DE3023441A1

DE3023441A1 - Aeussere luftabdichtung

Info

Publication number: DE3023441A1
Application number: DE19803023441
Authority: DE
Inventors: Matthew Joseph Wallace
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1979-06-27
Filing date: 1980-06-23
Publication date: 1981-01-22
Also published as: IT8023024A0; DE3023441C2; NL8003572A; KR850000163B1; FR2459879B1; SE443828B; NL189149C; DK225280A; NO801882L; IT1149989B; NO156425C; NO156425B; JPS6133969B2; IL60241A0; GB2054054B; IL60241A; ES8101699A1; US4289446A; SE8004614L; FR2459879A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Keramikmaterialien und betrifft insbesondere Keramikdeckmaterialien für äußere Luftabdichtungen von Gasturbinentriebwerken.

Dem Aufbau von äußeren Luftabdichtungen für Gasturbinentriebwerke ist in der Vergangenheit beträchtliche Aufmerksamkeit geschenkt worden, und wirksame Ausführungsformen von solchen Luftabdichtungen werden ständig gesucht. In einem Axialgasturbinentriebwerk erstrecken sich Kränze von Laufschaufeln sowohl in dem Verdichterabschnitt als auch in dem Turbinenabschnitt des Triebwerks an der Rotorbaugruppe radial nach
außen über einen Strömungsweg für Arbeitsitiediumgase. Eine
äußere Luftabdichtung, die an der Statorbaugruppe befestigt ist, umgibt die Spitzen der Laufschaufeln jedes Laufschaufelkranzes und verhindert das Lecken von Arbeitsmediumgasen über den Spitzen der Laufschaufeln. Jede äußere Luftabdich-

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tung einer Turbine besteht herkömmlicherweise aus mehreren Dichtungssegmenten, die Ende an Ende um das Triebwerk herum angeordnet sind. Die den Spitzen gegenüberliegenden Flächen jedes Segments werden gewöhnlich aus einem abschleifbaren Material hergestellt, um einen eng tolerierten Anfangszustand ohne zerstörerische Berührung durch die Laufschaufelspitzen in transienten Betriebsarten zu ermöglichen. Beispiele für abschleifbare Dichtungsstege und Verfahren zu ihrer Herstellung sind aus den US-PS 3 817 719, 3 879 831, 3 918 925 und 3 936 656 bekannt.

Trotz der Verfügbarkeit der vorgenannten Materialien und Konstruktionen suchen Hersteller von Gasturbinenbauteilen weiter nach noch besseren abschleifbaren Materialkonstruktionen, die eine ausreichende Dauerhaftigkeit in aggresiven Umgebungen haben. Insbesondere innerhalb der Turbinenabschnitte von Triebwerken, in denen Dichtungsmaterialien örtlichen Temperaturen ausgesetzt sind, die 1371 C übersteigen können, sind die Material- und Aufbaumöglichkeiten, die eine ausreichende Dauerhaftigkeit ergeben, begrenzt. Mit Keramik verkleidete Dichtungen sind für diese Bauteile von Hauptinteresse.

Keramikmaterialien, die allgemein dafür bekannt sind, daß sie wirksame Wärmeisolatoren in Gasturbinenumgebungen sind, werden gegenwärtig als Überzugsmaterialien für metallische Substrate in Hochtemperaturumgebungen benutzt. Solange die Überzugsmaterialien intakt bleiben, verhindern sie eine unzulässige Verschlechterung der metallischen Formstücke, an denen sie haften. Metall- und Keramikmaterialien sind jedoch nicht völlig kompatibel, da eine große Differenz in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den beiden Materialtypen ein langfristiges Haften der Keramik an dem Metall schwierig macht. Typischerweise verursacht eine spätere Temperaturwechse!beanspruchung des fertigen Teils in der vorgesehen Umgebung ein Reißen und Abblättern der Keramik von dem Metall. Derartige Probleme sind besonders groß, wenn Überzugstiefen

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erwünscht sind, die einige wenige tausendstel Zentimeter übersteigen.

Ein mit Keramik verkleidetes Dichtungsgebilde, das Differenzen in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Keramikdeckmaterial und einem unter ihm liegenden metallischen Substrat kompensieren kann, ist aus der US-PS 4 109 031 bekannt. Abgestufte Materialschichten, in denen die relativen Mengen an Metall und Keramik sich von 100% Metall an der Metallgrenzfläche bis 100% Keramik an der Keramikgrenzfläche ändern, werden auf das Metallsubstrat aufgebracht.

Ein weiterer Typ eines mit Keramik verkleideten Dichtungsgebildes ist in einer Schrift erläutert, die auf dem 1976 Joint Fall Meeting der Basic Science, Electronics and Nuclear Divisions der American Ceramic Society verteilt worden ist und den Titel "Bonding Ceramic Materials to Metallic Substrates for High-Temperature, Low-Weight Applications" trägt, sowie in dem NASA Technical Memorandum, NASA TM-73852, das den Titel "Preliminary Study of Cyclic Thermal Shock Resistance of Plasma-Sprayed Zirconium Oxide Turbine Outer Air Seal Shrouds" trägt. Bei den darin beschriebenen Systemen verbindet eine Matte aus Sinterdrähten eine Keramikschicht mit einem darunterliegenden metallischen Substrat. Die Drähte bilden eine nachgiebige Schicht, die eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem Substrat und der Keramikschicht kompensieren kann. Bei dem in der erstgenannten Druckschrift beschriebenen Gebilde wird ein Aluminiumoxid (Al₃O₃)-Keramikmaterial direkt auf die Drahtmatte aufgebracht. Bei dem aus der zweitgenannten Druckschrift bekannten Gebilde wird ein Zirkoniumoxid (ZrO-)-Keramikmaterial über einer Verbindungsschicht von 0,08 mm - 0,13 mm auf eine Drahtmatte und ein Gitter aufgebracht.

Die oben erläuterten Gebilde sind zwar bekanntlich äußerst

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erwünscht, wenn eine ausreichende Keramikdauerhaftigkeit erzielt werden kann, die Gebilde haben jedoch das volle Potential zu erzielen, insbesondere bei der Verwendung in agressiven Umgebungen. Beträchtliche Forschungsanstrenungen werden bei der Suche nach dauerhaften Gebilden weiterhin auf die mechanischen Eigenschaften des gewünschten Keramikmaterials verwandt.

Ein Hauptziel der Erfindung ist es, ein wirksames äußeres Luftabdichtungsgebilde des in Gasturbinentriebwerken benutzten Typs zu schaffen. Die Geeignetheit für die Verwendung in Hochtemperaturumgebungen wird angestrebt und es soll ein mit Keramik verkleidetes Bauteil mit guter Beständigkeit gegen Wärmestoßbeanspruchung geschaffen werden.

Gemäß der Erfindung wird ein Keramikdeckmaterial in einer bevorzugten Dichte auf eine Unterlage (Polster) niedrigen Elastizitätsmoduls aus porösem metallischem Material aufgebracht, um eine dauerhafte äußere Luftabdichtung herzustellen. Bei der bevorzugten Dichte hat das Keramikmaterial einen Elastizitätsmodul E und eine mittlere Zugfestigkeit T, die dem Keramikgebilde eine gute Wärmestoßbeständigkeit geben. In wenigstens einer bevorzugten Ausführungsform wird das poröse Polster, d.h. die poröse Unterlage zuerst mit einem Überzug des MCrAlY-Typs getränkt, um die Geeignetheit der Unterlage für das Haften des Keramikdeckmaterials zu verbessern.

Ein Hauptmerkmal des Gebildes nach der Erfindung ist das Keramikdeckmaterial. Das Deckmaterial ist den heißen Arbeitsmediumgasen des TriebwerksStrömungsweges ausgesetzt, um ein Dichtungsgebilde zu schaffen, das hohe Temperaturen aushält. Das Keramikmaterial ist in einer Ausführurigsform mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid, das bis zu einer wahren Dichte von ungefähr 92% der theoretischen Dichte aufgebracht wird. Bei dieser Dichte hat das Keramikmaterial etwa folgende physikalische Eigenschaften:

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Elastizitätsmodul (E) bei 982 °C: 68948 bar ( 1 χ 10⁶ lb/in²) mittlere Zugfestigkeit (T) bei 982 ⁰C: 238 bar (3450 lb/in²) Wärmeausdehnungskoeffizient (c<.) bei 982 C: 3,36 χ 1O~⁶ (⁰C)"¹ (6.06 χ 10~⁶ in/in-°F) Wärmeleitfähigkeit (K) bei 982 ⁰C:

726,43 ^-~ (5.55 Btu-in/hr-ft²-°F)

h in ⁰C

In wenigstens einer Ausführungsform haftet das Keramikmaterial an einer porösen metallischen Unterlage, die zuerst mit MCrAlY-Überzugsmaterial getränkt worden ist. Das MCrAlY-Überzugsmaterial ergibt rauhe Oberflächen, die in der Lage sind, das Keramikmaterial auf dem äußeren Luftabdichtungsgebilde festzuhalten.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist die Kompatibilität des Keramikdeckmaterials mit aggresiven Hochtemperaturumgebungen von Gasturbinentriebwerken. Minimale Mengen an Kühlluft sind erforderlich, um das Dichtungsgebilde zu schützen. Die Gesamttriebwerksleistung wird erhöht, da die Verwendung von geringeren Mengen an Kühlluft erforderlich ist. Das Gebilde hat eine ausreichende Abschleifbarkeit, um eine zerstörungsfreie Reibberührung mit den Laufschaufelspitzen zu ermöglichen, und eignet sich bestens für Konstruktionen, die enge Spalte zwischen den Laufschaufelspitzen und den äußeren Luftabdichtungen erfordern. Gleichzeitig hat das Dichtungsgebilde, das bis zu der angegebenen Dichte aufgebracht worden ist, eine ausreichende Erosionsfestigkeit. Relative Differenzen des thermischen Wachstums zwischen dem Keramikmaterial und dem unter ihm liegenden Substrat werden durch die einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweisende Unterlage kompensiert. Ein gutes Haftvermögen des Keramikmaterials an der einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweisenden Unterlage wird erzielt, indem die Unterlage mit einem MCrAlY-Material getränkt wird, bevor der Keramiküberzug auf die Unterlage aufgebracht wird.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

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Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht eines

Gasturbinentriebwerks, von welchem ein Teil weggebrochen worden ist, um die äußere Luftabdichtung zu zeigen, welche die Spitzen eines Kranzes von Laufschaufeln in dem Triebwerk umgibt,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Seg

ments einer äußeren Luftabdiclrtung nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Diagramm, das die physikalischen Ei

genschaften eines bis zu einer bevorzugten Dichte gespritzten Keramikmaterials zeigt, und

Fig. 4 ein Diagramm, welches zum Vergleich die

Wärmestoßfestigkeit eines mit unterschiedlichen Dichten gespritzten Keramikmaterials zeigt.

Ein Gasturbinentriebwerk des Typs, bei welchem die Erfindung angewandt wird, ist in Fig. 1 gezeigt. Das Triebwerk hat vor allem einen Verdichtungsabschnitt 10, einen Verbrennungsabschnitt 12 und einen Turbinenabschnitt 14. Eine Rotorbaugruppe 16 erstreckt sich axial durch das Triebwerk. Laufschaufeln 18 sind in Kränzen angeordnet und erstrecken isich an der Rotorbaugruppe über einen Strömungsweg 20 für Arbeitsmediumgase nach außen. Jede Laufschaufel hat eine Spitze 22.

Die Statorbaugruppe 24, die ein Gehäuse 26 hat, enthält die Rotorbaugruppe 16. Eine äußere Luftabdichtung 28 an jedem Laufschaufelkranz erstreckt sich von dem Triebwerksgehäuse aus nach innen und umgibt die Spitzen 22 der Laufschaufeln. Jede äußere Luftabdichtung ist in herkömmlicher Weise aus mehreren gekrümmten Segmenten aufgebaut, von denen ein einzelnes Segment 30 in Fig. 2 dargestellt ist und die Ende an Ende um

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das Innere des Triebwerksgehäuses herum angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt ein Segment 30 der äußeren Luftabdichtung, das gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Das Segment ist um ein massives metallisches Substrat 32 gebildet, welches eine gekrümmte Fläche 34 hat, die die gegenüber den Laufschaufelspitzen erwünschte Gesamtkontur aufweist. Eine poröse metallische Unterlage 36 aus einem Material, das einen niedrigen Elastizitätsmodul hat, wie beispielsweise das dargestellte Drahtgeflechtpolster, ist mit dem Metallsubstrat verbunden. Die Unterlage niedrigen Elastizitätsmoduls ist mit einem Unterlagsüberzug 38 imprägniert. Ein Keramikdeckmaterial 40 haftet an der überzogenen Unterlage. Die Grenzfläche zwischen dem metallischen Unterlagsüberzug 38 und dem Keramikmaterial ist mit A bezeichnet. Die Eigenschaften des Keramikmaterials an der Grenzfläche A sind für die Vermeidung der Rißfortpflanzung durch die Keramik von kritischer Bedeutung und werden weiter unten noch näher beschrieben. Das metallische Substrat kann durch geeignete bekannte Maßnahmen gekühlt werden, um zu verhindern, daß die Drähte der Unterlage übermäßig heiß werden.

In einem Gebilde, das getestet wurde und das sich als wirksam herausgestellt hat, bestand das Keramikmaterial nominell aus

80 Gew.% Zirkoniumoxid (ZrO₃); und 20 Gew.% Yttriumoxid (Y₂O₃).

Das Material wurde durch eine herkömmliche Spritzvorrichtung bis zu einer Tiefe von 1,52 mm bei einer wahren Dichte von 92% der theoretischen Dichte aufgebracht. Die wahre Dichte wurde anhand der Materialhärte gemessen, um einen wiederttolbaren Qualitätskontrollstandard zu schaffen. Die erwünschte Materialdichte beträgt bei dem Rockwell-B-Schlagtest der in der Industrie umfangreich angewandt wird, 90._v Die Dichte kann physikalisch ausgedrückt werden und betrug 5,36 g/cm . Keramiktiefen in dem Bereich von 1,02 bis 3,05 mm sind ebenfalls erfolgreich aufgebracht worden.

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Material mit der angegebenen Rockwellhärte 90 ist durch Plasmaspritzen des mit Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxidmaterials mit der Vorrichtung und unter den unten angegebenen Bedingungen erzielbar:

Plasmaspritzsystem

Spritzpistole - Metco 3 MG mit Pulveröffnung Nr. Leistungseinstellung - 600 A

70 V

Primärgas - Stickstoff mit einer Durchflußmenge von 2,26 m /h und einem Druck von 3,45 bar

Sekundärgas - Wasserstoff mit einer Durchflußmenge von 0,14 bis 0,42 m /h und einem Druck von 3,45 bar, was erforderlich war, um eine Spannung von 70 V an den Elektroden aufrechtzuerhalten

Pulverzuführer

Zuführer - Plasmadyne Modell Nr. 1224 mit Heizvorrichtung Pulverdurchflußmenge - 1,81 kg/h Pulvergas - Stickstoff mit einer Durchflußmenge von 0,566 m /h.

und einem Druck von 3,45 bar

Spritzbedingungen

Pistolenabstand - 152 mm Kopfverstellung - Horizontalgeschwindigkeit von 0,05 m/s

mit einem Vertikalschritt von 3,2 mm, wobei jeder Durchgang einen Überzug von ungefähr 0,08 mm aufbringt

Kühlgas

Kühlgas - Luft mit einem Druck von 3,45 bar.

Die physikalischen Eigenschaften für die Rockwellhärte sind in dem Diagramm in Fig. 3 angegeben. Die Eigenschaften

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sind bei 982 °C folgende:

Elastizitätsmodul (E) bei 982 ⁰C: 68948 bar (1x10⁶ lbs/in²)

mittlere Zugfestigkeit (T) bei 982 ⁰C: 238 bar (3450 lbs/in²)

Wärmeausdehnungskoeffizient (oC) bei 982 C: 3,36 χ 1O~⁶ (⁰C)"¹ (6.06 χ 10~⁶ in/in-°F) Wärmeleitfähigkeit (K) bei 982 ⁰C:

726,43 ^-^5 (5.55 Btu-in/hr-ft²-°F) .

h in °C

Die Wärmeleitfähigkeit K ist eine wichtige Eigenschaft des Materials. Sämtliche Keramiken haben eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit, weshalb sie als Deckmaterialien erwünscht sind. Beträchtliche Temperaturgradienten an der Keramik können aufrechterhalten werden, um die darunterliegenden Metallgebilde, an denen die Keramiken haften, zu schützen. In dem Diagramm von Fig. 3 sei jedoch beachtet, daß die Wärmeleitfähigkeit an der Keramik bei Temperaturen über 1093 ⁰C steil ansteigt. Eine größere Wärmeleitfähigkeit erfordert eine stärkere Kühlung der Metalluntergebilde, um eine Verschlechterung derselben zu verhindern, und ist unerwünscht. Es ist sehr erwünscht, das Keramikmaterial an der Grenzfläche A auf Temperaturen unter 1093 C zu halten.

Die Zugfestigkeit T, der Elastizitätsmodul E und der Wärmeausdehnungskoeffizient oG für das Material mit der Rockwell-B-Härte 90 sind ebenfalls in dem Diagramm von Fig. 3 angegeben. Diese drei Faktoren bestimmen in großem Maße das Vermögen der Keramik, einen Wärmestoß auszuhalten* Durch Wärme hervorgerufene Spannungen sind sowohl zu dem Elastizitätsmodul als auch zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten proportional. Niedrigere Wärmespannungen werden in Materialien mit relativ niedrigem Elastizitätsmodul und niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten als in Materialien mit relativ hohem Elastizitätsmodul und hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, die gleichen Wärmegradienten ausgesetzt sind, hervorgerufen. Die Fähigkeit des Materials, durch Wärme hervorgerufene Spannungen auszuhalten, ist von der Materialfestigkeit abhängig.

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Bei Keramikmaterialien in äußeren Luftabdichtungen ist das Versagen bei Zugbeanspruchung infolge einer Temperaturwechse!beanspruchung die übliche Versagensart. Deshalb ist die Zugfestigkeit in dem Diagramm von Fig. 3 aufgetragen.

Gemäß dem Diagramm in Fig. 3, das die Eigenschaften von mit 20% Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumoxid zeigt, fällt der Elastizitätsmodul E mit zunehmender Temperatur bis etwa 982 C steil ab und fällt anschließend weniger steil ab. Umgekehrt nimmt die Zugfestigkeit T nur allmählich mit steigender Temperatur bis etwa 1093 ⁰C ab und nimmt daran anschließend schneller ab. Aus diesem Grund ist das durch die obigen physikalischen Eigenschaften beschriebene Keramikmaterial für Verwendungszwecke gut geeignet, bei denen die Temperatur der Grenzfläche A auf den ungefähren Bereich- von 982 °C 1093 °C begrenzt ist.

Für Vergleichszwecke ist ein Warmestoßfestigkeitsanzeiger I für dasselbe, mit Yttriumoxid stabilisierte Zirkoniumoxidmaterial, das mit unterschiedlichen Dichten aufgebracht worden ist, berechnet und in dem Diagramm von Fig. 4 aufgetragen worden. Der Stoßanzeiger I wird als das theoretische maximale Verhältnis von Spannung zu Festigkeit (<f /T) in dem Keramikmaterial, das während eines Triebwerksbetriebszyklus auftritt, berechnet. Der Maximalwert tritt typischerweise in einem Übergangszustand auf, wie beispielsweise während eines Zustandes einer 6 s dauernden Beschleunigung. Ein Verhältnis von Spannung zu Festigkeit, das größer als 1 ist, zeigt den Ausfall der Keramik an. In Fig. 4 sei beachtet, daß die Verhältnisse von Spannung zu Festigkeit eines Materials mit einer Härte von 80 und einer Härte von 100 bei dem vorgeschlagenen Triebwerkszyklus den Wert 1 übersteigen, wohingegen das Verhältnis von Spannung zu Festigkeit eines Materials mit einer Härte von 90 unter 1 bleibt.

In der hier beschriebenen Ausfuhrungsform der äußeren Luftabdichtung wurde die poröse Unterlage aus einem Eisenbasislegierungsdraht (FeCrAlSi) mit einem Durchmesser von 0,13 - 0,15 mm

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gebildet. Die Unterlage wurde auf eine Dichte von 35% Drahtmaterial zusammengedrückt und gesintert, um wenigstens eine teilweise metallurgische Verbindung zwischen benachbarten Drähten herzustellen. Eine Unterlage aus einem 1,52 mm dikken Material wurde an das Substrat in herkömmlicher Weise hartangelötet. Ein Unterlagsüberzugmaterial aus einer NiCrAlY-Legierung wurde benutzt, das folgende Zusammensetzung hatte:

14-20 Gew.% Chrom;

11-13 Gew.% Aluminium;

0,10 - 0,70 Gew.% Yttrium;

2 Gew.% (maximal) Kobalt; und

Rest Nickel

eine äquivalente Tiefe des Überzugs, d.h. die Tiefe des Überzugs, wenn dieser auf eine ebene Fläche aufgebracht würde, nämlich eine Tiefe von ungefähr 0,13 mm wurde in die Drahtunterlage hinein aufgebracht. Andere geeignete Unterlagsüberzugmaterialien wären die Nickel-Kobalt-Basis-Legierung NiCoCrAlY/ die Kobaltbasislegierung CoCrAlY und die Eisenbasislegierung FeCrAlY.

Die effektive Aufbringung von Unterlagsüberzugmaterial ist wichtig, um ein gutes Haftvermögen der Keramik an dem Draht zu gewährleisten. Das Unterlagsüberzugmaterial muß in die Drahtunterlage eindringen und fest an den Seiten haften. Ein geeignetes Auftragsverfahren ist in einer weiteren Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben, für die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial No. 38 042, vom 11.Mai 1979 in Anspruch genommen worden ist. Bei diesem Verfahren werden die Unterlagsüberzugmaterialteilchen in einem Plasmastrom plastiziert und in dem Strom auf Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 1219 m/s beschleunigt. Die hohe Geschwindigkeit ermöglicht den Teilchen, in die poröse Drahtunterlage einzudringen. Gleichzeitig ist die Temperatur des bei dem beschriebenen Plasmaspritzverfahren ausströmenden Materials wesentlich niedriger als die in herkömmlichen Plasmaspritzverfahren benutzte. Die benutzten relativ niedrigen Temperaturen verhin-

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dern eine übermäßige Vorerwärmung und eine daraus resultierende Oxidation der Drahtfasern in der Unterlage, bevor akzeptable überzüge aufgebracht werden können. Drahttemperaturen unter 538 C sind im allgemeinen erforderlich, um sicherzustellen, daß es nicht zu einer Oxidation der Drähte kommt. Pasertemperaturen, die auf einen Bereich von 427 C - 482 ⁰C beschränkt sind, werden bevorzugt. Andere Verfahren können zum Aufbringen des Unterlagsüberzugmaterials auf die poröse Unterlage benutzt werden.

Darüberhinaus hat es sich gezeigt, daß das hier beschriebene Keramikmaterial mit der Rockwellhärte 90 einen ausreichenden Widerstand gegen eine Strömungswegerosion aufweist. Material mit einer Rockwellhärte 80 zeigte eine größere Tendenz zu erodieren. Material mit einer Rockwellhärte 100 zeigte zwar eine bessere Erosionsfestigkeit als das Material mit der Rockwellhärte 90, das Material der Rockwellhärte 100 zeigte jedoch Abschleifeigenschaften, die nicht ausreichten, um die erwünschte enge Tolerierung des Gebildes aus Dichtung und Laufschaufel in den meisten Gasturbinentriebwerken zu ermöglichen. Material mit der Rockwellhärte 90 erwies sich als ein guter Kompromiß zwischen der erforderlichen Abschleifbarkeit und der Erosionsfestigkeit.

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Claims

Patentansprüche ;

1\j) Äußere Luftabdichtung, die die Spitzen von Laufschaufeln in dem Turbinenabschnitt eines Gasturbinentriebwerks umgibt, gekennzeichnet durch:

eine poröse Unterlage (36) aus einem Material mit niedrigem Elastizitätsmodul, das eine gekrümmte Kontur hat, und

ein Keramikdeckmaterial (40), das an der Unterlage niedrigen Elastizitätsmoduls haftet und eine den Laufschaufelspitzen gegenüberliegende Fläche bildet, wobei das Keramikdeckmaterial die folgenden physikalischen Eigenschaften jeweils bei einer

Temperatur von 982

(1800 ⁰F) hat:

Elastizitätsmodul (E): 68 948 bar (1 χ 10⁶ lb/in²); mittlere Zugfestigkeit (T): 238 bar (3450 lb/in²); Wärmeausdehnungskoeffizient (Λ):

3,36 χ 10~⁶ (⁰C)"¹ (6.06 χ 10~⁶ in/in-°F); und Wärmeleitfähigkeit (K):
J m

726,43

hm^{2 0}C

(5.55 Btu-in/hr-ft²-°F).

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2. Luftabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikdeckmaterial (40) mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid ist, mit folgender Nennzusammensetzung:

80 Gew.% Zirkoniumoxid (ZrO₂); und 20 Gew.% Yttriumoxid (Y₂O₃).
3. Luftabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material bis zu einer wahren Dichte aufgebracht wird, die ungefähr 92% der theoretischen Materialdichte beträgt.
4. Luftabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckmaterial durch eine Rockwell-B-Härte (IO von ungefähr 90 gekennzeichnet ist.
5. Luftabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein massives metallisches Substrat, an welchem die poröse Unterlage haftet.
6. Luftabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Unterlagsüberzug aus einem Material des MCrAlY-Typs, mit welchem die poröse Unterlage getränkt worden ist, um eine aufgerauhte Oberfläche für das Haften der Keramik zu schaffen.

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