DE69824506T2 - Metallischer Artikel mit einer kolumnaren Wärmedämmschicht und Verfahren zum Aufbringen derselben - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmedämmschicht, die auf die Oberfläche eines Superlegierungsgegenstands aufgetragen wird, zum Beispiel auf die Laufschaufel eines Gasturbinentriebwerks, und ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Aufbringen der Wärmedämmschicht. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf keramische Wärmedämmschichten.
  • Die ständige Forderung nach erhöhten Betriebstemperaturen bei Gasturbinentriebwerken wurde ursprünglich dadurch erfüllt, dass die Turbinenlaufschaufeln und die Turbinenleitschaufeln durch Luft gekühlt wurden, und außerdem wurde die Forderung durch die Entwicklung von Superlegierungen erfüllt, aus denen Turbinenlaufschaufeln und Turbinenleitschaufeln hergestellt werden. Durch die beiden Maßnahmen wurde die Lebensdauer erhöht. Eine weitere Temperaturerhöhung erfordert die Entwicklung von keramischen Überzugsmaterialien, mit denen die Turbinenlaufschaufeln und die Turbinenleitschaufeln gegen die Hitze abgeschirmt werden, die den Gasen innewohnt, die aus den Brennkammern ausgestoßen werden, und hierdurch wurde wiederum die Lebensdauer der Turbinenlaufschaufeln und Turbinenleitschaufeln erhöht.
  • Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, diese Keramik-Überzugsmaterialien durch thermische Prozesse, durch Plasmaprozesse, durch Spritzprozesse auf einem geeigneten Verbundüberzug aufzutragen, beispielsweise auf einem MCrAlY-Legierungs-Verbundüberzug, der auf dem metallischen Substrat aufgebracht war.
  • Es ist aus dem Stand der Technik außerdem bekannt, diese Keramik-Überzugsmaterialien durch physikalische Dampfablagerungs-Verfahren auf einem geeigneten Verbundüberzug aufzutragen, der eine Aluminiumoxid-Zwischenfläche bildet, beispielsweise auf einem MCrAlY-Legierungs-Verbundüberzug oder einem Diffusions-Aluminid-Verbundüberzug, die auf dem metallischen Substrat, aufgetragen waren.
  • Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, diese Keramik-Überzugsmaterialien durch Plasmaspritzen oder physikalische Dampfablagerungs-Verfahren auf eine Oxidschicht auf dem metallischen Substrat aufzutragen.
  • Die keramischen Wärmedämmschichten, die durch physikalische Dampfablagerungs-Verfahren aufgetragen werden, haben Vorteile gegenüber keramischen Wärmedämmschichten, die durch Plasmaspritzen aufgetragen werden. Der Hauptvorteil liegt in einer verbesserten thermischen Stoßfestigkeit infolge der kolumnaren Struktur der keramischen Wärmedämmschicht, die durch physikalische Dampfablagerung erzeugt wurde.
  • Ein Problem, das mit den Wärmedämmschichten verknüpft ist, die durch physikalische Dampfablagerung erzeugt werden, besteht darin, dass die thermische Leitfähigkeit größer ist als die thermische Leitfähigkeit der gleichen Wärmedämmschicht, die durch Plasmaspritzen erzeugt wurde.
  • Aus der Internationalen Patentanmeldung WO9318199A ist es bekannt, eine kolumnare keramische Wärmedämmschicht zu erzeugen, die aus mehreren Schichten mit Zwischenflächen zwischen benachbarten Schichten besteht. Jedes kolumnare Keramikkorn erstreckt sich senkrecht zur Oberfläche des metallischen Gegenstands. Jedes kolumnare Korn besitzt mehrere Schichten und benachbarte Schichten haben unterschiedliche Strukturen. Die Zwischenschichten zwischen benachbarten Schichten vermindern die thermische Leitfähigkeit der keramischen Wärmedämmschicht. Diese Schichten werden abwechselnd durch physikalische Dampfablagerung und durch plasmaunterstützte physikalische Dampfablagerung erzeugt.
  • Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines metallischen Gegenstands, der eine kolumnare keramische Wärmedämmschicht aufweist, bei der die keramische Wärmedämmschicht eine verminderte thermische Leitfähigkeit besitzt. Die vorliegende Erfindung bezweckt außerdem die Schaffung eines Verfahrens zum Aufbringen einer keramischen Wärmedämmschicht durch physikalische Dampfablagerung, zur Erzeugung einer kolumnaren keramischen Wärmedämmschicht, die eine verminderte thermische Leitfähigkeit besitzt.
  • Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung einen Metallgegenstand mit einem Verbundüberzug auf dem metallischen Gegenstand und mit einer keramischen Wärmedämmschicht auf dem Verbundüberzug, wobei die keramische Wärmedämmschicht eine Vielzahl von kolumnaren Körnern aufweist, die sich im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des metallischen Gegenstands erstrecken, wobei jedes kolumnare Korn wenigstens eine erste Schicht und wenigstens eine zweite Schicht aufweist, und die wenigstens eine erste Schicht eine gegenüber der wenigstens einen zweiten Schicht unterschiedliche Struktur besitzt, wobei die wenigstens eine zweite Schicht einen größeren Anteil an Poren besitzt, als die wenigstens eine erste Schicht, und die Poren ein inertes Gas enthalten, um die Poren zu stabilisieren, und wobei jedes kolumnare Korn wenigstens eine dritte Schicht aufweist, und die dritte Schicht eine von der wenigstens einen ersten Schicht und der wenigstens einen zweiten Schicht unterschiedliche Struktur hat, wobei die wenigstens eine erste Schicht die gleiche Zusammensetzung hat wie die wenigstens eine dritte Schicht, und die wenigstens eine zweite Schicht einen größeren Anteil von Poren besitzt als die wenigstens eine dritte Schicht.
  • Vorzugsweise hat die wenigstens eine zweite Schicht eine gegenüber der wenigstens einen ersten Schicht und der wenigstens einen dritten Schicht unterschiedliche Zusammensetzung.
  • Vorzugsweise gibt es mehrere erste Schichten und mehrere zweite Schichten. Vorzugsweise gibt es mehrere dritte Schichten. Jede zweite Schicht kann zwischen einer dritten Schicht und einer ersten Schicht eingelagert sein, und die zweite Schicht liegt benachbart zu der dritten Schicht und der ersten Schicht. Jede zweite Schicht kann zwischen zwei dritten Schichten angeordnet sein, und die zweite Schicht liegt benachbart zu den dritten Schichten. Jede zweite Schicht kann zwischen zwei ersten Schichten angeordnet sein und die zweite Schicht liegt benachbart zu den ersten Schichten.
  • Vorzugsweise haben einige der ersten Schichten und einige der zweiten Schichten eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 bis 3 μm, um die thermische Photonenleitfähigkeit zu vermindern. Vorzugsweise haben einige der ersten Schichten und einige der zweiten Schichten eine Dicke im Bereich zwischen 0,3 bis 2 nm, um die thermische Phononenleitfähigkeit zu vermindern. Vorzugsweise haben einige der dritten Schichten eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 bis 3 μm und einige der dritten Schichten eine Dicke im Bereich zwischen 0,3 bis 2 nm.
  • Vorzugsweise haben besteht der Verbundüberzug aus einem Aluminium enthaltenden Verbundüberzug auf dem metallischen Gegenstand, und der Aluminium enthaltende Verbundüberzug besitzt eine Aluminiumoxid-Oberflächenschicht, und die keramische Wärmedämmschicht liegt auf der Aluminiumoxidschicht.
  • Der Aluminium enthaltende Verbundüberzug kann ein MCrAlY Verbundüberzug oder ein Diffusionsaluminidüberzug sein.
  • Vorzugsweise weist der Verbundüberzug die folgenden Schichten auf: einen MCrAlY-Verbundüberzug auf dem metallischen Gegenstand, eine mit Platin angereicherte MCrAlY-Schicht auf dem MCrAlY-Verbundüberzug, eine Platinaluminidschicht auf der mit Platin angereicherten MCrAlY-Schicht, wobei die Platinaluminidschicht eine Aluminiumoxid-Oberflächenschicht besitzt, und die keramische Wärmedämmschicht auf der Aluminiumoxidschicht liegt.
  • Stattdessen kann der metallische Gegenstand eine Aluminiumoxid-Oberflächenschicht aufweisen, und die keramische Wärmedämmschicht ist dann auf der Aluminiumoxidschicht aufgebracht.
  • Der metallische Gegenstand kann aus einer Nickelsuperlegierung oder einer Kobaltsuperlegierung bestehen.
  • Der Metallgegenstand kann eine Turbinenlaufschaufel oder eine Turbinenleitschaufel sein.
  • Die keramische Wärmedämmschicht kann Zirkoniumoxid, und zwar vorzugsweise durch Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid aufweisen. Die keramische Wärmedämmschicht kann eine Mischung aus einem ersten Keramikmaterial und einem zweiten Keramikmaterial aufweisen, wobei das zweite Keramikmaterial ein Element mit einem niedrigeren Sputter-Schwellwert besitzt als die Elemente des ersten Keramikmaterials. Die keramische Wärmedämmschicht kann aus einer Mischung von Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid bestehen, und vorzugsweise besteht sie aus einer Mischung aus durch Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid. Das Aluminium hat einen niedrigeren Sputter-Pegel als Zirkonium und Yttrium, und daher haben die erste Schicht und die dritte Schicht im wesentlichen die gleichen Pegel von Aluminiumoxid, während die zweite Schicht einen verminderten Pegel von Aluminiumoxid im Vergleich mit der ersten und dritten Schicht hat, und vorzugsweise besitzt sie kein Aluminiumoxid.
  • Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum Aufbringen einer keramischen Wärmedämmschicht auf einem metallischen Gegenstand, und das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: es wird ein Verbundüberzug auf dem metallischen Gegenstand aufgetragen; es wird eine keramische Wärmedämmschicht auf dem Verbundüberzug aufgetragen, indem eine erste Spannung an dem metallischen Gegenstand angelegt wird, und indem wenigstens eine erste Kolumnarkornschicht durch Dampfablagerung aufgebracht wird; es wird im wesentlichen gleichzeitig eine zweite unterschiedliche Spannung an den metallischen Gegenstand angelegt, und es wird wenigstens eine zweite Kolumnarkornschicht durch eine durch Plasma unterstützte Dampfablagerung aufgetragen, um eine unterschiedliche Struktur zwischen der wenigstens einen ersten Schicht und der wenigstens einen zweiten Schicht zu erreichen; es wird die keramische Wärmedämmschicht in einer ein inertes Gas enthaltenden Atmosphäre abgelagert; und es wird die zweite Spannung derart gewählt, dass sie ausreicht, um das inerte Gas in der wenigstens einen zweiten Schicht aufzufangen und einen größeren Anteil von Poren in der wenigstens einen zweiten Schicht zu erzeugen, wobei die Poren, die das inerte Gas enthalten, die Poren stabilisieren.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren ein im wesentlichen gleichzeitiges Anlegen einer dritten unterschiedlichen Spannung an dem metallischen Gegenstand, und die Ablagerung wenigstens einer dritten Kolumnarkornschicht mittels einer durch Plasma unterstützten Dampfablagerung.
  • Das Verfahren kann das Anlegen einer ersten Spannung umfassen, die niedriger ist als eine Null-Spannung und das Anlegen einer zweiten Spannung, die kleiner ist als die erste Spannung.
  • Vorzugsweise ist die erste Spannung eine Nullspannung und die dritte Spannung ist kleiner als die erste Spannung, und die zweite Spannung ist kleiner als die dritte Spannung. Die Spannung kann eine Gleichspannung sein oder eine Hochfrequenzspannung. Die Spannung ist eine negative Spannung.
  • Vorzugsweise hat die wenigstens eine zweite Schicht eine gegenüber der wenigstens einen ersten Schicht unterschiedliche Zusammensetzung. Vorzugsweise hat die zweite Schicht eine gegenüber der wenigstens einen dritten Schicht unterschiedliche Zusammensetzung.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Ablagerung einer Mehrzahl von ersten Schichten, einer Mehrzahl von zweiten Schichten und einer Mehrzahl von dritten Schichten. Bei dem Verfahren kann jede zweite Schicht zwischen einer dritten Schicht und einer ersten Schicht derart eingebracht werden, dass die zweite Schicht benachbart zur dritten Schicht und zur ersten Schicht liegt. Bei dem Verfahren kann jede zweite Schicht zwischen zwei dritten Schichten abgelagert werden, und die zweite Schicht liegt benachbart zur dritten Schicht. Bei dem Verfahren kann jede zweite Schicht zwischen zwei ersten Schichten abgelagert werden, und die zweite Schicht befindet sich benachbart zu den ersten Schichten.
  • Vorzugsweise haben einige der ersten Schichten und einige der zweiten Schichten eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 bis 3 μm, um die thermische Photonenleitfähigkeit zu vermindern. Vorzugsweise haben einige der ersten Schichten und einige der zweiten Schichten eine Dicke im Bereich zwischen 0,3 bis 2 nm, um die thermische Phononenleitfähigkeit zu verringern. Die Schichten können die gleiche Dicke aufweisen.
  • Vorzugsweise haben einige der dritten Schichten eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 bis 3 μm und einige der dritten Schichten haben eine Dicke im Bereich zwischen 0,3 bis 2 nm.
  • Vorzugsweise ist das Dampfablagerungs-Verfahren ein physikalisches Dampfablagerungs-Verfahren. Das physikale Dampfablagerungs-Verfahren kann eine Elektronenstrahl-Aufdampfverfahren, ein Besputtern oder ein Lichtbogen-Aufdampfen sein.
  • Das Verfahren kann Anbringen eines Aluminium enthaltenden Verbundüberzugs auf dem metallischen Gegenstand umfassen, und es kann eine Aluminiumoxidschicht auf dem Aluminium enthaltenden Verbundüberzug aufgetragen werden.
  • Der Aluminium enthaltende Verbundüberzug kann aus einer MCrAlY-Legierung, einem Aluminid oder einem Platinaluminid bestehen.
  • Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen: es wird ein MCrAlY-Verbundüberzug auf dem metallischen Gegenstand aufgetragen; es wird eine mit Platin angereicherte MCrAlY-Schicht auf dem MCrAlY-Verbundüberzug aufgebracht; es wird eine Platinaluminidschicht auf der mit Platin angereicherten MCrAlY-Schicht aufgebracht; und es wird eine Aluminiumoxid-Oberflächenschicht auf der mit Platin angereicherten Aluminidschicht aufgetragen.
  • Das Verfahren kann die Erzeugung einer Aluminiumoxid-Oberflächenschicht auf dem metallischen Gegenstand umfassen.
  • Der metallische Gegenstand kann aus einer Nickelsuperlegierung oder einer Kobaltsuperlegierung bestehen.
  • Der metallische Gegenstand kann eine Turbinenlaufschaufel oder eine Turbinenleitschaufel sein.
  • Die keramische Wärmedämmschicht kann Zirkoniumoxid, vorzugsweise ein mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid sein. Die keramische Wärmedämmschicht kann eine Mischung aus einem ersten Keramikmaterial und einem zweiten Keramikmaterial sein, wobei das zweite Keramikmaterial ein Element mit einem niedrigeren Sputter-Schwellwert hat als die Elemente des ersten Keramikmaterials. Die keramische Wärmedämmschicht kann eine Mischung aus Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid aufweisen, und vorzugsweise eine Mischung aus mit Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid. Das Aluminium hat einen niedrigeren Sputterpegel als das Zirkonium und das Yttrium, und daher haben erste und dritte Schichten im wesentlichen den gleichen Gehalt an Aluminiumoxid, während die zweite Schicht einen verminderten Gehalt von Aluminiumoxid im Vergleich mit der ersten und dritten Schicht aufweist und vorzugsweise überhaupt kein Aluminiumoxid besitzt.
  • Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigen:
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht durch einen metallischen Gegenstand, der mit einer dem Stand der Technik entsprechenden Wärmedämmschicht überzogen ist;
  • 2 ist eine schematische Schnittansicht durch einen metallischen Gegenstand, der mit einer einem weiteren Stand der Technik entsprechenden Wärmedämmschicht überzogen ist;
  • 3 ist eine schematische Schnittansicht durch einen metallischen Gegenstand, der eine Wärmedämmschicht gemäß der vorliegenden Erfindung trägt;
  • 4 ist eine schematische Schnittansicht durch einen metallischen Gegenstand, der eine weitere Wärmedämmschicht gemäß der Erfindung trägt;
  • 5 ist eine schematische Schnittansicht durch einen metallischen Gegenstand, der eine weitere erfindungsgemäß ausgebildete Wärmedämmschicht trägt;
  • 6 ist eine schematische Schnittansicht durch einen metallischen Gegenstand, der eine weitere gemäß der Erfindung ausgebildete Wärmedämmschicht trägt;
  • 7 ist eine graphische Darstellung, welche die am metallischen Gegenstand angelegte Spannung in Abhängigkeit von der Zeit während des Auftragens einer Wärmedämmschicht gemäß der Erfindung zeigt;
  • 8 ist eine graphische Darstellung, welche die am metallischen Gegenstand angelegte Spannung in Abhängigkeit von der Zeit zeigt, während der eine Wärmedämmschicht gemäß der vorliegenden Erfindung aufgetragen wird;
  • 9 ist eine schematische Schnittansicht durch einen metallischen Gegenstand, der eine weitere gemäß der Erfindung ausgebildete Wärmedämmschicht trägt;
  • 10 ist eine graphische Darstellung, welche die an dem metallischen Gegenstand angelegte Spannung in Abhängigkeit von der Zeit zeigt, während der die erfindungsgemäße Wärmedämmschicht aufgetragen wird; und
  • 11 ist eine graphische Darstellung, welche die an einen metallischen Gegenstand angelegte Spannung in Abhängigkeit von der Zeit zeigt, während der eine Wärmedämmschicht gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird.
  • In 1, die den Stand der Technik veranschaulicht, ist ein Teil eines Superlegierungs-Gegenstands 10 dargestellt, der mit einer mehrlagigen Wärmedämmschicht überzogen ist, die allgemein mit dem Bezugszeichen 12 dargestellt ist. Dies ist im Herstellungszustand dargestellt. Die Wärmedämmschicht 12 besteht aus einem Verbundüberzug 14 auf dem Superlegierungssubstrat 10, aus einer Oxidschicht 16 auf dem Verbundüberzug 14 und einer keramischen Wärmedämmschicht 18 auf der Oxidschicht 16. Der Verbundüberzug 14 ist allgemein eine Aluminium enthaltende Legierung, beispielsweise eine MCrAlY-Legierung oder ein Nickelaluminid, oder ein Kobaltaluminid oder ein Platinaluminid. Die Oxidschicht besteht allgemein aus Aluminiumoxid, zusammen mit anderen Oxiden. Die keramische Wärmedämmschicht besteht aus Zirkonoxid, das gewöhnlich durch Zusatz von Yttriumoxid, Magnesiumoxid, usw. stabilisiert ist.
  • Die keramische Wärmedämmschicht 18 weist eine Vielzahl kolumnarer keramischer Körner 20 auf, die sich im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Superlegierungssubstrats 10 erstrecken.
  • Die mehrlagige Wärmedämmschicht 12 wird auf dem Superlegierung-Gegenstand 10 dadurch abgelagert, dass zunächst ein MCrAlY-Legierungs-Verbundüberzug 14 durch Plasmaspritzen oder physikalische Dampfablagerung aufgetragen wird, oder Bilden eines Nickelaluminid-Verbundüberzugs 14 durch Diffusionsaluminisierung, oder indem ein Platinaluminid-Verbundüberzug 14 durch eine durch Platin modifizierte Diffusionsaluminisierung aufgetragen wird. Die keramische Wärmedämmschicht 18 wird dann auf den Verbundüberzug 14 durch physikalische Dampfablagerung aufgetragen, und zwar gewöhnlich durch physikalische Elektronenstrahl-Dampfablagerung. Die Oxidschicht 16 bildet sich auf dem Verbundüberzug 14, während der Superlegierungs-Gegenstand 10 auf die Betriebstemperatur in einer Kammer für die physikalische Elektronenstrahl-Dampfablagerung in Gegenwart von Sauerstoff aufgeheizt wird. Der Superlegierungs-Gegenstand 10 wird in der physikalischen Elektronenstrahl-Dampfablagerungs-Kammer in den Keramikdämpfen gedreht, um die keramische Wärmedämmschicht 18 zu erzeugen.
  • Die 2 zeigt einen weiteren Stand der Technik. Ein Superlegierungs-Gegenstand 30 ist mit einer mehrlagigen Wärmedämmschicht versehen, die allgemein durch das Bezugszeichen 32 gekennzeichnet ist. Dies ist im Herstellungszustand dargestellt. Die Wärmedämmschicht 32 weist einen Verbundüberzug 34 auf dem Superlegierungssubstrat 30, eine Oxidschicht 36 auf dem Verbundüberzug 34 und eine keramische Wärmedämmschicht 38 auf der Oxidschicht 36 auf. Der Verbundüberzug 34 ist allgemein eine Aluminium enthaltende Legierung, beispielsweise eine MCrAlY-Legierung, ein Nickelaluminid, ein Kobaltaluminid oder ein Platinaluminid. Die Oxidschicht besteht im allgemeinen aus Aluminiumoxid, zusammen mit anderen Oxiden. Die keramische Wärmedämmschicht besteht aus Zirkoniumoxid, das gewöhnlich durch Zusatz von Yttriumoxid, Magnesiumoxid, usw. stabilisiert ist.
  • Die keramische Wärmedämmschicht 38 besteht aus mehreren kolumnaren Keramikkörnern 40, die sich im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Superlegierungssubstrats 30 erstrecken. Weiter ist ersichtlich, dass die kolumnaren Körner 40 der keramischen Wärmedämmschicht 38 aus mehreren Schichten 42 und 44 bestehen. Die benachbarten Schichten 42 und 44 haben die gleiche Zusammensetzung, aber unterschiedliche Strukturen, und alle der abwechselnden Schichten 42 haben die gleiche Struktur und alle der abwechselnden Schichten 44 haben die gleiche Struktur. Diese Unterschiede in der Struktur erzeugen Zwischenflächen zwischen den Schichten, die die thermische Leitfähigkeit der keramischen Wärmedämmschicht vermindern. Dies ist im einzelnen in der Internationalen Patentanmeldung WO9318199A beschrieben.
  • Die mehrlagige Wärmedämmschicht 32 wird auf dem Superlegierungs-Gegenstand 30 dadurch aufgetragen, dass zunächst ein MCrAlY-Legierungs-Verbundüberzug 34 durch Plasmaspritzen oder physikalische Dampfablagerung aufgebracht wird, oder es wird ein Nickelaluminid-Verbundüberzug 34 durch Diffusionsaluminisierung aufgetragen, oder es wird ein Platinaluminid-Verbundüberzug 34 durch eine durch Platin modifizierte Diffusionsaluminisierung aufgetragen. Dann wird die keramische Wärmedämmschicht 38 auf dem Verbundüberzug 34 durch physikalische Dampfablagerung aufgetragen, und zwar gewöhnlich durch physikalische Elektronenstrahl-Dampfablagerung. Die Oxidschicht 36 bildet sich auf dem Verbundüberzug 34, während der Superlegierungs-Gegenstand 30 auf die Betriebstemperatur in einer physikalischen Elektronenstrahl-Dampfablagerungskammer in Gegenwart von Sauerstoff aufgeheizt wird. Während der Ablagerung der keramischen Wärmedämmschicht wird die keramische Wärmedämmschicht abwechselnd durch Plasma unterstützte physikalische Dampfablagerung und durch physikalische Dampfablagerung beschichtet. Während der durch Plasma unterstützten physikalischen Dampfablagerung wird eine Gleichspannung oder eine Hochfrequenzspannung an den metallischen Gegenstand 30 angelegt.
  • In der die vorliegende Erfindung verkörpernden 3 ist ein Teil eines Superlegierungs-Gegenstands 50 dargestellt, der mit einer mehrlagigen Wärmedämmschicht versehen ist, die allgemein durch das Bezugszeichen 52 gekennzeichnet ist. Dies ist im Herstellungszustand dargestellt. Die Wärmedämmschicht 52 besteht aus einem Verbundüberzug 54 auf dem Superlegierungssubstrat 50, aus einer Oxidschicht 56 auf dem Verbundüberzug 54 und aus einer keramischen Wärmedämmschicht 58 auf der Oxidschicht 56. Der Verbundüberzug 54 ist allgemein eine Aluminium enthaltende Legierung, beispielsweise eine MCrAlY-Legierung oder ein Nickelaluminid oder ein Kobaltaluminid oder ein Platinaluminid. Die Oxidschicht besteht allgemein aus Aluminiumoxid, zusammen mit anderen Oxiden.
  • Die keramische Wärmedämmschicht 58 besteht aus mehreren kolumnaren keramischen Körnern 60, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Superlegierungssubstrats 50 erstrecken. Weiter ist ersichtlich, dass die kolumnaren Körner 60 der keramischen Wärmedämmschicht 58 aus mehreren ersten Schichten 62, mehreren zweiten Schichten 66 und mehreren dritten Schichten 64 besteht. Die Schichten 62, 64 und 66 haben unterschiedliche Strukturen und sämtliche ersten Schichten 62 haben die gleiche Struktur, sämtliche zweiten Schichten 66 haben die gleiche Struktur und sämtliche dritten Schichten 64 haben die gleiche Struktur.
  • Die Unterschiede in der Struktur erzeugen Zwischenflächen zwischen den Schichten 62, 64 und 66, durch welche die thermische Leitfähigkeit der keramischen Wärmedämmschicht 58 erniedrigt wird. Jede dieser Schichten besitzt Poren. Die Poren in der ersten Schicht sind in natürlicher Weise entstehende thermische Hohlräume. Die Poren in der zweiten und dritten Schicht sind eine Folge der Aufnahme von Gas in die Keramik während der Ablagerung der keramischen Wärmedämmschicht 58. Die zweiten Schichten 66 haben jedoch einen größeren Anteil an Poren 68 als die ersten Schichten 62 oder die dritten Schichten 64. Dieser größere Anteil von Poren 68 in den zweiten Schichten 66 vermindert auch die thermische Phononenleitfähigkeit der keramischen Wärmedämmschicht 58.
  • Die Dicke von einigen der ersten Schichten, einigen der zweiten Schichten und einigen der dritten Schichten kann im Bereich zwischen 0,5 bis 3 μm liegen, um die thermische Photonenleitfähigkeit zu reduzieren. Stattdessen kann die Dicke einiger der ersten Schichten, einiger der zweiten Schichten und einiger der dritten Schichten im Bereich zwischen 0,3 bis 2 nm liegen, um die thermische Phononenleitfähigkeit zu vermindern.
  • Die mehrlagige Wärmedämmschicht 52 wird auf dem Superlegierungs-Gegenstand 50 dadurch aufgetragen, dass zunächst ein MCrAlY-Legierungs-Verbundüberzug 54 durch Plasmaspritzen oder physikalische Dampfablagerung aufgetragen wird, oder indem ein Nickelaluminid-Verbundüberzug 54 durch Diffusionsaluminisierung aufgebracht wird, oder indem ein Platinaluminid-Verbundüberzug 54 durch eine durch Platin modifizierte Diffusionsaluminisierung aufgetragen wird. Die keramische Wärmedämmschicht 58 wird dann auf den Verbundüberzug 54 durch physikalische Dampfablagerung, gewöhnlich durch eine physikalische Elektronenstrahl-Dampfablagerung, aufgetragen. Die Oxidschicht 56 bildet sich auf dem Verbundüberzug 54, während der Superlegierungs-Gegenstand 50 auf die Betriebstemperatur in einer physikalischen Elektronenstrahl-Dampfablagerungskammer in Gegenwart von Sauerstoff aufgeheizt wird.
  • Während der Ablagerung der keramischen Wärmedämmschicht 58 wird die keramische Wärmedämmschicht 58 durch ein durch Plasma unterstütztes physikalisches Dampfablagerungsverfahren und durch physikalische Dampfablagerung aufgetragen, wie dies in 7 dargestellt ist. Während der physikalen Dampfablagerung wird in den Zeitperioden 70 keine Spannung an den Superlegierungs-Gegenstand 50 angelegt und die erste Schicht 62 wird während der Zeitperioden 70 der physikalischen Dampfablagerung erzeugt. Während der durch Plasma unterstützten physikalischen Dampfablagerung in den Perioden 72 und 74 wird eine Gleichspannung oder eine Hochfrequenzspannung an den Superlegierungs-Gegenstand 50 angelegt. Die Spannung ist in den Zeitperioden 72 weniger negativ als die Spannung in den Zeitperioden 74 und die dritten Schichten 64 werden während der Zeitperioden 72 der durch Plasma unterstützten physikalischen Dampfablagerung erzeugt, und die zweiten Schichten 66 werden während der Zeitperioden 74 der durch Plasma unterstützten physikalischen Dampfablagerung erzeugt.
  • Die Zeitperioden 72 und 74 der durch Plasma unterstützten physikalischen Dampfablagerung erzeugen Änderungen in der Struktur der kolumnaren Keramikkörner 60. Die Zeitperioden 74 erzeugen eine größere Änderung in der Struktur als die Zeitperioden 72. Während der Zeitperioden 74 wird außerdem eine größere Menge des inerten Gases in der Ablagerungskammer in der zweiten Schicht 66 aufgenommen, um Poren 68 in Folge der erhöhten Geschwindigkeit der Ablagerung der Keramikpartikel zu erzeugen.
  • 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hier ist ein Superlegierungs-Gegenstand 80 dargestellt, der mit einer mehrlagigen Wärmedämmschicht überzogen ist, die allgemein mit dem Bezugszeichen 82 versehen ist. Dies ist im Zustand der Herstellung dargestellt. Die Wärmedämmschicht 82 besteht aus einem Verbundüberzug 84 auf dem Superlegierungssubstrat 80, aus einer Oxidschicht 86 auf dem Verbundüberzug 84 und aus einer keramischen Wärmeschutzschicht 88 auf der Oxidschicht 86. Der Verbundüberzug 84 besteht aus einer allgemein Aluminium enthaltenden Legierung, beispielsweise einem MCrAlY-Legierungsüberzug 90 mit einer durch Platin angereicherten MCrAlY-Schicht 92 und einer Platinaluminidschicht 94, wie dies im einzelnen in der Europäischen Patentanmeldung EP0718419A beschrieben ist. Die Oxidschicht 96 besteht allgemein aus Aluminiumoxid.
  • Die keramische Wärmedämmschicht 88 gleicht jener wie sie in Verbindung mit 3 beschrieben wurde, und sie weist wiederum kollumnare keramische Körner 96 auf, die sich im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Superlegierungssubstrats 80 erstrecken. Außerdem ist ersichtlich, dass die kolumnaren Körner 96 der keramischen Wärmedämmschicht 88 aus mehreren ersten Schichten 98, aus mehreren zweiten Schichten 102 und aus mehreren dritten Schichten 100 besteht. Die Schichten 98, 100 und 102 haben unterschiedliche Strukturen und sämtliche ersten Schichten 98 haben die gleiche Struktur, alle der zweiten Schichten 102 haben die gleiche Struktur und alle dritten Schichten 100 haben die gleiche Struktur.
  • Diese Unterschiede in der Struktur erzeugen Zwischenflächen zwischen den Schichten 98, 100 und 102, durch die die thermische Leitfähigkeit der keramischen Wärmedämmschicht 88 vermindert wird. Jede dieser Schichten besitzt Poren. Die Poren in der ersten Schicht sind auf natürliche Weise gebildete thermische Hohlräume. Die Poren in der zweiten und dritten Schicht sind eine Folge der Aufnahme von Gas in das Keramikmaterial, während der Ablagerung der keramischen Wärmedämmschicht 88. Die zweiten Schichten 102 haben jedoch einen größeren Anteil an Poren 104 als die ersten Schichten 98 oder die dritten Schichten 100. Dieser größere Anteil von Poren 104 in den zweiten Schichten 102 vermindert auch die thermische Phononenleitfähigkeit der keramischen Wärmedämmschicht 88.
  • 4 zeigt unterschiedliche Anordnungen der Schichten 98, 100 und 102 wie sie durch drei unterschiedliche Wellenformen gemäß 8 erzeugt wurden.
  • Der Verbundüberzug 84 wird dadurch hergestellt, dass ein MCrAlY-Legierungs-Verbundüberzug gebildet wird und dann Platin auf dem MCrAlY-Überzug aufgetragen wird, worauf eine Wärmebehandlung erfolgt, damit das Platin in die MCrAlY-Legierung diffundieren kann.
  • 5 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hier ist ein Teil eines Superlegierungs-Gegenstands 110 dargestellt, der mit einer mehrlagigen Wärmedämmschicht überzogen ist, die allgemein mit dem Bezugszeichen 112 bezeichnet ist. Dies ist im Herstellungszustand dargestellt. Die Wärmedämmschicht 112 besteht aus einem Verbundüberzug 114 auf dem Superlegierungssubstrat 110, aus einer Oxidschicht 116 auf dem Verbundüberzug 114 und aus einer Wärmedämmschicht 118 auf der Oxidschicht 116. Der Verbundüberzug 114 ist allgemein eine mit Platin angereicherte Gammaschicht und eine mit Platin angereicherte Gamma-Prime-Schicht auf der Superlegierung, wie dies im einzelnen in der Europäischen Patentanmeldung EP 0718420A beschrieben ist. Die Oxidschicht 116 besteht allgemein aus Aluminiumoxid.
  • Die keramische Wärmedämmschicht 118 entspricht jener wie sie in Verbindung mit der 3 beschrieben wurde, und sie besteht wiederum aus kolumnaren keramischen Körnern 120, die erste, zweite und dritte Schichten 122; 126 und 124 aufweisen. Der Verbundüberzug 114 wird dadurch hergestellt, dass Platin auf der Superlegierung abgelagert wird, und dass eine Wärmebehandlung erfolgt, um das Platin in die Superlegierung diffundieren zu lassen.
  • Die 6 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hier ist ein Teil eines Superlegierungs-Gegenstands 130 dargestellt, der mit einer mehrlagigen Wärmedämmschicht überzogen ist, die allgemein mit dem Bezugszeichen 132 gekennzeichnet wurde. Dies ist wiederum im Zustand der Herstellung dargestellt. Die Wärmedämmschicht 132 besteht aus einem Verbundüberzug 134 auf dem Superlegierungssubstrat 130 und aus einer keramischen Wärmedämmschicht 136 auf dem Verbundüberzug 134. Der Verbundüberzug 134 besteht aus einer Oxidschicht, die allgemein aus Aluminiumoxid besteht.
  • Die keramische Wärmedämmschicht 136 entspricht jener wie sie in Verbindung mit 3 beschrieben wurde, und sie besteht wiederum aus kolumnaren keramischen Körnern 138, die erste, zweite und dritte Schichten 140, 144 bzw. 142 aufweisen.
  • Der Verbundüberzug 134 wird durch Oxidation des Superlegierungs-Gegenstands 130 hergestellt.
  • Nunmehr wird auf 7 und 8 Bezug genommen, die unterschiedliche Spannungs-Wellenformen zeigen, um die erste, zweite und dritte Schicht zu erzeugen. 7 zeigt die aufeinanderfolgende Erzeugung einer ersten Schicht, einer zweiten Schicht und einer dritten Schicht. 8 zeigt eine aufeinanderfolgende Erzeugung einer ersten Schicht, einer dritten Schicht und einer zweiten Schicht. 8 zeigt ebenfalls die aufeinanderfolgende Erzeugung einer ersten Schicht, einer zweiten Schicht und einer dritten Schicht sowie einer weiteren zweiten Schicht. 8 zeigt außerdem die aufeinanderfolgende Erzeugung einer ersten Schicht, einer dritten Schicht, einer zweiten Schicht und einer weiteren dritten Schicht.
  • Die Dichte der Poren in den zweiten Schichten und demgemäß die Wirksamkeit im Hinblick auf eine Verminderung der thermischen Leitfähigkeit der keramischen thermischen Wärmedämmschicht ist eine Funktion der Gleichspannung oder der Hochfrequenzspannung, die an dem Superlegierungs-Gegenstand und Masse gelegt wird, oder eine Größe der inerten Gasionen oder -atome. Demgemäß ist es zweckmäßig inerte Gase mit Atomen oder Ionen zu benutzen, die einen größeren Radius bei dem physikalischen Dampfablagerungsprozeß haben, beispielsweise Argon, Krypton, Xenon statt Helium und Neon. Es ist am besten Krypton und Xenon zu benutzen. Die Benutzung von Krypton oder Xenon stabilisiert die Poren und weil Krypton und Xenon große ionische Radien oder große Atomradien besitzen, erzeugt Krypton oder Xenon eine Zerstörung der kristallinen Struktur des Keramikmaterials, wodurch wiederum die thermische Phononenleitfähigkeit der keramischen Wärmedämmschicht vermindert wird. Es können auch andere Gase mit großen Atomradien, großen Ionenradien oder großen molekularen Radien benutzt werden, die inert gegenüber dem jeweiligen Keramikmaterial der keramischen Wärmedämmschicht sind. Es ist zweckmäßig, dass das andere Gas inert gegenüber den anderen Gasen in der Ablagerungskammer ist, und dass es inert gegenüber der Atmosphäre ist, in der die keramische Wärmedämmschicht benutzt wird.
  • Das inerte Gas stabilisiert die Poren und verhindert eine Sinterverdichtung bei Benutzung unter hohen Betriebstemperaturen.
  • Das inerte Gas wird in den zweiten Schichten aufgenommen, weil die Keramikpartikel mit einer relativ hohen Geschwindigkeit infolge der relativ hohen Vorspannung abgelagert werden, die an den metallischen Gegenstand angelegt wird. Dies gewährleistet, dass die großen inerten Gasatome, -ionen oder -moleküle sich nicht aus dem Weg der keramischen Partikel herausbewegen können und in dem Keramikmaterial eingeschlossen werden.
  • Das Keramikmaterial besteht vorzugsweise aus Zirkonoxid, beispielsweise aus durch Yttriumoxid stabilisierten Zirkonoxid, obgleich auch andere geeignete Keramikmaterialien benutzt werden können.
  • Das Keramikmaterial besteht vorzugsweise aus einer Mischung von Zirkoniumoxid oder anderen geeigneten Keramikmaterialien und ein weiteres Keramikmaterial, das ein Element aufweist, das einen niedrigeren Sputterpegel besitzt als Zirkonium, oder die Elemente des anderen geeigneten Keramikmaterials, und das vorzugsweise während der durch Plasma unterstützten physikalischen Dampfablagerung gesputtert wird. Beispielsweise besteht das Keramikmaterial vorzugsweise aus einer Mischung von durch Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid. Im Fall von Aluminiumoxid hat das Aluminium einen niedrigeren Sputtering Schwellwert als das Zirkonium.
  • Daher erzeugt die Gleichspannung oder die Hochfrequenzspannung, die an den Superlegierungs-Gegenstand angelegt wird, während der durch Plasma unterstützten Dampfablagerung der keramischen Wärmedämmschicht während der Ablagerung der zweiten Schichten, dass Aluminium aus den zweiten Schichten gesputtert wird, wenn die Größe der Gleichspannung oder der Hochfrequenzspannung größer ist als der Sputterpegel von Aluminium. Demgemäß bewirkt die Sputterung des Aluminiums aus den zweiten Schichten eine Änderung der zweiten Schichten, und es wird eine Änderung zu einer Mischung von durch Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid führen, und zwar mit einem geringeren Pegel von Aluminiumoxid oder möglicherweise zu einem einfachen, durch Yttrium stabilisierten, Zirkoniumoxid, wenn das gesamte Aluminium entfernt wird. Der Unterschied in der Zusammensetzung zwischen den zweiten Schichten und den ersten und dritten Schichten erzeugt eine Verminderung in der thermischen Phononenleitfähigkeit der keramischen Wärmedämmschicht. Demgemäß wird die Gleichspannung oder die Hochfrequenzspannung, die während der Ablagerung der zweiten Schichten benutzt wird, so gewählt, dass sie in ihrer Größe im negativen Sinn so hoch ist, dass eine Sputterung des Aluminiums aus der Mischung von durch Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid heraus erfolgt. Das gleiche erfolgt, wenn andere Elemente mit niedrigerem Sputteringpegel in der keramischen Wärmedämmschicht benutzt werden.
  • Es ist auch möglich, die erste, zweite und dritte Schicht der keramischen Wärmedämmschicht durch chemische Dampfablagerung oder durch chemische Verbrennungs-Dampfablagerung unter Benutzung von drei unterschiedlichen Spannungen herzustellen, die an den metallischen Gegenstand angelegt werden. Eine chemische Verbrennungs-Dampfablagerung ist in der Internationalen Patentanmeldung WO9721848A beschrieben, die am 19. Juni 1997 veröffentlicht wurde.
  • 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hier ist ein Teil eines Superlegierungs-Gegenstands 150 dargestellt, der mit einer mehrlagigen Wärmedämmschicht versehen ist, die allgemein mit dem Bezugszeichen 152 versehen ist. Die Darstellung zeigt den Herstellungszustand. Die Wärmedämmschicht 152 besteht aus einem Verbundüberzug 154 auf dem Superlegierungssubstrat 150, aus einer Oxidschicht 156 auf dem Verbundüberzug 154 und aus einer keramischen Wärmedämmschicht 158 auf der Oxidschicht 156. Der Verbundüberzug 154 ist allgemein eine Aluminium enthaltende Legierung, beispielsweise eine MCrAlY-Legierung, ein Nickelaluminid, ein Kobaltaluminid oder ein Platinaluminid. Die Oxidschicht besteht allgemein aus Aluminiumoxid, zusammen mit anderen Oxiden.
  • Die keramische Wärmedämmschicht 158 besteht aus einer Vielzahl von kolumnaren keramischen Körnern 160, die sich im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Superlegierungssubstrats 150 erstrecken. Außerdem ist ersichtlich, dass die kolumnaren Körner 160 der keramischen Wärmedämmschicht 158 aus einer Mehrzahl erster Schichten 162 und einer Mehrzahl zweiter Schichten 166 bestehen. Die Schichten 162 und 166 haben unterschiedliche Strukturen und sämtliche erste Schichten 162 haben die gleiche Struktur, und sämtliche zweite Schichten 166 haben auch eine gleiche Struktur.
  • Diese Unterschiede in der Struktur erzeugen Zwischenflächen zwischen den Schichten 162 und 166, die die thermische Leitfähigkeit der keramischen Wärmedämmungsschicht 158 herabsetzen. Jede dieser Schichten besitzt Poren. Die Poren in der ersten Schicht sind natürlich entstandene thermische Hohlräume. Die Poren in der zweiten Schicht sind eine Folge des Einschlusses von Gas in das Keramikmaterial, während der Ablagerung der keramische Wärmedämmschicht 158. Die zweiten Schichten 166 besitzen jedoch einen größeren Anteil an Poren 168 als die erste Schichten 162. Dieser größere Anteil von Poren 168 in den zweiten Schichten 166 vermindert auch die thermische Phononenleitfähigkeit der keramischen Wärmedämmschicht 158.
  • Die Dicke von einigen der ersten Schichten und einigen der zweiten Schichten kann im Bereich zwischen 0,5 bis 3 μm liegen, um die thermische Photonenleitfähigkeit zu vermindern. Stattdessen kann die Dicke einiger der ersten Schichten und einiger der zweiten Schichten in dem Bereich zwischen 0,3 and 2 nm liegen, um die thermische Phononenleitfähigkeit zu verringern.
  • Die mehrlagige Wärmedämmschicht 152 wird auf dem Superlegierungs-Gegenstands 150 dadurch aufgebracht, dass zunächst ein MCrAlY-Legierungs-Verbundüberzug 154 durch Plasmaspritzen oder physikalische Dampfablagerung aufgetragen wird, oder indem ein Nickelaluminid-Verbundüberzug 154 durch Diffusions-Aluminisierung gebildet wird, oder indem ein Platinaluminid-Verbundüberzug 154 durch mit Platin modifizierte Diffusions-Aluminisierung erzeugt wird. Dann wird die keramische Wärmedämmschicht 158 auf dem Verbundüberzug 154 durch physikalische Dampfablagerung, gewöhnlich durch physikalische Elektronenstrahl-Dampfablagerung aufgetragen. Die Oxidschicht 156 bildet sich auf dem Verbundüberzug 154, während der Superlegierungs-Gegenstands 150 auf die Betriebstemperatur in einer physikalischen Elektronenstrahl-Dampfablagerungskammer in Gegenwart von Sauerstoff aufgeheizt wird.
  • Bei der Ablagerung der keramischen Wärmedämmschicht 158 kann diese keramische Wärmedämmschicht 158 durch eine physikalische, durch Plasma unterstützte Dampfablagerung aufgebracht werden, und durch eine physikalische Dampfablagerung, wie dies in 10 dargestellt ist. Stattdessen kann die keramische Wärmedämmschicht allein durch eine durch Plasma unterstützte physikalische Dampfablagerung aufgetragen werden, wie dies in 11 dargestellt ist. Während der physikalischen Dampfablagerung wird, wie aus 10 ersichtlich, während der Zeitperioden 170 keine Spannung an den Superlegierungs-Gegenstands 150 angelegt, und die ersten Schichten 162 werden hergestellt und während der Zeitperioden 174 während der durch Plasma unterstützten physikalischen Dampfablagerung wird eine hohe negative Gleichspannung oder eine Hochfrequenzvorspannung an den Superlegierungs-Gegenstands 150 angelegt, und es werden die zweiten Schichten 166 erzeugt. Während der durch Plasma unterstützten physikalischen Dampfablagerung wird, wie aus 11 ersichtlich, in den Zeitperioden 172 und 174 eine Gleichspannung oder eine Hochfrequenzspannung an den Superlegierungs-Gegenstands 150 angelegt. Die Spannung in den Zeitperioden 172 ist weniger negativ als die Spannung in den Zeitperioden 174 und die ersten Schichten 162 werden während der durch Plasma unterstützten physikalischen Dampfablagerung in den Zeitperioden 172 hergestellt, und die zweiten Schichten 166 werden in den Zeitperioden 174 während der physikalischen Plasma-Dampfablagerung erzeugt.
  • In den Zeitperioden 172 und 174 erzeugt die durch Plasma unterstützte physikalische Dampfablagerung Änderungen in der Struktur der kolumnaren keramischen Körner 160. In den Zeitperioden 174 wird eine größere Änderung in der Struktur erzeugt, als in den Zeitperioden 172. Außerdem wird während der Zeitperioden 174 ein größerer Anteil von inertem Gas in der Ablagerungskammer in den zweiten Schichten 166 aufgenommen, und es werden Poren 168 durch die erhöhte Geschwindigkeit erzeugt, mit der die Keramikpartikel abgelagert werden.

Claims (45)

  1. Metallischer Gegenstand mit einem Verbundüberzug (54) auf dem metallischen Gegenstand (50) und mit einer keramischen Wärmedämmschicht (58) auf dem Verbundüberzug (54), wobei die keramische Wärmedämmschicht (58) eine Vielzahl kolumnarer Körner (60) aufweist, die sich im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des metallischen Gegenstands (50) erstrecken, und wobei jedes kolumnare Korn (60) wenigstens eine erste Schicht (62) und wenigstens eine zweite Schicht (66) besitzt, und die wenigstens eine erste Schicht (62) eine gegenüber der wenigstens einen zweiten Schicht (66) unterschiedliche Struktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Schicht (66) einen größeren Anteil an Poren (68) aufweist als die wenigstens eine erste Schicht (62), dass die Poren (68) ein inertes Gas enthalten, um die Poren (68) zu stabilisieren, dass jedes kolumnare Korn (60) wenigstens eine dritte Schicht (64) aufweist, die eine gegenüber der wenigstens ersten Schicht (62) und der wenigstens einen zweiten Schicht (66) unterschiedliche Struktur aufweist, dass die wenigstens eine erste Schicht (62) die gleiche Zusammensetzung wie die wenigstens eine dritte Schicht (64) aufweist, und dass die wenigstens eine zweite Schicht (60) einen größeren Anteil an Poren besitzt als die wenigstens eine dritte Schicht (64).
  2. Metallischer Gegenstand nach Anspruch 1, bei welchem die wenigstens eine zweite Schicht (66) eine gegenüber der wenigstens einen ersten Schicht (62) und der wenigstens einen dritten Schicht (64) unterschiedliche Zusammensetzung besitzt.
  3. Metallischer Gegenstand nach den Ansprüchen 1 und 2, bei welchem mehrere der ersten Schichten (62) und mehrere der zweiten Schichten (66) vorgesehen sind.
  4. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem jede zweite Schicht (66) zwischen einer dritten Schicht (64) und einer ersten Schicht (62) angeordnet ist, wobei die zweite Schicht (66) benachbart zu der dritten Schicht (64) und der ersten Schicht (62) liegt.
  5. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem jede zweite Schicht (66) zwischen zwei dritten Schichten (64) liegt, und die zweite Schicht (66) benachbart zu den dritten Schichten (64) liegt.
  6. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem jede zweite Schicht (66) zwischen zwei ersten Schichten (62) angeordnet ist und die zweite Schicht (66) benachbart zu den ersten Schichten (62) liegt.
  7. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem einige der ersten Schichten (62) und einige der zweiten Schichten (66) eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 bis 3 μm aufweisen, um die thermische Photonenleitfähigkeit zu vermindern.
  8. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem einige der ersten Schichten (62) und einige der zweiten Schichten (66) eine Dicke im Bereich zwischen 0,3 bis 2 nm haben, um die thermische Phononenleitfähigkeit zu vermindern.
  9. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem der Verbundüberzug (54) ein Aluminium enthaltender Verbundüberzug ist, der auf dem metallischen Gegenstand (50) liegt, und der Aluminium enthaltende Verbundüberzug (54) eine Aluminiumoxid-Oberflächenschicht (56) aufweist, wobei die keramische Wärmedämmschicht (58) auf dieser Aluminiumoxidschicht (56) liegt.
  10. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem der metallische Gegenstand (130) eine Aluminiumoxid-Oberflächenschicht (134) aufweist, und die keramische Wärmedämmschicht (136) auf der Aluminiumoxidschicht (134) liegt.
  11. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem der metallische Gegenstand (50) ein Nickel-Superlegierungs-Gegenstand oder ein Kobalt-Superlegierungs-Gegenstand ist.
  12. Metallischer Gegenstand nach nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem der metallische Gegenstand (50) eine Turbinenlaufschaufel oder eine Turbinenleitschaufel ist.
  13. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem die keramische Wärmedämmschicht (58) Zirkoniumoxid aufweist.
  14. Metallischer Gegenstand nach Anspruch 13, bei welchem die keramische Wärmedämmschicht (58) ein durch Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid aufweist.
  15. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei welchem die keramische Wärmedämmschicht (58) eine Mischung aus einem ersten Keramikmaterial und einem zweiten Keramikmaterial aufweist, wobei das zweite Keramikmaterial ein Element besitzt, das einen niedrigeren Sputterpegel aufweist als die Elemente des ersten Keramikmaterials.
  16. Metallischer Gegenstand nach Anspruch 15, bei welchem die keramische Wärmedämmschicht (58) eine Mischung von Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid aufweist.
  17. Metallischer Gegenstand nach Anspruch 16, bei welchem die keramische Wärmedämmschicht (58) aus einer Mischung von durch Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid besteht.
  18. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei welchem die Poren (68) in der wenigstens einen zweiten Schicht (66) Krypton oder Xenon oder Argon enthalten.
  19. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei welchem einige der dritten Schichten (64) eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 bis 3 μm aufweisen, um die thermische Photonenleitfähigkeit zu vermindern.
  20. Metallischer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei welchem einige der dritten Schichten (64) eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,3 bis 2 nm aufweisen, um die thermische Phononenleitfähigkeit zu erniedrigen.
  21. Verfahren zum Aufbringen einer keramischen Wärmedämmschicht (58) auf einem metallischen Gegenstand (50), mit den folgenden Schritten: es wird ein Verbundüberzug (54) auf dem metallischen Gegenstand (50) hergestellt; es wird eine keramische Wärmedämmschicht (58) auf dem Verbindüberzug (54) aufgebracht, indem eine erste Spannung an den metallischen Gegenstand (50) angelegt wird, und wenigstens eine erste kolumnare Kornschicht (62) durch Dampfablagerung aufgebracht wird; es wird im wesentlichen sofort eine zweite unterschiedliche Spannung an den metallischen Gegenstand (50) angelegt, und es wird wenigstens eine zweite kolumnare Kornschicht (66) durch Plasma unterstützte Dampfablagerung aufgebracht, um Unterschiede in der Struktur zwischen der wenigstens einen ersten Schicht (62) und der wenigstens einen zweiten Schicht (66) zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Wärmedämmschicht (58) in einer Atmosphäre aufgebracht wird, die ein inertes Gas enthält, und dass die zweite Spannung so gewählt wird, dass sie ausreicht, um das inerte Gas in der wenigstens einen zweiten Schicht (66) derart aufzufangen, dass ein größerer Anteil von Poren (68) in der wenigstens einen zweiten Schicht (66) vorhanden ist, wobei die Poren (66), das inerte Gas enthalten, um die Poren (68) zu stabilisieren.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem im wesentlichen sofort eine dritte unterschiedliche Spannung an den metallischen Gegenstand (50) angelegt wird, und bei dem wenigstens eine dritte kolumnare Kornschicht (64) durch eine durch Plasma unterstützte Dampfablagerung aufgebracht wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem eine erste Spannung angelegt wird, die niedriger ist als Null Volt und bei dem eine zweite Spannung angelegt wird, die kleiner ist als die erste Spannung.
  24. Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem eine erste Spannung von Null Volt angelegt wird, bei dem eine zweite Spannung angelegt wird, die kleiner ist als die erste Spannung und bei dem eine dritte Spannung angelegt wird, die kleiner ist als die zweite Spannung.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei welchem eine Gleichspannung oder eine Hochfrequenzspannung angelegt wird.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, bei welchem die wenigstens eine zweite Schicht (66) eine gegenüber der wenigstens einen ersten Schicht (62) unterschiedliche Zusammensetzung aufweist.
  27. Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem mehrere erste Schichten (62), mehrere zweite Schichten (66) und mehrere dritte Schichten (64) aufgebracht werden.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, bei welchem jede zweite Schicht (66) zwischen einer dritten Schicht (64) und einer ersten Schicht (62) derart aufgetragen wird, dass die zweite Schicht (66) zwischen der dritten Schicht (64) und der ersten Schicht (62) zu liegen kommt.
  29. Verfahren nach Anspruch 27, bei welchem jede zweite Schicht (66) zwischen zwei dritten Schichten (64) abgelagert wird, und bei dem die zweite Schicht (66) benachbart zu den dritten Schichten (64) liegt.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 29, bei welchem jede zweite Schicht (66) zwischen zwei ersten Schichten (62) abgelagert wird, und die zweite Schicht (66) benachbart zu den ersten Schichten (62) liegt.
  31. Verfahren nach den Ansprüchen 21 oder 22, bei welchem einige der ersten Schichten (62) und einige der zweiten Schichten (66) in einer Dicke im Bereich zwischen 0,5 bis 3 μm abgelagert werden, um die thermische Photonenleitfähigkeit zu verringern.
  32. Verfahren nach den Ansprüchen 21 oder 22, bei welchem einige der ersten Schichten (62) und einige der zweiten Schichten (66) in einer Dicke im Bereich zwischen 0,3 bis 2 nm abgelagert werden, um die thermische Phononenleitfähigkeit zu verringern.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 32, bei welchem die Schichten mit einer gleichen Dicke abgelagert werden.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 33, bei welchem die Schichten durch physikalische Dampfablagerung aufgebracht werden.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, bei welchem die Schichten durch Elektronenstrahl-Aufdampfung, durch Sputtern oder durch Lichtbogen-Verdampfung aufgebracht werden.
  36. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 35, bei welchem ein Aluminium enthaltender Verbundüberzug (54) auf dem metallischen Gegenstand (50) aufgebracht wird, und dass eine Aluminiumoxidschicht (56) auf dem Aluminium enthaltenden Verbundüberzug (54) aufbracht wird.
  37. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 35, bei welchem eine Aluminiumoxid-Oberflächenschicht (134) auf dem metallischen Gegenstand (130) ausgebildet wird.
  38. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 37, bei welchem der metallische Gegenstand (50) aus einem Nickel-Superlegierungs-Gegenstand oder einem Kobalt-Superlegierungs-Gegenstand besteht.
  39. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 38, bei welchem der metallische Gegenstand (50) eine Turbinenlaufschaufel oder eine Turbinenleitschaufel ist.
  40. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 39, bei welchem die keramische Wärmedämmschicht (58) Zirkoniumoxid aufweist.
  41. Verfahren nach Anspruch 40, bei welchem die keramische Wärmedämmschicht (58) durch Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid aufweist.
  42. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 39, bei welchem die keramische Wärmedämmschicht (58) eine Mischung aus einem ersten Keramikmaterial und einem zweiten Keramikmaterial aufweist, wobei das zweite Keramikmaterial ein Element mit einem Sputterpegel aufweist, der kleiner ist als der Sputterpegel der Elemente des ersten Keramikmaterials.
  43. Verfahren nach Anspruch 42, bei welchem die keramische Wärmedämmschicht (58) aus einer Mischung von Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid besteht.
  44. Verfahren nach Anspruch 43, bei welchem die keramische Wärmedämmschicht (58) aus einer Mischung von durch Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid besteht.
  45. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 44, bei welchem die kolumnaren Kornschichten in einer Krypton, Xenon oder Argon enthaltenden Atmosphäre derart abgelagert werden, dass die Poren in der wenigstens einen zweiten Schicht Krypton, Xenon oder Argon enthalten.
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