EP1466036B1 - Schichtsystem mit einer porösen schicht - Google Patents

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EP1466036B1
EP1466036B1 EP02787907A EP02787907A EP1466036B1 EP 1466036 B1 EP1466036 B1 EP 1466036B1 EP 02787907 A EP02787907 A EP 02787907A EP 02787907 A EP02787907 A EP 02787907A EP 1466036 B1 EP1466036 B1 EP 1466036B1
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Definitions

  • the invention relates to a layer system with a ceramic content in the layer.
  • Layer systems consist of a substrate and at least one layer lying on the substrate. Substrates must be protected, for example, in gas turbine construction from excessive temperatures and / or corrosive attacks. This can be done, for example, by applying to the substrate a sheet with a honeycomb structure, the honeycombs being filled with a ceramic. The ceramic essentially assumes the protective function. The sheet of the honeycomb structure serves to mechanically stabilize the ceramic. However, the mechanical bond between the ceramic and the inner surfaces of the honeycomb structure is not good, so it always comes to detachment of the ceramic.
  • US Pat. No. 5,720,597 shows a blade for a gas turbine, which at least partially has a foam-like region in the interior.
  • US Pat. No. 6,299,935 discloses a method for producing a layer in which the surface of a substrate a suspension of foam and a metallic powder is applied.
  • EP 0 609 795 A shows a ceramic thermal barrier coating having a partially open structure, with the inner open surfaces being covered with passivating ceramic layers or metal deposits.
  • the object of the invention is therefore to show a layer system which improves the mechanical strength between metal and ceramic.
  • the object is achieved by a layer system consisting of a substrate on which follows a porous layer with a pore content of at least 30 percent by volume, wherein a ceramic in the form of a coating or as ceramic particles is at least partially introduced into the porous layer, so the porous layer is at least partially densely filled with the ceramic.
  • the ceramic which is applied to the porous layer and at least partially introduced into this, can also form a mixture of different ceramic materials in order to set desired properties targeted.
  • the porous layer may be at least partially filled with ceramic so that it is almost dense in these areas, so that a nearly dense ceramic layer in the porous layer is achieved in order to exploit the advantages of the ceramic with respect to heat resistance.
  • a further ceramic protective layer such as is known from the thermal barrier coatings of gas turbine blades, be applied to protect by a further coating the ceramic in the porous layer from oxidation.
  • FIG. 1a shows a substrate 1, for example of metal, in particular of a superalloy for a gas turbine blade, on which a porous layer 4 is applied.
  • the porous layer 4 may be made of metal or ceramic.
  • the porous structure is schematically represented by the bars which are intended to represent the individual walls surrounding the pores in the porous layer 4.
  • the pore content is at least thirty (30) percent by volume.
  • an open pore structure of advantage ie there are connecting paths from the outer surface of the porous layer 4 to its underside, which faces the substrate 1, as z. B. in the application of filter systems is known.
  • a ceramic can be introduced particularly well in the porous layer.
  • FIG. 1 b shows a layer system in which a ceramic 7 is present in the porous layer 4.
  • the ceramic 7 may consist of a single ceramic material or of a mixture of different ceramic materials, for example in the form of ceramic particles. Metallic admixtures or coatings are also possible.
  • FIG. 2 a shows a further exemplary embodiment of a layer system 20 in which no individual ceramic particles 7 can be seen (FIG. 2 a), because the pore walls 13 of the porous layer 4 are coated with a ceramic layer 16 (FIG. 2 b). For example, the inner surfaces of the pores of the porous layer 4 are completely covered with a ceramic 16.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a layer system 20 designed according to the invention.
  • a porous layer 4 is applied, the pores of which are filled with the ceramic 7, so that a dense layer is achieved.
  • FIG. 4 shows that at least one further intermediate layer 10 can be present between the substrate 1 and the porous layer 4.
  • FIG. 5 shows a further example of application for a layer system 20 according to the invention.
  • the layer system 20 forms part of a gas turbine housing 23, which surrounds turbine blades 26, for example, which are connected downstream of a burner in a gas turbine.
  • the axis of rotation of the turbine blade 26 is indicated at 29.
  • the layer system 20 according to the invention forms a seal between the gas turbine casing 23 and the turbine blade 26 and replaces the honeycomb structure described above. Further application examples can be found for gas turbine blades and heat shield elements.
  • FIG. 6a, b shows the production steps for producing a layer system 20 according to the invention.
  • the substrate 1 is connected to one another by means of a connection technique with an already prefabricated porous component 4 (FIG. 6b). This can be done for example by welding, diffusion bonding or diffusion soldering. Other connection techniques are possible.
  • FIG. 7 shows a further method for producing a layer system 20 according to the invention.
  • a suspension 32 which, for example, is converted by treatment at a temperature T into a porous layer 4.
  • the suspension 32 contains a metal powder and an activator that gasses in the heat treatment and the suspension foams with the metal, then at elevated temperature, the metal particles sintered together, for example, and thus form the porous layer 4, wherein simultaneously a good connection to the substrate 1 takes place.
  • Other methods of preparation for producing porous, in particular foam-like, structures may be used here, e.g. the investment casting process.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment for producing a layer system 20 according to the invention. This can be done, for example, by first casting the material for the substrate 1 in a casting process and then casting continuously or without interruption a metal or an alloy having a porous structure or a mixture of metal and ceramic, so that a porous metallic layer 4 is formed on the substrate 1, which may is densely filled with ceramics. From a blank 38, a substrate 1 and a porous layer 4 can also be formed by an intermediate treatment.
  • the ceramic 7 into the porous layer 4.
  • a coating device 35 for example by plasma spraying, so that a ceramic coating 16 is produced in the porous layer 4.
  • the coating process can be continued so that not only are the walls 13 of the porous layer coated, but also the pore structure is at least partially closed in order to achieve a dense layer.
  • a ceramic suspension with ceramic particles can also be introduced into the porous layer 4, in particular injected.
  • the carrier of the suspension is evaporated, so that the ceramic particles 7 remain behind and after a heat treatment with the metallic walls 13 of the porous layer 4 connect.
  • the porous layer 4 can also be completely filled with the ceramic 7 only in an upper region 11, the pores (FIG. 9b).
  • the porous layer 4 is advantageously filled with a ceramic 7, which has good mechanical properties at high temperatures and serves as a thermal barrier.
  • a ceramic 7 which has good mechanical properties at high temperatures and serves as a thermal barrier.

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Abstract

Schichtsystem nach dem Stand der Technik, bei dem eine keramische Schicht auf einer metallischen Schicht des Schichtsystems aufgebracht ist, weisen oft eine schlechte Verbindung zwischen Metall und Keramik auf.Ein erfindungsgemäßes Schichtsystem (20) weist eine poröse Schicht (4) auf, in der zumindest teilweise eine Keramik (7) angeordnet ist, so dass die Verbindung zwischen Keramik (7) und dem Metall der porösen Schicht (4) verbessert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem mit einem keramischen Anteil in der Schicht.
  • Schichtsysteme bestehen aus einem Substrat und zumindest einer auf dem Substrat liegenden Schicht. Substrate müssen beispielsweise im Gasturbinenbau vor zu hohen Temperaturen und/oder korrosiven Attacken geschützt werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass auf dem Substrat ein Blech mit einer Honigwabenstruktur aufgebracht ist, wobei die Waben mit einer Keramik gefüllt sind. Die Keramik übernimmt dabei im wesentlichen die Schutzfunktion. Das Blech der Honigwabenstruktur dient zur mechanischen Stabilisierung der Keramik. Jedoch ist die mechanische Verbindung zwischen der Keramik und den inneren Oberflächen der Honigwabenstruktur nicht gut, so dass es immer wieder zu Ablösungen der Keramik kommt.
  • Aus der US-PS 5,634,189 ist eine Vorrichtung bekannt, die im Inneren eine poröse Struktur aufweist, die durch Kügelchen verschiedenen Durchmessers gebildet ist, wobei dieses poröse Innere von einer äußeren dichten Hülle umgeben ist. Die äußere Hülle dient nicht zum Schutz. Das poröse Innere dient zum Auffüllen des Hohlraums, um eine gewisse mechanische Stabilität zu erreichen, wobei die Dichte des porösen Inneren jedoch geringer ist als die der Hülle, um dadurch Gewicht zu sparen.
  • Die US-PS 5,720,597 zeigt eine Schaufel für eine Gasturbine, die im Inneren zumindest teilweise einen schaumartigen Bereich aufweist.
  • Die US-PS 6,299,935 offenbart eine Methode zur Herstellung einer Schicht, bei dem auf die Oberfläche eines Substrats eine Suspension aus Schaum und einem metallischen Pulver aufgebracht wird.
  • Die EP 0 609 795 A zeigt eine Wärmedämmschicht aus Keramik, die eine partiell offene Struktur hat, wobei die inneren offenen Oberflächen mit passivierenden Keramikschichten oder Metallabscheidungen belegt sind.
  • Alle bekannten Vorrichtungen oder Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass die mechanische Verbindung zwischen Metall und Keramik nicht ausreichend ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schichtsystem aufzuzeigen, das die mechanische Festigkeit zwischen Metall und Keramik verbessert.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schichtsystem gelöst, das aus einem Substrat besteht, auf dem eine poröse Schicht mit einem Porenanteil von mindestens 30 Volumenprozent folgt, wobei eine Keramik in Form einer Beschichtung oder als keramische Teilchen zumindest teilweise in die poröse Schicht eingebracht ist, damit die poröse Schicht zumindest bereichsweise dicht mit der Keramik ausgefüllt ist.
  • Gegenüber einer glattflächigen Kontaktfläche bei der Wabenstruktur mit der metallischen Oberfläche und der darauf aufgebrachten Keramik sind hier viele kleine gekrümmte Oberflächen vorhanden, die den mechanischen Verbund zwischen Metall und Keramik durch Vergrößerung der spezifischen Oberfläche und mechanisches Verhaken verbessern.
  • Es ist vorteilhaft, eine offene Porenstruktur zu verwenden, weil dadurch die Eindringtiefe von Keramik in die poröse Schicht verbessert wird, so dass die Haftung der Schicht noch weiter erhöht wird.
  • Die Keramik, die auf die poröse Schicht aufgebracht und in diese zumindest teilweise eingebracht wird, kann auch eine Mischung aus verschiedenen keramischen Materialien bilden, um gewünschte Eigenschaften gezielt einzustellen.
  • Die poröse Schicht kann zumindest bereichsweise so mit Keramik ausgefüllt sein, dass sie in diesen Bereichen nahezu dicht ist, so dass eine nahezu dichte Keramikschicht in der porösen Schicht erreicht wird, um die Vorteile der Keramik bzgl. Hitzebeständigkeit auszunutzen.
  • Auf die Keramik in der porösen Schicht oder oberhalb der porösen Schicht kann beispielsweise eine weitere keramische Schutzschicht, wie sie bspw. von den Wärmedämmschichten von Gasturbinenschaufeln bekannt ist, aufgebracht sein, um durch eine weitere Beschichtung die Keramik in der porösen Schicht vor Oxidation zu schützen.
  • Ausführungsbeispiele sind in den Figuren 1 bis 7 näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Figur 1a, b ein Substrat mit einer porösen Schicht und einer Keramik in der porösen Schicht,
    • Figur 2a ein Substrat mit einer porösen Schicht, wobei die poröse Schicht an ihren inneren Oberflächen mit einer keramischen Schicht beschichtet ist (Fig. 2b),
    • Figur 3 ein Substrat mit einer porösen Schicht, die durch die Keramik nahezu dicht geworden ist,
    • Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    • Figur 5 ein Anwendungsbeispiel eines solchen Schichtsystems,
    • Figur 6a, b Herstellungsschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtsystems,
    • Figur 7, 8, 9a, b weitere Ausführungsbeispiele zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtsystems, und
    • Figur 10a, b weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • Figur 1a zeigt ein Substrat 1, beispielsweise aus Metall, insbesondere aus einer Superlegierung für eine Gasturbinenschaufel, auf dem eine poröse Schicht 4 aufgebracht ist. Die poröse Schicht 4 kann aus Metall oder Keramik sein.
    Die poröse Struktur ist schematisch dargestellt durch die Striche, die die einzelnen Wände darstellen sollen, die die Poren in der porösen Schicht 4 umgeben. Der Porenanteil beträgt mindestens dreissig (30) Volumenprozent. Insbesondere ist eine offene Porenstruktur von Vorteil, d.h. es bestehen Verbindungswege von der äusseren Oberfläche der porösen Schicht 4 zu seiner Unterseite, die dem Substrat 1 zugewandt ist, wie sie z. B. bei der Anwendung von Filtersystemen bekannt ist. Dabei kann eine Keramik besonders gut in die poröse Schicht eingebracht werden.
  • Figur 1b zeigt ein Schichtsystem, bei dem in der porösen Schicht 4 eine Keramik 7 vorhanden ist. Die Keramik 7 kann aus einem einzigen keramischen Material oder aus einer Mischung von verschiedenen keramischen Materialien bspw. in Form von keramischen Teilchen bestehen. Metallische Beimischungen oder Beschichtungen sind ebenfalls möglich.
  • Figur 2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schichtsystems 20, bei dem keine einzelnen keramischen Teilchen 7 zu erkennen sind (Fig. 2a), weil die Porenwände 13 der porösen Schicht 4 mit einer keramischen Schicht 16 beschichtet sind (Fig. 2b). So sind die Innenoberflächen der Poren der porösen Schicht 4 bspw. ganz mit einer Keramik 16 bedeckt.
  • Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schichtsystems 20. Auf dem Substrat 1 ist eine poröse Schicht 4 aufgebracht, deren Poren mit der Keramik 7 aufgefüllt sind, so dass eine dichte Schicht erreicht wird.
  • Figur 4 zeigt, dass zwischen Substrat 1 und der porösen Schicht 4 zumindest eine weitere Zwischenschicht 10 vorhanden sein kann.
  • Figur 5 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schichtsystem 20. Das Schichtsystem 20 bildet einen Teil eines Gasturbinengehäuses 23, das beispielsweise Turbinenschaufeln 26 umgibt, die in einer Gasturbine einem Brenner nachgeschaltet sind. Die Drehachse der Turbinenschaufel 26 ist mit 29 angezeigt. Das erfindungsgemäße Schichtsystem 20 bildet eine Dichtung zwischen Gasturbinengehäuse 23 und Turbinenschaufel 26 und ersetzt die oben beschriebene Honigwabenstruktur. Weitere Anwendungsbeispiele finden sich für Gasturbinenschaufeln und Hitzeschildelemente.
  • Figur 6a, b zeigt die Fertigungsschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtsystems 20. Das Substrat 1 wird mit einem bereits vorgefertigten porösen Bauteil 4 durch eine Verbindungstechnik miteinander verbunden (Fig. 6b). Dies kann beispielsweise durch Schweißen, Diffusionsschweißen oder Diffusionslöten erfolgen. Weitere Verbindungstechniken sind möglich.
  • Figur 7 zeigt eine weitere Methode zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtsystems 20. Auf das Substrat 1 wird eine Suspension 32 aufgebracht, die sich beispielsweise durch eine Behandlung bei einer Temperatur T in eine poröse Schicht 4 umwandelt. Dies kann bekanntermassen dadurch erfolgen, dass die Suspension 32 ein Metallpulver enthält und einen Aktivator, der bei der Wärmebehandlung vergast und die Suspension mit dem Metall aufschäumt, wobei dann bei erhöhter Temperatur die Metallteilchen beispielsweise miteinander versintern und so die poröse Schicht 4 bilden, wobei gleichzeitig eine gute Anbindung an das Substrat 1 erfolgt. Weitere Herstellungsmethoden zur Herstellung von porösen, insbesondere schaumartigen Strukturen, können hier angewendet werden, wie z.B. das Feingussverfahren.
  • Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtsystems 20. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass in einem Gießprozess zuerst das Material für das Substrat 1 gegossen wird und dann kontinuierlich ohne Unterbrechung ein Metall oder eine Legierung gegossen wird, die eine poröse Struktur aufweisen oder eine Mischung aus Metall und Keramik, so dass sich auf dem Substrat 1 eine poröse metallische Schicht 4 bildet, die ggf. dicht mit Keramik ausgefüllt ist. Aus einem Rohling 38 kann sich auch durch eine Zwischenbehandlung ein Substrat 1 und eine poröse Schicht 4 ausbilden.
  • Um das erfindungsgemäße Schichtsystem 20 letztendlich herzustellen, ist es oft noch notwendig, die Keramik 7 in die poröse Schicht 4 einzubringen. Dies kann durch eine Beschichtungsvorrichtung 35 (Fig. 9a) erfolgen, beispielsweise durch das Plasmaspritzen, so dass eine keramische Beschichtung 16 in der porösen Schicht 4 erzeugt wird. Das Beschichtungsverfahren kann so fortgeführt werden, dass nicht nur die Wände 13 der porösen Schicht beschichtet werden, sondern auch noch die Porenstruktur zumindest teilweise geschlossen wird, um eine dichte Schicht zu erreichen.
  • Durch eine Spritzdüse 35 (Fig. 9a) kann auch eine keramische Suspension mit keramischen Partikeln in die poröse Schicht 4 eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden. In einem weiteren Herstellungsschritt wird das Trägermittel der Suspension verdampft, so dass die keramischen Partikel 7 zurückbleiben und sich nach einer Wärmebehandlung mit den metallischen Wänden 13 der porösen Schicht 4 verbinden.
  • Die poröse Schicht 4 kann auch nur in einem oberen Bereich 11 die Poren vollständig mit der Keramik 7 ausgefüllt sein (Fig. 9b).
  • Die poröse Schicht 4 ist vorteilhafterweise mit einer Keramik 7 aufgefüllt, die gute mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen aufweist und als thermische Barriere dient. Um jedoch diese Keramik und auch die metallischen Wände der porösen Schicht 4 vor Oxidation und/oder Korrosion und/oder Wärme zu schützen, kann auf die poröse Schicht 4 (Fig. 10a) oder über den keramischen Teilchen 7 oder der keramischen Schicht 16 innerhalb der porösen Schicht 7 (Fig. 10b) noch eine weitere keramische Schutzschicht 41 aufgebracht werden.

Claims (7)

  1. Schichtsystem (20),
    bestehend aus
    einem Substrat (1),
    einer äusseren porösen Schicht (4) mit einem Porenanteil von mindestens 30 Volumenprozent,
    die auf dem Substrat (1) angeordnet ist,
    und einer Keramik (7, 16),
    wobei die poröse Schicht (4) zumindest bereichsweise dicht mit der Keramik (7) ausgefüllt ist.
  2. Schichtsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die poröse Schicht (4) eine offene Porenstruktur aufweist.
  3. Schichtsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Keramik (7) eine Mischung aus verschiedenen keramischen Materialien ist.
  4. Schichtsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    auf der Keramik (7) in der porösen Schicht (4) eine weitere keramische Schicht (41) aufgebracht ist.
  5. Schichtsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die poröse Schicht (4) schaumartig ist.
  6. Schichtsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Substrat (1) metallisch ist, insbesondere eine Cobalt/Nickelsuperlegierung.
  7. Schichtsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die poröse Schicht (4) aus Metall ist.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1496140A1 (de) * 2003-07-09 2005-01-12 Siemens Aktiengesellschaft Schichtstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur
US7579087B2 (en) * 2006-01-10 2009-08-25 United Technologies Corporation Thermal barrier coating compositions, processes for applying same and articles coated with same
US7968144B2 (en) * 2007-04-10 2011-06-28 Siemens Energy, Inc. System for applying a continuous surface layer on porous substructures of turbine airfoils
US20080290138A1 (en) * 2007-05-22 2008-11-27 David Myron Lineman Method for bonding refractory ceramic and metal
US10018052B2 (en) 2012-12-28 2018-07-10 United Technologies Corporation Gas turbine engine component having engineered vascular structure
EP2938828A4 (de) 2012-12-28 2016-08-17 United Technologies Corp Gasturbinenmotorkomponente mit vaskulärer manipulierter gitterstruktur
US10094287B2 (en) 2015-02-10 2018-10-09 United Technologies Corporation Gas turbine engine component with vascular cooling scheme
US20160312633A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 General Electric Company Composite seals for turbomachinery
US10221694B2 (en) 2016-02-17 2019-03-05 United Technologies Corporation Gas turbine engine component having vascular engineered lattice structure
US10774653B2 (en) 2018-12-11 2020-09-15 Raytheon Technologies Corporation Composite gas turbine engine component with lattice structure

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3579684D1 (de) * 1984-12-24 1990-10-18 United Technologies Corp Abschleifbare dichtung mit besonderem erosionswiderstand.
US4639388A (en) * 1985-02-12 1987-01-27 Chromalloy American Corporation Ceramic-metal composites
DE4303135C2 (de) * 1993-02-04 1997-06-05 Mtu Muenchen Gmbh Wärmedämmschicht aus Keramik auf Metallbauteilen und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE4338457C2 (de) 1993-11-11 1998-09-03 Mtu Muenchen Gmbh Bauteil aus Metall oder Keramik mit dichter Außenschale und porösem Kern und Herstellungsverfahren
US5720597A (en) 1996-01-29 1998-02-24 General Electric Company Multi-component blade for a gas turbine
US6235370B1 (en) * 1999-03-03 2001-05-22 Siemens Westinghouse Power Corporation High temperature erosion resistant, abradable thermal barrier composite coating
US6165628A (en) * 1999-08-30 2000-12-26 General Electric Company Protective coatings for metal-based substrates and related processes
US6294260B1 (en) * 1999-09-10 2001-09-25 Siemens Westinghouse Power Corporation In-situ formation of multiphase air plasma sprayed barrier coatings for turbine components
US6299935B1 (en) 1999-10-04 2001-10-09 General Electric Company Method for forming a coating by use of an activated foam technique
WO2001087798A2 (en) * 2000-05-19 2001-11-22 The University Of British Columbia Process for making chemically bonded composite hydroxide ceramics
US6670046B1 (en) * 2000-08-31 2003-12-30 Siemens Westinghouse Power Corporation Thermal barrier coating system for turbine components

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *

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