WO2018011126A1

WO2018011126A1 - Keramische hitzeschilde mit reaktionscoating

Info

Publication number: WO2018011126A1
Application number: PCT/EP2017/067235
Authority: WO
Inventors: Friederike Lange; Ivo KRAUSZ; Christian Nikasch
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2018-01-18
Also published as: EP3458431B1; DE102016212872A1; US11312664B2; US20200109088A1; EP3458431A1

Abstract

Die Erfindung führt einen verbesserten keramischen Hitzeschild (155) für eine Gasturbine (100) ein. Der keramische Hitzeschild (155) verfügt über einen aluminiumoxidhaltigen Keramikkörper (11) und weist erfindungsgemäß eine Oberflächenschicht (12) des Keramikkörpers (11) auf, die Yttriumaluminiumgranat als Reaktionscoatingmaterial enthält. Die Erfindung betrifft ferner eine Gasturbine (100) mit einem solchen keramischen Hitzeschild (155) und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen keramischen Hitzeschildes (155).

Description

Beschreibung

Keramische Hitzeschilde mit Reaktionscoating Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen keramischen Hitzeschild für eine Gasturbine, eine Gasturbine mit einem solchen keramischen Hitzeschild und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen keramischen Hitzeschildes.

Technischer Hintergrund

Die beim Betrieb im Inneren von Gasturbinen entstehenden ho- hen Temperaturen werden durch entlang des Heißgaspfades angebrachte keramische Hitzeschilde abgeschirmt. Die kerami^¬ schen Hitzeschilde zeigen während des Betriebseinsatzes Kor^¬ rosion und Erosion auf ihrer dem Heißgas zugewandten Seite. Dieser Prozess geht auf die Korrosion des im keramischen Ma- terial enthaltenen Mullits zurück, der im Kontakt mit dem

Heißgas zu sekundären Korund umgewandelt wird. Dieser sekun^¬ däre Korund wiederum hat eine geringere mechanische Festig^¬ keit als das umgebende keramische Material und wird daher vom Heißgasstrom abgetragen. Dabei werden größere Gefügebestand- teile freigelegt, bis sie sich schließlich aus der Oberfläche des keramischen Hitzeschildes herauslösen und von dem Heißgas fortgetragen werden. Die Partikel können an den Schutzbe- schichtungen der Turbinenschaufeln (Thermal Barrier Coating - TBC) Schäden verursachen, was die Lebensdauer der Turbinen- schaufeln herabsetzen kann.

Hierzu ist es bisher bekannt, die Heißgasseite der kerami^¬ schen Hitzeschilde mit einer Aluminiumoxidbeschichtung auszustatten (DE 11 2008 003 399 B4) . Aluminiumoxid ist deutlich heißgasstabiler als Mullit, zeigt aber im Kontakt mit Heißgas ebenfalls eine begrenzte Lebensdauer. Die Aluminiumoxidbeschichtung kann durch ein Schlicker-Spray Verfahren oder ein Flammspritzverfahren auf den Hitzeschild aufgetragen werden. Hierbei wird üblicherweise eine Beschich tung von etwa 300 Mikrometern Dicke aufgebracht. Eine durch Schlicker-Spray-Verfahren aufgebrachte Aluminiumoxidbeschich tung zeigt eine relativ feinkörnige Struktur, die beim Be^¬ trieb der Gasturbine zum Nachsintern, zu Rissbildung und frühzeitigen Absanden neigt. Wird hingegen ein Flammspritzverfahren verwendet, gerät die Beschichtung relativ dicht un spröde, weshalb sie den Deformationen des keramischen Hitzeschildes während des Betriebs der Gasturbine nicht folgen kann. Dies führt auch hier zu Rissbildung und fortschreitendem Ablösen der Beschichtung. Aus diesen Gründen ist die Lebensdauer solcher Aluminiumbeschichtungen auf etwa 8000 Betriebsstunden begrenzt, wobei bei Gasturbinen, die besonders hohe Heißgastemperaturen erreichen, von noch deutlich geringen Lebensdauern auszugehen ist. Die Beschichtung stellt selbst eine weitere Quelle von Partikeln mit den oben be^¬ schriebenen negativen Auswirkungen auf die Turbinenschaufeln dar und verlängert die Lebensdauer der keramischen Hitzeschilde nur unzureichend.

Die Erfindung macht es sich daher zur Aufgabe, keramische Hitzeschilde mit erhöhter Lebensdauer bereitzustellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein erster Aspekt der Erfindung führt daher einen verbesserten keramischen Hitzeschild für eine Gasturbine ein. Der ke^¬ ramische Hitzeschild verfügt über einen aluminiumoxidhaltige Keramikkörper. Erfindungsgemäß enthält eine Oberflächen^¬ schicht des Keramikkörpers Yttriumaluminiumgranat (YAG) als Reaktionscoatingmaterial . Unter einem Reaktionscoating- material ist dabei ein Material zu verstehen, dass sich nach dem Aufbringen eines Reaktionscoatingbildners auf eine Ober^¬ fläche bzw. dem Beschichten einer Oberfläche mit einem

Reaktionscoatingbildner, hier der Oberfläche des Keramikkörpers, durch chemische Reaktion mit dem Material der Ober- fläche bildet. Da zumindest ein Anteil des

Reaktionscoatingbildners in die Oberfläche eindringt, ent^¬ steht eine das Reaktionscoatingmaterial enthaltende Oberflä^¬ chenschicht .

Das Reaktionscoatingmaterial Yttriumaluminiumgranat ist von hoher Heißgasstabilität und schützt den aluminiumoxidhaltigen Keramikkörper vor dem Heißgasangriff. Für die Bildung des Yttriumaluminiumgranats kann ein yttriumhaltiger

Reaktionscoatingbildner, z. B. ein Yttriumoxid oder

Yttriumnitrat enthaltender Reaktionscoatingbildner verwendet werden, der in den Keramikkörper durch Poren eindringt und nach der Reaktion des Reaktionscoatingbildners mit dem Alumi^¬ niumoxid zu YAG sämtliche vom Heißgas über die gleichen Wege erreichbaren Oberflächen des Hitzeschildes bedeckt und so be^¬ sonders zuverlässig schützt. Eine Korrosion beziehungsweise Erosion des keramischen Materials des Keramikkörpers und da^¬ mit des Hitzeschildes findet dadurch nicht mehr statt oder wird wenigstens stark eingeschränkt. Es lösen sich keine oder weniger keramische Partikel aus dem keramischen Hitzeschild, wodurch auch entsprechend weniger Beschädigungen der TBC- Schichten der Turbinenschaufeln verursacht werden.

Vorzugsweise besteht ein Basismaterial des Keramikkörpers aus Aluminiumoxid, wobei unter dem Basismaterial das restliche Material des Keramikkörpers zu verstehen ist, welches nicht durch Yttriumaluminiumgranat gebildet ist. Ein geeignetes Ba^¬ sismaterial für den Keramikkörper stellt das von Siemens un^¬ ter dem Namen „SiCerm E100" hergestellte Material dar.

Die Kombination vom Aluminiumoxid und YAG besitzt den beson^¬ deren Vorteil, dass die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Aluminiumoxid und YAG fast identisch sind. Je besser aber die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des

Reaktionscoatingmaterials und des Basismaterials des Kera^¬ mikkörpers aufeinander abgestimmt sind, desto geringer wird die Gefahr von Erosion durch Heißgaseinwirkung. Eine Konzentration des Reaktionscoatingmaterials nimmt vor^¬ zugsweise von einer Oberfläche des keramischen Hitzeschildes in die Tiefe der Oberflächenschicht ab. Dadurch bildet sich ein Übergang zwischen dem Reaktionscoatingmaterial hin zu dem Basismaterial des Keramikkörpers, was vorteilhaft ist, weil der Heißgasangriff von der Oberfläche des keramischen Hitzeschildes her erfolgt. Insbesondere bildet sich keine Grenz^¬ schicht zwischen dem Reaktionscoatingmaterial (YAG) und dem Basismaterial des Keramikkörpers (Aluminiumoxid) , die uner- wünschte Spannungen oder Inhomogenitäten bewirken könnte.

Die Oberflächenschicht besitzt vorzugsweise eine Dicke von wenigstens 400 Mikrometern. Geringere Tiefen führen zu einem reduzierten Schutz des Keramikkörpers des Hitzeschildes.

Die Oberflächenschicht kann sich über eine Stirnfläche des Keramikkörpers und über Seitenflächen des Keramikkörpers er^¬ strecken. Dies stellt einen weiteren besonderen Vorteil der Erfindung gegenüber herkömmlichen Beschichtungen dar, weil diese einen Auftrag von typischerweise 200 bis 400 Mikro^¬ metern Beschichtungsmaterial bedingen, wodurch eine Beschich- tung zwischen benachbarten keramischen Hitzeschilden wegen der durch die Beschichtung veränderten Abmessungen der Hitzeschilde bislang nicht gangbar war. Der zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hitzeschilds aufzubringende yttriumhaltiger Reaktionscoatingbildner dringt hingegen in den Keramikkörper des Hitzeschildes ein und durchsetzt die Oberflächenschicht, wodurch die Abmessungen des keramischen Hitzeschildes unverändert bleiben und auch die sporadisch eindringendem Heißgas ausgesetzten Seitenflächen des keramischen Hitzeschildes geschützt werden können.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einem erfindungsgemäßen keramischen Hitzeschild.

Die Erfindung führt zudem ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten keramischen Hitzeschildes für eine Gasturbine ein. Das Verfahren besitzt wenigstens die folgenden Schritte: -- Bereitstellen eines aluminiumoxidhaltigen Keramikkörpers; und

-- Erzeugen einer Oberflächenschicht des Keramikkörpers, die Yttriumaluminiumgranat als Reaktionscoatingmaterial enthält.

Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann ein keramischer Hitzeschild für eine Gasturbine mit verlängerter Lebensdauer hergestellt werden. Das Reaktionscoatingmaterial Yttriumaluminiumgranat ist besonders heißgasresistent und be- deckt die vom Heißgas erreichbaren Oberflächen des Keramikkörpers, so dass das während des Betriebs in der Gasturbine strömende Heißgas nicht oder nahezu nicht den keramischen Hitzeschild erodieren kann . Besonders bevorzugt umfasst das Erzeugen der Yttriumaluminiumgranat enthaltenden Oberflächen- schicht einen Schritt eines Auftragens eines flüssigen

Reaktionscoatingbildners auf den Keramikkörper. Der Reak- tionscoatingbildner kann beispielsweise eine Lösung, eine Sole oder eine Suspension sein. Beispielsweise kann der

Reaktionscoatingbildner Yttriumnitrat oder Y₂O₃ enthalten, das mit in dem Keramikkörper vorhandenen AI₂O₃ ein YAG wie

Y₃AI₅O₁₂ ausbilden kann. Das YAG stellt das durch die Reaktion des Reaktionscoatingbildners und des keramischen Materials erzeugte Reaktionscoatingmaterial dar. Vorteilhaft kann der yttriumhaltige Reaktionscoatingbildner in den Keramikkörper eindringen, so dass die YAG enthaltende Oberflächenschicht als Teil des Keramikkörpers ausgebildet wird und sich die Abmessungen des Keramikkörpers nicht verän^¬ dern. Somit kann eine Ausbildung der schützenden Oberflächen- schicht auch an den Stirnflächen des Hitzeschilds erfolgen, was bislang aufgrund der sich durch das Aufbringen einer Be- schichtung ergebenden Änderung der Abmessungen nicht möglich war. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dadurch einfach in bestehende Produktionsprozesse eingebunden werden, da keine Veränderung der Abmessungen berücksichtigt werden muss.

Eine solche YAG-Phase ist im Vergleich zu anderen Feuerfest^¬ werkstoffen praktisch unempfindlich gegenüber Heißgas und kann so die Oberfläche des keramischen Hitzeschildes dauer^¬ haft vor einem Heißgasangriff schützen. Die Eindringtiefe des Reaktionscoatingbildners kann durch dessen Viskosität beein- flusst werden. Ebenso kann die Konzentration des derart er- zeugten Reaktionscoatingmaterials in der Oberflächenschicht des keramischen Hitzeschildes über den entsprechenden Gehalt im Reaktionscoatingbildner eingestellt werden.

Das Erzeugen der Yttriumaluminiumgranat enthaltenden Ober- flächenschicht kann ferner einen Schritt eines Sinterns oder Cosinterns des Keramikkörpers nach dem Auftragen des flüssi^¬ gen Reaktionscoatingbildners umfassen. Durch das Sintern rea^¬ giert der Reaktionscoatingbildner mit dem Aluminiumoxid des Keramikkörpers und bildet so die Yttriumaluminiumgranat ent- haltende Oberflächenschicht aus.

Der Schritt des Sinterns kann vorteilhaft einem bisher be^¬ reits für die Herstellung von keramischen Hitzeschilden verwendeten Brennen entsprechen. Das heißt, dass bekannte Fer- tigungsverfahren für keramische Hitzeschilde um einen vor dem Brennen des keramischen Hitzeschildes ausgeführten Schritt des Auftragens des flüssigen Reaktionscoatingbildners einfach erweitert werden können, wobei die bislang verwendeten Werkzeuge und Verfahren ansonsten unverändert weiterverwendet werden können. Das Sintern kann daher als sog. Cosintern ausgeführt werden, wobei neben der Bildung des YAG mittels Sintern ach ein Sintern des Basismaterials des Keramikkörpers stattfindet . Das Sintern oder Cosintern des Keramikkörpers kann bei einer Temperatur von wenigstens 650 Grad Celsius, vorzugsweise bei wenigstens 1500 Grad Celsius, erfolgen. Allgemein sind Tempe^¬ raturen oberhalb von etwa 650 Grad Celsius anwendbar, wobei derart niedrige Temperaturen feine Aufmahlungsgrade der

Reaktanten voraussetzen. Um geringe Fertigungskosten zu gewährleisten, wird jedoch die Verwendung eines verhältnismäßig grobkörnigen keramischen Materials für den Keramikkörper vorgeschlagen, was die genannte höhere Temperatur für das Sin- tern bzw. Cosintern bedingt. Bei der Fertigung von keramischen Hitzeschilden sind Brenntemperaturen oberhalb von 1500 Grad Celsius üblich, so dass diese herkömmlichen Brennvorgänge unverändert die Anforderungen des erfindungsgemäßen Ver- fahrens erfüllen.

Der flüssige Reaktionscoatingbildner kann beispielsweise auf den Keramikkörper aufgesprüht oder aufgepinselt werden. Ebenso kann der Keramikkörper in den flüssigen Reaktionscoa- tingbildner eingetaucht werden. Ein Sprühverfahren ist technisch leicht umzusetzen und erzielt auf ebenen Oberflächen einen gleichmäßigen Auftrag des flüssigen Reaktionscoating- bildners. Bei unebenen Oberflächen beispielsweise im Nutbe^¬ reich erzielt dieses Verfahren einen eher ungleichmäßigen Auftrag, so dass hier ein Aufpinseln des flüssigen Reaktions- coatingbildners bevorzugt wird. Allgemein ist es vorteilhaft, das Applikationsverfahren auf die jeweils zu behandelnde Oberfläche abzustimmen. Das Auftragen des flüssigen Reaktionscoatingbildners kann bei Unterdruck erfolgen, wodurch ein tieferes Eindringen des Reaktionscoatingbildners in den Keramikkörper unterstützt wird . Der Schritt des Bereitstellens des Keramikkörpers kann

Schritte eines Anmischens einer Keramikkörperrohmasse, eines Formgebens, eines Abbindens und einer Trocknung umfasst. Dies entspricht gängigen Produktionsschritten für herkömmliche keramische Hitzeschilde, so dass vorhandene Herstellungspro- zesse einfach für die Erfindung angepasst werden können.

Kurzbeschreibung der Figuren

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine beispielhafte Gasturbine 100 in einem Längs^¬ te!1schnitt ; Figur 2 eine Brennkammer 110 einer Gasturbine; und

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hitzeschildes 155.

Ausführliche Figurenbeschreibung

Die Figur 1 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt. Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.

Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.

Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.

Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel- ringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums

113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.

Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.

An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Ar- beitsmaschine (nicht dargestellt) .

Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver- dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be^¬ reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge^¬ führt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brenn- kammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.

Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden keramischen Hitzeschilden am meisten thermisch belastet . Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.

Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin ( SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) .

Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinen^¬ schaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Super- legierungen verwendet.

Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.

Die Schaufeln 120, 130 können Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. MCrAlX (M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Sili^¬ zium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 AI.

Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus Zr0₂, Y2Ü3-Zr02, d.h. sie ist nicht, teil^¬ weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid

und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Die Wärmedämm^¬ schicht bedeckt vorzugsweise die gesamte MCrAlX-Schicht.

Die Figur 2 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrenn- kammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangs- richtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.

Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000 Grad Celsius bis 1600 Grad Celsius ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus keramischen Hitzeschilden 155 gebildeten Innenauskleidung ver- sehen. Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Hal^¬ teelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen keramischen Hitzeschildes 155. Der Hitzeschild 155 ist in ei^¬ ner Querschnittszeichnung dargestellt und weist lediglich beispielhaft an seinen beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 13 jeweils eine Nut 14 auf, die dazu vorgesehen ist, als Aufnahme für eine hinter einer Rückseite 15 des Hitzeschilds 155 angeordnete metallische Halteklammer (nicht gezeigt) zu dienen. Die stromauf und stromab liegenden Seitenflächen des Hitzeschilds 155 sind gewöhnlich nicht mit Nuten ausgestat^¬ tet. Der Hitzeschild 155 besitzt einen aluminiumoxidhaltigen Keramikkörper 11, der erfindungsgemäß eine Oberflächenschicht 12 aufweist, die Yttriumaluminiumgranat als

Reaktionscoatingmaterial enthält

Die Oberflächenschicht 12 erstreckt sich in dem gezeigten Beispiel über die Seitenflächen 13 und eine Stirnfläche 16 des keramischen Hitzeschildes 155, die im Betrieb dem Heißgas unmittelbar ausgesetzt ist. Die Oberflächenschicht 12 enthält heißgasresistentes YAG und bedeckt alle für das Heißgas er^¬ reichbaren Oberflächen des Keramikkörpers 11. Beispielsweise kann eine yttriumoxidhaltige Flüssigkeit als Reaktions- coatingbildner auf die Oberfläche des aluminiumoxidhaltigen Keramikkörpers aufgetragen werden. Bei einem anschließenden Cosintervorgang entsteht dann das YAG, sodass eine YAG- haltige Oberflächenschicht 12 ausgebildet wird.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung mit dieser Materialkombination ergeben sich weitere Vorteile: Wenn Yttrium mit Aluminiumoxid reagiert, vergrößert sich das Volumen des Korund-Kristallgitters geringfügig. Dies führt zu einer gewissen Druckspannung in der YAG enthaltenden Oberflächenschicht. Die so eingebrachte Druckspannung wirkt der beim Betrieb der Gasturbine auftretenden Verwölbung der Oberfläche des keramischen Hitzeschildes als Vorspannung entgegen. Beim Aufdomen des keramischen Hitzeschildes im Gasturbinenbetrieb muss daher erst die Druckspannung in der YAG enthaltenden Oberflächenschicht und dann die Zugfestigkeit des Materials überwunden werden, bevor es zu einer Rissbildung in der Oberflächenschicht kommen kann. Die YAG enthaltende Oberflächen^¬ schicht ist damit deutlich unempfindlicher gegenüber Rissbildung als bisherige Aluminacoatings , die aufgrund ihrer fein- körnigen Struktur und der damit verbundenen Nachsinteranfälligkeit ( Schlickercoating) beziehungsweise der spröden Struktur (Flammcoating) eher unter Zugspannung stehen und damit verstärkt zur Rissbildung neigen. Solche Risse stellen jedoch eine erste Schwachstelle dar, die einen Heißgasangriff auf ungeschützte Bereiche des keramischen Hitzeschildes 155 er^¬ lauben und damit als Erosionsstarter fungieren können.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs^¬ beispiele näher illustriert und erläutert wurde, ist die Er- findung nicht durch die offenbarten Beispiele beschränkt. Va^¬ riationen hiervon können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims

Patentansprüche

1. Ein keramischer Hitzeschild (155) für eine Gasturbine (100) und mit einem aluminiumoxidhaltigen Keramikkörper (11), gekennzeichnet dadurch, dass

eine Oberflächenschicht (12) des Keramikkörpers (11) Yttrium^¬ aluminiumgranat als Reaktionscoatingmaterial enthält.

2. Der keramische Hitzeschild (155) eines der vorhergehen- den Ansprüche,

bei dem eine Konzentration des Reaktionscoatingmaterials von einer Oberfläche des keramischen Hitzeschildes in die Tiefe der Oberflächenschicht (12) abnimmt.

3. Der keramische Hitzeschild (155) eines der vorhergehen^¬ den Ansprüche,

bei dem die Oberflächenschicht (12) eine Dicke von wenigstens

400 Mikrometern besitzt.

4. Der keramische Hitzeschild (155) eines der vorhergehen^¬ den Ansprüche,

bei dem sich die Oberflächenschicht (12) über eine Stirn^¬ fläche (16) des Keramikkörpers und über Seitenflächen (13) des Keramikkörpers erstreckt.

5. Eine Gasturbine (100) mit einem keramischen Hitzeschild (155) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.

6. Ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Hitze- Schildes (155) für eine Gasturbine (100) und mit den Schrit^¬ ten :

- Bereitstellen eines aluminiumoxidhaltigen Keramikkörpers (11) ; und

Erzeugen einer Oberflächenschicht (12) des

Keramikkörpers (11), die Yttriumaluminiumgranat als

Reaktionscoatingmaterial enthält .

7. Das Verfahren des vorhergehenden Anspruchs, bei dem das Erzeugen der Yttriumaluminiumgranat enthaltende Oberflächenschicht (12) einen Schritt eines Auftragens eines flüssigen Reaktionscoatingbildners auf den Keramikkörper (11) umfasst.

8. Das Verfahren des vorhergehenden Anspruchs,

bei dem das Erzeugen einer Yttriumaluminiumgranat enthalten^¬ den Oberflächenschicht ( 12 ) einen Schritt eines Sinterns oder Cosinterns des Keramikkörpers (11) nach dem Auftragen des flüssigen Reaktionscoatingbildners umfasst.

9. Das Verfahren des vorhergehenden Anspruchs,

bei dem das Sintern oder Cosintern des Keramikkörpers (11) bei einer Temperatur von wenigstens 650 Grad Celsius,

vorzugsweise von wenigstens 1500 Grad Celsius,

erfolgt .

10. Das Verfahren eines der Ansprüche7 bis 9,

bei dem der flüssige Reaktionscoatingbildner auf den Keramikkörper (11) aufgesprüht oder aufgepinselt wird oder bei dem der Keramikkörper (11) in den flüssigen Reaktionscoatingbildner eingetaucht wird.

11. Das Verfahren eines der Ansprüche 7 bis 10,

bei dem das Auftragen des flüssigen Reaktionscoatingbildners bei Unterdruck erfolgt.

12. Das Verfahren eines der Ansprüche 6 bis 11,

bei dem der Schritt des Bereitstellens des Keramikkörpers

(11) Schritte eines Anmischens einer Keramikkörperrohmasse, eines Formgebens, eines Abbindens und einer Trocknung um^¬ fasst .

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei der Reaktionscoatingbildner Yttriumnitrat oder Yttriumoxid ent^¬ hält .