DE19947258A1 - Production of a heat insulating layer containing zirconium oxide on a component, e.g. turbine blade involves using plasma flash evaporation of a liquid aerosol to form the layer - Google Patents

Production of a heat insulating layer containing zirconium oxide on a component, e.g. turbine blade involves using plasma flash evaporation of a liquid aerosol to form the layer

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Abstract

Production of heat insulating layer containing zirconium oxide on a component comprises: forming the layer using plasma flash evaporation of a liquid aerosol containing carrier gas and zirconium in the form of zirconium compounds dissolved in the liquid; producing a plasma from the gas stream; mixing the aerosol with the plasma; and applying zirconium oxide onto component. Production of a heat insulating layer containing zirconium oxide on a component involves using plasma flash evaporation of a liquid aerosol to form the layer. The aerosol contains carrier gas and zirconium in the form of zirconium compounds dissolved in the liquid. A plasma is produced from a gas stream by inductive coupling of electrical energy. The aerosol is mixed with the plasma. From the reaction product zirconium oxide is applied to the component. An Independent claim is also included for an apparatus for carrying out the process comprising a coating chamber (20) containing the component as substrate, a high frequency generator (3) which interacts with a plasma generator, and a liquid pump (8) for feeding the solution with the starting materials to an atomizing probe (7) inside the plasma generator.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Wärmedämmschicht auf einem Bauteil. Dabei geht es im einzelnen darum, eine Schicht aus Zirkonoxid, das in seiner kubischen Kristallisationsform stabilisiert ist, unmittelbar aus der Dampfphase auf thermisch hoch belasteten Maschinenteilen, wie beispielsweise Turbinenschaufeln, abzu­ scheiden. Solche Wärmedämmschichtsysteme in unterschiedlichen Modifikationen sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.The invention relates to a method and a device for Production of a thermal barrier coating on a component. there In particular, it is about a layer of zirconia, the stabilized in its cubic crystallization form, directly from the vapor phase to thermally highly loaded Machine parts, such as turbine blades off divorce. Such thermal barrier coating systems in different Modifications are also the subject of the invention.

Bestimmte Teile von Wärmekraftmaschinen, wie die Schaufeln von Gasturbinen, unterliegen bei hohen Temperaturen, die Voraussetzung für einen hohen Wirkungsgrad sind, einer er­ höhten Belastung durch Hochtemperaturkorrosion und Oxidation. Dem Stand der Technik entsprechend, der z. B. in der US 4 321 311 A beschrieben ist, werden Turbinenschaufeln durch zweikomponentige Schichten geschützt, die aus einer MCrAlY- Legierung bestehen, auf die eine keramische Schicht, bei­ spielsweise aus Zirkonoxid (ZrO2), aufgebracht ist, wobei in MCrAlY M für ein Metall steht, das zum Beispiel Nickel oder Kobalt sein kann. Der MCrAlY-Schicht kommt die Aufgabe zu, die Unterlage gegen Heißgaskorrosion zu schützen und dabei gleichzeitig als Haftvermittlerschicht für die darüber liegende Wärmeschutzschicht zu wirken.Certain parts of heat engines, such as the gas turbine blades, are subject to high temperature corrosion and oxidation stress at high temperatures that are a prerequisite for high efficiency. According to the prior art, the z. As described in US 4,321,311 A, turbine blades are protected by two-component layers, which consist of a MCrAlY alloy on which a ceramic layer, for example of zirconium oxide (ZrO 2 ), is applied, wherein in MCrAlY M for a metal, which may be, for example, nickel or cobalt. The task of the MCrAlY coating is to protect the backing against hot gas corrosion while acting as a primer layer for the overlying thermal barrier coating.

Ein Verfahren, mit dem eine Keramikschicht, insbesondere eine kubisch kristallisierte Zirkonoxidschicht, auf eine bereits vorhandene MCrAlY-Schicht aufgebracht wird derart, daß ihre Struktur gezielt und reproduzierbar kolumnar ist, wird in [2] beschrieben. Dem Stand der Technik entsprechend werden Wärme­ dämmschichten aus ZrO2 mit kolumnarer Struktur wie folgt er­ zeugt: Das aufzubringende keramische Material wird durch einen Elektronenstrahl geschmolzen und als schmelzflüssige Dampfquelle verwendet, über der das zu beschichtende Teil - im folgenden auch als "Substrat" bezeichnet - derart gelagert und erforderlichenfalls bewegt wird, daß eine gleichmäßig dicke Keramikschicht auf seiner Oberfläche abgeschieden wird. Während des Beschichtungsvorgangs ist das Substrat auf einer gleichmäßigen - in der Regel hohen - Temperatur zu halten, die das angestrebte kolumnare Aufwachsen ermöglicht. In praktischen Anwendungen ist sie durch die Schmelztemperatur des Substrates oder durch die Temperatur, bei der die MCrAlY- Schicht beschädigt wird, begrenzt. Bei Beschichtungsappara­ turen nach dem oben angegebenen Stand der Technik bedeutet die Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur im allgemeinen, daß das Substrat mit einer eigens dafür vorgesehenen Vorrich­ tung beheizt werden muß.A method by which a ceramic layer, in particular a cubically crystallized zirconium oxide layer, is applied to an already existing MCrAlY layer in such a way that its structure is specifically and reproducibly columnar is described in [2]. In accordance with the state of the art, thermal insulation layers of ZrO 2 with a columnar structure are produced as follows: The ceramic material to be applied is melted by an electron beam and used as a molten vapor source, above which the part to be coated-also referred to below as "substrate" - stored and, if necessary, moved so that a uniformly thick ceramic layer is deposited on its surface. During the coating process, the substrate should be kept at a steady - usually high - temperature, which allows the desired columnar growth. In practical applications, it is limited by the melting temperature of the substrate or by the temperature at which the MCrAlY layer is damaged. In Beschichtungsappara acids according to the above-mentioned prior art, the maintenance of a high temperature in general means that the substrate must be heated with a specially provided Vorrich device.

Unter Plasmastrahlverdampfung (Plasma-Flash-Evaporation) versteht man eine auf der Verwendung eines induktiv erzeugten thermischen Plasmas beruhende Methode zur Deposition von Schichten. Die hierzu benutzte Vorrichtung ist ein Plasma­ generator mit induktiver Energieeinkopplung, wie er auch zum induktiven Plasmaspritzen eingesetzt wird [3], [4]. Bei der Plasmastrahlverdampfung wird Material, das alle oder einen Teil der Elemente enthält, aus denen die Verbindung besteht, die als Schicht abgeschieden werden soll, als Pulver- oder Flüssigkeitsaerosol in den etwa 10.000 K heißen Kernbereich eines mit einem Plasmagenerator nach [4] erzeugten Plasma­ strahls eingebracht und dort vollständig verdampft. Der Dampf reagiert mit etwa vorhandenen Prozeßgasen, die weitere die Schicht bildende Elemente enthalten können, und bildet auf dem im Strömungsbereich des Plasmastrahls gelagerten Substrat die gewünschte Schicht. Ein Beispiel für die hier beschrie­ bene Anwendungsart ist die Erzeugung hochtemperatur-supra­ leitender Schichten aus Yttrium-Barium-Kuprat (YBa2Cu3O7-x) [5]. Plasma flash evaporation is a method of depositing layers based on the use of an inductively generated thermal plasma. The device used for this purpose is a plasma generator with inductive energy coupling, as it is also used for inductive plasma spraying [3], [4]. In plasma jet evaporation, material containing all or part of the elements that make up the compound to be layered is added as a powder or liquid aerosol to the approximately 10,000 K hot core region of a plasma generated with a plasma generator according to [4] beam introduced and completely evaporated there. The vapor reacts with any existing process gases, which may contain further elements forming the layer, and forms the desired layer on the substrate stored in the flow region of the plasma jet. An example of the type of application described here is the generation of high-temperature superconducting layers of yttrium barium cuprate (YBa 2 Cu 3 O 7-x ) [5].

Vom Stand der Technik ist weiterhin bekannt, mit einem induk­ tiv gekoppelten Plasmagenerator Schichten aus Yttrium-stabi­ lisiertem ZrO2 zu spritzen [6], [7]. Dabei wird das als Pul­ ver in das thermische Plasma eingebrachte Material lediglich geschmolzen, nicht jedoch verdampft, so daß eine Spritz­ schicht aus schmelzflüssig deponiertem Material entsteht, das keine kolumnare Struktur aufweist.It is also known from the prior art to inject layers of yttrium-stabilized ZrO 2 with an inductively coupled plasma generator [6], [7]. In this case, the material introduced into the thermal plasma as powder is only melted, but not evaporated, so that a sprayed layer of molten deposited material is formed which has no columnar structure.

Das Verfahren der Injektion von Flüssigkeitsaerosolen in ein induktiv erzeugtes Plasma nach [3] ist unter anderem aus den Druckschriften [8] und [9] bekannt. In [8] wird über die Injektion von in Wasser gelöstem Zirkonylnitrathydrat be­ richtet, wobei die Problemlösung in der Synthese feiner Pulver besteht. Die Druckschrift [9] befaßt sich mit der Herstellung hochtemperatursupraleitender Schichten aus YBa2Cu3O7-x mit Flüssigkeitsaerosolen als Ausgangsstoffen.The method of injecting liquid aerosols into an inductively generated plasma according to [3] is known inter alia from the publications [8] and [9]. In [8] is about the injection of zirconyl nitrate dissolved in water be directed, the problem solving consists in the synthesis of fine powders. The document [9] is concerned with the production of high-temperature superconducting layers of YBa 2 Cu 3 O 7-x with liquid aerosols as starting materials.

In [10] wird über den Einsatz der Flüssigkeitsinjektion im Zusammenhang mit einem Plasmaspritzverfahren berichtet, bei dem als Plasmaquelle ein Gleichstrom-Plasmabrenner verwendet wurde. Als Beispiel wird u. a. die Injektion einer Lösung aus Zirkoniumacetat und Yttriumacetat in verdünnter Essigsäure mit dem Ziel der Abscheidung von yttriumstabilisiertem Zirkonoxid als Spritzschicht, das heißt insbesondere nicht als unmittelbar aus der Dampfphase abgeschiedene Schicht, erwähnt.In [10] will discuss the use of fluid injection in Associated with a plasma spraying reported the plasma source used as a DC plasma torch has been. As an example, u. a. the injection of a solution Zirconium acetate and yttrium acetate in dilute acetic acid with the aim of depositing yttrium stabilized Zirconium oxide as a spray coat, that is especially not as a layer deposited directly from the vapor phase, mentioned.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren an­ zugeben, mit dem in einfacher Weise eine wirksame Wärmedämm­ schicht auf einem Bauteil, insbesondere auf einer Turbinen­ schaufel, erzeugt werden kann. Dabei kann die Turbinenschau­ fel gegebenenfalls bereits vorbeschichtet sein. Weiterhin ist Aufgabe der Erfindung, eine zugehörige Vorrichtung zu schaf­ fen, mit der das Verfahren in zweckgerichteter Weise reali­ siert und reproduzierbar Wärmedämmschicht-Systeme vor­ gegebener Form und Modifikation erzeugt werden können. The object of the invention is in contrast to a method admit, with the simple way an effective thermal insulation layer on a component, in particular on a turbine shovel, can be generated. It can be the turbine show optionally already precoated. Furthermore is Object of the invention to sheep an associated device which realizes the procedure in a purposeful way Siert and reproducible thermal barrier systems before given shape and modification can be generated.  

Die erstgenannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Ab­ folge der Schritte des Verfahrensanspruches 1 gelöst. Eine dafür geeignete Vorrichtung zur Lösung der zweitgenannten Aufgabe ist im Patentanspruch 17 und die damit erzeugte Wärmedämmschicht ist im Patentanspruch 21 angegeben. Wei­ terbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen ge­ kennzeichnet.The first object is inventively by the Ab Follow the steps of the method claim 1 solved. A suitable device for solving the latter Task is in claim 17 and the generated Thermal barrier coating is specified in claim 21. Wei Developments are ge in the respective dependent claims features.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe, eine Schicht aus Zirkonoxid, das in seiner kubischen Kristallisationsform stabilisiert ist, unmittelbar aus der Dampfphase abzuschei­ den, ist das Beschichtungswerkzeug ein induktiv angeregter Plasmagenerator wie er in [3] und [4] beschrieben ist. Ver­ suche mit Yttrium-Barium-Kuprat (YBa2Cu3O7-x) haben gezeigt, daß eine solche Anordnung prinzipiell geeignet ist, Schichten mit kolumnarer Struktur zu erzeugen. Andere Versuche mit nicht-stabilisiertem, d. h. monoklinem ZrO2 (Baddeleyit), bestätigen, daß sich auch feinporöse Schichten abscheiden lassen.In the inventive solution of the task, a layer of zirconia, which is stabilized in its cubic crystallization form, abzuschei directly from the vapor phase, the coating tool is an inductively excited plasma generator as described in [3] and [4]. Experiments with yttrium barium cuprate (YBa 2 Cu 3 O 7-x ) have shown that such an arrangement is in principle suitable for producing layers with a columnar structure. Other experiments with non-stabilized, ie monoclinic ZrO 2 (Baddeleyit), confirm that even finely porous layers can be deposited.

Als Ausgangsmaterialien werden vorzugsweise wasserlösliche Verbindungen des Zirkoniums und von Elementen der II. und III. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente sowie die Lanthaniden sowie Sauerstoff verwendet. Diese Elemente der II. und III. Hauptgruppe des Periodensystems und die Lantha­ niden werden nachfolgend Stabilisatorelemente genannt. Es kommen insbesondere Ca, Mg, Y, Ce, Sc zum Einsatz.As starting materials are preferably water-soluble Compounds of zirconium and elements of the II. And III. Main Group of the Periodic Table of the Elements and the Lanthanides and oxygen are used. These elements of II. And III. Main group of the periodic system and the Lantha Niden are hereinafter called stabilizer elements. It In particular, Ca, Mg, Y, Ce, Sc are used.

Die Anwendbarkeit des Verfahrens ist jedoch nicht auf wässe­ rige Lösungen beschränkt. Zur Erzielung besonderer Struktur- und Zusammensetzungsmerkmale der Schichten können ferner der Ausgangslösung Feststoffe zugesetzt werden, die sich während des Prozesses nicht auflösen.However, the applicability of the method is not to wet limited solutions. In order to achieve special structural and compositional features of the layers may further include Starting solution solids are added during of the process does not dissolve.

Mit der Erfindung sind Schichtsysteme realisierbar, bei denen die Schichten kolumnar, lamellar und/oder globular ausgebil­ det sind. Es ist aber auch eine Kombination mehrerer Struk­ turen, bspw. kolumnar, porös, dicht, homogen, heterogen, mit gradierten Übergängen zwischen den einzelnen Bereichen mög­ lich. Insbesondere können sich auch fein und geschlossen poröse Schichten ergeben.With the invention layer systems can be realized in which the layers are columnar, lamellar and / or globular are. But it is also a combination of several Struk  columns, eg columnar, porous, dense, homogeneous, heterogeneous, with Graded transitions between the individual areas possible Lich. In particular, can also be fine and closed yield porous layers.

Der Vorteil der kolumnaren Schichtstruktur, bei der einzelne, dicht nebeneinander stehende, säulen- oder stengelförmig ausgeformte Kristallkörper die Schicht bilden, besteht in einer erhöhten Toleranz der Schicht gegen thermische Aus­ dehnung der Unterlage, die die Schicht trägt. Der Vorteil einer feinen, jedoch geschlossenen Porosität ist der gegen­ über den kolumnaren Strukturen erhöhte Widerstand gegen Heißgaskorrosion. Durch Kombination mehrerer Strukturen kann dementsprechend bei gegebenen Randbedingungen ein Bauteil gegen mehrere auftretende Beanspruchungen schützen.The advantage of the columnar layer structure, in which individual, close to each other, columnar or columnar formed crystal bodies which form the layer consists in an increased tolerance of the layer against thermal out stretching the pad that carries the layer. The advantage a fine but closed porosity is the opposite above the columnar structures increased resistance against Hot gas corrosion. By combining several structures can Accordingly, given given boundary conditions, a component protect against several occurring stresses.

Vereinfachungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich daraus, daß der Prozeß im Druckbereich zwischen 100 mbar und Atmosphärendruck, d. h. im Grobvakuum, durchgeführt werden kann, so daß die bei der Elektronenstrahlverdampfung notwendigen Hochvakuumanlagen entfallen. Ferner wird das Substrat bereits durch das Be­ schichtungsplasma beheizt, wodurch sich eine gesonderte Substratheizung erübrigt. Durch den Einsatz der Flüssigkeits­ injektion entfallen die bei der Feststoffinjektion auftre­ tenden Probleme bei der Pulverdosierung und Pulverförderung.Compared to simplifications of the method according to the invention The state of the art results from the fact that the process in Pressure range between 100 mbar and atmospheric pressure, d. H. in the Rough vacuum, can be done so that at the Electron beam evaporation necessary high vacuum systems omitted. Furthermore, the substrate is already covered by Be schichtungsplasma heated, resulting in a separate Substrate heating is unnecessary. By using the liquid Injection accounts for the solid injection auftre problems with powder dosing and powder conveying.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei wird zunächst auf Art und Herstellung des Flüssigkeits- Aerosols zur zweckgerichteten Herstellung von Wärmedämm­ schichten unterschiedlicher Modifikation eingegangen und anschließend die zugehörige Vorrichtung zur Herstellung der Wärmedämmschichten beschrieben. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung eine für das erfindungsgemäße Ver­ fahren geeignete Vorrichtung. Der darin enthaltene Plasma­ generator entspricht dem in der US 5 200 595 A angegebenen Stand der Technik.Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments. First, the nature and production of the liquid Aerosols for the purposeful production of thermal insulation received layers of different modification and then the associated device for the production of Thermal barrier coatings described. The only figure shows in schematic representation of an inventive Ver drive suitable device. The plasma contained in it  generator corresponds to that specified in US 5,200,595 A. State of the art.

Zirkonoxid als Wärmedämmschicht für Bauteile ist bekannt. Wesentlich im vorliegenden Zusammenhang ist die Bereit­ stellung eines Flüssigkeits-Aerosols mit Zirkonium und Stabilisatorelementen. Beispiele für Verbindungen des Zirkoniums und der Stabilisatorelemente sind nachstehend aufgeführt:Zirconia as a thermal barrier coating for components is known. Essential in the present context is the ready Position of a liquid aerosol with zirconium and Stabilizer elements. Examples of compounds of Zirconium and the stabilizer elements are below listed:

Zirkonium(IV)-acetylacetonatZirconium (IV) acetylacetonate Zr(C6H7O2)4 Zr (C 6 H 7 O 2 ) 4 ZirkoniumhydridZirconium ZrH2 ZrH 2 Zirkonium(IV)-propylatZirconium (IV) propylate Zr(C3H7O)4 Zr (C 3 H 7 O) 4 Zirkoniumtetrachloridzirconium tetrachloride ZrCl4 ZrCl 4 Zirkonocen-bis-trifluoromethansulfonatZirconocene to trifluoromethanesulfonate C12H10F6O6S2Zr . C4H8OC 12 H 10 F 6 O 6 S 2 Zr. C 4 H 8 O Zirkonocen-chloriddeuteridZirconocene chloriddeuterid C10H10ClDZrC 10 H 10 ClDZr Zirkonylchlorid OctahydratZirconyl chloride octahydrate ZrOCl2 . 8H2OZrOCl 2 . 8H 2 O Zirkonylnitrat HydratZirconyl nitrate hydrate ZrO(NO3)2 . aqZrO (NO 3 ) 2 . aq Calciumacetat HydratCalcium acetate hydrate (CH3COO)2Ca . aq(CH 3 COO) 2 Ca. aq AL=L<Calciumchlorid CaCl2 AL = L <calcium chloride CaCl 2 Calciumchloride DihydratCalcium Chloride Dihydrate CaCl2 . 2H2OCaCl 2 . 2H 2 O Calciumchloride HexahydratCalcium Chloride Hexahydrate CaCl2 . 6H2OCaCl 2 . 6H 2 O Calciumformiatcalcium Ca(HCOO)2 Ca (HCOO) 2 Calciumhydroxidcalcium hydroxide Ca(OH)2 Ca (OH) 2 Calciumnitrate TetrahydratCalcium nitrate tetrahydrate Ca(NO3)2 . 4H2OCa (NO 3 ) 2 . 4H 2 O Magnesiumacetat TetrahydratMagnesium acetate tetrahydrate (CH3COO)2Mg . 4H2O(CH 3 COO) 2 mg. 4H 2 O Magnesiumchloridmagnesium chloride MgCl2 MgCl 2 Magnesiumchlorid HexahydratMagnesium chloride hexahydrate MgCl2 . 6H2OMgCl 2 . 6H 2 O Magnesiumhydroxidmagnesium hydroxide Mg(OH)2 Mg (OH) 2 Magnesiummethylcarbonatmagnesium methyl carbonate CH3OMgOCOOCH3 CH 3 OMgOCOOCH 3 Magnesiumnitrat HexahydratMagnesium nitrate hexahydrate Mg(NO3)2 . 6H2OMg (NO 3 ) 2 . 6H 2 O Cerium(III)-chlorid HydratCerium (III) chloride hydrate CeCl3 CeCl 3 Cerium(III)-nitrat HexahydratCerium (III) nitrate hexahydrate Ce(NO3)3 Ce (NO 3 ) 3 Ammonium-cerium(IV)-nitratAmmonium cerium (IV) nitrate Ce(NH4)2(NO3)6 Ce (NH 4 ) 2 (NO 3 ) 6 Cerium(IV)-hydroxidCerium (IV) hydroxide Ce(OH)4 Ce (OH) 4 Scandiumchlorid HydratScandium chloride hydrate ScCl3 ScCl 3 Scandiumnitrat HydratScandium nitrate hydrate Sc(NO3)3 Sc (NO 3 ) 3 Scandium-ammonium-carbonat MonohydratScandium ammonium carbonate monohydrate (CO3)4(NH4)2Sc2 . H2O(CO 3 ) 4 (NH 4 ) 2 Sc 2 . H 2 O Yttriumnitrat HydratYttrium nitrate hydrate Y(NO3)3 . aqY (NO 3 ) 3 . aq Yttriumchlorid HexahydratYttrium chloride hexahydrate YCl3 . 6H2O.YCl 3 . 6H 2 O.

Eine Lösung, die mindestens je eine der genannten Zirkonium- und Stabilisatorverbindungen enthält, wird als Flüssigkeits- Aerosol in das Plasma eingebracht. Sauerstoff kann dem plasmabildenden Gas beigemischt oder als plasmabildendes Gas verwendet werden. Es können jedoch auch sauerstofffreie Plasmen zum Einsatz kommen, wobei der notwendige Sauerstoff mit dem Lösungsmittel oder dem Anionenkomplex des Ausgangs­ stoffes eingebracht wird. Das Lösungsmittel und die darin enthaltenen Stabilisatorelement- und Zirkoniumverbindungen verdampfen und dissoziieren in ihre atomaren Bestandteile. Innerhalb des Plasmas, das das Substrat anströmt, oder in einer Randschicht zwischen Plasma und Substrat oder unmit­ telbar auf dem Substrat bildet sich die Verbindung ZrO2 in der kubischen CaF2-Struktur, die für ZrO2 die Hochtemperatur­ modifikation darstellt. Die Ionen der Stabilisatorelemente werden dabei auf den Zirkonium-Gitterplätzen eingebaut und verhindern in der richtigen Dotierung bzw. Dosierung bei der Abkühlung den Umbau des Gitters in die tetragonale und letzt­ endlich monokline Struktur des Baddeleyits. [11], [12].A solution containing at least one of each of said zirconium and stabilizer compounds is introduced into the plasma as a liquid aerosol. Oxygen may be added to the plasma-forming gas or used as a plasma-forming gas. However, it is also possible to use oxygen-free plasmas, the necessary oxygen being introduced with the solvent or the anion complex of the starting material. The solvent and the stabilizer element and zirconium compounds contained therein vaporize and dissociate into their atomic constituents. Within the plasma, which flows against the substrate, or in an edge layer between the plasma and substrate or immedi applicable on the substrate, the compound ZrO 2 forms in the cubic CaF 2 structure, which represents the high-temperature modification for ZrO 2 . The ions of the stabilizer elements are thereby incorporated on the zirconium lattice sites and prevent the correct doping or metering during cooling, the conversion of the lattice in the tetragonal and finally finally monoclinic structure of Baddeleyits. [11], [12].

Die Erzielung der kubischen Struktur wird durch die Einstel­ lung einer die Bildung dieser gewünschten Modifikation be­ günstigenden Substrattemperatur erreicht. Diese soll mög­ lichst hoch, jedoch unter der Schmelztemperatur der Unterlage (Bauteil und Haftvermittlerschicht) liegen. Die Einstellung der Temperatur geschieht durch Vorheizung sowie im Bedarfs­ fall durch Kühlung des Substrates und passende Wahl des Abstandes zwischen Plasmaquelle und Substrat. Eine weitere Möglichkeit, die Temperatur des Substrates regelnd zu be­ einflussen, besteht darin, die Leistung des zur Plasmaerzeu­ gung verwendeten Hochfrequenzgenerators zu takten. Dabei kann der Generator im Wechsel zwischen den Zuständen "ein" und "aus" oder im Wechsel zwischen zwei oder mehreren Niveaus der Leistungsabgabe betrieben werden.The achievement of the cubic structure is by the setting one of the formation of this desired modification be reached favorable substrate temperature. This should be possible As high as possible, but below the melting temperature of the substrate (Component and adhesive layer) are. The attitude the temperature is done by preheating and when needed case by cooling the substrate and appropriate choice of Distance between plasma source and substrate. Another  Possibility to regulate the temperature of the substrate influence, is the power of the Plasmaerzeu clocking used high-frequency generator. It can the generator alternates between the states "on" and "off" or alternating between two or more levels of Power output operated.

Der Nachweis für die Erzielbarkeit der kubischen Struktur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde experimentell mit einer Lösung erbracht, die 20 g Zirkonylnitrat-Hydrat (ZrO(NO3)2 . xH2O, x≈6) und 3,5 g Yttriumnitrat-Hexahydrat (Y(NO3)3 . 6H2O)) in 100 ml Wasser enthielt.Evidence of the obtainability of the cubic structure by the method according to the invention was experimentally made with a solution containing 20 g of zirconyl nitrate hydrate (ZrO (NO 3 ) 2 .xH 2 O, x≈6) and 3.5 g of yttrium nitrate hexahydrate (Y (NO 3) 3. 6H 2 O)) contained in 100 ml of water.

In der Figur ist mit 1 ein Plasmagenerator bezeichnet, der nach dem Prinzip der induktiven Anregung arbeitet. 2 kenn­ zeichnet die dafür notwendige Spule und 3 den zugehörigen HF- Generator.In the figure, 1 denotes a plasma generator which operates on the principle of inductive excitation. 2 kenn draws the necessary coil and 3 the associated RF generator.

Mit 4 ist der Einlaß eines Trägergases in den Plasmagenerator 1 bezeichnet, wobei aus Vorratsreservoiren 5, 5' und 10 unterschiedliche Trägergase zuführbar sind. 6 kennzeichnet die Plasmaflamme des mit dem Plasmagenerator 1 gebildeten Plasmas und 7 eine Zerstäubersonde für das Einbringen von Stoffen. 8 kennzeichnet eine Flüssigkeitspumpe, mit der aus einem Flüssigkeitsreservoir 9 Flüssigkeit zur Sonde 7 ge­ fördert wird. 4 , the inlet of a carrier gas is designated in the plasma generator 1 , wherein from reservoir 5 , 5 'and 10 different carrier gases can be fed. 6 indicates the plasma flame of the plasma formed with the plasma generator 1 and 7 an atomizing probe for the introduction of substances. 8 indicates a liquid pump, with the liquid from a liquid reservoir 9 to the probe 7 ge promotes.

Mit 20 ist eine Beschichtungskammer bezeichnet. In der Be­ schichtungskammer 20 ist auf einem manipulierbaren Substrat­ halter 23 als Substrat ein Bauteil 21, beispielsweise eine mit einer Wärmedämmschicht 21a zu versehende Turbinen­ schaufel, vorhanden. An die Beschichtungskammer 20 ist eine Pumpe 22 zur Erzeugung eines Vakuums angeschlossen. 20 denotes a coating chamber. In the loading coating chamber 20 is on a manipulable substrate holder 23 as a substrate component 21 , for example, with a thermal barrier layer 21 a to be provided turbine blades, available. To the coating chamber 20 , a pump 22 is connected to generate a vacuum.

Der induktiv angeregte Plasmagenerator 1 dient der Erzeugung des thermischen Plasmas, in dem das Ausgangsmaterial ver­ dampft wird. Er besteht im wesentlichen aus einer von einem Hochfrequenzgenerator 3 gespeisten Induktionsspule 2, die ein zylindrisches Rohrsystem 4 konzentrisch umschließt, das hier nicht im einzelnen beschrieben wird. Das Rohrsystem wird in axialer Richtung von einem oder mehreren Gasen oder Gas­ gemischen 5, 5', usw. durchströmt, aus denen unter dem Ein­ fluß der durch die Induktionsspule eingekoppelten Energie und somit elektrodenlos ein induktiv angeregtes Plasma 6 erzeugt wird, das in die Beschichtungskammer 20 einströmt. Zu den Gasen 5, 5', usw. gehören auch solche Gase, die als Prozeß­ gase für chemische Reaktionen innerhalb des Plasmas und auf dem Substrat 21 benötigt werden. Die in die Kammer 20 ein­ strömenden Gase werden durch eine Pumpe 22 abgesaugt. Die Frequenz des Hochfrequenzgenerators 3 kann zwischen 100 kHz und einigen MHz liegen; seine Leistung liegt typischerweise zwischen 20 und 100 kW.The inductively excited plasma generator 1 serves to generate the thermal plasma in which the starting material is vaporized ver. It consists essentially of an induction coil 2 fed by a high-frequency generator 3 which concentrically surrounds a cylindrical pipe system 4 which will not be described in detail here. The pipe system is in the axial direction of one or more gases or gas mixtures 5 , 5 ', etc. flows through, from which under the one flow of coupled through the induction coil energy and thus electrodeless an inductively excited plasma 6 is generated in the coating chamber 20 flows in. The gases 5 , 5 ', etc. also include those gases which are required as process gases for chemical reactions within the plasma and on the substrate 21 . The gases flowing into the chamber 20 are sucked off by a pump 22 . The frequency of the high-frequency generator 3 may be between 100 kHz and a few MHz; its power is typically between 20 and 100 kW.

Dem Plasmagenerator ist eine Zerstäubersonde 7 zugeordnet, die in das Plasma hineinragt und durch eine Flüssigkeitspumpe 8 mit der zu zerstäubenden Lösung 9 versorgt wird. Als Zer­ stäubergas 10 wird vorzugsweise ein einatomiges Gas wie Argon eingesetzt, jedoch ist es auch möglich, ein für die vorste­ hend erwähnten chemischen Reaktionen benötigtes, gegebenen­ falls molekulares, Prozeßgas für diesen Zweck zu verwenden.The plasma generator is associated with an atomizer probe 7 , which protrudes into the plasma and is supplied by a liquid pump 8 with the solution to be atomized 9 . As Zer stäubergas 10 preferably a monatomic gas such as argon is used, but it is also possible to use a vorste for the above-mentioned chemical reactions needed, if given molecular, process gas for this purpose.

Der Plasmagenerator 1 ist in dem in der Figur dargestellten Beispiel fest mit einer. Beschichtungskammer 20 verbunden, in die das vom Plasmagenerator erzeugte Plasma einströmt. Die Plasmaflamme 6 trifft auf das Bauteil 21 als Substrat, das sich auf dem Substratträger 23 befindet. Der Substratträger 23 ist gemäß dem in der Plasmaspritztechnik üblichen Stand der Technik so ausgeführt, daß er programmgesteuerte Trans­ lationsbewegungen zur x-y-Herstellung und Rotationsbewegungen des Bauteils im Bereich des Plasmastrahls erlaubt. Die Wärme­ dämmschicht 21a ist auf der Oberfläche des Bauteils 21 ange­ deutet. The plasma generator 1 is fixed in the example shown in the figure with a. Coating chamber 20 into which flows the plasma generated by the plasma generator. The plasma flame 6 strikes the component 21 as a substrate, which is located on the substrate carrier 23 . The substrate carrier 23 is designed according to the usual in the plasma spraying prior art so that it allows program-controlled Trans lationsbewegungen for xy-production and rotational movements of the component in the plasma jet. The heat-insulating layer 21 a is on the surface of the component 21 is indicated.

Wesentlich ist bei der Erfindung der Einsatz einer induktiv angeregten Plasmaquelle der beschriebenen Art in Kombination mit der Einbringung eines wesentlichen Anteils des Ausgangs­ materials als Flüssigkeitsaerosol zur Erzeugung einer Zirkon­ oxidschicht aus der Dampfphase. Beim Stand der Technik wurden dagegen mit diesem Verfahren bisher nur Pulver synthetisiert oder Schichten aus YBa2Cu3O7-x abgeschieden. It is essential in the invention, the use of an inductively excited plasma source of the type described in combination with the introduction of a substantial proportion of the starting material as liquid aerosol to produce a zirconium oxide layer from the vapor phase. In the prior art, on the other hand, with this method only powders have been synthesized or layers of YBa 2 Cu 3 O 7-x have been deposited.

Literaturliterature

1. T. E. Strangman, "Columnar grain ceramic thermal barrier coatings," US-PS 4,321,311 vom 23. 3. 1982
2. U. Schulz, K. Fritscher, M. Peters, "EB-PVD Y2 1. TE Strangman, "Columnar grain ceramic thermal barrier coatings," US Pat. No. 4,321,311 issued March 23, 1982
2. U. Schulz, K. Fritscher, M. Peters, "EB-PVD Y 2

O3 O 3

- CeO2 - CeO 2

/Y2 / Y 2

O3 O 3

-stabilized zirconia thermal barrier coatings - crystal habit and phase composition," Surf. Coat. Technol. 82 (1996) 259-269
3. [M. I. Boulos, "RF Induction Plasma Spraying: State-of-the-Art Review," J. Therm. Spray Technol. 1 (1992) 33-40
4. M. I. Boulos, J. Jurewicz, "High performance induction plasma torch with a water- cooled ceramic confinement tube", US-Pat. 5 200 595, 6. Apr. 1993
5. K. Terashima, K. Eguchi, T. Yoshida, K. Akashi, " Preparation of superconducting Y- Ba-Cu-O films by a reactive plasma evaporation method," Appl. Phys. Letf. 52 (1988) 1274-1276
6. T. Yoshida, T. Okada, H. Hamatani, H. Kumaoka, "Integrated fabrication process for solid oxide fuel cells using novel plasma spraying," Plama Sources Sci. Technol. 1 (1992) 1-7
7. F. Crabos, P. Monge-Cadet, P. Lucchese, F. Blein and E. Rigal, Properties of a thermal barrier coating fabricated by RF plasma spraying, Proceedings of the 9th -stabilized zirconia thermal barrier coatings - crystal habit and phase composition, "Surf. Coat., Technol., 82 (1996) 259-269
3. [MI Boulos, "RF Induction Plasma Spraying: State-of-the-Art Review," J. Therm. Spray Technol. 1 (1992) 33-40
4. MI Boulos, J. Jurewicz, "High performance induction plasma torch with a water-cooled ceramic confinement tube", US Pat. 5,200,595, Apr. 6, 1993
5. K. Terashima, K. Eguchi, T. Yoshida, K. Akashi, "Preparation of superconducting Y-Ba-Cu films by a reactive plasma evaporation method," Appl. Phys. Letf. 52 (1988) 1274-1276
6. T. Yoshida, T. Okada, H. Hamatani, H. Kumaoka, "Integrated fabrication process for solid oxide fuel cells using novel plasma spraying," Plama Sources Sci. Technol. 1 (1992) 1-7
7. F. Crabos, P. Monge-Cadet, P. Lucchese, F. Blein and E. Rigal, Properties of a Thermal Barrier Coating Manufactured by RF Plasma Spraying, Proceedings of the 9 th

National Thermal Spray Conference, ed. C. C. Berndt, ASM International, OH, USA (1996) pp. 369-373
8. M. Kagawa, K. Kikuchi, Y. Syono, T. Nagae, "Stability of ultrafine tetragonal ZrO2 National Thermal Spray Conference, ed. CC Berndt, ASM International, OH, USA (1996) pp. 369-373
8. M. Kagawa, K. Kikuchi, Y. Syono, T. Nagae, "Stability of ultra fine tetragonal ZrO 2

coprecipitated with Al2 coprecipitated with Al 2

O3 O 3

by the spray ICP technique", J. Am. Ceram. Soc. 66 (1983) 751
9. E. Pfender, H. Zhu H., Y. C. Lau Y. C, "Plasma deposition of superconducting films", Mat. Sci. and Eng. A139 (1991) 352-355
10. J. Karthikeyan, C. C. Berndt, J. Tikkanen, S. Reddy, H. Herman, "Plasma spray synthesis of nanomaterial powders and deposits", Mat. Sci. and Eng. A238 (1997) 275-286
11. R. Stevens, An introduction to zirconia, Magnesium Elektron ed., London, UK (1986).
12. H. Heuer, M. Rühle, "Phase transformations in ZrO2 by the spray ICP technique ", J. Am. Ceram Soc 66 (1983) 751
9. E. Pfender, H. Zhu H., YC Lau Y. C, "Plasma Deposition of Superconducting Films", Mat. Sci. and Eng. A139 (1991) 352-355
10. J. Karthikeyan, CC Berndt, J. Tikkanen, S. Reddy, H. Herman, "Plasma spray synthesis of nanomaterial powders and deposits", Mat. Sci. and Eng. A238 (1997) 275-286
11. R. Stevens, An introduction to zirconia, Magnesium Electron ed., London, UK (1986).
12. H. Heuer, M. Rühle, "Phase transformations in ZrO 2

-containing ceramics: I, the instability of C-ZrO2 -containing ceramics: I, the instability of C-ZrO 2

and the resuiting diffusion-controlled reactions", in Advances in Ceramics, vol. 12, Science and Technology of Zirconia II, N. Claussen, M. Rühle, A. H. Heuer, eds., The American Ceramic Society (1984).and the resigning diffusion-controlled reactions ", in Advances in Ceramics, vol. 12, Science and Technology of Zirconia II, N. Claussen, M. Rühle, A. H. Heuer, eds., The American Ceramic Society (1984).

Claims (33)

1. Verfahren zur Herstellung einer Wärmedämmschicht auf einem Bauteil, wobei die Wärmedämmschicht Zirkonoxid (ZrO2) ent­ hält, mit folgenden Verfahrensschritten:
  • - zur Schichtherstellung wird das Verfahren der Plasma­ verdampfung (plasma flash evaporation) eines Flüssigkeits- Aerosols angewandt,
  • - das Flüssigkeits-Aerosol enthält neben einem Trägergas Zirkonium (Zr) in Form von in der Flüssigkeit gelösten Ver­ bindungen des Zirkoniums (Zr),
  • - aus einem Gasstrom entsteht durch induktive Einkopplung elektrischer Energie ein Plasma, in das das Flüssigkeits- Aerosol eingebracht wird,
  • - von den entstehenden Reaktionsprodukten wird Zirkonoxid (ZrO2) als Wärmedämmschicht auf dem Bauteil abgeschieden.
1. A process for producing a thermal barrier coating on a component, wherein the thermal barrier coating zirconium oxide (ZrO 2 ) ent holds, comprising the following process steps:
  • for the production of layers, the plasma evaporation method of a liquid aerosol is used,
  • - The liquid aerosol contains in addition to a carrier gas zirconium (Zr) in the form of dissolved in the liquid Ver compounds of zirconium (Zr),
  • from a gas stream, a plasma is created by inductive coupling of electrical energy, into which the liquid aerosol is introduced,
  • - zirconium oxide (ZrO 2 ) is deposited as a thermal barrier coating on the component from the resulting reaction products.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Flüssigkeits-Aerosol in der Flüssigkeit lösliche Verbindungen von Stabilisatorelementen hinzugefügt werden.2. The method according to claim 1, characterized marked records that the liquid aerosol in the Liquid soluble compounds of stabilizer elements to be added. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiv einzukop­ pelnde Energie durch einen Hochfrequenzgenerator bereit­ gestellt wird.3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized characterized in that the inductive kopek pelnde energy through a high-frequency generator ready is provided. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Flüssigkeitsaero­ sol neben den wasserlösliche Verbindungen des Zirkoniums was­ serlösliche Verbindungen von Elementen der zweiten und drit­ ten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente oder der Lanthaniden mit Sauerstoff verwendet werden. 4. The method according to claim 1 or claim 2, characterized characterized in that for the liquid aerosol sol in addition to the water-soluble compounds of zirconium what soluble compounds of elements of the second and third main group of the Periodic Table of the Elements or the Lanthanides are used with oxygen.   5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer Ausgangslösung für das Flüssigkeits-Aerosol ungelöste Partikel von Zirkonium und/oder der Verbindungen der Stabilisatorelemente beigegeben werden.5. The method according to claim 1 or claim 4, characterized characterized in that a starting solution for the liquid aerosol undissolved particles of zirconium and / or the compounds of the stabilizer elements added become. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangslösung zu­ sätzlich unlösliche Feststoffanteile zugesetzt werden.6. The method according to claim 1 or claim 4, characterized characterized in that the starting solution to addition insoluble solids are added. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Sauerstoff oder Sauerstoff-abgebende Komponenten in gasförmiger, flüssiger oder fester Form dem plasmabildenden Gas beigemischt oder selbst als Plasmabildner verwendet werden.7. The method according to claim 1, characterized records that oxygen or oxygen-releasing Components in gaseous, liquid or solid form the added plasma-forming gas or even as a plasma generator be used. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Energie­ quelle für die induktive Einkopplung ein Frequenzgenerator verwendet wird, dessen Frequenz einen Wert im Bereich zwi­ schen ca. 100 kHz und 100 MHz hat.8. The method according to any one of the preceding claims, since characterized in that as energy source for the inductive coupling a frequency generator is used whose frequency has a value in the range between 100 kHz and 100 MHz. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hochfrequenz-Energiequelle eine Einrichtung hat, die ein Pulsen der Energieabgabe der Quelle, d. h. ein kontrolliertes An- und Abschalten bzw. Regulieren zwischen zwei oder mehr Leistungsniveaus erlaubt.9. The method according to claim 8, characterized records that the high frequency power source a Device that has a pulse of energy output from the source, d. H. a controlled switching on and off or regulating between two or more performance levels allowed. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ein­ stellung der gewünschten Modifikation der Wärmedämmschicht mit Zirkonoxid eine geeignete Substrattemperatur eingestellt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for a position of the desired modification of the thermal barrier coating set a suitable substrate temperature with zirconia becomes. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Temperatureinstellung durch Vorheizen oder durch Kühlen des Substrats erreicht wird. 11. The method according to claim 10, characterized ge indicates that the temperature setting achieved by preheating or by cooling the substrate becomes.   12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß diese Temperatureinstellung durch Einstellung des Abstandes zwischen Plasmaquelle und Substrat, durch Einstellung des Druckes im Reaktor, durch Einstellung der Plasmaleistung, oder/und durch entsprechende Verfahrgeschwindigkeit des Substrats in Bezug zum Plasma­ strahl erfolgt.12. The method according to claim 10, characterized ge indicates that this temperature setting by adjusting the distance between the plasma source and Substrate, by adjusting the pressure in the reactor by Adjustment of plasma power, or / and by appropriate Traversing speed of the substrate in relation to the plasma beam occurs. 13. Verfahren nach Anspruch 9 und Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Tempe­ ratureinstellung durch Pulsieren der Plasmaquelle erfolgt.13. The method of claim 9 and claim 10, since characterized in that the Tempe setting by pulsing the plasma source takes place. 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Wärmedämmschicht bei einem Druckwert des Grobvakuumbereichs, insbesondere bei einem Wert zwischen 100 mbar und Atmosphärendruck erfolgt.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Production of the thermal barrier coating at a pressure value of Low vacuum range, especially at a value between 100 mbar and atmospheric pressure takes place. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Herstellung der Wärme­ dämmschicht in einem mit Vakuumpumpen in Verbindung stehenden evakuierbaren Kessel stattfindet, der zur Bewegung des Sub­ strats mit einer x-y-Verstellung für flächige Beschichtungen und einer Rotationseinrichtung beispielsweise für zylindri­ sche Oberflächen und für die Verstellung des Abstandes zwi­ schen Substrat und Plasmaquelle mit einer Linearverstellung der Plasmaquellenposition versehen ist.15. The method according to claim 14, characterized ge indicates that the production of heat insulating layer in a connection with vacuum pumps evacuable boiler takes place, which is responsible for the movement of the sub strates with an x-y adjustment for laminar coatings and a rotation device, for example, for cylindri cal surfaces and for the adjustment of the distance zwi substrate and plasma source with a linear adjustment the plasma source position is provided. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bewegung des Substrats und/der Plasmaquelle mit Hilfe eines Roboters erfolgt.16. The method according to claim 15, characterized ge indicates that the movement of the substrate and / or the plasma source is done by means of a robot. 17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 16, mit einer Beschichtungs­ kammer (20), in der das Bauteil (21) als Substrat von außen manipulierbar oder innen führbar angeordnet ist, einem Hoch­ frequenzgenerator (3), der mit einem mit der Beschichtungs­ kammer (20) verbundenen Plasmagenerator (1) in Wechselwirkung steht, und einer Flüssigkeitspumpe (8) zur Zuführung der Lösung mit den Ausgangsstoffen zu einer Zerstäubersonde (7) im Inneren des Plasmagenerators (1).17. An apparatus for performing the method according to claim 1 or one of claims 2 to 16, with a coating chamber ( 20 ), in which the component ( 21 ) is arranged as a substrate manipulated from the outside or inside feasible, a high-frequency generator ( 3 ). which is in interaction with a plasma generator ( 1 ) connected to the coating chamber ( 20 ), and a liquid pump ( 8 ) for supplying the solution with the raw materials to an atomizing probe ( 7 ) inside the plasma generator ( 1 ). 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Beschichtungskammer (20) eine Vakuumpumpe (22) mit zwischengeschalteter Drucksteuer­ einrichtung zugeordnet ist.18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the coating chamber ( 20 ) is associated with a vacuum pump ( 22 ) with an intermediate pressure control device. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet:, daß dem Plasmagenerator (1) verschiedene plasmabildende Gase und/oder Träger- bzw. Zerstäubergase für das Flüssigkeits-Aerosol aus dafür vorgesehenen Gasreservoiren (5, 5', 10) zugeordnet sind.19. The apparatus according to claim 17, characterized in that the plasma generator ( 1 ) various plasma-forming gases and / or carrier or Zerstäubergase for the liquid aerosol from the provided gas reservoirs ( 5 , 5 ', 10 ) are assigned. 20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Plasmagenerator (1) eine Einheit zur Hochfrequenzversorgung (3) zugeordnet ist.20. The apparatus according to claim 17, characterized in that the plasma generator ( 1 ) is associated with a unit for high-frequency supply ( 3 ). 21. Wärmedämmschichtsystem, enthaltend eine Schicht aus reinem oder stabilisiertem (dotiertem) Zirkonoxid ZrO2, her­ gestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß Anspruch 17 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schicht (21a) einen kolumnaren, einen lamellaren und/oder einen globularen Aufbau hat.21. Thermal barrier coating system comprising a layer of pure or stabilized (doped) zirconium oxide ZrO 2 , forth by the method according to claims 1 to 16 by means of a device according to claim 17 to 20, characterized in that the layer ( 21 a) has a columnar, a lamellar and / or a globular structure. 22. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (21a) ganz aus einer der genannten Formen besteht.22. Thermal barrier coating system according to claim 21, characterized in that the layer ( 21 a) consists entirely of one of said forms. 23. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Formen von Schichten (21a) aufeinander folgen.23. Thermal barrier coating system according to claim 21, characterized in that several forms of layers ( 21 a) follow one another. 24. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtformen ge­ mischt mit konstanten Anteilen vorliegen. 24. Thermal barrier coating system according to claim 21, characterized characterized in that the layer forms ge mixed with constant proportions.   25. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß diese unterschiedlichen Schichtformen gradiert ineinander übergehen.25. Thermal barrier coating system according to claim 21, characterized characterized in that these different Layered grades merge into one another. 26. Wärmedämmschichtsystem nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (21a) dicht oder porig, mit über die Schicht konstan­ ter oder gradierter Porosität ausgebildet ist.26. Thermal barrier coating system according to any one of claims 21 to 25, characterized in that the layer ( 21 a) is dense or porous, formed with over the layer konstan ter or graded porosity. 27. Wärmedämmschichtsystem nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schicht (21a) in fester Form zugeführte Komponenten aus Schicht-gleichem oder Schicht-ungleichem Material eingebunden sind zur Anpassung von Wärmedehnungsunterschieden, zur Modi­ fizierung der Wärme- und elektrischen Leitfähigkeit oder generell zur Modifizierung von Eigenschaften.27. Thermal barrier coating system according to one of claims 21 to 26, characterized in that in the layer ( 21 a) supplied in solid form components of layer-like or layer-dissimilar material are integrated to adapt thermal expansion differences, for modi fication of the heat and electrical conductivity or generally for modifying properties. 28. Wärmedämmschichtsystem nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung aggressiver Angriffe die Oberflächenschicht dicht ausgeführt ist.28. Thermal insulation layer system according to one of claims 21 to 27, characterized in that the Preventing aggressive attacks the surface layer is tight. 29. Wärmedämmschichtsystem nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Substrat (21) und Wärmedämmschicht (21a) eine Binde­ schicht bekannter Zusammensetzung angeordnet ist.29, thermal barrier coating system according to any one of claims 21 to 28, characterized in that between the substrate ( 21 ) and thermal barrier coating ( 21 a) a binding layer of known composition is arranged. 30. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruche 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von Binde­ schicht zur Wärmedämmschicht diskret ausgebildet ist.30. Thermal insulation layer system according to claim 29, characterized characterized in that the transition from Binde layer is discreetly formed to the thermal barrier coating. 31. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von Binde­ schicht zur Wärmedämmschicht gradiert ausgebildet ist.31. Thermal insulation layer system according to claim 29, characterized characterized in that the transition from Binde Layer is formed graduated to the thermal barrier coating. 32. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindeschicht mit einem Gleichstrom-Plasmaspritzverfahren unter Verwendung von pulverförmigem Ausgangsmaterial hergestellt wird. 32. Thermal barrier coating system according to claim 29, characterized characterized in that the bonding layer with a DC plasma spraying method using powdered starting material is produced.   33. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß Bindeschicht und Wärme­ dämmschicht mit den Hochfrequenzplasmaspritzverfahren mit induktiver Energieeinkopplung hergestellt wird.33. Thermal barrier coating system according to claim 29, characterized characterized in that bonding layer and heat with the high frequency plasma spraying method with inductive energy coupling is produced.
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DE (1) DE19947258A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1154032A2 (en) * 2000-05-09 2001-11-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Process for manufacturing a thermal barrier coating
EP1154031A2 (en) * 2000-05-09 2001-11-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Process for manufacturing a thermal barrier structure
DE10104614A1 (en) * 2001-02-02 2002-08-22 Bosch Gmbh Robert Plasma system and method for producing a functional coating
DE102004046814B3 (en) * 2004-09-27 2006-03-09 Siemens Ag Method and device for influencing combustion processes, in particular for the operation of a gas turbine
EP3961077A1 (en) * 2020-08-27 2022-03-02 TI Automotive (Heidelberg) GmbH Pipe, method for treating a pipe, and pipe connection device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0452006A2 (en) * 1990-03-30 1991-10-16 Atsushi Ogura A composite film and method of manufacturing the same
US5433306A (en) * 1993-03-11 1995-07-18 Yang; Shu-Chiung C. Hub assembly for a bicycle
DE19742691C1 (en) * 1997-09-26 1999-01-28 Siemens Ag Method and apparatus for coating substrates

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0452006A2 (en) * 1990-03-30 1991-10-16 Atsushi Ogura A composite film and method of manufacturing the same
US5433306A (en) * 1993-03-11 1995-07-18 Yang; Shu-Chiung C. Hub assembly for a bicycle
DE19742691C1 (en) * 1997-09-26 1999-01-28 Siemens Ag Method and apparatus for coating substrates

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1154032A2 (en) * 2000-05-09 2001-11-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Process for manufacturing a thermal barrier coating
EP1154031A2 (en) * 2000-05-09 2001-11-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Process for manufacturing a thermal barrier structure
EP1154032A3 (en) * 2000-05-09 2003-04-16 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Process for manufacturing a thermal barrier coating
EP1154031A3 (en) * 2000-05-09 2003-05-02 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Process for manufacturing a thermal barrier structure
DE10104614A1 (en) * 2001-02-02 2002-08-22 Bosch Gmbh Robert Plasma system and method for producing a functional coating
DE102004046814B3 (en) * 2004-09-27 2006-03-09 Siemens Ag Method and device for influencing combustion processes, in particular for the operation of a gas turbine
EP3961077A1 (en) * 2020-08-27 2022-03-02 TI Automotive (Heidelberg) GmbH Pipe, method for treating a pipe, and pipe connection device
WO2022043898A1 (en) * 2020-08-27 2022-03-03 Ti Automotive (Heidelberg) Gmbh Method for treating a pipe, pipe and pipe connection device

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