DE3023441C2

DE3023441C2 -

Info

Publication number: DE3023441C2
Application number: DE3023441A
Authority: DE
Inventors: Matthew Joseph North Palm Beach Fla. Us Wallace
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1979-06-27
Filing date: 1980-06-23
Publication date: 1990-07-05
Also published as: GB2054054B; KR850000163B1; ES8101699A1; FR2459879A1; AU530305B2; IT8023024A0; GB2054054A; IL60241A; DE3023441A1; NL8003572A; US4289446A; JPS566006A; SE8004614L; NO156425B; NL189149B; IT1149989B; ES492799A0; DK225280A; SE443828B; IL60241A0

Description

Die Erfindung betrifft eine äußere Luftabdichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

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 Arbeitsmediumgase. 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 Luftabdichtung 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 38 17 719, 38 79 831, 39 18 925 und 39 36 656 bekannt.

Trotz der Verfügbarkeit der vorgenannten Materialien und Konstruktionen suchen Hersteller von Gasturbinenbauteilen weiter nach noch besseren abschleifbaren Materialkonstruktionen, die eine ausreichende Dauerhaftigkeit in aggressiven 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 Gasturbinen 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 Temperaturwechselbeanspruchung des fertigen Teils in der vorgesehenen Umgebung ein Reißen und Abblättern der Keramik von dem Metall. Derartige Probleme sind besonders groß, wenn Überzugstiefen erwünscht sind, die einige wenige tausendstel Zentimeter übersteigen.

Eine mit Keramik verkleidete äußere Luftabdichtung, die Differenzen in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Keramikdeckmaterial und einem unter ihm liegenden metallischen Substrat kompensieren kann, ist aus der US-PS 41 09 031 bekannt. Das metallische Substrat trägt dabei eine abgestufte Schicht aus einem Metall/Keramik-Gemisch, in der die relativen Mengen an Metall und Keramik sich von 100% Metall an der Metallgrenzfläche bis 100% Keramik an der Keramikgrenzfläche ändern.

Ein weiterer Typ einer mit Keramik verkleideten äußeren Luftabdichtung 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 der in der erstgenannten Druckschrift beschriebenen Luftabdichtung wird ein Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Keramikmaterial direkt auf die Drahtmatte aufgebracht. Bei der aus der zweitgenannten Druckschrift bekannten Luftabdichtung wird ein Zirkoniumoxid (ZrO₂)-Keramikmaterial über einer Verbindungsschicht von 0,08 mm-0,13 mm auf eine Drahtmatte und ein Gitter aufgebracht.

Die oben erläuterten Luftabdichtungen sind zwar bekanntlich äußerst erwünscht, wenn eine ausreichende Keramikdauerhaftigkeit erzielt werden kann, die Luftabdichtungen haben jedoch das volle Potential zu erzielen, insbesondere bei der Verwendung in aggressiven Umgebungen. Beträchtliche Forschungsanstrengungen werden bei der Suche nach dauerhaften äußeren Luftabdichtungen weiterhin auf die menschlichen Eigenschaften des gewünschten Keramikdeckmaterials verwandt.

Aus der US-PS 40 75 364 ist eine Luftabdichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art bekannt, bei der als Keramikdeckmaterial, über das die Laufschaufelspitzen hinweggehen, eine poröse Keramikschicht benutzt wird, die leichter abschleifbar ist als ein im wesentlichen massives Keramikmaterial. Die Porosität kann bei der bekannten Luftabdichtung irgendeinen gewünschten Grad haben. Die poröse Struktur der Keramikdeckschicht wird bei der bekannten Luftabdichtung erreicht, indem ein Gemisch aus Keramikmaterial und einem Opfermaterial benutzt wird, wobei der Volumenanteil des Opfermaterials in der Keramikdeckschicht von 0 bis 60% stufenweise erhöht wird, und indem das Opfermaterial anschließend durch eine chemische Reaktion, beispielsweise durch Oxidation oder Auslaugen, entfernt wird. Die Dichte der Keramikdeckschicht wird durch den Volumenanteil an Opfermaterial (z. B. Graphit) kontrolliert. Bei dieser bekannten äußeren Luftabdichtung wird durch die Porosität des Keramikdeckmaterials und daher durch dessen relativ geringe Dichte zwar die Abschleifbarkeit verbessert, jedoch werden die Erosionsfestigkeit der äußeren Luftabdichtung und das Haftvermögen des Keramikdeckmaterials an der porösen Unterlage nachteilig beeinflußt.

Bei der Ausbildung von Oberflächen von Turbinenlaufschaufeln und -leitschaufeln in Form von Wärmesperrschichten, welche die metallischen Oberflächen vor hohen Temperaturen schützen sollen, ist es zwar aus der US-PS 40 55 705 bekannt, Unterlagsüberzüge des MCrAlY-Typs zu benutzen, mit der Abschleifbarkeit von solchen Wärmesperrschichten und den daher notwendigen Kompromissen zwischen Abschleifbarkeit und Erosionsfestigkeit befaßt sich diese Druckschrift jedoch nicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer äußeren Luftabdichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art einen besseren Kompromiß zwischen der erforderlichen Abschleifbarkeit und der Erosionsfestigkeit und dem Haftvermögen des Keramikdeckmaterials an der porösen Unterlage zu erzielen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung wird das Keramikdeckmaterial mit etwa 92% der theoretischen Dichte auf die poröse metallische Unterlage niedrigen Elastizitätsmoduls aufgebracht, um eine dauerhafte äußere Luftabdichtung herzustellen. Bei dieser Dichte hat das Keramikdeckmaterial physikalische Eigenschaften, nämlich einen Elastizitätsmodul, eine mittlere Zugfestigkeit und eine Wärmeleitfähigkeit, die der Keramikdeckschicht eine gute Wärmestoßbeständigkeit geben. Durch das Tränken der porösen Unterlage mit einem Unterlagsüberzug des MCrAlY-Typs, bevor der Keramiküberzug auf die Unterlage aufgebracht wird, wird ein besonders gutes Haftvermögen des Keramikdeckmaterials an der einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweisenden porösen Unterlage erzielt. Der MCrAlY-Unterlagsüberzug ergibt nämlich rauhe Oberflächen, die in der Lage sind, das Keramikdeckmaterial auf der porösen Unterlage besser festzuhalten. Ein weiterer Vorteil der äußeren Luftabdichtung nach der Erfindung ist aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Keramikdeckmaterials dessen Kompatibilität mit aggressiven Hochtemperaturumgebungen in Gasturbinentriebwerken. Minimale Mengen an Kühlluft sind erforderlich, um die äußere Luftabdichtung zu schützen. Die Gesamttriebwerksleistung wird erhöht, da die Verwendung von geringeren Mengen an Kühlluft erforderlich ist. Die äußere Luftabdichtung nach der Erfindung hat zwar auch eine ausreichende Abschleifbarkeit, um eine zerstörungsfreie Reibberührung mit den Laufschaufelspitzen zu ermöglichen, und eignet sich daher bestens für Konstruktionen, die enge Spalte zwischen den Laufschaufelspitzen und den äußeren Luftabdichtungen erfordern, gleichzeitig hat jedoch die äußere Luftabdichtung nach der Erfindung, deren Keramikdeckmaterial bis zu der genannten Dichte aufgebracht worden ist, eine ausreichende Erosionsfestigkeit.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

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

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 Segments einer äußeren Luftabdichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Diagramm, das die physikalischen Eigenschaften 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 hat gemäß Fig. 1 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 sich 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 Gehäuse 26 aus nach innen und umgibt die Spitzen 22 der Laufschaufeln 18. Jede äußere Luftabdichtung 28 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 das Innere des Gehäuses 26 herum angeordnet sind.

Gemäß Fig. 2 ist das Segment 30 der äußeren Luftabdichtung 28 um ein massives metallisches Substrat 32 gebildet, welches eine gekrümmte Fläche 34 hat, die die gegenüber den Laufschaufelspitzen 22 erwünschte Kontur aufweist. Eine poröse metallische Unterlage 36 aus einem Material, das einen niedrigen Elastizitätsmodul hat, wie beispielsweise das dargestellte Drahtgeflechtpolster, ist mit dem Substrat 32 verbunden. Die poröse Unterlage 36 ist mit einem Unterlagsüberzug 38 getränkt. Ein Keramikdeckmaterial 40 haftet an der Unterlage 36. Die Grenzfläche zwischen dem metallischen Unterlagsüberzug 38 und dem Keramikdeckmaterial 40 ist mit A bezeichnet. Die Eigenschaften des Keramikdeckmaterials 40 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 32 kann durch geeignete bekannte Maßnahmen gekühlt werden, um zu verhindern, daß die Drähte der porösen Unterlage 36 übermäßig heiß werden.

Bei einer Luftabdichtung, die getestet wurde und sich als wirksam herausgestellt hat, bestand das Keramikdeckmaterial 40 nominell aus

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

Das Keramikdeckmaterial wurde durch eine 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 wiederholbaren Qualitätskontrollstandard zu schaffen. Die erwünschte Materialdichte beträgt bei dem Rockwell-B-Schlagtest, der in der Industrie umfangreich angewandt wird, 90. Die Dichte kann physikalisch ausgedrückt werden und betrug 5,36 g/cm³. Keramiktiefen in dem Bereich von 1,02 bis 3,05 mm sind ebenfalls erfolgreich aufgebracht worden.

Keramikdeckmaterial mit der angegebenen Rockwell-B-Härte 90 ist durch Plasmaspritzen des mit Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxidmaterials mit der Spritzvorrichtung und unter den unten angegebenen Bedingungen erzielbar:

Plasmaspritzsystem
Spritzpistole - Metco 3 MG mit Pulveröffnung Nr. 3 Leistungseinstellung - 600 A, 70 V

Primärgas - Stickstoff mit einer Durchflußmenge von 2,26 m³/h und einem Druck von 3,45 bar

Sekundärgas - Wasserstoff mit einer Durchflußmenge von 0,14 bis 0,42 m³/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 m³/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 Rockwell-B-Härte 90 sind in dem Diagramm in Fig. 3 angegeben. Die Eigenschaften sind bei 982°C folgende:

Elastizitätsmodul (E) bei 982°C: 6894,9 MPa
mittlere Zugfestigkeit (T) bei 982°C: 23,8 MPa
Wärmeausdehnungskoeffizient (α) bei 982°C: 3,36×10^-6 (°C)^-1
Wärmeleitfähigkeit (K) bei 982°C: 726,43 Jm/h m² °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°C steil ansteigt. Eine größere Wärmeleitfähigkeit erfordert eine stärkere Kühlung der Metallgebilde unter der Keramik, um eine Verschlechterung der Metallgebilde zu verhindern, und ist unerwünscht. Es ist sehr erwünscht, das Keramikdeckmaterial 40 an der Grenzfläche A auf Temperaturen unter 1093°C zu halten.

Die Zugfestigkeit T, der Elastizitätsmodul E und der Wärmeausdehnungskoeffizient α für das Keramikdeckmaterial 40 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.

Bei Keramikdeckmaterialien in äußeren Luftabdichtungen ist das Versagen bei Zugbeanspruchung infolge einer Temperaturwechselbeanspruchung 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°C ab und nimmt daran anschließend schneller ab. Aus diesem Grund ist das durch die obigen physikalischen Eigenschaften beschriebene Keramikdeckmaterial 40 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 Wärmestoßfestigkeitsanzeiger 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 (σ/T) in dem Keramikdeckmaterial, 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 und 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 Ausführungsform der äußeren Luftabdichtung wurde die poröse Unterlage 36 aus einem Eisenbasislegierungsdraht (FeCrAlSi) mit einem Durchmesser von 0,13-0,15 mm gebildet. Die poröse Unterlage 36 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 dicken Material wurde an das Substrat 32 in herkömmlicher Weise hartangelötet. Ein Unterlagsüberzug 38 aus einer NiCrAlY-Legierung wurde benutzt, der 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 Unterlagsüberzugs 38, 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 36 hinein aufgebracht. Andere geeignete Unterlagsüberzugmaterialien wären die Nickel-Kobalt-Basis-Legierung NiCoCrAlY, die Kobaltbasislegierung CoCrAlY und die Eisenbasislegierung FeCrAlY.

Die Aufbringung des Unterlagsüberzugs 38 ist wichtig, um ein gutes Haftvermögen des Keramikdeckmaterials 40 an dem Draht der Unterlage 36 zu gewährleisten. Das Unterlagsüberzugmaterial muß in die Drahtunterlage eindringen und fest an den Seiten haften. Bei einem geeigneten Plasmaspritzauftragsverfahren werden die Unterlagsüberzugsmaterialteilchen 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 Unterlage 36 einzudringen. Gleichzeitig ist die Temperatur des bei diesem Plasmaspritzauftragsverfahren ausströmenden Materials wesentlich niedriger als die sonst üblicherweise bei Plasmaspritzverfahren benutzte. Die benutzten relativ niedrigen Temperaturen verhindern eine übermäßige Vorerwärmung und eine daraus resultierende Oxidation der Drähte in der Unterlage 36, 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. Drahttemperaturen, die auf einen Bereich von 427°C- 482°C beschränkt sind, werden bevorzugt. Andere Verfahren können zum Aufbringen des Unterlagsüberzugs 38 auf die poröse Unterlage 36 benutzt werden.

Darüber hinaus hat es sich gezeigt, daß das hier beschriebene Keramikdeckmaterial mit der Rockwell-B-Härte 90 einen ausreichenden Widerstand gegen eine Strömungswegerosion aufweist. Material mit einer Rockwell-B-Härte 80 zeigte eine größere Tendenz zu erodieren. Material mit einer Rockwell-B-Härte 100 zeigte zwar eine bessere Erosionsfestigkeit als das Material mit der Rockwell-B-Härte 90, das Material der Rockwell-B-Härte 100 zeigte jedoch Abschleifeigenschaften, die nicht ausreichten, um die erwünschte enge Tolerierung des Gebildes aus äußerer Luftabdichtung und Laufschaufel in den meisten Gasturbinentriebwerken zu ermöglichen. Das Keramikdeckmaterial 40 mit der Rockwell-B-Härte 90 erwies sich als ein guter Kompromiß zwischen der erforderlichen Abschleifbarkeit und der Erosionsfestigkeit.

Claims

1. Äußere Luftabdichtung, die die Spitzen von Laufschaufeln in dem Turbinenabschnitt eines Gasturbinentriebwerks umgibt, mit einer porösen Unterlage aus einem Material mit niedrigem Elastizitätsmodul, die auf einem massiven metallischen Substrat mit gekrümmter Kontur haftet, und mit einem Keramikdeckmaterial, das an der Unterlage haftet, eine den Laufschaufelspitzen gegenüberliegende Fläche bildet und einen Wärmeausdehnungskoeffizient von 3,36×10^-6 (°C)^-1 hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikdeckmaterial (40) bis zu einer wahren Dichte von ungefähr 92% der theoretischen Dichte aufgebracht ist und folgende weitere physikalische Eigenschaften jeweils bei einer Temperatur von 982°C hat: Elastizitätsmodul (E): 6894,9 MPa;
mittlere Zugfestigkeit (T): 23,8 MPa; und
Wärmeleitfähigkeit (K): 726,43 Jm/h m² °Cund daß die poröse Unterlage (36) mit einem Unterlagsüberzug (38) aus einem Material des MCrAlY-Typs getränkt ist.

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 Keramikdeckmaterial (40) eine Rockwell-B-Härte (R _B) von ungefähr 90 hat.