DE112015004056T5

DE112015004056T5 - Verfahren zur herstellung von thermischem spritzpulver, vorrichtung zur herstellung von thermischem spritzpulver, unter verwendung des herstellungsverfahrens erzeugtes thermisches spritzpulver, mit einer wärmedämmschicht beschichtete hochtemperaturkomponente, und die hochtemperaturkomponente umfassende gasturbine

Info

Publication number: DE112015004056T5
Application number: DE112015004056.0T
Authority: DE
Inventors: Taiji Torigoe; Yoshifumi Okajima; Ikuo Okada; Yoshitaka Uemura; Naotoshi OKAYA; Shusuke Sakuma; Ichiro Nagano; Masahiko Mega
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2017-06-14
Also published as: WO2016035618A1; KR101909841B1; JPWO2016035618A1; TW201623191A; TWI582058B; JP6364494B2; US20170260101A1; US10150707B2; CN106574356A; KR20170024037A; CN106574356B

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers umfasst: einen Fertigungsschritt, welcher das Fertigen eines einen ersten Partikel, der aus einer Zirkonoxid-basierten, ein erstes Zusatzmittel enthaltenden Keramik besteht, und einen zweiten Partikel, der aus einer Zirkonoxid-basierten, ein zweites Zusatzmittel enthaltenden Keramik besteht, enthaltenden Pulvergemischs vorsieht, wobei das Pulvergemisch einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm aufweist; und einen Sekundärpartikel-Fertigungsschritt, welcher das Fertigen einer Vielzahl von Sekundärpartikeln vorsieht, die jeweils den ersten Partikel und den zweiten Partikel in zusammengesinterter Form umfassen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers, eine Vorrichtung zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers, ein unter Verwendung des Herstellungsverfahrens erzeugtes thermisches Spritzpulver, eine mit einer Wärmedämmschicht beschichtete Hochtemperaturkomponente, sowie eine die Hochtemperaturkomponente umfassende Gasturbine.
STAND DER TECHNIK
Als Maßnahme zur Einsparung von Energie wurden Techniken entwickelt, welche die Wärmeeffizienz im Rahmen der Erzeugung von thermischer Energie verbessern. Um die Wärmeeffizienz einer zur Energieerzeugung verwendeten Gasturbine zu verbessern, hat sich eine Erhöhung der Gaseintrittstemperatur als wirksam erwiesen.
Um die Gaseintrittstemperatur zu erhöhen, ist es erforderlich, die Leitschaufeln, die Laufschaufeln, die Wandteile einer Brennkammer, und dergleichen einer Gasturbine aus wärmeresistenten Elementen zu formen. Leitschaufeln und Laufschaufeln bestehen aus wärmebeständigem Metall, können derart hohen Temperaturen jedoch nicht standhalten. Dementsprechend wird eine Wärmedämmschicht (TBC) auf einem aus wärmebeständigen Metall bestehenden Substrat ausgebildet.
Die Wärmedämmschicht umfasst eine Metallbindungsschicht und eine Keramikschicht, welche der Reihe nach auf ein Substrat aufgebracht sind. Die Keramikschicht wird durch thermisches Spritzen auf der Metallbindungsschicht ausgebildet und besteht häufig aus einem ZrO₂-basierten Material, und insbesondere aus Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkonoxid (YSZ), bei welchem es sich um ZrO₂ handelt, welches durch Zugabe von Y₂O₃ teilweise oder vollständig stabilisiert worden ist. Dies liegt daran, dass YSZ unter den keramischen Materialien eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit und eine relativ hohe Wärmeausdehnungsrate besitzt.
Bei den in letzter Zeit entwickelten Gasturbinen beträgt die Gaseintrittstemperatur mehr als 1600°C. Sofern Laufschaufeln und Leitschaufeln mit einer Wärmedämmschicht beschichtet sind, welche eine aus YSZ gebildete Keramikschicht umfasst, so besteht unter den harschen Betriebsbedingungen einer Temperatur von mehr als 1600°C während des Betriebs der Gasturbine das Risiko einer Abtrennung eines Teils der Keramikschicht, wodurch sich die Wärmebeständigkeitseigenschaften verschlechtern können.
Darüber hinaus wurden in den vergangenen Jahren Gasturbinen mit einer noch höheren Wärmeeffizienz entwickelt, wobei in einigen von ihnen die Gaseintrittstemperatur bis zu 1700°C beträgt. Es wird angenommen, dass die Oberflächentemperatur von Leitschaufeln und Laufschaufeln in diesem Fall auf bis zu 1300°C ansteigt. Dementsprechend muss die Wärmedämmschicht eine noch bessere Wärmebeständigkeit und noch bessere Dämmeigenschaften aufweisen.
Die Abtrennung einer aus YSZ bestehenden Keramikschicht ist auf eine unzureichende Kristallisationsstabilität von YSZ in Hochtemperaturumgebungen, sowie auf eine unzureichende Dauerhaftigkeit von YSZ bei hoher thermischer Belastung zurückzuführen. Unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts wurden Keramikschichten mit einer hervorragenden Kristallisationsstabilität in Hochtemperaturumgebungen sowie mit einer hohen Wärmedauerhaftigkeit entwickelt, umfassend Yb₂O₃ + ZrO₂ (Patentdokument 1), Dy₂O₃ + ZrO₂ (Patentdokument 2), Er₂O₃ + ZrO₂ (Patentdokument 3) und SmYbZr₂O₇ (Patentdokument 4).
Andererseits gilt es zu bedenken, dass die als Materialien von Keramikschichten eingesetzten Keramikpulver teuer sind, weshalb es wünschenswert ist, die bei der Herstellung von Keramikschichten anfallenden Kosten zu reduzieren.
Unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts offenbart Patentdokument 5 ein Verfahren zur Wiederverwendung von Partikeln eines keramischen Spritzpulvers, welche nach dem Bespritzen eines Objekts nicht an das Objekt haften. Das Wiederverwendungsverfahren umfasst einen Rückgewinnungsschritt für nicht-haftendes Pulver, welcher das Zurückgewinnen von nicht an ein Objekt bindenden Partikeln, ein keramisches Spritzpulver eingeschlossen, als zurückgewonnenes Pulver vorsieht, einen Trennschritt, welcher das Auftrennen des zurückgewonnenen Pulvers in ein zurückgewonnenes Metallpulver, ein Metallspritzpulver eingeschlossen, und ein zurückgewonnenes Keramikpulver, ein Keramikspritzpulver eingeschlossen, beispielsweise durch Klassifizierung vorsieht, sowie einen Spritzpulverwiederverwendungsschritt, welcher das Bespritzen eines anderen Objekts mit dem im Trennschritt erhaltenen zurückgewonnenen Keramikpulver als thermisches Spritzpulver vorsieht.
Üblicherweise wurde ein nicht an ein Objekt bindendes Keramikspritzpulver verworfen. Gemäß dem in Patentdokument 5 offenbarten Wiederverwendungsverfahren wird ein nicht an ein Objekt bindendes Keramikspritzpulver indessen wiederverwendet, wodurch sich die Menge an zu verwerfendem Keramikspritzpulver verringert. Infolgedessen ist es möglich, die Menge an frischem, zusätzlich zu erwerbendem Keramikspritzpulver zu senken, wodurch sich die Gesamtherstellungskosten für die Erzeugung von Keramikschichten reduzieren, trotz der durch Wiederverwendung des Keramikspritzpulvers anfallenden zusätzlichen Kosten.
Liste der Literaturstellen
Patentliteratur

Patentdokument 1: JP 2003-160852 A
Patentdokument 2: JP 2001-348655 A
Patentdokument 3: JP 2003-129210 A
Patentdokument 4: JP 2007-270245 A
Patentdokument 5: JP 2012-17486 A

ZUSAMMENFASSUNG
Zu lösende Probleme
Wie vorstehend beschrieben, können verschiedene Arten von Seltenerdoxiden als Stabilisatoren zu ZrO₂ hinzugefügt werden. Infolgedessen kann ein in einer Spritzanlage zurückgewonnenes Pulver mehr als eine Art von Keramikpulver umfassen.
So kann ein zurückgewonnenes Pulver beispielsweise YSZ und Yb₂O₃ + ZrO₂ (nachfolgend auch als YbSZ bezeichnet) enthalten. YSZ und YbSZ weisen ähnliche Dichten auf und sind daher schwer voneinander zu trennen, und wären daher selbst bei Anwendung des in Patentdokument 5 offenbarten Wiederverwendungsverfahrens in einem zur Wiederverwendung vorgesehenen Keramikspritzpulver mitenthalten.
Gemäß Patentdokument 1 besitzt eine YbSZ enthaltende Keramikschicht eine hohe Wärmebeständigkeit und gute Wärmedämmeigenschaften. Folglich gingen die vorliegenden Erfinder davon aus, ausgehend von einem sowohl YSZ als auch YbSZ enthaltenden Keramikspritzpulver ebenfalls eine Keramikschicht mit hoher Wärmebeständigkeit und guten Wärmedämmeigenschaften zu erhalten.
Nachdem die vorliegenden Erfinder eine aus einem Keramikspritzpulver, welches ein unter Verwendung des in Patentdokument 5 offenbarten Wiederverwendungsverfahrens zurückgewonnenes Gemisch aus YSZ und YbSZ enthielt, bestehende Keramikschicht tatsächlich erzeugt und ausgewertet hatten, wurde indessen festgestellt, dass die Temperaturzykluseigenschaften der Keramikschicht schlechter waren als jene einer üblichen, aus YSZ bestehenden Keramikschicht. Dementsprechend war klar, dass das in Patentdokument 5 offenbarte Wiederverwendungsverfahren im Falle der Verwendung eines zurückgewonnenen Pulvers, welches unterschiedliche Arten von Seltenerdoxiden als Zusatzmittel umfasst, modifiziert werden muss.
Unter Berücksichtigung des vorstehenden Sachverhalts besteht zumindest eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers, einer Vorrichtung zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers, eines thermischen Spritzpulvers, einer mit einer Wärmedämmschicht beschichteten Hochtemperaturkomponente, und einer die Hochtemperaturkomponente enthaltenden Gasturbine, wodurch es möglich ist, aus einem Material, welches ein Gemisch aus unterschiedlichen Arten von Seltenerdoxiden als Zusatzmittel enthält, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.
Lösung der Probleme
Um die vorstehenden Probleme zu lösen, haben die vorliegenden Erfinder verschiedene Studien vorgenommen und herausgefunden, dass im Falle der Herstellung einer Keramikschicht aus einem zurückgewonnenen Pulver, in welches unterschiedliche Arten von Seltenerdoxiden als Zusatzmittel eingemischt sind, keine ausreichende Durchmischung der Zirkonoxid-basierten, unterschiedliche Arten von Seltenerdoxiden enthaltenden Keramikpartikel erfolgt, sondern relativ große Klumpen von Zirkonoxid-basierten, ein bestimmtes Seltenerdoxid enthaltenden Keramiken gebildet werden, so dass sich mit hoher Wahrscheinlichkeit Risse an einer Grenze eines solchen Klumpens bilden oder entwickeln. Ferner haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass durch feines Verteilen von Zirkonoxid-basierten Keramikpartikeln während des Spritzvorgangs die Bildung großer Klumpen von Zirkonoxid-basierten, ein bestimmtes Seltenerdoxid enthaltenden Keramiken in einer zu erzeugenden Keramikschicht selbst in Fällen, in welchen unterschiedliche Arten von Seltenerdoxiden als Zusatzmittel in einem Material enthalten sind, verhindert und hiermit letztlich die Bildung und Entwicklung von Rissen an einer Grenze eines Klumpens vermieden wird, womit sie an der vorliegenden Erfindung angelangt waren.

(1) Ein Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst: einen Fertigungsschritt, welcher das Fertigen eines einen ersten Partikel, der aus einer Zirkonoxid-basierten, ein erstes Zusatzmittel enthaltenden Keramik besteht, und einen zweiten Partikel, der aus einer Zirkonoxid-basierten, ein zweites Zusatzmittel enthaltenden Keramik besteht, enthaltenden Pulvergemischs vorsieht, wobei das Pulvergemisch einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm aufweist; und einen Sekundärpartikel-Fertigungsschritt, welcher das Fertigen einer Vielzahl von Sekundärpartikeln vorsieht, die jeweils den ersten Partikel und den zweiten Partikel in zusammengesinterter Form umfassen.

Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration (1) weist jede der in dem Pulvergemisch enthaltenen Vielzahl von ersten Partikeln und Vielzahl von zweiten Partikeln einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm auf, womit jeder der Sekundärpartikel ein aus dem ersten Partikel und dem zweiten Partikel bestehendes Gemisch in noch feinerer, verteilter Form enthält. Somit ist es möglich, in einer durch Spritzen der Sekundärpartikel erhaltenen Keramikschicht die Bildung großer Klumpen von Zirkonoxid-basierten Keramiken, welche lediglich eines des ersten Zusatzmittels und des zweiten Zusatzmittels enthalten, zu verhindern. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.

(2) In einigen Ausführungsformen der vorstehenden Konfiguration (1) handelt es sich bei dem ersten Zusatzmittel um Yttriumoxid, und handelt es sich bei dem zweiten Zusatzmittel um Ytterbiumoxid.

Eine aus einer Zirkonoxid-basierten, Ytterbiumoxid enthaltenden Keramik bestehende Keramikschicht, d. h. YbSZ, besitzt eine höhere Wärmebeständigkeit als eine aus YSZ bestehende Keramikschicht. Andererseits besteht in Keramikschichten, welche durch Aufspritzen eines YbSZ-Partikel und YSZ-Partikel enthaltenden Pulvergemischs erhalten worden sind, die Gefahr einer Bildung relativ großer Klumpen von YbSZ, was zur Bildung oder Entwicklung von Rissen an der Grenze des Klumpens führen kann.
In diesem Zusammenhang umfasst gemäß dem vorstehenden Verfahren (2) jeder der Sekundärpartikel ein Gemisch aus fein verteilten YbSZ-Partikeln und YSZ-Partikeln. Somit ist es möglich, in einer durch Aufspritzen der Sekundärpartikel erhaltenen Keramikschicht die Bildung großer Klumpen von YbSZ zu verhindern. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.

(3) In einigen Ausführungsformen der vorstehenden Konfigurationen (1) oder (2) weist das Pulvergemisch einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 5 μm auf.

Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration (3) weist jede der Vielzahl von ersten Partikeln und der Vielzahl von zweiten Partikeln einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 5 μm auf, womit jeder der Sekundärpartikel ein aus dem ersten Partikel und dem zweiten Partikel bestehendes Gemisch in noch feinerer, verteilter Form enthält.

(4) In einigen Ausführungsformen der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (3) umfasst der Sekundärpartikel-Fertigungsschritt: einen Pulveragglomerationsschritt, welcher das Fertigen einer Vielzahl von Zwischenpartikeln, die jeweils den ersten Partikel und den zweiten Partikel enthalten, mittels eines Spritztrocknungsverfahrens vorsieht, und einen Wärmebehandlungsschritt, welcher das Wärmebehandeln der Zwischenpartikel unter Bereitstellung der Sekundärpartikel vorsieht.

Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration (4) können unter Verwendung des Spritztrocknungsverfahrens auf einfache Art und Weise kugelförmige Zwischenpartikel gefertigt werden, wodurch es möglich ist, auf einfache Art und Weise kugelförmige Sekundärpartikel zu erhalten. Die kugelförmigen Sekundärpartikel können leicht transportiert werden, womit sie für thermisches Spritzen geeignet sind.

(5) In einigen Ausführungsformen der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (4) umfasst das Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers weiterhin einen Sekundärpartikel-Klassifizierungsschritt, welcher das Bereitstellen eines Pulvers mit einem 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht weniger als 20 μm und nicht mehr als 150 μm aus den im Sekundärpartikel-Fertigungsschritt erhaltenen Sekundärpartikeln vorsieht.

Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration (5) weist das Sekundärpartikelpulver einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mindestens 20 μm auf, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit geeigneter Porosität und somit guten Wärmedämmeigenschaften zu fertigen. Weiterhin weist das für thermisches Spritzen verwendete Sekundärpartikelpulver einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 150 μm auf, wodurch eine geeignete Schichtbildungseffizienz erzielt wird und es möglich ist, in relativ kurzer Zeit eine Keramikschicht auszubilden.

(6) In einigen Ausführungsformen der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (5) umfasst der Fertigungsschritt: einen Rückgewinnungsschritt für nicht-haftende Partikel, welcher das Zurückgewinnen einer Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln, die nach dem Bespritzen eines Spritztargets mit einer Vielzahl von Partikeln, welche aus einer Zirkonoxid-basierten, das erste Zusatzmittel enthaltenden Keramik bestehen, nicht an dieses binden, und einer Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln, die nach dem Bespritzen eines Spritztargets mit einer Vielzahl von Partikeln, welche aus einer Zirkonoxid-basierten, das zweite Zusatzmittel enthaltenden Keramik bestehen, nicht an dieses binden, vorsieht; und einen Pulverzerkleinerungsschritt, welcher das gemeinsame Zerkleinern der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und der Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln vorsieht.

Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration (6) umfasst jeder der aus den zurückgewonnenen ersten nicht-haftenden Partikeln und zweiten nicht-haftenden Partikeln gefertigten Sekundärpartikel ein fein verteiltes Gemisch aus Zirkonoxid-basierten, das erste Zusatzmittel enthaltenden Keramikpartikeln und Zirkonoxid-basierten, das zweite Zusatzmittel enthaltenden Keramikpartikeln. Somit ist es möglich, in einer Keramikschicht, welche durch Aufspritzen eines die Sekundärpartikel enthaltenden Pulvers erhalten worden ist, die Bildung großer Klumpen einer Zirkonoxid-basierten, das erste Zusatzmittel enthaltenden Keramik oder einer Zirkonoxid-basierten, das zweite Zusatzmittel enthaltenden Keramik zu verhindern. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.
Ferner werden die Sekundärpartikel aus den zurückgewonnenen ersten nicht-haftenden Partikeln und zweiten nicht-haftenden Partikeln gefertigt, womit das vorstehende Verfahren (6) zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers auch ein Verfahren zur Regenerierung eines thermischen Spritzpulvers darstellen kann. Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration (6) ist es somit möglich, die Menge an zu verwerfenden ersten nicht-haftenden Partikeln und zweiten nicht-haftenden Partikeln zu verringern, die verwendete Menge an Rohmaterialpulver, welches zur Herstellung einer Keramikschicht pro Volumeneinheit benötigt wird, zu senken, und die Kosten für die Herstellung einer Keramikschicht zu reduzieren.
Ferner werden die zurückgewonnenen ersten nicht-haftenden Partikel und zweiten nicht-haftenden Partikel im Rahmen dieser Konfiguration (6) gemeinsam zerkleinert, womit keine Notwendigkeit besteht, die ersten nicht-haftenden Partikel und die zweiten nicht-haftenden Partikel getrennt voneinander zurückzugewinnen. Somit ist es möglich, die ersten nicht-haftenden Partikel und die zweiten nicht-haftenden Partikel effizient zurückzugewinnen, was ebenfalls zu einer Reduzierung der Kosten für die Herstellung einer Keramikschicht beiträgt.

(7) In einigen Ausführungsformen der vorstehenden Konfiguration (6) wird im Rückgewinnungsschritt für nicht-haftende Partikel eine Vielzahl von dritten nicht-haftenden Partikeln, die nach dem Bespritzen eines Spritztargets mit einer Vielzahl von Metallpartikeln nicht an dieses binden, zusammen mit der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und der Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln zurückgewonnen. Das Verfahren umfasst weiterhin einen Auswahlschritt, welcher das Abtrennen der Vielzahl von dritten nicht-haftenden Partikeln von der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und zweiten nicht-haftenden Partikeln vorsieht.

Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration (7) werden die dritten nicht-haftenden Partikel selbst in Fällen, in welchen die aus Metall bestehenden dritten nicht-haftenden Partikel zusammen mit den ersten und zweiten nicht-haftenden Partikeln gesammelt werden, im Auswahlschritt von der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und zweiten nicht-haftenden Partikeln abgetrennt. Somit ist es möglich, die Einbringung von Metall in ein zu fertigendes thermisches Spritzpulver zu vermeiden.

(8) In einigen Ausführungsformen der vorstehenden Konfigurationen (6) oder (7) umfasst das Verfahren weiterhin einen Sekundärpartikel-Klassifizierungsschritt, welcher das Bereitstellen eines Pulvers mit einem 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht weniger als 20 μm und nicht mehr als 150 μm aus dem im Sekundärpartikel-Fertigungsschritt erhaltenen Sekundärpartikeln vorsieht. Der Fertigungsschritt umfasst weiterhin einen Rückgewinnungsschritt für unregelmäßige Partikel, welcher das Zurückgewinnen von unregelmäßigen Partikeln vorsieht, die im Sekundärpartikel-Klassifizierungsschritt entfernt worden sind. Im Pulverzerkleinerungsschritt werden die Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln, die Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln, sowie die unregelmäßigen Partikel gemeinsam zerkleinert.

Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration (8) werden die unregelmäßigen Partikel zusammen mit der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und der Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln zerkleinert, wodurch es möglich ist, die unregelmäßigen Partikel zu nutzen und damit die regenerierte Menge an thermischem Spritzpulver zu erhöhen. Dementsprechend ist es möglich, die verwendete Menge an Rohmaterialpulver einer Zirkonoxid-basierten Keramik, welches zur Herstellung einer Keramikschicht pro Volumeneinheit benötigt wird, zu senken und damit die Kosten für die Herstellung einer Keramikschicht weiter zu reduzieren.

(9) In einigen Ausführungsformen der vorstehenden Konfigurationen (6) bis (8) wird im Rückgewinnungsschritt für die nicht-haftenden Partikel die Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und die Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln mittels eines Staubabscheiders zurückgewonnen.

Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration (9) ermöglicht die Verwendung eines Staubabscheiders die effiziente Rückgewinnung der ersten nicht-haftenden Partikel und der zweiten nicht-haftenden Partikel.

(10) Eine Vorrichtung zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Staubabscheider zum Zurückgewinnen von nicht-haftenden Partikeln aus einer Vielzahl von Partikeln einer Zirkonoxid-basierten Keramik, welche ausgehend von einer Spritzvorrichtung auf ein Spritztarget gespritzt wurden und nicht an dieses binden; eine Pulverzerkleinerungsvorrichtung zum Zerkleinern der unter Verwendung des Staubabscheiders zurückgewonnenen nicht-haftenden Partikel; und eine Sekundärpartikel-Fertigungsvorrichtung zum Fertigen von Sekundärpartikeln aus einem Pulver der unter Verwendung der Pulverzerkleinerungsvorrichtung erhaltenen nicht-haftenden Partikel.

Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration (10) zerkleinert die Pulverzerkleinerungsvorrichtung nicht-haftende Partikel, wodurch die aus Zirkonoxid-basierten, unterschiedliche Zusatzmittel enthaltenden Keramiken gefertigten Sekundärpartikel ein Gemisch aus fein verteilten Keramikpartikeln enthalten, welche auf Zirkonoxid basieren und unterschiedliche Zusatzmittel enthalten. Somit ist es möglich, in einer Keramikschicht, welche durch Aufspritzen eines die Sekundärpartikel enthaltenden Pulvers erhalten worden ist, die Bildung großer Klumpen von Zirkonoxid-basierten, ein bestimmtes Zusatzmittel enthaltenden Keramikpartikeln zu verhindern. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.

(11) Ein thermisches Spritzpulver gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von Sekundärpartikeln, welche jeweils einen ersten Partikel und einen zweiten Partikel in zusammengesinterter Form enthalten. Der erste Partikel besteht aus einer Zirkonoxid-basierten, ein erstes Zusatzmittel enthaltenden Keramik, und der zweite Partikel besteht aus einer Zirkonoxid-basierten, ein zweites Zusatzmittel enthaltenden Keramik. Sowohl der erste Partikel als auch der zweite Partikel weist einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm auf.

Während das thermische Spritzpulver gemäß der vorstehenden Konfiguration (11) Sekundärpartikel umfasst, welche aus Zirkonoxid-basierten, unterschiedliche Zusatzmittel enthaltenden Keramiken bestehen, weist die Vielzahl von ersten Partikeln und die Vielzahl von zweiten Partikeln jeweils einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm auf, wobei die Partikel der Zirkonoxid-basierten, unterschiedliche Zusatzmittel enthaltenden Keramiken in jedem der Sekundärpartikel fein verteilt sind. Somit ist es möglich, in einer Keramikschicht, welche durch Aufspritzen eines die Sekundärpartikel enthaltenden Pulvers erhalten worden ist, die Bildung großer Klumpen von Zirkonoxid-basierten, ein bestimmtes Zusatzmittel enthaltenden Keramiken zu verhindern. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.

(12) Eine Hochtemperaturkomponente gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Substrat; und eine auf dem Substrat ausgebildete Wärmedämmschicht. Die Wärmedämmschicht umfasst eine durch Aufspritzen gebildete Keramikschicht. Die Keramikschicht ist durch Aufspritzen eines thermischen Spritzpulvers gebildet worden. Das thermische Spritzpulver umfasst eine Vielzahl von Sekundärpartikeln, welche jeweils einen ersten Partikel und einen zweiten Partikel in zusammengesinterter Form enthalten. Der erste Partikel besteht aus einer Zirkonoxid-basierten, ein erstes Zusatzmittel enthaltenden Keramik. Der zweite Partikel besteht aus einer Zirkonoxid-basierten, ein zweites Zusatzmittel enthaltenden Keramik. Sowohl der erste Partikel als auch der zweite Partikel weist einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm auf.

Während das thermische Spritzpulver gemäß der vorstehenden Konfiguration (12) Sekundärpartikel umfasst, welche aus Zirkonoxid-basierten, unterschiedliche Zusatzmittel enthaltenden Keramiken bestehen, weist die Vielzahl von ersten Partikeln und die Vielzahl von zweiten Partikeln jeweils einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm auf, wobei die Partikel der Zirkonoxid-basierten, unterschiedliche Zusatzmittel enthaltenden Keramiken in jedem der Sekundärpartikel fein verteilt sind. Somit ist es möglich, in einer Keramikschicht, welche durch Aufspritzen der Sekundärpartikel erhalten wird, die Bildung großer Klumpen von Zirkonoxid-basierten, ein bestimmtes Zusatzmittel enthaltenden Keramiken zu verhindern. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten, was die Lebensdauer einer Hochtemperaturkomponente, welche mit einer die Keramikschicht umfassenden Wärmedämmschicht beschichtet ist, erhöht.

(13) In einigen Ausführungsformen der vorstehenden Konfiguration (12) wird das thermische Spritzpulver mittels des Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers nach einer der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (9) hergestellt.

Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration (13) wird das thermische Spritzpulvers mittels des Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers nach einer der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (9) hergestellt, womit die Keramikschicht in verlässlicher Art und Weise mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften ausgestattet ist.
Sofern das thermische Spritzpulver mittels des Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einer der vorstehenden Konfigurationen (6) bis (9) hergestellt wird, ist es ferner möglich, durch Wiederverwenden der ersten nicht-haftenden Partikel und der zweiten nicht-haftenden Partikel, oder durch Wiederverwenden von unregelmäßigen Partikeln neben den ersten und zweiten nicht-haftenden Partikeln die verwendete oder erworbene Menge an frischem Rohmaterialpulver zu senken. Infolgedessen ist es möglich, die Kosten für die Herstellung einer Hochtemperaturkomponente zu reduzieren.

(14) In einigen Ausführungsformen der vorstehenden Konfigurationen (12) oder (13) umfasst das Substrat eine Komponente einer Brennkammer für eine Gasturbine, eine Laufschaufel einer Gasturbine, oder eine Leitschaufel einer Gasturbine.

Die Komponenten einer Brennkammer für eine Gasturbine, die Laufschaufeln einer Gasturbine, sowie die Leitschaufeln einer Gasturbine werden einem auf hoher Temperatur befindlichen, nahe strömenden Verbrennungsgas ausgesetzt, weshalb sie hervorragende Temperaturzykluseigenschaften aufweisen müssen.
Da die in der Wärmedämmschicht enthaltende Keramikschicht hervorragende Temperaturzykluseigenschaften aufweist, weist im Rahmen der vorstehenden Konfiguration (14) auch eine Komponente einer Brennkammer für eine Gasturbine, eine Laufschaufel für eine Gasturbine, oder eine Leitschaufel für eine Gasturbine hervorragende Temperaturzykluseigenschaften auf, und besitzt eine hohe Zuverlässigkeit sowie eine lange Lebensdauer.
Sofern das thermische Spritzpulver mittels des Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einer der vorstehenden Konfigurationen (6) bis (9) hergestellt wird, ist es ferner möglich, durch Wiederverwenden der ersten nicht-haftenden Partikel und der zweiten nicht-haftenden Partikel, oder durch Wiederverwenden von unregelmäßigen Partikeln neben den ersten und zweiten nicht-haftenden Partikeln die verwendete oder erworbene Menge an frischem Rohmaterialpulver zu senken. Infolgedessen ist es möglich, die Kosten für die Herstellung einer Komponente einer Brennkammer für eine Gasturbine, einer Laufschaufel einer Gasturbine, oder einer Leitschaufel einer Gasturbine zu reduzieren.

(15) Eine Gasturbine gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Hochtemperaturkomponente nach einer der vorstehenden Konfigurationen (12) bis (14).

Die Gasturbine mit der vorstehenden Konfiguration (15) umfasst eine Hochtemperaturkomponente mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften, und besitzt daher eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer.
Sofern die Gasturbine eine Hochtemperaturkomponente gemäß der vorstehenden Konfiguration (13) mit einem thermischen Spritzpulver umfasst, welches mittels des Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einer der vorstehenden Konfigurationen (6) bis (9) hergestellt worden ist, so verringern sich ferner die Kosten für die Herstellung der Hochtemperaturkomponente, und es ist möglich, die Kosten für die Herstellung einer Gasturbine zu reduzieren. Infolgedessen ist es möglich, kostengünstig eine Gasturbine bereitzustellen, welche eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer besitzt.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers, eine Vorrichtung zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers, ein thermisches Spritzpulver, eine mit einer Wärmedämmschicht beschichtete Hochtemperaturkomponente, und eine die Hochtemperaturkomponente umfassende Gasturbine bereitzustellen, wodurch es möglich ist, aus einem Material, welches ein Gemisch aus unterschiedlichen Arten von Seltenerdoxiden als Zusatzmittel enthält, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine SEM-Aufnahme eines Bereichs einer einen Riss aufweisenden Keramikschicht.
3 ist eine SEM-Aufnahme einer Vielzahl von Sekundärpartikeln, welche mittels eines Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einer Ausführungsform gefertigt worden sind.
4 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Sekundärpartikel-Fertigungsschritts gemäß einigen Ausführungsformen.
5 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einigen Aspekten.
6 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Fertigungsschritts gemäß einigen Aspekten.
7 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Fertigungsschritts gemäß einigen Aspekten.
8 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Auswahlschritts gemäß einigen Ausführungsformen.
9 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Fertigungsschritts gemäß einigen Aspekten.
10 ist ein Schaltdiagramm einer thermischen Spritzanlage, in welcher eine Vorrichtung zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
11 ist ein schematisches Schaltdiagramm einer Spritzvorrichtung gemäß 10.
12 ist ein schematisches Schaltdiagramm einer thermischen Spritzanlage, in welcher eine Vorrichtung zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einigen Ausführungsformen verwendet wird.
13 ist eine schematische Teilschnittdarstellung einer Komponente, welche ein Substrat und eine auf der Oberfläche des Substrats ausgebildete Wärmedämmschicht aufweist.
14 ist eine schematische Teilschnittdarstellung einer Gasturbine, welche eine in 13 dargestellte Komponente umfasst.
15 ist eine schematische Perspektivdarstellung einer in einer Turbine zu verwendenden Laufschaufel.
16 ist eine schematische Perspektivdarstellung einer in einer Turbine zu verwendenden Leitschaufel.
17 ist ein schematisches Schaltdiagramm einer Temperaturzyklustestvorrichtung vom Lasertyp zum Evaluieren der Temperaturzykluseigenschaften einer Wärmedämmschicht.
18 ist eine grafische Darstellung, welche die Ergebnisse eines Temperaturzyklustests von Probe Se und Probe Sc zeigt. Probe Se umfasst eine Keramikschicht, welche durch Aufspritzen eines YSZ und YbSZ enthaltenden thermischen Spritzpulvers, das mittels eines Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, gebildet wurde. Probe Sc umfasst eine Keramikschicht, welche durch Aufspritzen eines YSZ und YbSZ enthaltenden thermischen Spritzpulvers, das mittels eines Verfahrens zur Wiederverwendung eines thermischen Spritzpulvers gemäß Patentdokument 5 hergestellt worden ist, gebildet wurde.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Sofern nicht explizit anderweitig angegeben, sollen die in den Ausführungsformen beschriebenen Abmessungen, Materialien, Formen, relativen Positionen, und dergleichen einzelner Komponenten lediglich der Veranschaulichung dienen und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung in keinster Weise beschränken.
Beispielsweise soll ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie ”in einer Richtung”, ”entlang einer Richtung”, ”parallel”, ”orthogonal”, ”zentriert”, ”konzentrisch” und ”koaxial” nicht dahingehend ausgelegt werden, dass er lediglich die Anordnung im strengen Wortsinn bezeichnet, sondern soll auch einen Zustand umfassen, in welchem die Anordnung relativ durch eine Toleranz, oder durch einen Winkel oder eine Distanz ersetzt wird, bei welcher/welchem es möglich ist, die gleiche Funktion zu erzielen.
Beispielsweise soll ein Ausdruck gleichwertiger Zustande wie ”gleich”, ”gleichwertig” und ”einheitlich” nicht dahingehend ausgelegt werden, dass er lediglich jenen Zustand bezeichnet, in welchem das Merkmal genau gleich ist, sondern soll auch einen Zustand umfassen, in welchem eine Toleranz oder ein Unterschied vorliegt, bei welcher/welchem noch immer die gleiche Funktion erzielt werden kann.
Ferner soll beispielsweise ein Ausdruck einer Form wie rechteckig oder zylindrisch nicht dahingehend ausgelegt werden, dass er lediglich die geometrische Form im strengen Sinn bezeichnet, sondern soll auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken in einem Bereich umfassen, in welchem die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
Andererseits soll ein Ausdruck wie ”umfassen”, ”beinhalten”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”konstituieren” die Anwesenheit anderer Komponenten nicht ausschließen.
1 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt ist, umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers einen Fertigungsschritt S1 sowie einen Sekundärpartikel-Fertigungsschritt S2.
Im Fertigungsschritt S1 wird ein die ersten Partikel und die zweiten Partikel enthaltendes Pulvergemisch gefertigt. Das Pulvergemisch weist einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm auf.
Die ersten Partikel bestehen aus einer Zirkonoxid-basierten, das erste Zusatzmittel enthaltenden Keramik, während die zweiten Partikel aus einer Zirkonoxid-basierten, das zweite Zusatzmittel enthaltenden Keramik bestehen.
Bei der Zirkonoxid-basierten, das erste Zusatzmittel enthaltenden Keramik handelt es sich um ein vollständig oder teilweise stabilisiertes Zirkonoxid, welches Zirkonoxid (ZrO₂) als Hauptkomponente und das erste Zusatzmittel als Stabilisator enthält. Das erste Zusatzmittel enthält ein Seltenerdoxid, welches beispielsweise zumindest eine Art von Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttriumoxid (Y₂O₃), Dysprosiumoxid (Dy₂O₃), Ytterbiumoxid (Yb₂O₃), Neodym(III)-oxid (Nd₂O₃), Samarium(III)-oxid (Sm₂O₃) Europium(III)-oxid (Eu₂O₃), Gadolinium(III)-oxid (Gd₂O₃), Erbium(III)-oxid (Er₂O₃) und Lutetium(III)-oxid (Lu₂O₃) umfasst.
Bei der Zirkonoxid-basierten, das zweite Zusatzmittel enthaltenden Keramik handelt es sich um ein vollständig oder teilweise stabilisiertes Zirkonoxid, welches Zirkonoxid (ZrO₂) als Hauptkomponente und das zweite Zusatzmittel als Stabilisator enthält. Das zweite Zusatzmittel enthält ein Seltenerdoxid, welches beispielsweise zumindest eine Art von Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttriumoxid (Y₂O₃), Dysprosiumoxid (Dy₂O₃), Ytterbiumoxid (Yb₂O₃), Neodym(III)-oxid (Nd₂O₃), Samarium(III)-oxid (Sm₂O₃), Europium(III)-oxid (Eu₂O₃), Gadolinium(III)-oxid (Gd₂O₃), Erbium(III)-oxid (Er₂O₃) und Lutetium(III)-oxid (Lu₂O₃) umfasst.
Das erste Zusatzmittel und das zweite Zusatzmittel unterscheiden sich voneinander.
10% kumulativer Partikeldurchmesser bezeichnet einen Partikeldurchmesser, bei welchem 10 Gew.-% der Partikel den Partikeldurchmesser unterschreiten, sofern die Partikel mit aufsteigendem Durchmesser in einer mittels des Laserbeugungsverfahrens erhaltenen Partikelgrößenverteilung kumuliert werden. Das Laserbeugungsverfahren kann unter Verwendung einer Partikeldurchmesserverteilungsmessvorrichtung vom Laserbeugungstyp durchgeführt werden (z. B. Microtrac MT3000II von Nikkiso Co., Ltd.).
Ein mittels des Laserbeugungsverfahrens erhaltener Partikeldurchmesser basiert auf der Annahme, dass ein Partikel eines zu vermessenden Pulvers kugelförmig ist.
Im Sekundärpartikel-Fertigungsschritt S2 wird eine Vielzahl von Sekundärpartikeln gefertigt, welche die ersten Partikel und die zweiten Partikel in zusammengesinterter Form umfassen.
Das im Sekundärpartikel-Fertigungsschritt erhaltene, die Vielzahl von Sekundärpartikeln enthaltende Pulver kann als thermisches Spritzpulver verwendet werden.
In dem Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform weist sowohl die Vielzahl von gefertigten ersten Partikeln als auch die Vielzahl von gefertigten zweiten Partikeln einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm auf, womit die ersten Partikel und die zweiten Partikel in jedem der Sekundärpartikel fein verteilt sind. Somit ist es möglich, in einer Keramikschicht, welche durch Aufspritzen eines die Sekundärpartikel enthaltenden Pulvers erhalten worden ist, die Bildung großer Klumpen von Zirkonoxid-basierten, lediglich eines des ersten Zusatzmittels und des zweiten Zusatzmittels enthaltenden Keramiken zu verhindern. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.
Ein großer Klumpen einer Zirkonoxid-basierten Keramik bezeichnet hierin einen Klumpen mit einer Größe, welche die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze des Klumpens fördert. Im Rahmen der Konfiguration der oben beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, eine Keramikschicht zu erhalten, welche vollständig oder im Wesentlichen frei von Klumpen einer Zirkonoxid-basierten Keramik ist, die lediglich eines des ersten Zusatzmittels und des zweiten Zusatzmittels enthält und eine zur Bildung und Entwicklung von Rissen beitragende Größe aufweist.
In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem ersten Zusatzmittel um Yttriumoxid, und handelt es sich bei dem zweiten Zusatzmittel um Ytterbiumoxid.
Eine Keramikschicht, welche aus einer Zirkonoxid-basierten und Ytterbiumoxid enthaltenden Keramik besteht, d. h. YbSZ, besitzt eine höhere Wärmebeständigkeit als eine aus YSZ bestehende Keramikschicht. Andererseits besteht in einer Keramikschicht, welche durch Aufspritzen eines YbSZ-Partikel und YSZ-Partikel enthaltenden Pulvergemischs erhalten worden ist, die Gefahr einer Bildung relativ großer Klumpen von YbSZ, was zur Bildung oder Entwicklung von Rissen an der Grenze des Klumpens führen kann.
2 ist eine SEM-Aufnahme (Sekundärelektronenreflexionsaufnahme) eines Bereichs einer Keramikschicht, in welchem sich ein Riss gebildet hat. Diese Keramikschicht wurde durch Aufspritzen eines Pulvergemischs erhalten, welches YbSZ-Partikel und YSZ-Partikel enthält, die mittels des Wiederverwendungsverfahrens gemäß Patentdokument 5 zurückgewonnen wurden. In 2 gibt es eine helle Region entlang des Risses, welche durch einen Pfeil gekennzeichnet ist. Die helle Region stellt einen Bereich mit hoher Dichte an Ytterbium, welches schwerer als Yttrium ist, dar und zeigt, dass sich Risse mit höherer Wahrscheinlichkeit an der Grenze eines Klumpens von YbSZ bilden oder entwickeln.
3 ist eine SEM-Aufnahme einer Vielzahl von Sekundärpartikeln, welche mittels eines Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einer Ausführungsform gefertigt worden sind. Die Sekundärpartikel umfassen sowohl die YbSZ-Partikel als auch die YSZ-Partikel.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers einer Ausführungsform umfasst jeder der Sekundärpartikel, wie in 3 dargestellt ist, ein fein verteiltes Gemisch von YbSZ-Partikeln und YSZ-Partikeln. In einer durch Aufspritzen der Sekundärpartikel erhaltenen Keramikschicht ist es somit möglich, die Bildung großer Klumpen von YbSZ zu verhindern. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.
In einigen Ausführungsformen weist das im Fertigungsschritt S1 gefertigte Pulvergemisch einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 5 μm auf.
Im Rahmen dieser Konfiguration weist sowohl die Vielzahl von ersten Partikeln als auch die Vielzahl von zweiten Partikeln einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 5 μm auf, womit jeder der Sekundärpartikel ein Gemisch aus den ersten Partikeln und den zweiten Partikeln in noch feinerer, verteilter Form enthält. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.
4 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Sekundärpartikel-Fertigungsschritts S2 gemäß einigen Ausführungsformen. Wie in 4 dargestellt ist, umfasst der Sekundärpartikel-Fertigungsschritt S2 in einigen Ausführungsformen einen Pulveragglomerationsschritt S21 und einen Wärmebehandlungsschritt S22.
Im Pulveragglomerationsschritt S21 wird das im Fertigungsschritt S21 gefertigte Pulvergemisch dazu verwendet, mittels eines Spritztrocknungsverfahrens eine Vielzahl von Zwischenpartikeln zu fertigen, welche jeweils die ersten Partikel und die zweiten Partikel umfassen.
Im Rahmen des Spritztrocknungsverfahrens wird eine Aufschlämmung erzeugt, welche ein Medium wie beispielsweise Wasser, ein Pulvergemisch, ein Bindemittel, und gegebenenfalls ein Dispergiermittel enthält. Die Aufschlämmung wird dadurch erhalten, dass man ein Medium, ein Bindemittel und gegebenenfalls ein Dispergiermittel zu einem Pulvergemisch hinzufügt, und das Ganze vermischt. Anschließend wird die erhaltende Aufschlämmung zu Partikeln geformt und mittels des Spritztrocknungsverfahrens getrocknet, wobei eine Vielzahl von Zwischenpartikeln erhalten wird.
Die Aufschlämmung enthält beispielsweise 70 bis 90 Gewichtsteile eines Pulvergemischs, 10 bis 30 Gewichtsteile eines Mediums, 0.001 bis 1.0 Gewichtsteile eines Bindemittels, und gegebenenfalls 0.001 bis 0.3 Gewichtsteile eines Dispergiermittels.
Obwohl es nicht auf die folgenden begrenzt ist, kann als Bindemittel ein wasserbasiertes Bindemittel oder ein harzbasiertes Bindemittel verwendet werden. Beispielsweise kann als Bindemittel Polyvinylalkohol (PVA) verwendet werden.
Das Dispergiermittel ist nicht in besonderer Weise beschränkt, solange es in der Lage ist, die ersten Partikel und die zweiten Partikel zu verteilen. Als Dispergiermittel kann beispielsweise Ammoniumpolycarboxylat, Natriumpolycarboxylat oder Polyphosphorsäureaminoalkohol verwendet werden.
Im Wärmebehandlungsschritt S22 werden die Zwischenpartikel einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei die in den Zwischenpartikeln befindlichen ersten Partikel und zweiten Partikel gesintert werden. Beispielsweise werden die Zwischenpartikel im Wärmebehandlungsschritt S22 für einen Zeitraum von mindestens einer Stunde und maximal zehn Stunden auf eine Temperatur von nicht weniger als 1300°C und nicht mehr als 1700°C erwärmt.
Mittels des Spritztrocknungsverfahrens können im Rahmen dieser Konfiguration auf einfache Art und Weise kugelförmige Zwischenpartikel gefertigt werden. Wie in 3 dargestellt ist, ist es infolgedessen möglich, auf einfache Art und Weise kugelförmige Sekundärpartikel zu erhalten. Die kugelförmigen Sekundärpartikel können leicht transportiert werden, womit sie für thermisches Spritzen geeignet sind.
Sofern das Pulvergemisch einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 5 μm aufweist, können die Zwischenpartikel darüber hinaus auf einfache Art und Weise in eine Kugelform gebracht werden.
5 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einigen Aspekten. Wie in 5 dargestellt ist, umfasst das Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers in einigen Ausführungsformen weiterhin einen Sekundärpartikel-Klassifizierungsschritt S3.
Im Sekundärpartikel-Klassifizierungsschritt S3 wird aus den im Sekundärpartikel-Fertigungsschritt S2 erhaltenen Sekundärpartikeln ein Pulver mit einem 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht weniger als 20 μm und nicht mehr als 150 μm erhalten.
Durch thermisches Spritzen eines Sekundärpartikelpulvers, welches einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von zumindest 20 μm aufweist, ist es im Rahmen dieser Konfiguration möglich, eine Keramikschicht mit geeigneter Porosität und somit guten Wärmedämmeigenschaften zu fertigen. Durch thermisches Spritzen eines Pulvers, welches einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 150 μm aufweist, wird darüber hinaus eine geeignete Schichtbildungseffizienz erzielt, wodurch es möglich ist, in relativ kurzer Zeit eine Keramikschicht auszubilden.
Sofern das Sekundärpartikelpulver einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von zumindest 30 μm aufweist, ist es möglich, eine Keramikschicht mit noch besseren Wärmedämmeigenschaften zu fertigen.
6 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Fertigungsschritts S1 gemäß einigen Aspekten. Wie in 6 dargestellt ist, umfasst der Fertigungsschritt S1 in einigen Ausführungsformen einen Rückgewinnungsschritt für nicht-haftende Partikel S11 sowie einen Pulverzerkleinerungsschritt S12.
Im Rückgewinnungsschritt für nicht-haftende Partikel S11 wird die Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln, die nach dem Bespritzen eines Spritztargets mit einer Vielzahl von Partikeln, welche aus einer Zirkonoxid-basierten, das erste Zusatzmittel enthaltenden Keramik bestehen, nicht an dieses binden, und die Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln, die nach dem Bespritzen eines Spritztargets mit einer Vielzahl von Partikeln, welche aus einer Zirkonoxid-basierten, das zweite Zusatzmittel enthaltenden Keramik bestehen, nicht an dieses binden, zurückgewonnen.
Im Pulverzerkleinerungsschritt S12 werden die zurückgewonnenen ersten nicht-haftenden Partikel und zweiten nicht-haftenden Partikel gemeinsam zerkleinert. Infolge der Zerkleinerung wird ein Pulvergemisch der im Fertigungsschritt S1 gefertigten ersten Partikel und zweiten Partikel erhalten.
Im Rahmen dieser Konfiguration umfasst jeder der Sekundärpartikel, welche aus den zurückgewonnenen ersten nicht-haftenden Partikeln und zweiten nicht-haftenden Partikeln gefertigt wurden, ein fein verteiltes Gemisch von Zirkonoxid-basierten, das erste Zusatzmittel enthaltenden Keramikpartikeln und Zirkonoxid-basierten, das zweite Zusatzmittel enthaltenden Keramikpartikeln. Somit ist es möglich, in einer Keramikschicht, welche durch Aufspritzen eines die Sekundärpartikel enthaltenden Pulvers erhalten worden ist, die Bildung großer Klumpen einer Zirkonoxid-basierten, das erste Zusatzmittel enthaltenden Keramik oder einer Zirkonoxid-basierten, das zweite Zusatzmittel enthaltenden Keramik zu verhindern. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.
Ferner werden die Sekundärpartikel aus den zurückgewonnenen ersten nicht-haftenden Partikeln und den zweiten nicht-haftenden Partikeln gefertigt, womit das vorstehende Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers auch ein Verfahren zur Regenerierung eines thermischen Spritzpulvers darstellen kann. Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration ist es somit möglich, die Menge an zu verwerfenden ersten nicht-haftenden Partikeln und zweiten nicht-haftenden Partikeln zu verringern, die verwendete Menge an Rohmaterialpulver einer Zirkonoxid-basierten Keramik, welches zur Herstellung einer Keramikschicht pro Volumeneinheit benötigt wird, zu senken, und die Kosten für die Herstellung einer Keramikschicht zu reduzieren.
Ferner werden die zurückgewonnenen ersten nicht-haftenden Partikel und zweiten nicht-haftenden Partikel im Rahmen dieser Konfiguration gemeinsam zerkleinert, womit keine Notwendigkeit besteht, die ersten nicht-haftenden Partikel und die zweiten nicht-haftenden Partikel getrennt voneinander zurückzugewinnen. Somit ist es möglich, die ersten nicht-haftenden Partikel und die zweiten nicht-haftenden Partikel effizient zurückzugewinnen, was ebenfalls zu einer Reduzierung der Kosten für die Herstellung einer Keramikschicht beiträgt.
Sofern unreine Substanzen in die im Rückgewinnungsschritt für nicht-haftende Partikel S11 zurückgewonnenen ersten nicht-haftenden Partikel und zweiten nicht-haftenden Partikel eingemischt sind, können die unreinen Substanzen mit einem Sichter oder dergleichen vor Durchführung des Pulverzerkleinerungsschritts S12 entfernt werden.
7 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Fertigungsschritts S1 gemäß einigen Aspekten. Wie in 7 dargestellt ist, umfasst der Fertigungsschritt S1 in einigen Ausführungsformen einen Rückgewinnungsschritt für nicht-haftende Partikel S11, einen Auswahlschritt S14, sowie einen Pulverzerkleinerungsschritt S12.
In dem in 7 dargestellten Rückgewinnungsschritt für nicht-haftende Partikel S11 wird die Vielzahl von dritten nicht-haftenden Partikeln, die nach dem Bespritzen eines Spritztargets mit einer Vielzahl von Metallpartikeln nicht an dieses binden, zusammen mit der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und der Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln zurückgewonnen.
Im Auswahlschritt S14 wird die Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und die Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln von der im Rückgewinnungsschritt für nicht-haftende Partikel S11 zurückgewonnenen Vielzahl von dritten nicht-haftenden Partikeln abgetrennt.
Im Rahmen dieser Konfiguration werden die dritten nicht-haftenden Partikel selbst in Fällen, in welchen die aus Metall bestehenden dritten nicht-haftenden Partikel zusammen mit den ersten und zweiten nicht-haftenden Partikeln gesammelt werden, im Auswahlschritt S14 von der Vielzahl von ersten und zweiten nicht-haftenden Partikeln abgetrennt. Somit ist es möglich, die Einbringung von Metall in ein Produkt eines thermischen Spritzpulvers zu verhindern.
8 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs des Auswahlschritts S14 gemäß einigen Ausführungsformen. Wie in 8 dargestellt ist, umfasst der Auswahlschritt S14 in einigen Ausführungsformen einen Klassifizierungsschritt für zurückgewonnene Partikel S141, einen elektromagnetischen Trennschritt S142, sowie einen Auflösungstrennschritt S143.
Im Klassifizierungsschritt für zurückgewonnene Partike S141 werden beispielsweise Partikel mit einem 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 150 μm aus den zurückgewonnenen Partikeln ausgewählt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es sich bei Partikeln mit einer Größe von mehr als 150 μm wahrscheinlich um Sandkörner oder dergleichen handelt.
Im elektromagnetischen Trennschritt S142 werden die im Klassifizierungsschritt für zurückgewonnene Partikel S141 ausgewählten Partikel elektromagnetisch in eine Gruppe bestehend aus der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und der Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln, sowie in eine Gruppe bestehend aus den dritten nicht-haftenden Partikeln aufgetrennt.
Beispielsweise sind die ausgewählten Partikel infolge Reibung elektrisch aufgeladen, woraufhin die elektrisch aufgeladenen Partikel entsprechend ihrer Polarität elektrostatisch aufgetrennt werden. Hierbei können die Partikel elektromagnetisch in eine Gruppe bestehend aus der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und der Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln, sowie in eine Gruppe bestehend aus den dritten nicht-haftenden Partikeln aufgetrennt werden. Das vorstehende Verfahren basiert auf der Tendenz, dass die aus einer Keramik bestehenden ersten nicht-haftenden Partikel und zweiten nicht-haftenden Partikel eine negative elektrische Ladung ausbilden, und dass die aus Metall bestehenden dritten nicht-haftenden Partikel eine positive elektrische Ladung ausbilden.
Im vorstehenden elektromagnetischen Trennschritt S142 werden die ersten nicht-haftenden Partikel und die zweiten nicht-haftenden Partikel mit relativ geringer Genauigkeit von den dritten nicht-haftenden Partikeln abgetrennt. Somit können die im elektromagnetischen Trennschritt S142 abgetrennten ersten nicht-haftenden Partikel und zweiten nicht-haftenden Partikel nach wie vor die dritten nicht-haftenden Partikel enthalten.
Im Auflösungstrennschritt S143 werden beispielsweise die aus Metall bestehenden dritten nicht-haftenden Partikel durch Auflösen in einer sauren wässrigen Lösung, wie etwa in Chlorwasserstofflösung, Salpetersäurelösung und Königswasser, entfernt. Dementsprechend ist es möglich, die ersten nicht-haftenden Partikel und die zweiten nicht-haftenden Partikel aus den zurückgewonnenen Partikeln herauszuholen.
Sofern das zurückgewonnene Pulver ein amphoteres Hydroxid wie beispielsweise Aluminiumoxid enthält, kann das amphotere Hydroxid durch Auflösen in einer alkalischen wässrigen Lösung, wie etwa in Natriumhydratlösung, entfernt werden.
9 ist ein Flussdiagramm des schematischen Ablaufs eines Fertigungsschritts S1 gemäß einigen Aspekten. Wie in 9 dargestellt ist, umfasst der Fertigungsschritt S1 in einigen Ausführungsformen einen Rückgewinnungsschritt für nicht-haftende Partikel S11, einen Rückgewinnungsschritt für unregelmäßige Partikeln S15, sowie einen Pulverzerkleinerungsschritt S12.
Im Rückgewinnungsschritt für unregelmäßige Partikel S15 werden Partikel zurückgewonnen, welche den Partikeldurchmesserstandard nicht erfüllen und im Rahmen der Auswahl des Sekundärpartikel-Klassifizierungsschritts S3 entfernt wurden.
Im Pulverzerkleinerungsschritt S12 werden die Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln, die Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln, sowie die unregelmäßigen Partikel gemeinsam zerkleinert.
Im Rahmen der vorstehenden Konfiguration werden die unregelmäßigen Partikel zusammen mit der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und der Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln zerkleinert, wodurch es möglich ist, die unregelmäßigen Partikel zu nutzen und damit die regenerierte Menge an thermischem Spritzpulver zu erhöhen. Dementsprechend ist es möglich, die verwendete Menge an Rohmaterialpulver einer Zirkonoxid-basierten Keramik, welches zur Herstellung einer Keramikschicht pro Volumeneinheit benötigt wird, weiter zu verringern und damit die Kosten für die Herstellung einer Keramikschicht weiter zu reduzieren.
10 ist ein schematisches Schaltdiagramm einer thermischen Spritzanlage 2a, in welcher eine Vorrichtung zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers 1a (nachfolgend auch als Pulverfertigungsvorrichtung bezeichnet) gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Pulverfertigungsvorrichtung 1a kann dazu verwendet werden, das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers durchzuführen.
Wie in 10 dargestellt ist, umfasst die Pulverfertigungsvorrichtung 1a, einen Staubabscheider 3, eine Pulverzerkleinerungsvorrichtung (einen Zerkleinerer) 4, eine Sekundärpartikel-Fertigungsvorrichtung 5, sowie eine Sekundärpartikel-Klassifizierungsvorrichtung 6.
Der Staubabscheider 3 ist in der Lage, aus der Vielzahl von Partikeln einer Zirkonoxid-basierten Keramik, welche ausgehend von einer Spritzvorrichtung 7 der thermischen Spritzanlage 2a auf ein Spritztarget 8 gespritzt wurden und nicht an dieses binden, nicht-haftende Partikel, d. h. die ersten nicht-haftenden Partikel und die zweiten nicht-haftenden Partikel, zu sammeln.
Der Staubabscheider 3 umfasst beispielsweise einen Sammelkanal 10 und einen Ansauglüfter 11. Der Sammelkanal 10 ist in einer Wand einer Spritzkabine 13 ausgebildet, welche in ihrem Inneren mit einer Spritzpistole 12 der Spritzvorrichtung 7 versehen ist, und weist ein in Richtung der Spritzpistole 12 zeigendes offenes Ende auf, wobei das Spritztarget 8 dazwischen positioniert ist. In einer dem Sammelkanal 10 gegenüberliegenden Wand der Spritzkabine 13 ist eine Lüftungsöffnung 14 angeordnet. Am anderen Ende des Sammelkanals 10 ist ein Ansauglüfter 11 angeschlossen, wodurch es möglich ist, nicht-haftende Partikel während des Betriebs des Ansauglüfters 11 über den Sammelkanal 10 zurückzugewinnen.
Die Pulverzerkleinerungsvorrichtung 4 ist in der Lage, die unter Verwendung des Staubabscheiders 3 gesammelten nicht-haftenden Partikel zu zerkleinern. Als Pulverzerkleinerungsvorrichtung 4 kann beispielsweise eine Kugelmühle oder eine Attritormühle verwendet werden.
Die Sekundärpartikel-Fertigungsvorrichtung ist in der Lage, aus einem Pulver der unter Verwendung der Pulverzerkleinerungsvorrichtung 4 erhaltenen nicht-haftenden Partikel Sekundärpartikel zu fertigen. Die Sekundärpartikel-Fertigungsvorrichtung 5 umfasst beispielsweise eine Pulveragglomerationsvorrichtung 16 sowie eine Wärmebehandlungsvorrichtung 17.
Als Pulveragglomerationsvorrichtung 16 kann beispielsweise eine Spritztrocknungsvorrichtung verwendet werden. Eine Spritztrocknungsvorrichtung bildet eine Vielzahl von Partikeln umfassende Zwischenpartikel, indem sie flüssige Tropfen einer in einen Heißluftstrom eingeträufelten Aufschlämmung verfestigt, wobei die Aufschlämmung eine Vielzahl von zerkleinerten Partikeln umfasst.
Als Wärmebehandlungsvorrichtung 17 kann beispielsweise ein elektrischer Ofen verwendet werden. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 17 erwärmt die Zwischenpartikel für einen Zeitraum von zumindest einer Stunde und von maximal zehn Stunden auf eine Temperatur von nicht weniger als 1300°C und nicht mehr als 1700°C. Dementsprechend werden die Zwischenpartikel gesintert, und werden die Sekundärpartikel erzeugt.
Im Rahmen dieser Konfiguration zerkleinert die Pulverzerkleinerungsvorrichtung 4 nicht-haftende Partikel, wodurch die aus Zirkonoxid-basierten, unterschiedliche Zusatzmittel enthaltenden Keramiken gefertigten Sekundärpartikel ein Gemisch aus fein verteilten Keramikpartikeln enthalten, die auf Zirkonoxid basieren und unterschiedliche Zusatzmittel enthalten. Somit ist es möglich, in einer Keramikschicht, welche durch Aufspritzen eines die Sekundärpartikel enthaltenden Pulvers erhalten worden ist, die Bildung großer Klumpen von Zirkonoxid-basierten, ein bestimmtes Zusatzmittel enthaltenden Keramiken zu verhindern. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.
11 ist ein schematisches Schaltdiagramm der in 10 dargestellten Spritzvorrichtung 7. Bei der Spritzvorrichtung 7 handelt es sich um eine Plasmaspritzvorrichtung. Wie in 11 dargestellt ist, umfasst die Spritzvorrichtung 7 die Spritzpistole (Plasmaspritzpistole) 12, eine Betriebsgaszuführvorrichtung 21, welche der Spritzpistole 12 Betriebsgas zuführt, eine Pulverzuführvorrichtung 22, welche der Spritzpistole 12 ein Pulver zuführt, eine Stromquelle 23, welche die Spritzpistole 12 mit elektrischem Strom zur Erzeugung von Plasma aus dem Betriebsgas versorgt, eine Kühlwasserzuführvorrichtung 24, welche der Spritzpistole 12 Kühlwasser zuführt, sowie eine Spritzsteuervorrichtung 25, welche die vorstehenden Vorrichtungen 21 bis 24 steuert.
Die Spritzpistole 12 umfasst eine Düse 26 zur Erzeugung von Plasma, eine im Inneren der Düse 26 angeordnete Wolframelektrode 27, und ein die Düse 26 umgebendes Pistolengehäuse 28. Die Wolframelektrode 27 ist an einer Fußseite der Düse 26 im Inneren der Düse 26 fixiert. Die Düse 26 besitzt einen Betriebsgaseinlass 29, welcher in der Nähe der Fußseite der Düse 26 ausgebildet ist, sowie einen Pulvereinlass 31, welcher in der Nähe einer Einspritzöffnung 30 der Düse 26 ausgebildet ist. Weiterhin umfasst das Pistolengehäuse 28 einen Kühlwassereinlass 32, durch welchen Kühlwasser aus der Kühlwasserzuführvorrichtung 24 in einen zwischen dem Inneren des Pistolengehäuses 28 und der Außenseite der Düse 26 gebildeten Kühlraum einströmt, sowie einen Kühlwasserauslass 33, durch welchen in dem Kühlraum befindliches Kühlwasser ausgeführt werden soll.
Aus der Betriebsgaszuführvorrichtung 21 wird der Düse 26 der Spritzpistole 12 ein Betriebsgas wie beispielsweise Ar zugeführt. Sobald die Stromquelle 23 in Betrieb ist, wird die Wolframelektrode 27 zu einer negativen Elektrode, und wird die in der Nähe der Einspritzöffnung 30 angeordnete Düse 26 zu einer positiven Elektrode, wobei ausgehend von der Wolframelektrode 27 Elektronen in Richtung der Düseneinspritzöffnung 30 emittiert werden. Dementsprechend wird das Betriebsgas ionisiert und in Plasma umgewandelt. Diesem Plasma wird mittels der Pulverzuführvorrichtung 22 ein thermisches Spritzpulver zugeführt. Das thermische Spritzpulver wird vom Plasma erwärmt und auf das Spritztarget 8 gespritzt. Das Spritztarget 8 ist auf einer Drehscheibe 34 angeordnet, welche beispielsweise im Inneren der thermischen Spritzkabine angeordnet ist, wobei die Spritzrichtung bezüglich des Spritztargets 8 durch Drehen der Drehscheibe 34 verändert werden kann.
Der Pulverzuführvorrichtung 22 kann ein thermisches Spritzpulver zugeführt werden, welches unter Verwendung der Pulverfertigungsvorrichtung 1a hergestellt worden ist. Sofern die Menge an thermischem Spritzpulver nicht ausreicht, kann frisches Rohmaterialpulver zugeführt werden, welches aus einer Zirkonoxid-basierten, ein Zusatzmittel enthaltenden Keramik besteht.
Beispielsweise umfasst die in 10 dargestellte Spritzanlage 2a eine Vielzahl von Spritzvorrichtungen 7, wie beispielsweise zwei Spritzvorrichtungen 7. Einer der Spritzvorrichtungen 7 wird ein mittels der Pulverfertigungsvorrichtung 1 hergestelltes thermisches Spritzpulver sowie gegebenenfalls frisches Rohmaterialpulver zugeführt, während der anderen der Spritzvorrichtungen 7 frisches Rohmaterialpulver zugeführt wird. Einer der Spritzvorrichtungen 7 wird beispielsweise ein YSZ enthaltendes Rohmaterialpulver zugeführt, während der anderen der Spritzvorrichtungen 7 ein YbSZ enthaltendes Rohmaterialpulver zugeführt wird.
Im Rahmen dieser Konfiguration wird ein Spritztarget 8b einer der Spritzvorrichtungen 7 mit YSZ und YbSZ bespritzt, während ein Spritztarget 8a der anderen der Spritzvorrichtungen 7 mit YbSZ bespritzt wird.
12 ist ein schematisches Schaltdiagramm der thermischen Spritzanlage 2b, welche mit der Fertigungsvorrichtung 1b zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einigen Ausführungsformen versehen ist.
Die in 12 dargestellte Spritzanlage 2b umfasst weiterhin eine Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole 12, bei welcher es sich um eine von der Spritzvorrichtung 7 abweichende Spritzvorrichtung handelt. Eine Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole 35 wird dazu verwendet, Metall auf das Spritztarget 8c zu spritzen.
Im Falle der in 12 dargestellten Spritzanlage 2b werden nicht-haftende Partikel (die dritten nicht-haftenden Partikel), welche aus Metall bestehen und nicht an ein Spritztarget 8c binden, zusammen mit den ersten nicht-haftenden Partikeln und den zweiten nicht-haftenden Partikeln mittels des Staubabscheiders 3 gesammelt. Somit umfasst die Pulverfertigungsvorrichtung 1b weiterhin eine Klassifizierungsvorrichtung für zurückgewonnene Partikel 40, eine elektromagnetische Trennvorrichtung 41, sowie eine Auflösungstrennvorrichtung 42.
Die Klassifizierungsvorrichtung für zurückgewonnene Partikel 40 wählt aus den zurückgewonnenen Partikeln beispielsweise Partikel mit einem 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 150 μm aus. Dies liegt darin begründet, dass es sich bei Partikeln mit einer Größe von mehr als 150 μm wahrscheinlich um Sandkörner oder dergleichen handelt.
Die elektromagnetische Trennvorrichtung 41 trennt die von der Klassifizierungsvorrichtung für zurückgewonnene Partikel 40 ausgewählten Partikel in eine Gruppe bestehend aus der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und der Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln, sowie in eine Gruppe bestehend aus den dritten nicht-haftenden Partikeln auf.
Die elektromagnetische Trennvorrichtung 41 umfasst beispielsweise eine auf Reibung basierende elektrische Aufladevorrichtung und eine elektrostatische Trennvorrichtung. Die auf Reibung basierende elektrische Aufladevorrichtung kann die ausgewählten Partikel infolge Reibung elektrisch aufladen. Die elektrostatische Trennvorrichtung bewirkt eine elektrostatische Trennung der elektrisch aufgeladenen Partikel entsprechend ihrer Polarität. Hierbei können die Partikel in eine Gruppe bestehend aus der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und der Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln, sowie in eine Gruppe bestehend aus den dritten nicht-haftenden Partikeln aufgetrennt werden. Das vorstehende Verfahren basiert auf der Tendenz, dass die aus einer Keramik bestehenden ersten nicht-haftenden Partikel und zweiten nicht-haftenden Partikel eine negative elektrische Ladung ausbilden, und dass die aus Metall bestehenden dritten nicht-haftenden Partikel eine positive elektrische Ladung ausbilden.
Die elektromagnetische Trennvorrichtung 41 trennt die ersten nicht-haftenden Partikel und die zweiten nicht-haftenden Partikel mit relativ geringer Genauigkeit von den dritten nicht-haftenden Partikeln ab. Somit können die von der elektromagnetischen Trennvorrichtung 41 abgetrennten ersten nicht-haftenden Partikel und zweiten nicht-haftenden Partikel die dritten nicht-haftenden Partikel enthalten.
Die Auflösungstrennvorrichtung 42 entfernt beispielsweise die aus Metall bestehenden dritten nicht-haftenden Partikel durch Auflösen in einer sauren wässrigen Lösung, wie etwa in Chlorwasserstofflösung, Salpetersäurelösung und Königswasser. Dementsprechend ist es möglich, die ersten nicht-haftenden Partikel und die zweiten nicht-haftenden Partikel aus den zurückgewonnenen Partikeln herauszuholen.
Sofern das zurückgewonnene Pulver ein amphoteres Hydroxid wie beispielsweise Aluminiumoxid enthält, kann das amphotere Hydroxid durch Auflösen in einer alkalischen wässrigen Lösung, wie etwa in Natriumhydratlösung, entfernt werden.
Bevor sie der Pulverzerkleinerungsvorrichtung 4 zugeführt werden, werden die mittels der Auflösungstrennvorrichtung 42 erhaltenen ersten nicht-haftenden Partikel und zweiten nicht-haftenden Partikel gereinigt und getrocknet.
Mit der oben beschriebenen Fertigungsvorrichtung 1b zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers werden die dritten nicht-haftenden Partikel selbst in Fällen, in welchen die aus Metall bestehenden dritten nicht-haftenden Partikel zusammen mit den ersten nicht-haftenden Partikeln und den zweiten nicht-haftenden Partikeln gesammelt werden, mittels der Klassifizierungsvorrichtung für zurückgewonnene Partikel 40, der elektromagnetischen Trennvorrichtung 41, sowie der Auflösungstrennvorrichtung 42, welche zusammen als Auswahlvorrichtung fungieren, von der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und zweiten nicht-haftenden Partikeln abgetrennt. Somit ist es möglich, die Einbringung von Metall in ein Produkt eines thermischen Spritzpulvers zu verhindern.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst ein mittels des Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers oder der Fertigungsvorrichtung 1a oder 1b gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestelltes Spritzpulver eine Vielzahl von Sekundärpartikeln, welche jeweils den ersten Partikel und den zweiten Partikel in zusammengesinterter Form enthalten. Der erste Partikel enthält eine Zirkonoxid-basierte, das erste Zusatzmittel enthaltende Keramik, während der zweite Partikel eine Zirkonoxid-basierte, das zweite Zusatzmittel enthaltende Keramik enthält. Sowohl der erste Partikel als auch der zweite Partikel weisen einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm auf.
Während das thermische Spritzpulver Sekundärpartikel umfasst, welche aus Zirkonoxid-basierten, unterschiedliche Zusatzmittel enthaltenden Keramiken bestehen, weist die Vielzahl von ersten Partikeln und die Vielzahl von zweiten Partikeln jeweils einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm auf, wobei die Partikel der Zirkonoxid-basierten, unterschiedliche Zusatzmittel enthaltenden Keramiken in den Sekundärpartikeln fein verteilt sind. Somit ist es möglich, in einer Keramikschicht, welche durch Aufspritzen eines die Sekundärpartikel enthaltenden Pulvers erhalten worden ist, die Bildung großer Klumpen von Zirkonoxid-basierten, ein bestimmtes Zusatzmittel enthaltenden Keramiken zu verhindern. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, wodurch es möglich ist, eine Keramikschicht mit hervorragenden Temperaturzykluseigenschaften zu erhalten.
13 ist eine schematische Teilschnittdarstellung einer Komponente, welche ein Substrat 50 und eine auf der Oberfläche des Substrats 50 ausgebildete Wärmedämmschicht 51 aufweist.
Das Substrat 50 besteht beispielsweise aus einer wärmebeständigen Legierung, wie beispielsweise einer auf nickelbasierten Legierung. Die nickelbasierte Legierung besitzt beispielsweise die Zusammensetzung Ni-16Cr-8.5Co-1.75Mo-2.6W-1.75Ta-0.9Nb-3.4Ti-3.4Al (Gew.-%).
Die Wärmedämmschicht 51 umfasst eine auf der Oberfläche des Substrats 50 ausgebildete Metallbindungsschicht 52, sowie eine unter Verwendung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildete Keramikschicht 53.
Die Metallbindungsschicht 52 besteht beispielsweise aus einer MCrAlY-Legierung, wobei M für zumindest eine Art von Legierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ni, Co und Fe steht. Die MCrAlY-Legierung besitzt beispielsweise die Zusammensetzung Co-32Ni-21Cr-8Al-0.5Y. Die Dicke der Metallbindungsschicht 52 beträgt beispielsweise zumindest 10 μm und nicht mehr als 500 μm.
Die Keramikschicht 53 ist auf der Oberfläche der Metallbindungsschicht 52 ausgebildet. Die Keramikschicht 53 besteht aus einer Zirkonoxid-basierten, Zusatzmittel enthaltenden Keramik. Die Dicke der Keramikschicht 53 beträgt beispielsweise zumindest 0.1 mm und nicht mehr als 1 mm.
Die oben beschriebene Wärmedämmschicht 51 kann beispielsweise unter Verwendung der in 12 dargestellten Spritzanlage 2b gebildet werden. Insbesondere kann die Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole 35 dazu verwendet werden, die Metallbindungsschicht 52 auf dem Substrat 50 auszubilden, und kann die Plasmaspritzpistole 12 dazu verwendet werden, die Keramikschicht 53 auf der Metallbindungsschicht 52 auszubilden.
14 ist eine schematische Teilschnittdarstellung einer Gasturbine 60, welche die in 13 dargestellten Komponenten umfasst.
Die Gasturbine 60 umfasst einen Verdichter 61, eine Brennkammer 62, sowie eine Turbine 63. Vom Verdichter 61 verdichtete Luft wird in der Brennkammer 62 zur Verbrennung von Brennstoff verwendet. Von der Brennkammer 62 erzeugtes Verbrennungsgas treibt die Turbine 63 an, wobei der Ausstoß der Turbine 63 einen Generator (nicht dargestellt) und den Verdichter 61 antreibt.
Während es sich bei der in 14 dargestellten Gasturbine 60 um eine Gasturbine für die Energieerzeugung handelt, können die in 13 dargestellten Komponenten beispielsweise auch in einer für ein Flugzeugtriebwerk oder einen Schiffsmotor vorgesehenen Gasturbine verwendet werden. Die Wärmedämmschicht 51 kann in verschiedensten Hochtemperaturkomponenten eingesetzt werden, wie beispielsweise in jenen eines Fahrzeugmotors oder dergleichen neben jenen einer Gasturbine. Eine Hochtemperaturkomponente bezeichnet hierin allgemein ein Objekt, welches hohen Temperaturen ausgesetzt werden soll, und ist nicht in besonderer Weise beschränkt. Eine hohe Temperatur bedeutet hierin beispielsweise zumindest 500°C und nicht mehr als 2000°C.
15 ist eine schematische Perspektivdarstellung einer in einer Turbine 63 zu verwendenden Laufschaufel 70. Die Laufschaufel 70 umfasst einen an einer Scheibenseite zu fixierenden Schwalbenschwanz 71, eine Standfläche 72, sowie einen Schaufelbereich 73. In der Laufschaufel 70 ist die Wärmedämmschicht 51 auf der Oberfläche des Schaufelbereichs 73 ausgebildet.
16 ist eine schematische Perspektivdarstellung einer in der Turbine 63 zu verwendenden Leitschaufel 80. Die Leitschaufeln 80 umfasst ein inneres Deckband 81, ein äußeres Deckband 82, sowie einen Schaufelbereich 83. In dem Schaufelbereich 83 sind beispielsweise ein Dichtrippenkühlungsloch 84 und ein Spalt 85 ausgebildet. In der Leitschaufel 80 ist die Wärmedämmschicht 51 auf der Oberfläche des Schaufelbereichs 83 ausgebildet.
Im Falle der Gasturbine 60 ist die Wärmedämmschicht 51 darüber hinaus beispielsweise auf der Oberfläche eines Brennkammerkorbs oder eines Übergangsstücks der Brennkammer 62 ausgebildet.
Was die Keramikschicht 53 der auf eine Komponente der Gasturbine 60 aufgebrachten Wärmedämmschicht 51 betrifft, so wird die Keramikschicht 53 mittels eines Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, oder unter Verwendung eines mittels der Fertigungsvorrichtung 1a oder 1b gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellten thermischen Spritzpulvers gebildet, wodurch die Bildung großer Klumpen von Zirkonoxid-basierten, ein bestimmtes Zusatzmittel enthaltenden Keramiken verhindert wird. Infolgedessen wird die Bildung und Entwicklung von Rissen an der Grenze eines Klumpens vermieden, weshalb die erhaltende Keramikschicht 53 hervorragende Temperaturzykluseigenschaften aufweist und somit die Lebensdauer einer Komponente, welche mit der die Keramikschicht 53 umfassenden Wärmedämmschicht 51 beschichtet ist, sowie die Lebensdauer einer die Komponente umfassenden Gasturbine 60 erhöht.
17 ist ein schematisches Schaltdiagramm einer Temperaturzyklustestvorrichtung vom Lasertyp 90 für die Evaluierung der Temperaturzykluseigenschaften der Wärmedämmschicht 51.
Die Temperaturzyklustestvorrichtung vom Lasertyp 90 umfasst ein Hauptteil (Unterteil) 91, sowie eine auf dem Hauptteil 91 angeordnete Probenhaltevorrichtung 92. Eine Probe S, in welcher die Wärmedämmschicht 51 auf dem Substrat 50 ausgebildet ist, wird in die Probenhaltevorrichtung 92 eingebracht, so dass sich die Wärmedämmschicht 51 auf der Außenseite befindet.
Ferner umfasst die Temperaturzyklustestvorrichtung vom Lasertyp 90 eine CO₂-Laservorrichtung 93 und emittiert Laserlicht L von der Laservorrichtung 93 in Richtung der Probe S, wodurch sich die Probe S ausgehend von der Seite der Wärmedämmschicht 51 erwärmt. Bei der Laservorrichtung 93 handelt es sich beispielsweise um eine CO₂-Laservorrichtung.
Die Temperaturzyklustestvorrichtung vom Lasertyp 90 weist ferner eine Kühlgasdüse 94 auf, um der rückseitigen Oberfläche der Probe S Kühlgas zuzuführen. Das aus der Kühlgasdüse 94 austretende Kühlgas kühlt die rückseitige Oberfläche der Probe S.
Die Temperaturzyklustestvorrichtung vom Lasertyp 90 kühlt die rückseitige Oberfläche der Probe S mit Kühlgas, während die Laservorrichtung 93 die mit der Wärmedämmschicht 51 versehene Seite der Probe S erwärmt, wodurch es ohne weiteres möglich ist, innerhalb der Probe S einen Temperaturgradienten zu erzeugen. Ferner wird die unter Verwendung der CO₂-Laservorrichtung 93 durchgeführte Erwärmung regelmäßig wiederholt, wodurch es möglich ist, wiederholt einen Temperaturgradienten innerhalb der Probe S zu erzeugen.
Unter Verwendung der vorstehenden Temperaturzyklustestvorrichtung 90 wurden zwei Arten von Proben Se und Sc, und jeweils fünf Proben hiervon, wiederholt erwärmt, so dass die maximale Oberflächentemperatur (die Maximaltemperatur der Oberfläche der Wärmedämmschicht 51) 1300°C erreichte und die maximale Grenzflächentemperatur (die Maximaltemperatur an der Grenze zwischen der Wärmedämmschicht 51 und dem Substrat 50) 950°C erreichte. Die Proben wurden in jedem Zyklus für drei Minuten erwärmt und für drei Minuten gekühlt. 18 ist eine grafische Darstellung der Temperaturzykluslebensdauer einer jeden Probe, wobei die Anzahl an Zyklen, bei welcher im Temperaturzyklustest eine Abtrennung von der Wärmedämmschicht 51 auftrat, standardisiert war.
Probe Se umfasst eine Keramikschicht 53, welche durch Aufspritzen eines YSZ und YbSZ enthaltenden thermischen Spritzpulvers, das mittels eines Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt worden war, gebildet wurde. Probe Sc umfasst eine Keramikschicht 53, welche durch Aufspritzen eines YSZ und YbSZ enthaltenden thermischen Spritzpulvers, das mittels des Verfahrens zur Wiederverwendung eines thermischen Spritzpulvers gemäß Patentdokument 5 hergestellt worden war, gebildet wurde.
Wie in 18 dargestellt ist, lagen im Falle von Probe Se die Temperaturzykluseigenschaften aller Proben Se oberhalb der zulässigen Untergrenze. Im Gegensatz hierzu lagen im Falle von Probe Sc die Temperaturzykluseigenschaften einiger Proben Sc oberhalb der zulässigen Untergrenze, während die Temperaturzykluseigenschaften anderer Proben jedoch unterhalb der zulässigen Untergrenze lagen.
Dementsprechend lässt sich sagen, dass die Wärmedämmschicht 51, welche die durch Aufspritzen eines YSZ und YbSZ enthaltenden thermischen Spritzpulvers, das mittels des Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt worden war, gebildete Keramikschicht 53 umfasst, bessere Temperaturzykluseigenschaften aufweist als die Wärmedämmschicht 51, welche die durch Aufspritzen eines YSZ und YbSZ enthaltenden thermischen Spritzpulvers, das mittels des Verfahrens zur Wiederverwendung eines thermischen Spritzpulvers gemäß Patentdokument 5 hergestellt worden war, gebildete Keramikschicht 53 umfasst.
Vorstehend wurden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist und verschiedene Veränderungen und Modifikationen implementiert werden können.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Fertigung von thermischem Spritzpulver (Pulverfertigungsvorrichtung)
2: Thermische Spritzanlage
3: Staubabscheider
4: Pulverzerkleinerungsvorrichtung (Zerkleinerer)
5: Sekundärpartikel-Fertigungsvorrichtung
6: Sekundärpartikel-Klassifizierungsvorrichtung
7: Thermische Spritzvorrichtung
8: Spritztarget
10: Sammelkanal
11: Ansauglüfter
12: Spritzpistole
13: Spritzkabine
14: Lüftungsöffnung
16: Pulveragglomerationsvorrichtung
17: Wärmebehandlungsvorrichtung
21: Betriebsgaszuführvorrichtung
22: Pulverzuführvorrichtung
23: Stromquelle
24: Kühlwasserzuführvorrichtung
25: Spritzsteuervorrichtung
26: Düse
27: Wolframelektrode
28: Pistolengehäuse
29: Betriebsgaseinlass
30: Düseneinspritzöffnung
31: Pulvereinlass
32: Kühlwassereinlass
33: Kühlwasserauslass
34: Drehscheibe
35: Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole
40: Klassifizierungsvorrichtung für zurückgewonnene Partikel
41: Elektromagnetische Trennvorrichtung
42: Auflösungstrennvorrichtung
50: Substrat
51: Wärmedämmschicht
52: Metallbindungsschicht
53: Keramikschicht
60: Gasturbine
61: Verdichter
62: Brennkammer
63: Turbine
70: Laufschaufel
71: Schwalbenschwanz
72: Standfläche
73: Schaufelbereich
80: Leitschaufel
81: inneres Deckband
82: äußeres Deckband
83: Schaufelbereich
84: Dichtrippenkühlungsloch
85: Spalt
90: Temperaturzyklustestvorrichtung vom Lasertyp
91: Hauptteil (Unterteil)
92: Probenhaltevorrichtung 92
93: Laservorrichtung
94: Kühlgasdüse
S1: Fertigungsschritt
S2: Sekundärpartikel-Fertigungsschritt
S3: Sekundärpartikel-Klassifizierungsschritt
S11: Rückgewinnungsschritt für nicht-haftende Partikel
S12: Pulverzerkleinerungsschritt
S14: Auswahlschritt
S15: Rückgewinnungsschritt für unregelmäßige Partikel
S21: Pulveragglomerationsschritt
S22: Wärmebehandlungsschritt
S141: Klassifizierungsschritt für zurückgewonnene Partikel
S142: Elektromagnetischer Trennschritt
S143: Auflösungstrennschritt

Claims

Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers, umfassend: einen Fertigungsschritt, welcher das Fertigen eines einen ersten Partikel, der aus einer Zirkonoxid-basierten, ein erstes Zusatzmittel enthaltenden Keramik besteht, und einen zweiten Partikel, der aus einer Zirkonoxid-basierten, ein zweites Zusatzmittel enthaltenden Keramik besteht, enthaltenden Pulvergemischs vorsieht, wobei das Pulvergemisch einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm aufweist; und einen Sekundarpartikel-Fertigungsschritt, welcher das Fertigen einer Vielzahl von Sekundärpartikeln vorsieht, die jeweils den ersten Partikel und den zweiten Partikel in zusammengesinterter Form umfassen.
Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem ersten Zusatzmittel um Yttriumoxid handelt, und wobei es sich bei dem zweiten Zusatzmittel um Ytterbiumoxid handelt.
Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Pulvergemisch einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 5 μm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Sekundärpartikel-Fertigungsschritt umfasst: einen Pulveragglomerationsschritt, welcher das Fertigen einer Vielzahl von Zwischenpartikeln, welche jeweils den ersten Partikel und den zweiten Partikel enthalten, mittels eines Spritztrocknungsverfahrens vorsieht; und einen Wärmebehandlungsschritt, welcher das Wärmebehandeln der Zwischenpartikel unter Bereitstellung der Sekundärpartikel vorsieht.
Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend einen Sekundärpartikel-Klassifizierungsschritt, welcher das Bereitstellen eines Pulvers mit einem 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht weniger als 20 μm und nicht mehr als 150 μm aus den im Sekundärpartikel-Fertigungsschritt erhaltenen Sekundärpartikeln vorsieht.
Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Fertigungsschritt umfasst: einen Rückgewinnungsschritt für nicht-haftende Partikel, welcher das Zurückgewinnen einer Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln, die nach dem Bespritzen eines Spritztargets mit einer Vielzahl von Partikeln, welche aus einer Zirkonoxid-basierten, das erste Zusatzmittel enthaltenden Keramik bestehen, nicht an dieses binden, und einer Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln, die nach dem Bespritzen eines Spritztargets mit einer Vielzahl von Partikeln, welche aus einer Zirkonoxid-basierten, das zweite Zusatzmittel enthaltenden Keramik bestehen, nicht an dieses binden, vorsieht; und einen Pulverzerkleinerungsschritt, welcher das gemeinsame Zerkleinern der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und der Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln vorsieht.
Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers nach Anspruch 6, wobei im Rückgewinnungsschritt für nicht-haftende Partikel eine Vielzahl von dritten nicht-haftenden Partikeln, die nach dem Bespritzen eines Spritztargets mit einer Vielzahl von Metallpartikeln nicht an dieses binden, zusammen mit der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und der Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln zurückgewonnen wird, und wobei das Verfahren weiterhin einen Auswahlschritt umfasst, welcher das Abtrennen der Vielzahl von dritten nicht-haftenden Partikeln von der Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und zweiten nicht-haftenden Partikeln vorsieht.
Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers nach Anspruch 6 oder 7, weiterhin umfassend: einen Sekundärpartikel-Klassifizierungsschritt, welcher das Bereitstellen eines Pulvers mit einem 10% kumulativen Partikeldurchmesser von nicht weniger als 20 μm und nicht mehr als 150 μm aus dem im Sekundärpartikel-Fertigungsschritt erhaltenen Sekundärpartikeln vorsieht, wobei der Fertigungsschritt weiterhin einen Rückgewinnungsschritt für unregelmäßige Partikel umfasst, welcher das Zurückgewinnen von unregelmäßigen Partikeln vorsieht, die im Sekundärpartikel-Klassifizierungsschritt entfernt worden sind, und wobei die Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln, die Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln, sowie die unregelmäßigen Partikel im Pulverzerkleinerungsschritt gemeinsam zerkleinert werden.
Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei im Rückgewinnungsschritt die Vielzahl von ersten nicht-haftenden Partikeln und die Vielzahl von zweiten nicht-haftenden Partikeln mittels eines Staubabscheiders zurückgewonnen wird.
Vorrichtung zur Fertigung eines thermischen Spritzpulvers, umfassend: einen Staubabscheider zum Zurückgewinnen von nicht-haftenden Partikeln aus einer Vielzahl von Partikeln einer Zirkonoxid-basierten Keramik, welche ausgehend von einer Spritzvorrichtung auf ein Spritztarget gespritzt wurden und nicht an dieses binden; eine Pulverzerkleinerungsvorrichtung zum Zerkleinern der unter Verwendung des Staubabscheiders zurückgewonnenen nicht-haftenden Partikel; und eine Sekundärpartikel-Fertigungsvorrichtung zum Fertigen von Sekundärpartikeln aus einem Pulver der unter Verwendung der Pulverzerkleinerungsvorrichtung erhaltenen nicht-haftenden Partikel.
Thermisches Spritzpulver, welches eine Vielzahl von Sekundärpartikeln umfasst, die jeweils einen ersten Partikel und einen zweiten Partikel in zusammengesinterter Form umfassen, und einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm aufweist, wobei der erste Partikel aus einer Zirkonoxid-basierten, ein erstes Zusatzmittel enthaltenden Keramik besteht, und der zweite Partikel aus einer Zirkonoxid-basierten, ein zweites Zusatzmittel enthaltenden Keramik besteht.
Hochtemperaturkomponente, umfassend: ein Substrat; und eine auf dem Substrat ausgebildete Wärmedämmschicht, wobei die Wärmedämmschicht eine durch Spritzen gebildete Keramikschicht umfasst, wobei die Keramikschicht durch Spritzen eines thermischen Spritzpulvers gebildet worden ist, wobei das thermische Spritzpulver eine Vielzahl von Sekundärpartikeln umfasst, die jeweils einen ersten Partikel und einen zweiten Partikel in zusammengesinterter Form umfassen, und einen 10% kumulativen Partikeldurchmesser von mehr als 0 μm und nicht mehr als 10 μm aufweist, wobei der erste Partikel aus einer Zirkonoxid-basierten und ein erstes Zusatzmittel enthaltenden Keramik besteht, und wobei der zweite Partikel aus einer Zirkonoxid-basierten und ein zweites Zusatzmittel enthaltenden Keramik besteht.
Hochtemperaturkomponente nach Anspruch 12, wobei das thermische Spritzpulver mittels des Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt worden ist.
Hochtemperaturkomponente nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Substrat eine Komponente einer Brennkammer für eine Gasturbine, eine Laufschaufel einer Gasturbine, oder eine Leitschaufel einer Gasturbine umfasst.
Gasturbine, umfassend eine Hochtemperaturkomponente nach einem der Ansprüche 12 bis 14.