DE3038371A1

DE3038371A1 - Metall-keramischer turbinenmantel

Info

Publication number: DE3038371A1
Application number: DE19803038371
Authority: DE
Inventors: Charles Houston Loveland Ohio Gay jun.; Martin Carl Cincinnati Ohio Hemsworth; Dean Thomas Lenahan; Albert Philip Cincinnati Ohio Sterman; Frederick Warren Tegarden
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-10-12
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1981-04-23
Also published as: GB2061397A; IT1132805B; DE3038371C2; FR2467285A1; IT8024992A0; GB2061397B; FR2467285B1; JPS5654906A; JPH0116963B2; US4289447A

Description

Metall-keramischer Turbinenmantel

Die Erfindung bezieht sich auf Turbinenmäntel und insbesondere auf einen metall-keramischen Turbinenmantel.

Turbinenmäntel mit einem insgesamt aus Metall bestehenden Aufbau sind auf breiter Basis verwendet worden. Die effektive Lebensdauer derartiger Ganzmetall-Turbinenmäntel ist jedoch begrenzt aufgrund der übermäßigen Oxidation und Erosion, die durch die eine hohe Geschwindigkeit aufweisende heiße Gasströmung in einem Turbinentriebwerk hervorgerufen werden. Aufgrund dieses Materialverlustes am Mantel vergrößern sich die Spielräume zwischen den Rotorschaufelspitzen und dem zurückgehenden Mantel. Diese erhöhten Spielräume bewirken eine verschlechterte Leistung aufgrund eines geringeren Wirkungsgrades. Zusätzlich verringern diese erhöhten Spielräume die Lebensdauer der heißen Teile in dem Triebwerk aufgrund der höheren Gastemperaturen, die zur Lieferung eines konstanten Schubes erforderlich sind, und auch aufgrund von Temperatur-Überschwankungen.

Es könnte den Anschein haben, daß kermische Materialien potentielle Vorteile gegenüber Metallen bieten wurden bei derartigen heißen Mänteln aufgrund der besseren Oxidations- und Erosionsbeständigkeit von keramischen Materialien in bezug auf Metalle. Versuche zur Verwendung von keramischen Materialien haben jedoch zu schwerwiegenden Problemen geführt. Zu diesen Problemen gehören: Befestigungsbeanspruchungen in den spröden Keramikmaterialien; Leitung von übermäßiger Wärme durch den Keramikkörper; Fertigungsprobleme, wie beispielsweise geringe Ausbeute bei hohen Kosten aufgrund der extremen Härte und der Tendenz der Keramikkörper zu reißen oder zu zerspanen; und Materialriße, die sehr schwierig festzustellen sind.

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Gemäß der Erfindung wird eine Turbinenmantelstruktur geschaffen mit einem Metallsubstrat und einer keramischen Abschluß- / schicht, die daran befestigt ist durch ein mechanisches Matrixverbindungsmittel,· das zwischen dem Metallsubstrat und der keramischen Abschlußschicht angeordnet ist. Das mechanische Matrixverbindungsmittel verbindet die keramische Abschlußschicht mit dem Metallsubstrat, wobei die keramische Abschlußschicht eine geordnetes Muster von sehr feinen Rissen aufweist, die die thermische Beanspruchung in der keramischen Abschlußschicht vermindern, ^oder Dichtungs-

Das Metallsubstrat ist mit einem mechanischen Matrixverbindungsmittel versehen, das eine vorbestimmte räumliche Konfiguration aufweist. Es wird dann eine keramische Abschlußschicht auf das mechanische Matrixverbindungsmittel aufgebracht, und die keramische Abschlußschicht wird dann veranlaßt, ein geordnetes Muster von sehr feinen Rissen darin zu entwickeln, die die thermische Beanspruchung in der keramischen Abschlußschicht vermindern .

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 ist eine isometrische Ansicht und zeigt ein Ausführungsbeispiel des Turbinenmantels gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figuren 2A bis 2C sind Schnittansichten entlang der Linie 2-2 in Figur 1 und zeigen auf entsprechende Weise Abschnitte von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Verwendung von mechanischen Matrixverbindungsmitteln in der Form von Nasen.

Figuren 3A und 3B sind Darstellungen von Fotographien des Turbinenmantels gemäß Figur 1 und zeigen die keramische Abschlußfläche mit einem geordneten Muster von sehr feinen Rissen darin. Figur 3A stellt den in ,den Figuren

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ORlGiNALINSPECTED

und 2B gezeigten Turbinenmantel dar. Figur 3B stellt den in den Figuren 1 und 2C gezeigten Turbinenmantel dar.

Figur 4 ist eine isometrische Ansicht und zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Turbinenmantels gemäß der Erfindung. Diese Form eines Turbinenmantels kann zweckmäßigerweise als eine "Supernase" bezeichnet werden.

Figur 5 ist ein Teil der Seitenschnittansicht entlang der Linie 5 - 5 in Figur 4.

Figur 6 ist eine Darstellung einer Fotographie des in den Figuren 4 und 5 gezeigten Turbinenmantels und zeigt dessen keramische Abschlußfläche mit einem geordneten Muster von sehr feinen Rissen darin.

Figuren 7A und 7B sind Teile von Schnittansichten in Schnittebenen gemäß den Figuren 2A - 2C und zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Turbinenmantels gemäß der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel enthält das mechanische Matrixverbindungsmittel ein Drahtnetz.

Figur 8 ist eine Darstellung einer Fotographie des in Figur 7A gezeigten Turbinenmantels und zeigt dessen keramische Abdeckschicht mit einem geordneten Muster von sehr feinen Rissen darin.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Turbinenmantelstruktur, die allgemein mit 10 bezeichnet ist. Die Turbinenmantelstruktur enthält zwei gegenüberliegende Flansche 12, 14, die Rillen bzw. Nuten 12a, 14a bilden, die zur Befestigung des Turbinenmantels 10 an einer Turbinenmantelhalterung geeignet sind, die etwa ähnlich der in der US-PS 3 825 36 4 beschriebenen sein kann. Der Turbinenmantel 10 enthält ein Metallsubstrat 16 mit mechanischen Matrixverbindungsmitteln, die die Form einer Vielzahl von Nasen 16p haben könnsn, die von dem Metallsubstrat 16 ausgehen und sich in Richtung auf die die Schaufel aufnehmende Oberfläche des Mantels erstrecken. Wie in Figur 2A deutlicher gezeigt ist,

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können diese Nasen 16p eine Verlängerung des Metallsubstrates 16 bilden. Beispiele für Materialien für das Metallsubstrat und die Nase 16p sind: Nickelbasislegierung Rene'77, Kobaltbasislegierung M-509 oder X-40.

Gemäß Figur 2A ist eine erste Zwischenverbindungsschicht 18, die eine Dicke von beipsielsweise etwa 0,125 bis 0,25 mm hat, beispielsweise durch Flammensprühen auf dem Metallsubstrat 16 angeordnet und füllt teilweise die Räume, die durch die Nasen 16p hervorgerufen sind. Beispielsweise kann die Zwischenverbindungsschicht 18 eine Nickelchromlegierung enthalten, die allgemein als NiCrAlY bekannt ist, beispielsweise eine Legierung NiCrAlY mit einer Dichte von 95 bis 100 %. Eine zweite Zwischenübergangsschicht 19 mit einer Dicke von beispielsweise etwa 0,1 bis etwa 0,15 mm kann beispielsweise durch Flammenspritzen auf der ersten Zwischenverbindungsschicht 18 ange-

Dichtungs- oder

ordnet sein. Eine keramische/Abschlußschicht 20 ist beispielsweise durch Plasmaspritzen oder Sintern auf der Oberseite der zweiten Zwischenverbindungsschicht 19 angeordnet. Die relativen Abmessungen der Nasen 16p,der Zwischenschichten 18, 19 und der keramischen Abschlußschicht sind so gewählt, daß die Nasen 16p sich wenigstens teilweise durch die keramische Abschlußschicht 20 erstrecken. In Figur 2A erstrecken sich die Nasen 16p im wesentlichen durch die keramische Abschlußschicht

Die keramische Abschlußschicht 20 enthält vorzugsweise entweder Zirkonoxid oder Zirkonphosphat. In Verbindung mit der Verwendung von Zirkonoxid wurde gefunden, daß vorzugsweise Modifizierer verwendet werden. Beispielsweise kann Zirkonoxid mit etwa 6 bis etwa 25 Gew.-% Magnesiumoxid modifiziert oder mit etwa 6 bis 25 Gew.-% Yttriumoxid modifiziert werden, in Verbindung mit Zirkonphosphat können ebenfalls Modifizierer verwendet werden. Beispielsweise enthalten bevorzugte Materialien Zirkonoxid, das mit etwa 33 bis 100 Gew.-% mit Materialien wie Mono-Aluminiumphosphat, Phosphorsäure, Yttriumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumcarbit-Fasern, Graphit modifiziert ist.

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Bei einem Ausführungsbeispiel der Mantelstruktur 10 hat das Metallsubstrat 16 eine Dicke von etwa 1,25 mm (0,050 Zoll), wobei sich die Nasen 16p über zusätzliche 2,5 mm (0,100 Zoll) erstrecken. Vorzugsweise hat die keramische Abschlußschicht 20 eine Dicke zwischen 0,89 bis 1,02 mm (0,035 bis 0,040 Zoll). Bei einer derartigen Konfiguration können die Nase/i16p die Form von rechtwinkligen Nasen haben, wie sie in den Figuren 1 und 2A gezeigt sind, wobei jede Nase 16p eine Länge von etwa 2,67 mm (0,105 Zoll), eine Breite von etwa 1,27 mm (0,050 Zoll) haben und die Nasen 16p in Reihen und Spalten in Abständen von etwa 5 mm (0,200 Zoll) bis 6,35 mm (0,250 Zoll) angeordnet sind.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2A enthält die Zwischenverbindungsschicht 19 vorzugsweise eine Mischung der Materialien in der Verbindungsschicht 18 und der keramischen Abschlußschicht 20. Beispielsweise würde bei einer Verbindungsschicht 18 aus NiCrAlY und einer keramischen Abschlußschicht 20 aus Zirkonoxid und Magnesiumoxid eine bevorzugte Mischungszusammensetzung etwa 50 % NiCrAlY/50 % Zirkonoxid modifiziert mit Magnesiumoxid enthalten.

Die in den Figuren 1 und 2B gezeigte Nasenverbindungskonfiguration ist ähnlich der Konfiguration, die vorstehend in Verbindung mit den Figuren 1 und 2A erörtert wurde, so daß gleiche Bezugszahlen für gleiche Elemente verwendet worden sind. Die Struktur gemäß den Figuren 1 und 2B enthält jedoch eine zusätzliche Zwischenschicht, die zwischen der keramischen Abdeckschicht 20 und dem Metallsubstrat angeordnet ist. Genauer gesagt, ist eine Füllschicht 21, beispielsweise mit einer Dicke von 1,65 mm (0,065 Zoll), aus einem Material wie beispielsweise eine geringe Dichte aufweisenden NiCrAlY, mit einer Dichte von beispielsweise etwa 75 bis 85 %, zwischen dem Metallsubstrat 16 und der Zwischenverbindungsschicht 18 angeordnet. Die Füllschicht 21 bildet eine Pufferwirkung für die Mantelstruktur.

In den Figuren 1 und 2C ist ein ähnliches weiteres Ausführungsbeispiel der Nasenverbindungskonfiguration gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die Nasen 16p kurzer als die

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Nasen 16p gemäß Figur 2B, so daß die Nasen 16p gemäß Figur 2C sich nicht zur äußeren Oberfläche der keramischen Abdeckschicht 20 erstrecken. Die Nasenverbindungsstruktur gemäß Figur 2C kann zweckmäßigerweise als "versenkte Nase" bezeichnet werden.

Ein Vorteil des Turbinenmantels 10 gemäß den Figuren 1 und 2A bis 2C besteht darin, daß die keramische Abdeckschicht 20 ein geordnetes Muster von sehr feinen Rissen enthält, die die thermische Beanspruchung in der keramischen Abdeckschicht verkleinern. In den Figuren 3A und 3B ist die keramische Abdeckschicht 20 des Turbinenmantels 10 gemäß Figur 1 gezeigt. Genauer gesagt, stellt die Figur 3A eine Fotographie der in den Figuren 1 und 2B gezeigten Struktur dar, und Figur 3B stellt eine Fotographie der in den Figuren 1 und 2C gezeigten Struktur dar. Es ist zu beobachten, daß die keramischen Abdeckflächen ein derartiges geordnetes Muster von sehr feinen Rissen enthalten. Es wurde gefunden, daß ein derartiges geordnetes Muster wiederholbar ist, wenn der gleiche Mantel 10 gefertigt wird. Diese sehr feinen Risse können dahingehend näher beschrieben werden, daß sie eine Rißbreite von etwa 0,025 bis 0,075 mm (0,001 bis 0,003 Zoll) und einen Abstand von etwa 3,8 mm (0,150 Zoll) aufweisen, wobei die Risse im allgemeinen im gleichen Abstand angeordnet sind.

In den Figuren 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Turbinenmantelstruktur 30 gemäß der Erfindung gezeigt. Die Mantelstruktur 30 gemäß den Figuren 4 und 5 ist in vielerlei Hinsicht ähnlich mit der Mantelstruktur 10 gemäß den Figuren 1 und 2A - 2C. Die Turbinenmantelstruktur 30 enthält ebenfalls ein Metallsubstrat 32, von dem eine Vielzahl Nasen 32p ausgehen. Die Nasen 32p des Mantels 30 sind jedoch kleiner und enger beabstandet als die entsprechenden Nasen 16p gemäß den Figuren 1 und 2A bis 2C. Beispielsweise können diese Nasen 32p einen Kreisdurchmesser von etwa 1 mm (0,040 Zoll) haben und im Abstand des dreifachen Durchmessers gleichmäßig angeordnet sein. Ein vorteil dieser Konfiguration mit einer .kleineren Nase und einem engeren Abstand (die gelegentlich als eine

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"Supernase" bezeichnet wird) im Vergleich zu der Mantelstruktur 10 gemäß den Figuren 1 und 2A bis 2C besteht darin, daß die Struktur 30 ein geordnetes Muster von noch feineren Rissen als die entsprechenden Risse der Mantelstruktur 10 bildet. Wie bereits erwähnt wurde, vermindern diese feinen Risse die thermische Beanspruchung in der keramischen Abdeckschicht. Typische Rißzahlen und Rißabmessungen in dieser Mantelstruktur 30 sind eine Rißbreite von etwa 0,025 bis 0,075 mn. (0,001 bis 0,003 Zoll) bei einem gleichmäßigen Abstand von etwa 0,2 mm (0,080 Zoll). Figur 6 ist eine Darstellung einer Fotographie der keramischen Abdeckschicht 34 der Mantelstruktur 30 und zeigt diese feinen Risse.

Die Mantelstruktur 30 enthält auch eine keramische Abdeckschicht 34, die beispielsweise in ähnlicher Weise mit dem Metallsubstrat 32 verbunden sein kann, wie es in den Figuren 1 und 2A gezeigt ist. So kann die keramische Abdeckschicht 34 mit dem Metallsubstrat 32 durch eine Verbindungsschicht 36 und eine Zwischenverbindungsschicht 38 verbunden sein, wobei die Schicht 36 der Verbindungsschicht 18 gemäß Figur 2A und die Schicht 38 der Zwischenverbindungsschicht 19 gemäß Figur ^A entsprechen. Ein Beispiel für das Material für die Verbindungsschicht ■36 ist NiCrAlY mit einer Dichte von beispielsweise 95 bis 100 %. Die Zwischenverbindungsschicht 38 kann eine Mischüngszusammensetzung der keramischen Abdeckschicht 34 mit, einem Material wie beispielsweise NiCrAlY, beispielsweise 50 % ZrO₂/50 % NiCrAlY, enthalten.

Beispiele für Abmessungen der Mantelstruktur 30 gemäß den Figuren 4 und 5 ("Supernase") sind: etwa 0,125 bis 0,25 mm (0,005 bis 0,010 Zoll) Dicke für die Verbindungsschicht 36; etwa 0,1 bis 0,15 mm (0,004 bis 0,006 Zoll) für die Misch- oder Übergangsschicht 38; etwa 0,89 bis 1,02 mm (0,035 bis 0,040 Zoll) für die keramische Abdeckschicht 34.

In Figur 7A ist ein Teil von einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Turbinenmantelstruktur 40 gemäß der Erfindung gezeigt.

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Bei der Mantelstruktur 40 gehen Metallnasen 42p von einem Metallsubstrat 42 aus. Der Abstand zwischen den Metallnasen 42p ist mit einer Füllschicht 44 aus einem Material gefüllt, wie beispielsweise eine geringe Dichte aufweisendes NiCrAlY mit einer Dichte von beispielsweise 75 bis 85 %. Dann ist die Struktur mit einem Drahtnetz versehen, indem eine erste Vielzahl von Drähten 46 an den Nasen 42p und der Füllschicht 44 angelötet ist. Dann kann eine zweite Vielzahl von Drähten 48 befestigt werden, indem sie mit den ersten Drähten 46 verwoben und verlötet werden. Vorzugsweise werden auch eine Verbindungsschicht 62 und eine Übergangs- bzw. Mischschicht 64 verwendet. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Verbindung das Zusammenwirken von maschen- bzw. gewebeartigen und nasenartigen Strukturen. Typischerweise haben die Drähte in dem dabei entstehenden Gitter oder Geflecht 46 - 48 einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 0,75 mm (0,020 bis 0,030 Zoll). Dann wird eine keramische Abdeckschicht 50 auf der Struktur aus dem Drahtgitter 46 - 48 und der Schicht 62, 64 angeordnet.

Beispiele für Abmessungen der Mantelstruktur 40 gemäß Figur 7A sind: etwa 0,75 bis 1 mm (0,030 bis 0,040 Zoll) Dicke für die keramische Abdeckschicht 50, etwa 0,5 bis 0,75 mm (0,020 bis 0,030 Zoll) für die Füllschicht 44.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Drahtgitterstruktur, die für eine Verwendung bei der Turbinenmantelstruktur gemäß der Erfindung geeignet ist, ist in Figur 7B gezeigt und allgemein mit der Bezugszahl 60 bezeichnet. Die Struktur 60 gemäß Figur 7B ist ähnlich wie die Struktur 40 gemäß Figur 7A, so daß, soweit möglich, gleiche Bezugszahlen zur Darstellung gleicher Elemente verwendet sind. Ein wichtiger Unterschied zwischen den Mantelstrukturen 40 und 60 besteht darin, daß die Mantelstruktur 60 ein Drahtgitter 46 und 48 enthält, das mit dem Metallsubstrat 62 verbunden ist, wobei das Metallsubstrat 42 keine davon ausgehenden Nasen 42p aufweist. Wie in Figur 7B gezeigt ist, enthält die Struktur 60 vorzugsweise Zwischenverbindungsschichten 62 und 64, wobei die Verbindungsschicht

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der vorstehend erläuterten Verbindungsschicht 18 gemäß den Figuren 2A und 2C und der Verbindungsschicht 36 gemäß Figur 5 entspricht, und wobei die Misch- bzw. Übergangsschicht 64 der Misch- bzw. Übergangsschicht 19 gemäß den Figuren 2A - 2C und der Misch- bzw. Übergangsschicht 38 gemäß 5 entspricht.

Ein Vorteil der in den Figuren 7A und 7B gezeigten mechanischen Drahtgitter-Matrixverbindung besteht darin, daß diese Struktur den Zweck der mechanischen Matrixverbindung erfüllt, die keramische Abdeckschicht aufzunehmen und diese Schicht intakt zu halten. Zusätzlich sorgt dieses Drahtgitter für das Rißmuster in der keramischen Abdeckschicht, die die thermischen Beanspruchungen entspannt, aber gerissene keramische Teilchen festhält. Figur 8 ist eine Darstellung einer Fotographie der keramischen Abdeckschicht 50 gemäß Figur 7A und zeigt das geordnete Muster der darin befindlichen feinen Risse.

Weiterhin sorgt das Drahtgitter für -eine lokale Verbindung mit der Mantelstruktur, bildet aber Raum für die keramische Abdeckschicht. Weiterhin hält in der Drahtgitterstruktur gemäß den Figuren 7A und 7B die lokale Drahtverbindung' mit der Mantelstruktur und die verkleinerte freiliegende Oberfläche des Drahtgitters die Temperatur der Mantelstruktur relativ niedrig aufgrund der verminderten Wärmeleitung. Im allgemeinen wird die Drahtgittergeometrie gewählt in bezug auf die Zusammensetzung der keramischen Abdeckschicht. Beispielsweise enthalten für das Drahtgitter 46 und 48 geeignete Materialien solche, die unter den Bezeichnungen L605ylnconel 600, Hastalloy X im Handel erhältlich sind. Mögliche Abänderungen der Drahtgeometrie beinhalten den Drahtdurchmesser und die Gittergröße, d. h. die öffnungen zwischen den Drähten. Zusätzlich können verschiedene Verwebungs- oder Geflechtmuster verwendet werden. Beispielsweise können solche Verflechtungen umfassen: ein rechtwinkliges Textilgefleeht, Kettenverbindungsgeflecht, gewirktes Einzeldrahtgeflecht, Wellung der Geflechte für Höhe und Feinheit (sizing) , Spiralgeflecht für Federvermögen und ein Zwischenkröpfgeflecht für zusätzliche Drahtgewebeflexibilität.

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In bezug auf die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Mantelstruktur gemäß der Erfindung sei darauf hingewiesen, daß diese Ausführungsbeispiele bestimmte Vorteile haben können. Wenn beispielsweise die Nasen unter der äußeren Oberfläche der keramischen Abdeckschicht versenkt sind, besteht eine verkleinerte Wärmeleitung entlang der Nasen, wodurch eine kleinere maximale Nasentemperatur entsteht. Zusätzlich entsteht während eines Reibeingriffes kein Kontakt zwischen einer Nasen und einer Schaufel, woraus eine geringere Schaufelspitzenabnutzung resultiert. Wenn die Nasen durch die keramische Abdeckschicht hindurchragen, aber nicht über die Schicht hinaus, sorgen die Nasen für eine maximale Eingriffstiefe mit der keramischen Abdeckschicht. Bei dem Ausführungsbeispiel, wo Drahtgitter unterhalb der äußeren Oberfläche der keramischen Abdeckschicht versenkt ist, besteht ein starkes Ineinandergreifen der keramischen Abdeckschicht mit dem Gitter. Es tritt auch kein Gitter-Schaufelkontakt während eines Reibeingriffes auf, und es besteht eine kleinere maximale Gitterstruktur aufgrund der durch die keramische Abdeckschicht hervorgerufenen Trennung.

In bezug auf die Verwendung von Zirkonoxid modifiziert mit Magnesiumoxid kann es in einigen Fällen wünschenswert sein, den Mantel einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um die Reibabnutzung- und thermischen Beanspruchungscharakteristiken der keramischen Abdeckschicht zu verbessern. Eine derartige Wärmebehandlung ist in der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung P (Anwaltsakte 8405-13DV-77O4) näher

erläutert.

Es kann aber auch beispielsweise ein Metallsubstrat mit mechanischen Verbindungsmitteln versehen werden, die eine vorbestimmte räumliche Konfiguration aufweisen; dann würde man eine keramische Abdeckschicht auf die Matrixverbindungsmittel aufbringen, wodurch die Abdeckschicht veranlaßt wird, ein Muster (vorzugsweise geordneter) Risse zu entwickeln. Diese Risse sind

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im allgemeinen sehr fein und dienen dazu, die thermische Beanspruchung in der Verbindungsschicht zu senken. Die Schicht vergrößert durch diese Erwärmung ihren Reibverschleiß und kann bei Temperaturen von beispielsweise 900 bis 14OO°C durchgeführt werden. Die Abdeckschicht kann im allgemeinen eine Mischung von Zirkonoxid und Magnesiumoxid sein, wobei die letztgenannte Verbindung im allgemeinen in dem Bereich von 6 bis 25 Gew.-%_f bevorzugt 20 Gew.-%jvorliegt. Die Abdeckschicht kann bis zu einer Dicke von weniger als 2,3 mm (0,090 Zoll) aufgetragen werden. Dies ist, wie vorstehend ausgeführt, ein bevorzugtes Verfahren.

Die Turbinenmantelstrukturen gemäß der Erfindung sind vorstehend zwar in Verbindung mit Nasen und Drahtgeflecht näher erläutert worden, es können aber auch andere Formen von mechanischen Matrixverbindungsmitteln vorgesehen sein. Hierzu gehören: konische Nasen, unterschnittene Nasen, Kettenverbindungsstrukturen, Honigwabenstrukturen und Kombinationen davon. Ferner ist es zwar vorteilhaft, wenigstens eine Zwischenverbindungsschicht zwischen der keramischen Abdeckschicht und dem Metallsubstrat vorzusehen, es können aber auch zufriedenstellende Ergebnisse erhalten werden ohne Verwendung all der hier beschriebenen Zwischenschichten. In diesem Zusammenhang können zufriedenstellende Ergebnisse auoh durch Verwendung durch zwei Zwischenverbindungsschichten erhalten werden, die eine erste Schicht, wie beispielsweise die vorstehend erläuterte Schicht aus NiCrAlY mit einer Dichte von 95 bis 100 %, und eine zweite Zwischenverbindungsschicht umfassen, wie beispielsweise die vorstehend erläuterte Mischung aus NiCrAlY und Keramik. Für einige Anwendungsfälle kann eine einzige Zwischenverbindungsschicht geeignet sein.

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All·

L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche

1.1 Turbinenmantelstruktur mit einem Metallsubstrat und einer daran befestigten keramischen Dichtungs- oder Abdeckschicht, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Matrixverbindungsmittel (16p) zwischen dem Metallsubstrat (16) und der keramischen Abdeckschicht (20) angeordnet sind und die keramische Abdeckschicht mit dem Metallsubstrat verbinden, wobei die keramische Abdeckschicht (20) ein geordnetes Muster von sehr feinen Rissen aufweist, die thermische Beanspruchungen der keramischen Abdeckschicht vermindern.

2. Turbinenmantelstruktur nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß die keramische Abdeckschicht (20) aus Zirkonoxid oder Zirkonphosphat besteht.

3. Turbinenmantelstruktur nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet , daß wenigstens eine Zwischer schicht (18) zwischen dem Metallsubstrat (16) und der keramischen Abdeckschicht (20) angeordnet ist.

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4. Turbinenmantelstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Matrixverbindungsmittel zahlreiche Nasen (16p) aufweisen, die von dem Metallsubstrat (16) ausgehen oder sich wenigstens teilweise durch die keramische Abdeckschicht (20) erstrecken.

5. Turbinenmantelstruktur nach Anspruch 1, 'dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Matrixverbindungsmittel ein Drahtgeflecht (46, 48) oder ein Drahtgeflecht in Verbindung mit zahlreichen Nasen (42p) aufweisen.

6. Turbinenmantelstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die keramische Abdeckschicht (20) eine Dicke zwischen 0,89 und 1,02 mm (0,035 und 0,040 Zoll) aufweist.

7. Turbinenmantelstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die keramische Abdeckschicht (20) aus Zirkonoxid mit 6-25 Gew.-% Magnesiumoxid oder Yttriumoxid besteht.

8. Turbinenmantelstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die keramische Abdeckschicht (20) Zirkonphosphat enthält.

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