrie bekannt, um Komponenten aus Superlegierungen auf Nickelbasis und Kobaltbasis, wie beispielsweise Turbinenschaufeln und Turbinenblätter, gegenüber Oxidation und Korrosion während des Turbinenbetriebes zu schützen.
Bei einer Art eines Wärmesperrenüberzugssystems wird auf der zu schützenden Superlegierungskomponente (Substrat) eine Verbindungsschicht abgeschieden, die eine MCrAlY-Legierungs-Deckschicht umfasst, wobei M Eisen, Nickel, Kobalt oder eine Kombination hiervon darstellt, die Verbindungsschicht oxidiert, um darauf in situ eine Aluminiumoxidschicht auszubilden, und dann ein keramischer Wärmesperrenüberzug, der eine säulenförmige Morphologie besitzt, auf der Aluminiumoxidschicht abgeschieden. Ein derartiger Wärmesperrenüberzug ist in den Dokumenten US 4 321 310 A und US 4 321 311 A beschrieben.
Eine Art eines Wärmesperrenüberzugssystems, die in der US 5 238 752 A beschrieben ist, umfasst das Ausbilden einer Verbindungsschicht, die Nickelaluminid (NiAl), oder eine platinmodifizierte Nickelaluminiddiffusionsschicht umfasst, auf der zu schützenden Superlegierungskomponente (Substrat). Die Verbindungsschicht wird oxidiert, um in situ darauf eine thermisch gewachsene Aluminiumoxidschicht zu formen, wonach ein keramischer Wärmesperrenüberzug mit säulenförmiger Morphologie auf der Aluminiumoxidschicht abgeschieden wird.
Die Dokumente US 5 716 720 A bzw. EP 0 733 723 B1 und US 5 856 027 A betreffen die Ausbildung einer Verbindungsschicht, die einen durch chemisches Bedampfen abgeschiedenen platinmodifizierten Diffusionsaluminidüberzug mit einer äußeren Additivschicht, die eine Ni-Al-Zwischenphase aufweist, umfasst, auf der zu schützenden Superlegierungskomponente. Die Verbindungsschicht wird oxidiert, um darauf in situ eine thermisch gewachsene Aluminiumoxidschicht auszubilden, wonach ein keramischer Wärmesperrenüberzug mit säulenförmiger Morphologie auf der Aluminiumoxidschicht abgeschieden wird.
Ein weit verbreiteter keramischer Wärmesperrenüberzug für Einsätze in der Luft- und Raumfahrt zum Schutze von Komponenten, wie Turbinenblättern, des heißen Bereiches von Gasturbinen enthält mit 7 Gew.% Yttriumoxid stabilisiertes Zirconiumdioxid (7YSZ). Zwei Verfahren zum Aufbringen dieses keramischen Überzuges sind in großem Umfang eingesetzt worden. Das physikalische Elektronenstrahl-Bedampfen (EBPVD) wurde angewendet, um eine säulenförmige Überzugsstruktur zu erzeugen, bei der der Hauptteil der Überzugsporosität zwischen relativ dichten Keramiksäulen angeordnet ist, die sich allgemein senkrecht zum Substrat/zu der Verbindungsschicht erstrecken.
Luftplasmasprühen wurde ebenfalls eingesetzt, um den 7YSZ-Keramiküberzug so aufzubringen, dass eine etwa 10 Vol.-%-Porosität im abgeschiedenen Überzug erzielt wird. Diese Porosität ist in der Form von Lücken zwischen Plasmaschichten und Mikrorissen infolge der Keramikschrumpfung vorhanden. Die Wärmeleitfähigkeit der plasmagesprühten 7XSZ-Keramiküberzüge beträgt im hergestellten Zustand derselben normalerweise etwa 60% der Wärmeleitfähigkeit der 7YSZ-Keramiküberzüge, die durch EBPVD aufgebracht worden sind.
Aus der EP 0 940 480 A1 ist ein metallischer Gegenstand bekannt mit einer Verbindungsschicht auf dem metallischen Gegenstand und einem keramischen Wärmesperrenüberzug auf der Verbindungsschicht. Der keramische Wärmesperrenüberzug umfasst eine Vielzahl von säulenförmigen Körnern, die sich senkrecht zur Oberfläche des metallischen Gegenstands erstrecken. Jedes säulenförmige Korn weist eine Vielzahl von Schichten auf. Einige der Schichten umfassen Subkörner, die sich in einem spitzen Winkel zur Oberfläche des metallischen Gegenstands erstrecken, um Hohlräume zwischen benachbarten Subkörnern zu bilden. Die Hohlräume sind in einem spitzen Winkel zur Oberfläche des metallischen Gegenstands angeordnet und verringern dadurch die thermische Leitfähigkeit des keramischen Wärmesperrenüberzuges. Einige der Schichten umfassen Subkörner, die sich senkrecht zur Oberfläche des metallischen Gegenstandes erstrecken, um eine Erosionsbeständigkeit bereitzustellen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung eines verbesserten Wärmesperrenüberzuges und Beschichtungsverfahrens, bei dem der Keramiküberzug infolge von morphologischen Überzugsmerkmalen eine verringerte Wärmeleitfähigkeit besitzt.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch einen Gegenstand mit einem Substrat gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Ausbildung eines keramischen Wärmesperrenüberzuges gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen sowie den abhängigen Patentansprüchen.
Die vorliegende Erfindung sieht einen keramischen Wärmesperrenüberzug auf einem Substrat vor, bei dem mindestens ein Schichtabschnitt des Überzuges säulenförmige Primärkörner aufweist, die sich quer zu einer Fläche des Substrates erstrecken und integrierte säulenförmige Sekundärkörner enthalten, die sich hiervon relativ zu einer entsprechenden Säulenachse seitlich erstrecken. Die säulenförmigen Sekundärkörner erstrecken sich in typischer Weise von den säulenförmigen Primärkörnern unter einem eingeschlossenen spitzen Winkel von weniger als 90° relativ zur Säulenachse der säulenförmigen Primärkörner. Diese Überzugsstruktur besitzt in unerwarteter Weise eine verringerte Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu einem herkömmlichen Wärmesperrenüberzug.
Der Wärmesperrenüberzug umfasst mehrere Schichten, wobei eine dieser Schichten eine Überzugsstruktur gemäß der Erfindung aufweist. Nur beispielsweise kann ein Wärmesperrenüberzug eine innere Schicht benachbart zu einer Oberfläche des Substrates aufweisen, die eine herkömmliche säulenförmige Kornstruktur aufweist, und eine äußere Schicht gemäß der Erfindung, die säulenförmige Primärkörner mit säulenförmigen Sekundärkörnern besitzt, die sich in seitlicher Richtung von den Primärkörnern aus erstrecken.
Die Erfindung sieht ferner ein EBPVD-Verfahren zur Herstellung eines Wärmesperrenüberzuges vor, bei dem die Abscheidung des keramischen Materiales auf der Substratoberfläche gesteuert wird, um während der Abscheidung des Überzuges die säulenförmigen Primärkörner wachsen zu lassen, die die säulenförmigen Sekundärkörner aufweisen, welche in seitlicher Richtung hiervon mit Abstand über die Länge der säulenförmigen Primärkörner wachsen.
Vorteile und Ziele der Erfindung werden deutlicher aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Gasturbinenschaufel, die mit einem Wärmesperrenüberzug gemäß der Erfindung beschichtet werden kann;
2A eine schematische Schnittansicht eines Wärmesperrenüberzugssystems einschließlich eines keramischen Wärmesperrenüberzuges;
2B eine schematische Schnittansicht eines Wärmesperrenüberzugssystems einschließlich eines keramischen Wärmesperrenüberzuges gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3A, 3B, 3C und 3D Rasterelektronenmikroskopphotos mit einer Vergrößerung von 160X in 3A und von 750X in den 3B, 3C und 3D eines zerbrochenen keramischen Wärmesperrenüberzuges;
4A, 4B, 4C und 4D Rasterelektronenmikroskopphotos mit einer Vergrößerung von 200X in 4A und von 750X in den 4B, 4C und 4D eines gebrochenen herkömmlichen Wärmesperrenüberzuges;
5A, 5B, 5C und 5D Rasterelektronenmikroskopphotos mit einer Vergrößerung von 130X in 5A und von 667X in den 5B, 5C und 5D eines zerbrochenen keramischen Wärmesperrenüberzuges gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ein Diagramm der Wärmeleitfähigkeit bei verschiedenen Temperaturen von verschiedenen Keramiküberzügen; und
7 eine schematische Ansicht der EBPVD-Vorrichtung, die zur Durchführung der Erfindung verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann eingesetzt werden, um bekannte Superlegierungssubstrate auf Nickelbasis und Kobaltbasis zu schützen, die gleichachsige, DS(direktional verfestigte)- und SC(Einkristall)-Investmentgußstücke sowie andere Formen dieser Superlegierungen, wie Schmiedestücke, gepresste Superlegierungspulverkomponenten, bearbeitete Komponenten und andere Formen, umfassen. Beispielsweise umfassen repräsentative Superlegierungen auf Nickelbasis die bekannten Rene 'Legierung N5, MarM247, CMSX-4, PWA 1422, PWA 1480, PWA 1484, Rene'80, Rene'142 und SC 180, die zur Herstellung von Turbinenschaufeln und Turbinenblättern aus Einkristall-Materialien und Materialien mit säulenförmigen Körnern verwendet werden. Superlegierungen auf Kobaltbasis, die durch das Wärmesperrenüberzugssystem geschützt werden können, umfassen ohne Beschränkung FSX-414, X-40 und MarM509. Die Erfindung ist nicht auf Superlegierungen auf Nickel- oder Kobaltbasis beschränkt, sondern kann auch bei einer Vielzahl von anderen Metallen und Legierungen Anwendung finden, um diese bei erhöhten Umgebungstemperaturen zu schützen.
1 zeigt zu Darstellungszwecken ohne jegliche Beschränkung ein Turbinenblatt 10 aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis, das durch Feinguss hergestellt und durch einen Überzug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung geschützt werden kann. Das Blatt oder die Schaufel 10 umfasst einen Flügelabschnitt 12, gegen den heiße Verbrennungsgase vom Brenner in einem Turbinenabschnitt der Gasturbine gerichtet werden. Das Blatt bzw. die Schaufel 10 umfasst einen Fußabschnitt 14, über den es mit einer Turbinenscheibe (nicht gezeigt) unter Einsatz einer tannenförmigen Verbindung in bekannter herkömmlicher Weise verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt 16. Belüftungskanäle (nicht gezeigt) zum Kühlen können im Blatt 10 ausgebildet sein, um Kühlluft durch den Flügelabschnitt 12 zu leiten und durch Auslassöffnungen (nicht gezeigt) am hinteren Rand 12a des Flügels 12 und/oder an der Spitze 16 in bekannter Weise abzugeben.
Der Flügel 12 kann gegenüber den heißen Verbrennungsgasen im Turbinenabschnitt der Gasturbine geschützt werden, indem er mit einem Wärmesperrenüberzugssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung versehen wird. Wärmesperrenüberzugssysteme (TBC) zur Verdeutlichung der Erfindung, jedoch nicht zur Beschränkung derselben, sind in den 2A und 2B gezeigt.
Gemäß 2A umfasst das TBC-System vorzugsweise eine metallische Verbindungsschicht 24, die auf dem Flügel (Substrat) 12 aus der Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis ausgebildet oder auf diesen aufgebracht ist. Die Verbindungsschicht 24 besitzt vorzugsweise eine darauf ausgebildete dünne Aluminiumoxidschicht 28. Ein Wärmesperrenüberzug 30 ist auf der Schicht 28 abgeschieden. Der TBC 30 umfasst in typischer Weise ein stabilisiertes keramisches Zirconiumdioxidmaterial (d. h. nur 7YSZ), bei dem die Zirconiumdioxidphase durch ein zweites Oxid, wie beispielsweise MgO, CaO, Sc₂O₃ und Yb₂O₃, stabilisiert ist. Die Erfindung ist nicht auf stabilisiertes Zirconiumdioxid, wie 7YSZ, beschränkt und kann auch unter Verwendung von anderen keramischen Materialien, die zum Ausbilden von Wärmesperrenüberzügen verwendet werden, verwirklicht werden.
Die metallische Verbindungsschicht 24 kann aus einem modifizierten oder nichtmodifizierten Aluminiddiffusionsüberzug oder einer entsprechenden Schicht, einer MCrAlY-Deckschicht, bei der M aus der aus Ni und Co bestehenden Gruppe ausgewählt ist, einer aluminisierten MCAlY-Deckschicht und anderen herkömmlichen Verbindungsschichten ausgewählt werden. Eine bevorzugte Verbindungsschicht 24 umfasst einen nach außen gewachsenen, Pt-modifizierten Aluminiddiffusionsüberzug 24, der durch chemisches Bedampfen (CVD) auf das Substrat aufgebracht wird, wie in der US 5 716 720 A beschrieben, und als MDC-150L-Überzug bekannt ist.
Eine MCrAlY-Deckschicht, die als Verbindungsschicht 24 verwendet werden kann, ist in den Dokumenten US 4 321 310 A und US 4 321 311 A beschrieben. Eine CVD-aluminisierte MCrAlY-Deckschicht, die als Verbindungsschicht 24 eingesetzt werden kann, ist in der US 6 129 991 A beschrieben.
Die MDC-15OL Pt-modifizierte Diffusionsaluminidverbindungsschicht 24 umfasst eine innere Diffusionszone 24a benachbart zum Flügel (Substrat) 12 aus der Superlegierung und einen Außenschichtbereich 24b, der eine platinmodifizierte (Platinlager) Zwischenphase aus Aluminium und Nickel (oder Kobalt in Abhängigkeit von der Superlegierungszusammensetzung) enthält, wie in der US 5 716 720 A beschrieben. Die Gesamtdicke der Verbindungsschicht liegt typischerweise in einem Bereich von etwa 1,5 bis etwa 3,0 mils (0,038–0,076 mm), obwohl auch andere Dicken bei der Durchführung der Erfindung verwendet werden können.
Die Verbindungsschicht 24 kann wahlweise oberflächenbearbeitet werden, um die Haftung des TBC 30 und der Schicht 28 an der Verbindungsschicht 24 zu fördern. Eine MCrAlY-Verbindungsschicht kann in der in der US 4 321 310 A beschriebenen Art und Weise oberflächenbehandelt werden. Eine Diffusionsaluminidverbindungsschicht kann durch Walzenpolieren (media bowl polishing) oberflächenbehandelt werden, wie in der US 6 472 018 B1 (Anmeldenummer: 09/511,857) des gleichen Anmelders beschrieben. Andere geeignete Oberflächenbehandlungstechniken können bei der Durchführung der Erfindung eingesetzt werden, um die Oberflächenrauhigkeit der Verbindungsschicht zu verringern.
Eine dünne Haftschicht 28 aus Aluminiumoxid wird vorzugsweise auf der Verbindungsschicht 24 wachsen gelassen. Diese Oxidschicht 28 kann in einem separaten Oxidationsschritt ausgebildet werden, der vor der Abscheidung des keramischen Wärmesperrenüberzuges 30 durchgeführt wird, oder in einem Vorheizschritt des EBPVD-Verfahrens, das eingesetzt wird, um den Überzug 30 abzuscheiden. Es kann auch irgendeine andere Technik eingesetzt werden, die zur Ausbildung der Oxidschicht 28 wirksam ist. Die Aluminiumoxidschicht 28 kann infolge der Diffusion vom Substrat und/oder der Dotierung der Oxidschicht andere Elemente enthalten.
Wenn die Verbindungsschicht 24 die MDC-150L-Schicht umfasst, wird die MDC-150L-Verbindungsschicht in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffpartialdruck, beispielsweise mit einem Unterdruck von weniger als 10^–4 Torr (0,0133322 Pa), oder in Argon- oder Wasserstoffpartialdruckatmosphären mit Sauerstoffverunreinigungen bei Temperaturen von mehr als etwa 1.800°F (982°C), die die in situ-Bildung der Aluminiumoxidschicht 28 fördern, oxidiert, wie in der vorstehend erwähnten US 5 716 720 A beschrieben. Die Aluminiumoxidschicht kann beispielsweise in situ durch Evakuieren eines Vakuumofens auf 1 × 10^–6 Torr (0,000133322 Pa) (mit nachfolgendem Druckanstieg infolge der Entgasung des Ofens auf 1 × 10^–4 bis 1 × 10^–3 Torr (0,0133322 bis 0,133322 Pa), Erhöhen der Temperatur des Substrates mit der MDC-150L-Verbindungsschicht darauf auf 1.975°F (1.079°C), Halten dieser auf dieser Temperatur über 2 h und Abkühlen auf Raumtemperatur zum Entfernen aus dem Ofen ausgebildet werden. Die hergestellte Oxidschicht 28 umfasst einen kontinuierlichen Film aus Aluminiumoxid. Die Dicke der Aluminiumoxidschicht kann in einem Bereich von 0,01 bis 2 μm liegen, obwohl auch andere Dicken bei der Durchführung der Erfindung Anwendung finden können. Eine andere Oxidationsbehandlung ist in der vorstehend erwähnten US 6 472 018 B1 (Anmeldenummer: 09/511,857) des gleichen Anmelders beschrieben.
Die thermisch gewachsene Aluminiumoxidschicht 28 nimmt den äußeren keramischen Wärmesperrenüberzug (TBC) 30 auf.
Der in 2A gezeigte TBC 30 besitzt säulenförmige Primärkörner PC mit Längsachsen AX, die sich quer zu den Flächen der Schicht 28, der Verbindungsschicht 24 und des Substrates 12 erstrecken. Mit quer ist gemeint, dass die Achsen AX der säulenförmigen Primärkörner PC allgemein senkrecht zur Oberfläche der Komponente (d. h. des Flügelsubstrates 12) oder mit einem spitzen Winkel (d. h. bis zu 35°) in Bezug auf eine Normale zur Oberfläche hin der beschichteten Komponente (d. h. zur Achse AX, wenn diese senkrecht zur Fläche verläuft) verlaufen.
Die säulenförmigen Primärkörner PC besitzen integrierte säulenförmige Sekundärkörner SC, die sich von den säulenförmigen Primärkörnern PC relativ zu einer entsprechenden Primärsäulenachse AX, in Bezug auf die sie während der EBPVD-Abscheidung wachsen, seitlich erstrecken, wie in 2A gezeigt. Die säulenförmigen Sekundärkörner SC sind über die Länge von entsprechenden säulenförmigen Primärkörnern PC beabstandet. Sie erstrecken sich von den säulenförmigen Primärkörnern unter einem spitzen Winkel AN von weniger als 90° relativ zur entsprechenden Säulenachse AX der säulenförmigen Primarkörner PC. Das Wachstum der säulenförmigen Primärkörner PC entlang der Säulenachse AX erscheint in einem gewissen Ausmaß auf die Primärwachstumsrichtung des Kristallgitters des speziellen keramischen Materiales, aus dem der TBC 30 geformt wird, bezogen, während der spitze Winkel AN in einem gewissen Ausmaß auf die Sekundärwachstumsrichtungen des Kristallgitters dieses keramischen Materiales bezogen zu sein scheint. Die Überzugsstruktur des TBC 30 bewirkt eine verringerte Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu der eines herkömmlichen Wärmesperrenüberzuges mit nur säulenförmigen Körnern. Die Herabsetzung der Wärmeleitfähigkeit der Überzugsstruktur des TBC 30 ist auf intrakolumnare Lücken im Nanomaßstab und die durch die säulenförmigen Sekundarkörner SC erzeugte Porosität zurückzuführen, obwohl der Anmelder nicht auf diese Erklärung festgelegt werden will.
Der TBC 30 kann durch physikalisches Elektronenstrahlbedampfen (EBPVD) auf der Oxidschicht 28 unter der schematisch in 7 gezeigten EBPVD-Vorrichtung abgeschieden werden, wobei ein Block I aus keramischem Wärmesperrenüberzugsmaterial mit der dargestellten Blockzuführeinrichtung zum Erhitzen und Verdampfen über einen Elektronenstrahl von einer Elektronenstrahlkanone zugeführt und auf der Aluminiumoxidschicht 28 des Flügelsubstrates oder der Flügelsubstrate 12 kondensiert wird, das bzw. die in einer Überzugskammer angeordnet sind und gedreht werden, typischerweise über dem Block I in der das verdampfte keramische Material enthaltenden Dampfwolke.
Der Gasdruck in der Beschichtungskammer wird so gesteuert, dass ein Gasdruckniveau in der Kammer aufgebaut wird, das, wie in unerwarteter Weise festgestellt wurde, zur Ausbildung des TBC 30 mit säulenförmigen Primärkörnern PC geeignet ist, welche sich in Querrichtung zur Oberfläche des Substrates 12 erstrecken und zusätzlich säulenförmige Sekundärkörner SC besitzen, die sich seitlich von den Primärkörnern relativ zu einer entsprechenden Säulenachse AX erstrecken. Bei der in 7 dargestellten EBPVD-Vorrichtung umfasst das Hintergrundgas in der Beschichtungskammer in typischer Weise nur Sauerstoff. Bei anderen EBPVD-Beschichtungsvorrichtungen kann jedoch Sauerstoff zusammen mit einem oder mehreren Gasen, wie einem Inertgas (Ar, N2, He, Ne, Kr, Xe, Rn etc.), Verwendung finden. Andere Gase, die in der Beschichtungskammer vorhanden sein können, können H2O, CO, CO2, H2 umfassen. Es wurde festgestellt, dass spezielle Gasdruckniveaus das Wachstum der säulenförmigen Primärkörner PC mit den von diesen aus seitlich wachsenden säulenförmigen Sekundärkörnern SC fördern, um eine Säulenmorphologie in der Form eines ”Stengels mit Blättern” aufzubauen, wie in 2A und in den 3C und 3D gezeigt, wobei der ”Stengel” das säulenförmige Primärkorn PC und die ”Blätter” die säulenförmigen Sekundärkörner SC sind. Für den Fachmann ist klar, dass die zur Erzeugung des TBC 30 angewendeten speziellen Beschichtungsbedingungen von der verwendeten EBPVD-Vorrichtung sowie dem verwendeten keramischen Material zur Ausbildung des TBC 30 abhängig sind.
Bei der Ausbildung des TBC 30 unter Verwendung des 7YSZ-Keramikmateriales unter Verwendung der EBPVD-Vorrichtung der 7 kann ein Sauerstoffgasdruck in einem Bereich von 15 bis 30 μm (2,0 bis 4,0 Pa) Anwendung finden, um den TBC 30 zu formen, der die säulenförmigen Primärkörner PC mit den säulenförmigen Sekundärkörnern SC umfasst, die seitlich von den Primärkörnern aus wachsen, wie vorstehend beschrieben.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung besitzt der in 2B gezeigte TBC 30 einen Innenschichtabschnitt 30a und einen Außenschichtabschnitt 30b gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Innenschichtabschnitt 30a besitzt einen herkömmlichen keramischen TBC mit säulenförmigen Körnern, der säulenförmige Körner aufweist, die sich quer zur Oberfläche der Oxidschicht 28 erstrecken. Die Säulen C des Innenschichtabschnittes 30a besitzen eine entsprechende Säulenachse AX, die sich in Querrichtung der Oberfläche des Substrates 12 erstrecken, wie vorstehend beschrieben.
Der Außenschichtabschnitt 30b wird erfindungsgemäß so ausgebildet, dass er eine Überzugsstruktur eines für den in 2A gezeigten TBC 30 beschriebenen Typs hat. Insbesondere umfasst der Außenschichtabschnitt 30b säulenförmige Primärkörner PC, die sich ebenfalls in Querrichtung der Oberflächen des Substrates 12 erstrecken und integrierte säulenförmige Sekundärkörner SC aufweisen, die sich von den säulenförmigen Primärkörnern PC in Bezug auf eine entsprechende Primärsäulenachse AX, relativ zu der sie während der EBPVD-Abscheidung wachsen, seitlich erstrecken, wie in 2B gezeigt. Die säulenförmigen Sekundärkörner SC sind über die Länge der entsprechenden säulenförmigen Primärkörner PC beabstandet. Sie erstrecken sich in typischer Weise von den säulenförmigen Primärkörnern unter einem spitzen Winkel AN von weniger als 90° relativ zur entsprechenden Säulenachse AX, wie vorstehend beschrieben. Daher besitzt die Überzugsstruktur des Außenschichtabschnittes 30b eine verringerte Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu der eines herkömmlichen Wärmesperrenüberzuges, den der Innenschichtabschnitt 30a bildet.
Der Innenschichtabschnitt 30a und der Außenschichtabschnitt 30b können durch physikalisches Elektronenstrahlbedampfen (EBPVD) auf der Oxidschicht 28 unter Verwendung der Vorrichtung der 7 abgeschieden werden, jedoch unter Anwendung von anderen Beschichtungsbedingungen, wie nachfolgend beschrieben. Der Innenschichtabschnitt 30a des TBC 30 wird zuerst auf der Oxidschicht 28 bei der in 2B gezeigten Ausführungsform vorgesehen, um für die Haftung des Überzuges und den Spallationswiderstand während des Betriebes des beschichteten Flügels 12 in der Gasturbine zu sorgen.
Der Gasdruck in der Beschichtungskammer der EBPVD-Vorrichtung wird anfangs in einer Weise gesteuert, um den Innenschichtabschnitt 30a zu erzeugen, der nur säulenförmige Körner C auf der Oxidschicht 28 aufweist, wonach der Gasdruck in der Beschichtungskammer auf ein höheres Druckniveau gebracht wird, das in unerwarteter Weise wirksam ist, um den Außenschichtabschnitt 30b mit säulenförmigen Primärkörnern PC auszubilden, die sich in Querrichtung zur Oberfläche der Oxidschicht 28 erstrecken und zusätzlich säulenförmige Sekundärkörner SC besitzen, die sich seitlich hiervon relativ zu einer entsprechenden Säulenachse AX erstrecken.
Zur Ausbildung des Innenschichtabschnittes 30a, der das keramische 7YSZ-Material aufweist, unter Verwendung der Vorrichtung der 7 kann beispielsweise ein Sauerstoffgasdruck von 6 μm (0,8 Pa) (plus oder minus 2 μm (0,3 Pa)) anfangs verwendet werden, um nur säulenförmige Körner C des Innenschichtabschnittes 30a auf der Oxidschicht 28 auszubilden. Der Innenschichtabschnitt 30a wird über eine bestimmte Zeit abgeschieden, um die gewünschte Dicke desselben zu erreichen. Dann wird der Sauerstoffgasdruck in der Beschichtungskammer eingestellt (angehoben), um in den Bereich von 15 bis 30 μm (2,0 bis 4,0 Pa) zu gelangen, in dem in unerwarteter Weise ein Außenschichtabschnitt 30b ausgebildet wird, der keramisches 7YSZ-Material umfasst und säulenförmige Primärkörner PC mit säulenförmigen Sekundärkörnern SC, die seitlich von den Primärkörnern aus wachsen, umfasst, wie vorstehend beschrieben. Ein Übergangsbereich 30c einer gemischten Überzugsmorphologie kann zwischen den Schichten 30a, 30b infolge der Einstellung des Sauerstoffgasdrucks während des Beschichtungsverfahrens vorhanden sein. Ein Sauerstoffgasdruck zwischen diesen Bereichen (d. h. ein Sauerstoffgasdruck von 13 μm (1,7 Pa)) erzeugt säulenförmige Sekundärkörner, die von den säulenförmigen Primärkörnern aus wachsen, wobei jedoch die Population der säulenförmigen Sekundärkörner viel geringer ist als die der säulenförmigen Sekundärkörner, die bei einem Sauerstoffgasdruck von 20 μm (2,7 Pa) gewachsen sind. Generell nimmt die Population der säulenförmigen Sekundärkörner zu, wenn der Gasdruck ansteigt. Alternativ dazu kann die Innenschicht 30a in einem ersten Beschichtungsschritt hergestellt werden, und die Außenschicht 30b kann in einem separaten zweiten Beschichtungsschritt ausgebildet werden, der unter den vorstehend beschriebenen Beschichtungsbedingungen zur Herstellung der ”Stengel mit Blättern”-Säulenmorphologie durchgeführt wird.
Es wurde festgestellt, dass die Morphologie oder Mikrostruktur des TBC der 2A und des Außenschichtabschnittes 30b der 2B im Vergleich zu einem herkömmlichen Wärmesperrenüberzug, der nur säulenförmige Körner besitzt, eine verringerte Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie in den nachfolgenden Beispielen beschrieben.
BEISPIELE
Saphirproben wurden als Substrate verwendet, auf denen ein Überzug mit säulenförmigen Primärkörnern PC und säulenförmigen Sekundärkörnern SC in der vorstehend beschriebenen Weise für den Außenschichtabschnitt 30b durch EBPVD abgeschieden wurde. Die Saphirsubstrate bestanden aus Saphir mit einem Oberflächenfinish, erzeugt durch Abstrahlen mit Aluminiumoxid (Corund) von weniger als 220 mesh bei 20–25 psi (137.895 bis 172.369 Pa) Luftdruck.
Beispielsweise wurden die in 7 mit S bezeichneten Saphirsubstrate an einer drehbaren Welle (Teilmanipulator) montiert und auf 1.975°F (1079, 44°C) (plus oder minus 25°F (3,9°C)) in der Beschickungs/Vorheizkammer erhitzt. Die Beschichtungskammer wurde auf unter 1 × 10^–4 Torr (0,0133322 Pa) evakuiert. Sauerstoff wurde in die Beschichtungskammer eingeführt, bis ein stabilisierter Sauerstoffdruck von 20 μm (2,7 Pa) plus oder minus 2 μm (0,3 Pa) erhalten wurde. Ein Elektronenstrahl (Energieniveau von 75 kW plus oder minus 10 kW) von einer Elektronenstrahlkanone wurde (mit einer Frequenz von 750 Hz) über das Ende eines Blocks I aus mit 7 Gew.% Yttriumoxid stabilisiertem Zirconiumdioxid (oder einem anderen keramischen Wärmesperrenmaterial) gerastert, um das Material zu verdampfen. Der Elektronenstrahl wurde unter einem Winkel auf den Block gerichtet, um die Substrate und eine Reflexion des Strahles zu vermeiden. Um den Wärmeverlust zu minimieren, wurden das vorerhitzte beschichtete Substrat oder die vorerhitzten beschichteten Substrate S dann rasch auf der Welle von der Beschickungs/Vorheizkammer in eine Beschichtungsposition in einer Wärme reflektierenden Umhüllung E in der Beschichtungskammer über dem Block I bewegt, nachdem das EB-Schmelzen des Blocks I initiiert worden war. Die Umhüllung besaß eine Öffnung zum Eindringen des Elektronenstrahles. Die Substrate wurden mit der Welle mit einer Geschwindigkeit von 20 UpM plus oder minus 2 UpM etwa 14 Zoll (35,56 cm) über dem Block gedreht. Der Abstand kann etwa 10–15 Zoll (25,4 bis 38,1 cm) betragen. Die Abscheidung wurde über eine Zeitdauer durchgeführt, um einen weißen, nahezu stöchiometrischen, keramischen und mit 7 Gew.% Yttriumoxid stabilisierten Zirconiumdioxidüberzug auf den Saphirsubstraten zu erhalten. Die typische Dicke des keramischen Überzuges lag in einem Bereich von 5 bis 20 mils (0,005 bis 0,020 Zoll; 0,127 bis 0,508 mm)). Zum Testen der Wärmeleitfähigkeit wurde ein TBC 30 mit einer Dicke von etwa 12–15 mils (0,305 bis 0,381 mm) abgeschieden.
Ein repräsentativer keramischer 7XSZ-Überzug, der unter Verwendung dieser EBPVD-Parameter hergestellt wurde, ist in den 3A, 3B, 3C und 3D gezeigt. 3A ist ein Mikrophoto über die gesamte Dicke des Überzuges bei einer Vergrößerung von 160X. Die 3B, 3C und 3D sind Mikrophotos des inneren Bereiches 1, Zwischenbereiches 2 und äußeren Bereiches 3 der 3A bei einer Vergrößerung von 750X. Die Mikrophotos wurden hergestellt, nachdem die Proben über ihre gesamte Dicke zerbrochen worden waren, so dass eine Bruchfläche des keramischen Überzuges in den 3A bis 3D dargestellt ist. Der innere Bereich 1 wies eine Überzugsstruktur auf, die eine gewisse Menge an säulenförmigen Primärkörnern PC mit integrierten säulenförmigen Sekundärkörnern SC besaß, welche sich in seitlicher Richtung hiervon über ihre Längen erstreckten. Die Bereiche 2 und 3 wiesen säulenförmige Primärkörner PC mit integrierten säulenförmigen Sekundärkörnern SC auf, die sich seitlich hiervon über ihre Längen und über die gesamten Probenbereiche erstreckten. Die säulenförmigen Sekundärkörner SC waren über die Länge der entsprechenden säulenförmigen Primärkörner PC mit sich wiederholenden Abständen von etwa 6 bis 10 μm angeordnet. Die säulenförmigen Sekundärkörner erstreckten sich in typischer Weise von den säulenförmigen Primärkörnern unter einem spitzen Winkel von 25° bis 30° relativ zur entsprechenden Säulenachse der säulenförmigen Primärkörner, von der aus sie während der EBPVD-Abscheidung gewachsen waren.
Zu Vergleichszwecken wurden entsprechende Saphirsubstratproben EBPVD-beschichtet, und zwar unter Bedingungen, um TBC's mit einer Überzugsstruktur herzustellen, die nur herkömmliche säulenförmige Körner aufwies.
Die TBC's mit der herkömmlichen Überzugsstruktur wurden durch EBPVD unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Beschichtungsparameter abgeschieden, wobei jedoch der Sauerstoffdruck im Gegensatz zu dem Sauerstoffdruck von 20 μm (2,7 Pa) plus oder minus 2 μm (0,3 Pa) der Proben der Erfindung nur auf 6 μm (0,8 Pa) plus oder minus 2 μm (0,3 Pa) gesteuert wurde. Die typische Dicke des herkömmlichen keramischen Überzuges lag in einem Bereich von 5 bis 20 mils (0,127 bis 0,508 mm).
Ein repräsentativer herkömmlicher 7YSZ-Überzug, der unter Anwendung dieser EBPVD-Parameter erzeugt wurde, ist in den 4A, 4B, 4C und 4D gezeigt. 4A ist ein Mikrophoto mit einer Vergrößerung von 200X über die gesamte Überzugsdicke. Die 4B, 4C und 4D sind Mikrophotos mit einer Vergrößerung von 750X des Innenbereiches 1, Zwischenbereiches 2 und Außenbereiches 3 der 4A. Die Mikrophotos wurden hergestellt, nachdem die Proben über ihre gesamte Dicke zerbrochen wurden, so dass eine Bruchfläche des keramischen Überzuges in den 4A bis 4D dargestellt ist. Der Innenbereich, Zwischenbereich und Außenbereich 1, 2, 3 der 4B, 4C, 4D wiesen eine Überzugsstruktur mit nur einer säulenförmigen Kornstruktur auf. Keine säulenförmigen Primarkörner mit integrierten säulenförmigen Sekundärkörnern, die sich in seitlicher Richtung hiervon über ihre Längen erstreckten, waren vorhanden, wie aus einem Vergleich der 4C und 4D mit den 3C und 3D der Überzugsstruktur der Erfindung hervorgeht.
Die Wärmeleitfähigkeit der in den 3A–3D und 4A–4D dargestellten keramischen Überzüge wurde durch die Laserblitztechnik gemäß dem ASTM E1461-Verfahren ermittelt, da die Herstellung von großen keramischen Überzugsproben weder praktisch noch für den relativ dünnen keramischen TBC-Überzug repräsentativ ist, der beispielsweise bei einer Gasturbine zum Einsatz gelangt. Diese Technik erfordert die Messung von drei Parametern vom Substrat und vom keramischen Überzug, nämlich der spezifischen Wärme, dem Wärmediffusionsvermögen und der Dichte. Ein repräsentatives Substrat (d. h. CMSX-4-Superlegierung auf Nickelbasis) und ein repräsentatives keramisches Überzugsmaterial (d. h. 7YSZ) wurden gemessen, um Werte der spezifischen Wärme in Abhängigkeit von der Temperatur zu erhalten. Ein unbeschichtetes Scheibensubstrat (d. h. CMSX-4-Superlegierung auf Nickelbasis) mit einem Nenndurchmesser von 0,5 Zoll (12,7 mm) und einer Dicke von 0,020 Zoll (0,508 mm) wurde gemessen, um das Wärmediffusionsvermögen in Abhängigkeit von der Temperatur zu erhalten. Ein TBC-beschichtetes Substrat (Nenndicke des Überzuges 0,105 Zoll (2,667 mm)) wurde gemessen, um das Wärmediffusionsvermögen in Abhängigkeit von der Temperatur zu erhalten. Wenn man das Wärmediffusionsvermögen des Substrates und des TBC-Überzuges auf dem Substrat kennt, kann man das Wärmediffusionsvermögen des Überzuges allein ermitteln. In der Nähe der Proben für das Wärmediffusionsvermögen während der Abscheidung des Überzuges angeordnete Nachweiscoupons wurden verwendet, um die Überzugsdichte zu messen. Die Wärmeleitfähigkeit des Überzuges wird durch Multiplizieren der spezifischen Wärme des Überzuges mit dem Wärmediffusionsvermögen des Überzuges und der Überzugsdichte ermittelt.
6 ist ein Diagramm der Wärmeleitfähigkeit des keramischen Überzuges der Erfindung der 3A–3D (siehe die quadratischen Datenpunkte) und des herkömmlichen keramischen Überzuges der 4A–4D (siehe die diamantförmigen Datenpunkte) bei verschiedenen Temperaturen. Die Wärmeleitfähigkeit von Massen-6YSZ (6 Gew.% Yttriumoxid, Rest Zirconiumdioxid) und 8YSZ (8 Gew.% Yttriumoxid, Rest Zirconiumdioxid) ist zu Vergleichszwecken dargestellt und wurde von S. Raghaven et al., ACTA MATERIALIA, 49, S. 169 (2001) erhalten.
Es ist augenscheinlich, dass der erfindungsgemäße keramische Überzug (3A–3D) bei sämtlichen Temperaturen von 25°C bis zu 1.150°C eine wesentlich verringerte Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu der des herkömmlichen keramischen Überzuges besaß. Generell betrug die Wärmeleitfähigkeit des keramischen Überzuges der 3A–3D 32% von der des herkömmlichen keramischen Überzuges der 4A–4D bei der getesteten Temperatur. Diese signifikante und unerwartete Verringerung der Wärmeleitfähigkeit ist vorteilhaft, da sie den Einsatz eines Wärmesperrenüberzuges ermöglicht, der die Temperatur des Substrates (d. h. Flügel 12) weiter reduziert oder das Aufbringen eines dünneren Wärmesperrenüberzuges ermöglicht, während die gleiche Flügeltemperatur aufrechterhalten wird.
Zu weiteren Vergleichszwecken wurde ein zusätzlicher Satz von Substratproben (in 6 mit 7Y46HfZrO bezeichnet) unter entsprechenden Bedingungen, wie beschrieben, EBPVD-beschichtet, um TBC's mit 7 Gew.% Yttriumoxid, 46 Gew.% Hafniumoxid, Rest Zirconiumdioxid, zu erzeugen. Der bei einem Sauerstoffgasdruck von 20 μm (2,7 Pa) erhaltene Überzug entsprach dem der 3A–3D, während die bei einem Sauerstoffgasdruck von 6 μm (0,8 Pa) erhaltene Überzugsstruktur der der 4A–4D entsprach (d. h. nur säulenförmige Körner besaß). Die Wärmeleitfähigkeiten der keramischen 7X46HFZrO-Überzüge sind in 6 dargestellt, wobei man erkennen kann, dass die Wärmeleitfähigkeit des bei einem Sauerstoffgasdruck von 20 μm (2,7 Pa) erzeugten keramischen Überzuges bei sämtlichen Temperaturen wesentlich geringer war als die des bei 6 μm (0,8 Pa) Sauerstoffgasdruck erzeugten keramischen Überzuges, der nur säulenförmige Körner besaß.
Noch weitere Saphirsubstrate wurden EBPVD-beschichtet, um einen TBC 30 des in 2B gezeigten Typs mit einer Innenschicht, die nur säulenförmige Körner aufwies, und einer Außenschicht, die säulenförmige Primärkörner und säulenförmige Sekundarkörner, die seitlich hiervon gewachsen waren, herzustellen. Die Innenschicht wurde unter Anwendung der gleichen TBC-Beschichtungsparameter wie für die Beschichtung der Saphirsubstrate der 4A–4D ausgebildet, während die Außenschicht in einem nachfolgenden separaten Beschichtungsschritt unter Anwendung der gleichen TBC-Beschichtungsparameter wie für die Beschichtung der Saphirsubstrate der 3A–3D beschrieben ausgebildet wurde. Die 5A–5D zeigen den mit einer derartigen Innenschicht und Außenschicht hergestellten TBC. 5A ist ein Rasterelektronenmikroskopphoto mit einer Vergrößerung von 130X eines gebrochenen, mit einem Wärmesperrenüberzug versehenen Saphirsubstrat mit einer inneren Schicht aus säulenförmigen Körnern und einer äußeren Schicht, die säulenförmige Primärkörner mit sich seitlich hiervon erstreckenden säulenförmigen Sekundärkörnern aufweist. 5B ist ein Rasterelektronenmikroskopphoto mit einer Vergrößerung von 667X der Innenschicht mit nur säulenförmigen Körnern. 5C ist ein Rastereleketronenmikroskopphoto bei einer Vergrößerung von 667X des Übergangsbereiches zwischen der Innenschicht und der Außenschicht. 5D zeigt Rasterelektronenmikroskopphotos bei einer Vergrößerung von 667X der Außenschicht, die die säulenförmigen Primärkörner und seitlich hiervon gewachsenen säulenförmigen Sekundärkörner aufweist.
Die hier verwendete Druckangabe ”μm” betrifft Mikrometer (Quecksilbersäule), wobei 1 μm 0,133322387415 Pa entspricht.

Claims

Gegenstand mit einem Substrat, wobei das Substrat eine metallische Verbindungsschicht auf dem Substrat aufweist und ein keramischer Wärmesperrenüberzug auf der Verbindungsschicht angeordnet ist, wobei der keramische Wärmesperrenüberzug Zirconiumdioxid umfasst und mindestens eine erste Schicht, die nur säulenförmige Primärkörner besitzt, die sich in Querrichtung zur Oberfläche erstrecken, sowie eine zweite Schicht aufweist, die säulenförmige Primärkörner besitzt, die sich in Querrichtung zur Oberfläche erstrecken und säulenförmige Sekundärkörner aufweisen, die sich relativ zu einer entsprechenden Säulenachse in seitlicher Richtung von den säulenförmigen Primärkörnern aus erstrecken, so dass der keramische Wärmesperrenüberzug eine verringerte Wärmeleitfähigkeit zeigt, wobei sich die säulenförmigen Sekundärkörner in seitlicher Richtung unter einem spitzen Winkel relativ zur Säulenachse erstrecken, so dass der Wärmesperrenüberzug eine Stengel mit Blättern Säulenmorphologie aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine Superlegierung mit einer metallischen Verbindungsschicht darauf und einer Aluminiumoxidschicht auf der Verbindungsschicht umfasst, wobei der Wärmesperrenüberzug auf der Aluminiumoxidschicht angeordnet ist.
Gegenstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Verbindungsschicht aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Aluminiddiffusionsschicht und einer MCrAlY-Schicht besteht, wobei M aus der aus Ni und Co bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei der Wärmesperrenüberzug Zirconiumdioxid und ein zweites Oxid zum Stabilisieren des Zirconiumdioxids auf der Oberfläche des Substrates umfasst.
Gegenstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Oxid Yttriumoxid umfasst.
Verfahren zur Ausbildung eines keramischen Wärmesperrenüberzuges auf einer Oberfläche eines Substrates, das die Schritte aufweist: Ausbilden einer Verbindungsschicht auf dem Substrat vor einem Verdampfen und Steuern, Verdampfen eines keramischen Materials von mindestens einer Quelle des keramischen Materiales in einer Beschichtungskammer, wobei das Verdampfen durch Bestrahlen der Quelle mit einem Elektronenstrahl durchgeführt wird und das keramische Material Zirconiumdioxid umfasst, und Steuern der Abscheidung des keramischen Materiales auf der Oberfläche zur Ausbildung einer ersten Schicht mit nur säulenförmigen Primärkörnern, die sich quer von einer Oberfläche des Substrats aus erstrecken, mittels Steuern des Drucks eines Gases in der Kammer auf 0,8 ± 0,3 Pa, sowie Steuern der Abscheidung des keramischen Materials auf der Oberfläche zur Ausbildung einer zweiten Schicht mit säulenförmigen Primärkörnern, die sich quer von einer Oberfläche des Substrates aus erstrecken und säulenförmige Sekundärkörner aufweisen, die sich relativ zu einer entsprechenden Säulenachse in seitlicher Richtung hiervon erstrecken, mittels Steuern des Drucks eines Gases in der Kammer in einem Bereich von 2,0 bis 4,0 Pa, wodurch die säulenförmigen Primärkörner ausgebildet werden, die die säulenförmigen Sekundärkörner aufweisen, die sich in seitlicher Richtung von diesen erstrecken, wobei das Gas aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Sauerstoff und einem Gemisch aus Sauerstoff und einem anderen Gas besteht, so dass der keramische Wärmesperrenüberzug eine verringerte Wärmeleitfähigkeit zeigt und eine Stengel mit Blättern Säulenmorphologie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, mit dem weiteren Schritt: Aufwachsen einer Aluminiumoxidschicht auf der Verbindungsschicht, auf der der Wärmesperrenüberzug ausgebildet wird.