EP2047069A2 - Gasturbinenbauteil mit einer wärmedämmschicht, wärmedämmschicht für ein gasturbinenbauteil sowie verfahren zur herstellung einer wärmedämmschicht auf einem gasturbinenbauteil - Google Patents

Gasturbinenbauteil mit einer wärmedämmschicht, wärmedämmschicht für ein gasturbinenbauteil sowie verfahren zur herstellung einer wärmedämmschicht auf einem gasturbinenbauteil

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EP2047069A2
EP2047069A2 EP07801198A EP07801198A EP2047069A2 EP 2047069 A2 EP2047069 A2 EP 2047069A2 EP 07801198 A EP07801198 A EP 07801198A EP 07801198 A EP07801198 A EP 07801198A EP 2047069 A2 EP2047069 A2 EP 2047069A2
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • Thermal barrier coating for a gas turbine component as well
  • the invention relates to a gas turbine component with a thermal barrier coating, a thermal barrier coating for a gas turbine component and a method for producing a thermal barrier coating on a component, such as a gas turbine component.
  • thermal barrier coatings on gas turbine components is already known in the field of aircraft engines.
  • Such thermal barrier coatings may for example consist of yttrium-stabilized ZrO 2 .
  • at least internally - attempts to change the columnar stem structure for example in the direction of a herringbone structure or in the direction of obliquely growing stems. Nevertheless, there is still a need in the field of gas turbine components or aircraft engines for thermal barrier coatings with good, possibly even improved, thermal insulation effect.
  • the invention is an object of the invention to provide a good way of thermal insulation for gas turbine components.
  • a gas turbine component according to claim 1 is proposed.
  • An inventive thermal barrier coating is the subject of claim 7.
  • a method according to the invention is the subject of claim 8.
  • Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
  • a gas turbine component with a base body consisting of at least one first material and a heat-insulating layer applied to this base body is proposed.
  • This thermal barrier coating consists of an oxide ceramic or has an oxide ceramic.
  • one or more micro-imperfections and / or nanoparticles are incorporated in the oxide ceramic.
  • the heat-insulating layer has a non-porous covering layer.
  • thermal barrier coating according to claim 7 is also proposed.
  • This thermal barrier coating can be further developed, for example, in the aforementioned manner or according to one or more of the characterizing parts of claims 1 to 6.
  • the deposition process of the oxide ceramic from the vapor phase and / or injection of dry ice into the coating process or into the corresponding coating material in a PVD process preferably in a high-rate PVD process with a Laurebrenner.
  • the dry ice is adapted in size and quantity and / or in view of the nature of the liquefied gas to the desired layer structure.
  • a substantially non-porous covering layer of the thermal barrier coating is produced.
  • an inventive gas turbine component or a development of a gas turbine component according to the invention is produced by means of a method according to the invention or a development of the method according to the invention. It can also be provided that by means of a method according to the invention or a development of the method according to the invention, a thermal barrier coating according to the invention or a development of a thermal barrier coating according to the invention is produced.
  • the component or gas turbine component may be, for example, a component for a gas turbine of an aircraft engine in the respective embodiments of the invention; it may be, for example, a high pressure turbine vane (HDT vane) or a high pressure turbine blade (HDT vane) or a combustor liner of a gas turbine.
  • a high pressure turbine vane HDT vane
  • HDT vane high pressure turbine blade
  • combustor liner of a gas turbine.
  • the thermal barrier coating is in the embodiments of the invention in a preferred development of yttrium-stabilized ZrO 2 , or has yttrium-stabilized ZrO 2 , or is the oxide ceramic is advantageous development ZrO 2 .
  • the invention provides the basis for various advantages which can be given at least in developments of the invention.
  • a thermal barrier coating with better thermal insulation effect can be produced while maintaining the known physical properties.
  • the service life of the components or gas turbine components provided with a thermal barrier coating is extended with such an improved coating or thermal barrier coating.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinenbauteil eines Flugtriebwerks mit einem aus zumindest einem ersten Material bestehenden Grundkörper und einer auf diesen Grundkörper aufgebrachten Wärmedämmschicht, die aus einer Oxidkeramik besteht oder eine Oxidkeramik aufweist, wobei zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmschicht Mikrofehl stellen und/oder Nanofehlstellen in der Oxidkeramik eingebaut sind. Die Erfindung betrifft desweiteren eine Wärmedämmschicht für ein Gasturbinenbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung eine solchen Wärmedämmschicht.

Description

Gasturbinenbauteil mit einer Wärmedämmschicht,
Wärmedämmschicht für ein Gasturbinenbauteil sowie
Verfahren zur Herstellung einer Wärmedämmschicht auf einem Gasturbinenbauteil
Die Erfindung betrifft ein Gasturbinenbauteil mit einer Wärmedämmschicht, eine Wärmedämmschicht für ein Gasturbinenbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmedämmschicht auf einem Bauteil, wie beispielsweise Gasturbinenbauteil.
Der Einsatz von Wärmedämmschichten auf Gasturbinenbauteilen ist bereits aus dem Gebiet der Flugtriebwerke bekannt. Derartige Wärmedämmschichten können beispielsweise aus Yttrium-stabilisiertem ZrO2 bestehen. Um die Wärmeleitfähigkeit derartiger Wärmedämmschichten zu reduzieren wurde - wie der Anmelderin zumindest intern bekannt ist - versucht, die kolumnare Stengelstruktur zu verändern, und zwar beispielsweise in Richtung einer Fischgrätenstruktur oder in Richtung von schräg wachsenden Stengeln. Dennoch besteht im Bereich der Gasturbinenbauteile bzw. Flugtriebwerke nach wie vor ein Bedarf nach Wärmedämmschichten mit guter, möglichst sogar verbesserter, Wärmedämmwirkung.
Dementsprechend liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine gute Möglichkeit der Wärmedämmung für Gasturbinenbauteile zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird ein Gasturbinenbauteil gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Eine erfindungsgemäße Wärmedämmschicht ist Gegenstand des Anspruchs 7. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird ein Gasturbinenbauteil mit einem aus zumindest einem ersten Material bestehenden Grundkörper und einer auf diesen Grundkörper aufgebrachten Wärmedämmschicht vorgeschlagen. Diese Wärmedämmschicht besteht aus einer Oxidkeramik o- der weist eine Oxidkeramik auf. Zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmschicht sind ein oder mehrere Mikrofehlstellen und / oder Nanofehlstellen in der Oxidkeramik eingebaut. Diese werden in vorteilhafter Ausgestaltung im Rahmen der Herstellung der Wärmedämmschicht so erzeugt, dass in den bzw. im Rahmen des Abscheidungsprozess(es) der Oxidkeramik aus der Dampfphase Mikro- und / oder Nanofehlstellen eingebaut werden, um eine Mikroporosität zu schaffen. In vorteilhafter Ausgestaltung wird dabei eine Mikroporosität geschaffen, die die freie Weglänge des Gas- bzw. Luftmoleküls auf ein Drittel begrenzt. Z
Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Ausgestaltung weist die Wärmedämmschicht eine porenfreie Deckschicht auf.
Erfindungsgemäß wird ferner eine Wärmedämmschicht gemäß Anspruch 7 vorgeschlagen. Diese Wärmedämmschicht kann beispielsweise in vorerwähnter Weise oder gemäß einem oder mehreren der kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 bis 6 weitergebildet sein.
Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß Anspruch 8 vorgeschlagen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Abscheidungsprozess der Oxidkeramik aus der Dampfphase und / oder ein Einspritzten von Trockeneis in den Beschichtungsvorgang bzw. in das entsprechende Beschichtungsmaterial in einem PVD-Verfahren erfolgt, vorzugsweise in einem hochraten PVD-Verfahren mit einem Laurebrenner.
Es kann vorgesehen sein, dass das Trockeneis in Größe und Menge und / oder im Hinblick auf die Art des Flüssiggases an die gewünschte Schichtstruktur angepasst ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird eine im Wesentlichen porenfreie Deckschicht der Wärmedämmschicht erzeugt.
In besonders zu bevorzugender Ausgestaltung wird mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil bzw. eine Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Gasturbinenbauteils erzeugt. Es kann auch vorgesehen sein, dass mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erfindungsgemäße Wärmedämmschicht bzw. eine Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht erzeugt wird.
Das Bauteil bzw. Gasturbinenbauteil kann bei den jeweiligen Gestaltungen der Erfindung beispielsweise ein Bauteil für eine Gasturbine eines Flugtriebwerks sein; es kann beispielsweise eine Hochdruckturbinen-Leitschaufel (HDT-Leitschaufel) oder eine Hochdruckturbinen- Laufschaufel (HDT-Laufschaufel) oder ein Brennkammereinsatz einer Gasturbine bzw. eines Flugtriebwerks sein.
Die Wärmedämmschicht ist bei den erfindungsgemäßen Gestaltungen in bevorzugter Weiterbildung aus Yttrium-stabilisiertem ZrO2, oder weist Yttrium-stabilisiertes ZrO2 auf, bzw. ist die Oxidkeramik ist vorteilhafter Weiterbildung ZrO2. ό
Durch die Erfindung wird die Basis für diverse Vorteile gelegt, die zumindest bei Weiterbildungen der Erfindung gegeben sein können. So kann beispielsweise eine Wärmedämmschicht mit besserer Wärmedämmwirkung unter Beibehaltung der bekannten physikalischen Eigenschaften erzeugt werden. Ferner kann ermöglicht werden, dass die Lebensdauer der mit einer Wärmedämmschicht versehenen Bauteile bzw. Gasturbinenbauteile mit einer derartigen verbesserten Schicht bzw. Wärmedämmschicht verlängert wird.

Claims

Ansprüche
1. Gasturbinenbauteil, insbesondere Bauteil für eine Gasturbinen eines Flugtriebwerks, mit einem aus zumindest einem ersten Material bestehenden Grundkörper und einer auf diesen Grundkörper aufgebrachten Wärmedämmschicht, die aus einer Oxidkeramik besteht oder eine Oxidkeramik aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmschicht aus einer Gruppe von Fehlstellen, welche Gruppe Mikrofehlstellen und Nanofehlstellen umfasst, eine oder mehrere Fehlstellen in der Oxidkeramik eingebaut sind.
2. Gasturbinenbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht aus Yttrium-stabilisiertem ZrO2 ist, oder Yttrium-stabilisiertes ZrO2 aufweist.
3. Gasturbinenbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oxidkermamik (der Wärmedämmschicht) mittels der Mikrofehlstellen und Nanofehlstellen eine Mikroporosität geschaffen ist.
4. Gasturbinenbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Oxidkermamik (der Wärmedämmschicht) mittels der Mikrofehlstellen und Nanofehlstellen geschaffene bzw. gegebene Mikroporosität derart ist, dass die diese Mikroporosität bewirkenden Zellen bzw. die maximalen Abmessungen dieser Zellen kleiner als die mittlere freie Weglänge eines Gas- bzw. Luftmoleküls sind.
5. Gasturbinenbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Oxidkermamik (der Wärmedämmschicht) mittels der Mikrofehlstellen und Nanofehlstellen geschaffene bzw. gegebene Mikroporosität derart ist, dass die diese Mikroporosität bewirkenden Zellen bzw. die maximalen Abmessungen dieser Zellen kleiner oder gleich der halben mittleren freien Weglänge eines Gas- bzw. Luftmoleküls sind.
6. Gasturbinenbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Oxidkermamik (der Wärmedämmschicht) mittels der Mikrofehlstellen und Nanofehlstellen geschaffene bzw. gegebene Mikroporosität derart ist, dass die diese Mikroporosität bewirkenden Zellen bzw. die maximalen Abmessungen dieser Zellen kleiner oder gleich der einem Drittel der mittleren freien Weglänge eines Gas- bzw. Luftmoleküls sind.
7. Wärmedämmschicht für ein Gasturbinenbauteil, und insbesondere für ein Gasturbinenbauteil gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmedämmschicht aus einer Oxidkeramik besteht oder eine Oxidkeramik aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmschicht aus einer Gruppe von Fehlstellen, welche Gruppe Mikrofehlstellen und Nanofehlstellen umfasst, eine oder mehrere Fehlstellen in der Oxidkeramik eingebaut sind.
8. Verfahren zur Herstellung einer Wärmedämmschicht auf einem Bauteil, insbesondere Gasturbinenbauteil, wie Gasturbinenbauteil eines Flugtriebwerks, wobei die Wärmedämmschicht aus einer Oxidkeramik besteht oder eine Oxidkeramik aufweist, und wobei diese Oxidkeramik zur Bildung der Wärmedämmschicht in einem Abscheidungs- prozess aus der Dampfphase auf dem Bauteil erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schaffen einer Mikroporosität, insbesondere zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmschicht, aus einer Gruppe von Fehlstellen, welche Gruppe Mikrofehlstellen und Nanofehlstellen umfasst, eine oder mehrere Fehlstellen in der Oxidkeramik während des Abscheidungsprozesses eingebaut werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für das Erzeugen von Mikrofehlstellen und / oder Nanofehlstellen für das Erzeugen der Mikroporosität während des Beschichtungsvorganges bzw. während des Aufbringens der Wärmedämmschicht in das für die Ausbildung dieser Wärmedämmschicht aufgebrachte Material Trockeneis eingebracht bzw. eingespritzt wird.
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