DE19743579A1 - Wärmedämmschicht und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Wärmedämmschicht und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmedämmschicht, die durch thermisches Spritzen auf eine metalli­ sche Komponente aufgebracht ist, keramisch ist und eine poröse Struktur aufweist, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Im Motoren- und Turbinenbau werden hoch belastete metallische Komponenten zum Schutz vor hohen Temperaturen mit keramischen Wärmedämmschichten versehen und auf diese Weise Metall-Wärmedämmschicht-Verbundsysteme gebildet. Die Wärmedämmschichten lassen sich am kostengünstigsten und effektivsten durch thermische Spritzverfahren, wie z. B. Plasmasprit­ zen, auf die metallischen Komponenten aufbringen. Die so hergestellten keramischen Wärme­ dämmschichten besitzen eine poröse, von Mikrorissen durchzogene Struktur, die einen niedri­ gen Elastizitätsmodul aufweist. Infolgedessen kann die Wärmedämmschicht die im Betrieb in­ folge thermomechanischer Belastungen stets auftretenden Verformungen in begrenztem Um­ fang schadlos aushalten. Beim Einsatz der Wärmedämmschichten im Hochtemperaturbereich (<900°C) verändert sich jedoch die Keramik. Es treten Sintereffekte auf, die ein ansteigendes Elastizitätsmodul zur Folge haben. Die Wärmedämmschicht ist mithin weniger dehnungstole­ rant, so daß die thermomechanischen Belastungen zu sog. Segmentierungsrissen führen, durch welche die Wärmedämmschicht zu einzelnen Schollen segmentiert.
Simulationsrechnungen und Versuche haben gezeigt daß bei den so segmentierten, kerami­ schen Wärmedämmschichten bei weiterer thermomechanischer Belastung ein Rißfortschritt an der Grenzfläche zur metallischen Komponente (Metallsubstrat) auftritt. Dieser Rißfortschritt führt um Abplatzen der Wärmedämmschicht und damit zum völligen Versagen des Metall- Wärmedämmschicht-Verbundsystems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmedämmschicht der eingangs beschriebe­ nen Gattung so zu verbessern, daß sie auch im Hochtemperaturbereich thermomechanisch möglichst beständig ist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung einer thermomechanisch mög­ lichst beständigen Wärmedämmschicht geschaffen werden.
Die das Verfahren betreffende Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmedämmschicht während und/oder nach dem Aufbringvorgang (thermisches Spritzen) gestrahlt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Wärmedämmschicht mit kugelförmigen Partikeln gestrahlt, die bevorzugt aus Metall, Keramik oder Glas bestehen können.
Die die Wärmedämmschicht betreffende Lösung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeich­ net, daß die Wärmedämmschicht durch Strahlen gebildete, oberflächennahe Risse aufweist.
Der Vorteil besteht darin, daß das Auftreten ungünstiger Schollengrößen vermieden wird, indem die Wärmedämmschicht durch das Strahlen mit Partikeln definiert vorgeschädigt wird. Durch die hohe kinetische Energie der Partikel entstehen beim Aufprall zahlreiche kleine oberflächen­ nahe Risse in der Wärmedämmschicht. Darüberhinaus werden sog. Mikrokontaktflächen, die den Sinterprozeß beschleunigen, aufgebrochen. Auf diese Weise werden bei thermomechani­ scher Belastung sowohl die Sintereffekte reduziert, als auch die Bildung unterkritischer, kleiner Schollen bei der Segmentierung infolge der vielen Rißstarter gefördert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, bei dem die Wärmedämmschicht auf eine metallische Motoren- oder Turbinenkomponente aufgebracht wird.
Ein Metall-Wärmedämmschicht-Verbundsystem besteht aus einem Metallsubstrat, wie z. B. ei­ ner metallischen Motoren- oder Turbinenkomponente, und einer keramischen Wärmedämm­ schicht. Die Wärmedämmschicht wird durch Plasmaspritzen auf die metallische Komponente aufgebracht und weist eine poröse, von Mikrorissen durchzogene Struktur auf. Um das Auftre­ ten ungünstiger Schollengrößen bei Sintereffekten während des Betriebs im Hochtemperaturbe­ reich zu vermeiden, wird die keramische Wärmedämmschicht während oder unmittelbar nach dem Herstellprozeß mittels Plasmaspritzen, d. h. dem Aufbringen der keramischen Wärme­ dämmschicht auf die metallische Komponente, durch Metallkugelstrahlen definiert vorgeschä­ digt. Durch die hohe kinetische Energie der Metallkugeln entstehen beim Aufprall auf die Wär­ medämmschicht viele kleine oberflächennahe Risse. Außerdem werden sog. Mikrokontaktflä­ chen, die den Sinterprozeß beschleunigen, aufgebrochen. Das Strahlen kann während des Auf­ bringens der Wärmedämmschicht beginnen und sich danach fortsetzen oder auch erst unmittel­ bar nach dem Aufbringen beginnen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung einer Wärmedämmschicht, bei dem eine keramische Wärmedämmschicht durch thermisches Spritzen auf eine metallische Komponente aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmschicht während und/oder nach dem Aufbringvorgang gestrahlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmschicht mit kugelförmigen Partikeln gestrahlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus Metall, Keramik oder Glas bestehen.
4. Wärmedämmschicht, die durch thermisches Spritzen auf eine metallische Kom­ ponente aufgebracht ist, keramisch ist und eine poröse Struktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmschicht durch Strahlen gebildete, oberflä­ chennahe Risse aufweist.
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