WO2019115266A1 - Cmc-formkörper mit glaskeramik umfassender oberfläche, sowie herstellungsverfahren dazu - Google Patents

Cmc-formkörper mit glaskeramik umfassender oberfläche, sowie herstellungsverfahren dazu Download PDF

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    • F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]

Definitions

  • the invention relates to a shaped body such as a turbine component of a gas turbine and / or a component of an exhaust system, which are at least partially made of CMC, so ceramic matrix composite - and / or a CMC-metal hybrid and a new, in particular respects improved their stability, surface have.
  • the invention relates to the improvement of the adhesion of coatings on a CMC surface and a manufacturing method for improved adhesion of - for example thermally stable - coating on a CMC surface.
  • moldings such as turbine blades, for example for stationary gas turbines, are made of nickel-based superalloys with additional protective coatings, e.g. TBC coatings used.
  • additional protective coatings e.g. TBC coatings used.
  • CMCs particularly fiber reinforced CMCs
  • CMC metal hybrid moldings to create novel moldings such as turbine components and / or components in an exhaust line.
  • alloys in particular special of said superalloys, or other Me tal is then called a hybrid material of CMC and metal.
  • thermally loadable coatings in particular so-called TBC (Thermal Barrier Coating) coatings on CMCs neces sary.
  • CMCs used are in particular the silicon carbide and / or oxide CMCs, ie CMC materials based on metal carbides and / or metal oxides, since these exhibit increased resistance to, for example, corrosion and / or oxidation.
  • coatings in particular thermally-effective barrier Coatings such as the so-called Thermal Barrier Coatings - so-called TBC - apply coatings.
  • a TBC is applied to a CMC surface via a spray process, for example as an Atmospheric Plasma Spraying APS coating.
  • a spray process for example as an Atmospheric Plasma Spraying APS coating.
  • the very smooth surface of the CMC or CMC hybrid material is preferably still prepared, for example roughened.
  • sophisticated roughening methods such as sandblasting or laser irradiation are also used mechanically. These, however, can also cause damage to the CMC surface, which then manifests itself, for example, as cracking with the corresponding material disadvantages in hot gas application. Therefore According to the prior art, a CMC surface is roughened only slightly or insufficiently before the application of a thermally loadable coating, so that the adhesion of the coating is often insufficient.
  • a molded article in which in at least one surface-near layer of a CMC laminate one or more rupture strength additives such as particles of zirconia -ZrO 2 -, silica - S1O2-, magnesia umdioxid - MgÜ2 -, yttrium - Aluminum garnet -YAG - and / or yttrium oxide Y2O3, alone or in any mixtures, are worked in, so that the stability of the CMC surface is improved ver.
  • one or more rupture strength additives such as particles of zirconia -ZrO 2 -, silica - S1O2-, magnesia umdioxid - MgÜ2 -, yttrium - Aluminum garnet -YAG - and / or yttrium oxide Y2O3, alone or in any mixtures, are worked in, so that the stability of the CMC surface is improved ver.
  • Object of the present invention is therefore to improve the adhesion of a CMC surface with a thermally stable coating Be, in particular to achieve an improvement in the stability of a CMC surface over roughening methods such as sandblasting and / or laser treatment.
  • the subject matter of the present invention is a shaped body made of a ceramic composite material CMC or of a CMC-metal hybrid material, wherein the CMC surface at least partially comprises glass-ceramic.
  • the subject of the present invention is a United drive for the production of a shaped body of a ceramic matrix composite matrix CMC, in which in a - First step, a green CMC molding is made forth,
  • a Glaskera mixer slurry is applied to the surface of the green CMC molding and
  • the CMC molded body is sintered combined with a surface of glass ceramic slurry for CMC molding with glass ceramic surface or glass ceramic portions of surface.
  • a thermal barrier coating (TBC) layer facilitates or only allows damage.
  • unsintered CMC molding such as a stack of green CMC prepreg layers, an intermediate layer on a molded body of CMC material and / or CMC hybrid material are produced by heat treatment and / or sintering, the hardness, thermal and / or mechanical Resistance far better than that of the pure CMC surface and / or withstanding roughening before, for example, following APS without damage, or with significantly less damage than the pure CMC surface.
  • second step provided with glass ceramic slurry surface, for example, coated, be sprayed or immersed - and im
  • a CMC prepreg sheet typically comprises a ceramic matrix, such as a slurry, in which fibers which may be present as single fibers, braided fibers, fiber fabrics and / or fiber composites are embedded.
  • a ceramic matrix such as a slurry
  • fibers which may be present as single fibers, braided fibers, fiber fabrics and / or fiber composites are embedded.
  • these are silicon carbide ceramic-based or so-called oxide-ceramic-based matrix and / or fiber materials.
  • CMC based on oxide-ceramic-based matrix materials.
  • oxide-ceramic-based fibers, fiber fabric and / or fiber composites embedded are for example selected from the group of the following materials: doped or undoped aluminum oxide, mullite, yttrium-aluminum garnet and / or zirconium oxide-doped aluminum oxide.
  • All of the abovementioned fiber materials can be used alone or in any combination, such as, for example, as alumina-mullite fiber, in a fiber, a fiber fabric and / or in a fiber composite, as used hereinbefore. lie. Likewise, the materials mentioned can serve alone or in any desired combinations for the construction of the matrix.
  • a mineral material which - processed, for example, as a slip and then ge sintered - from a glass melt by controlled crystallization tion produced called.
  • a solvent-containing, for example aqueous, slurry of the mineral material can be carried out as desired.
  • the viscous mass can be applied, for example, at room temperature. Thereafter, a glass-ceramic state of the material is sufficient, which is especially characterized by its hardness, as is known from the glass-ceramics in daily use.
  • the glassy material is at least partially crystallized after formation, stable and does not melt again. High durations of use, such as 1200 ° C and more do not impair the stability of the glass-ceramic material.
  • glass-ceramic materials many kinds of disilicates are known, for example, the MAS system, wherein MAS stands for MgO x Al 2 O 3 x n SiO 2, and the ZAS built similarly to zinc oxide, ZnO 2 instead of the magnesium oxide, and glass ceramics lithium disilicate and those with phlogopite as base.
  • MAS stands for MgO x Al 2 O 3 x n SiO 2
  • ZAS built similarly to zinc oxide
  • ZnO 2 instead of the magnesium oxide
  • glass ceramics lithium disilicate and those with phlogopite as base.
  • zirconium (IV) oxide in combination with titanium (IV) oxide is added as an epitaxial nucleating agent.
  • a mineral material for example a disilicate
  • the glass-ceramic material the thermal expansion coefficient of which is that of the carrier substrate, for example a CMC molding and / or CMC laminate layer stack or a CMC metal hybrid material molding, is aligned.
  • the carrier substrate for example a CMC molding and / or CMC laminate layer stack or a CMC metal hybrid material molding
  • an yttrium-aluminum garnet (YAG) disilicate and / or another yttrium disilicate is suitable as the glass ceramic.
  • the glass ceramic is preferably, but not exclusively, applied in the form of its slip, that is the pulpy slurry, to the still green, that is unsintered, CMC laminate layer stack.
  • the melt of the glass ceramic material which has not yet sintered to the glass ceramic can also be applied to a CMC surface as an upper surface and / or intermediate layer.
  • the glass-ceramic slurry for example, over
  • a CMC laminate layer stack is obtained, the surface of which is more temperature-resistant, more robust, for example due to roughening and / or more resistant to corrosion than the original pure CMC surface by the glass ceramic.
  • Tests have shown that a glass-ceramic CMC surface formed according to the invention is also substantially more resistant to roughening, for example by sandblasting and / or laser treatment, than the unglazed CMC surface.
  • the glass-ceramic surface is preferably combined with the CMC surface if, for example, the glass ceramic is at least partially fused to the CMC surface during the common sintering. At least, there is good adhesion between the CMC surface and the glass-ceramic layer after common temperature treatment. For example, it can also be used for the formation of mixed ceramic phases and / or covalent by the combined sintering chemical bonds between the glass ceramic and the CMC surface come.
  • the adhesion of the glass-ceramic layer to the surface of the CMC can be enhanced by forming chemical bonds and / or by forming mixed ceramic phases.
  • the glass-ceramic surface for example, as protection of the CMC laminate layer stack against Griffineinflüs sen, such as steam corrosion, serve.
  • a roughened with glass ceramic according to the invention offset surface can be coated with a thermal barrier layer, for example, via APS, with a significantly improved adhesion of the thermal barrier layer, in particular special compared to the pure non-roughened CMC surface is observed.
  • the glass-ceramic surface is carried out together with the sintering of the CMC laminate layer stack, so that a good bonding of the glass ceramic to the CMC surfaces by fusion during sintering is ensured.
  • a glass ceramic is incorporated into the surface of the CMC and / or placed on it.
  • a glass ceramic slurry is sintered together and combined with a CMC green body.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Formkörper wie beispielsweise eine Turbinenkomponente einer Gasturbine und/oder ein Bauteil eines Abgasstrangs, die zumindest teilweise aus CMC, also - Ceramic-Matrix-Composite – und/oder aus einem CMC-Metall-Hybrid aufgebaut sind und eine neue, insbesondere hinsichtlich ihrer Stabilität verbesserte, Oberfläche aufweisen. Insbesondere betrifft die Erfindung dabei die Verbesserung der Haftung von Beschichtungen auf einer CMC-Oberfläche sowie ein Herstellungsverfahren zur verbesserten Haftung einer – beispielsweise thermisch belastbaren - Beschichtung auf einer CMC-Oberfläche. Durch die Erfindung wird erstmals eine Möglichkeit angegeben, wie die Oberfläche von CMC - für beispielsweise eine Aufrauhung - mechanisch unempfindlicher gemacht, stabilisiert und/oder verstärkt werden kann. Dazu wird eine Glaskeramik in die Oberfläche des CMCs eingearbeitet und/oder darauf aufgebracht. Besonders bevorzugt ist die Ausführungsform, bei der ein glaskeramischer Schlicker zusammen und kombiniert mit einem CMC-Grünkörper gesintert wird.

Description

Beschreibung
CMC-FORMKÖRPER MIT GLASKERAMIK UMFASSENDER OBERFLÄCHE, SOWIE
HERSTELLUNGSVERFAHREN DAZU
Die Erfindung betrifft einen Formkörper wie beispielsweise eine Turbinenkomponente einer Gasturbine und/oder ein Bauteil eines Abgasstrangs, die zumindest teilweise aus CMC, also Ceramic-Matrix-Composite - und/oder aus einem CMC-Metall- Hybrid aufgebaut sind und eine neue, insbesondere hinsicht lich ihrer Stabilität verbesserte, Oberfläche aufweisen. Ins besondere betrifft die Erfindung dabei die Verbesserung der Haftung von Beschichtungen auf einer CMC-Oberfläche sowie ein Herstellungsverfahren zur verbesserten Haftung einer - bei spielsweise thermisch belastbaren - Beschichtung auf einer CMC-Oberfläche .
Bislang werden beispielsweise Formkörper wie Turbinenschau feln, beispielsweise für stationäre Gasturbinen, aus Nickel basierten Superlegierungen mit zusätzlichen Schutz- Beschichtungen, z.B. TBC-Beschichtungen, eingesetzt. Zwar werden die Eigenschaften dieser Materialien ständig weiter entwickelt, jedoch scheint diese Technik ziemlich ausgereizt zu sein und nur wenig substanzielle Steigerung noch möglich.
Dagegen ist die Technik der CMCs, insbesondere der Faser verstärkten CMCs eine Alternative und kann allein oder in Kombination mit Superlegierungen, als so genannte CMC-Metall- Hybrid-Formkörper, zur Schaffung neuartiger Formkörper wie Turbinenkomponenten und/oder Bauteile in einem Abgasstrang eingesetzt werden. In der Kombination mit Legierungen, insbe sondere der genannten Superlegierungen, oder auch anderen Me tallen spricht man dann von einem Hybridmaterial aus CMC und Metall .
Trotz der verbesserten Eigenschaften gegenüber den reinen Me tallen, wie erhöhter Oxidations-Beständigkeit und/oder gerin gerer Dichte der CMCs, die eine Steigerung der Betriebstempe- ratur und eine Reduzierung der Kühlluft der daraus herge stellten Formkörper erlauben, gibt es auch bei den CMCs limi tierende Faktoren, wie beispielsweise das Kornwachstum inner halb der keramischen Matrix.
Die CMC-Material-Oberflache an sich erlaubt daher keine unbe grenzten Steigerungen der thermischen Effizienz. So werden thermisch belastbare Beschichtungen, insbesondere so genannte TBC (Thermal-Barrier-Coating) -Beschichtungen auf CMCs notwen dig .
Als CMCs werden insbesondere die Siliziumcarbid- und/oder Oxide-CMCs, also auf Metallcarbiden und/oder Metalloxiden ba sierende CMC-Materialien eingesetzt, da diese eine erhöhte Beständigkeit gegenüber beispielsweise Korrosion und/oder Oxidation auf.
So ist es auch angebracht, ähnlich wie bei den, hier bei spielsweise als Formkörper genannten Turbinenkomponenten, die komplett aus Superlegierung gemacht sind, bei den CMC- Superlegierungs-Hybridlösungen und/oder auch bei ganz aus CMC gemachten Formkörpern, Beschichtungen, insbesondere thermisch wirksame Barriere-Beschichtungen wie die so genannten Thermal Barrier Coatings - so genannte TBC - Beschichtungen - aufzu bringen .
Beispielsweise wird eine TBC auf einer CMC Oberfläche über ein Sprühverfahren, beispielsweise als Atmospheric Plasma Spraying APS- Beschichtung, aufgebracht. Damit die aufge- sprühte und/oder über Plasma hergestellte Beschichtung jedoch gut haftet, wird vorzugsweise die an sich sehr glatte Ober fläche des CMCs oder CMC-Hybridmaterials noch vorbereitet, beispielsweise aufgeraut. Dabei kommen auch mechanisch an spruchsvolle Aufrauhungsmethoden, wie beispielsweise Sand strahlen oder Laserbestrahlung zum Einsatz. Diese jedoch kön nen auch Schäden der CMC-Oberfläche hervorrufen, die sich dann beispielsweise in Rissbildung mit den entsprechenden ma teriellen Nachteilen bei der Heißgasanwendung äußern. Daher wird nach dem Stand der Technik eine CMC-Oberflache nur wenig bis ungenügend vor dem Aufbringen einer thermisch belastbaren Beschichtung aufgeraut, so dass die Haftung der Beschichtung oft nicht ausreichend ist.
Es sind verschiedene Ansätze bekannt, wie die Haftung der Be schichtungen auf den CMCs optimiert wird ohne die CMC- Oberflache zu stark durch Aufrauen zu beschädigen. Aus der DE 102017210819 ist ein Formkörper bekannt, bei dem in zumindest einer Oberflächen-nahen Lage eines CMC-Laminats ein oder meh rere Bruchfestigkeits-Additive wie beispielsweise Partikel aus Zirkoniumdioxid -Zr02 -, Siliziumdioxid - S1O2-, Magnesi umdioxid - MgÜ2 -, Yttrium- Aluminium-Granat -YAG - und/oder Yttriumoxid Y2O3, allein oder in beliebigen Mischungen, ein gearbeitet sind, damit die Stabilität der CMC-Oberfläche ver bessert ist.
Nachteilig daran kann unter Umständen eine gewisse
Versprödung der CMC-Oberfläche sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Haftung einer CMC-Oberfläche mit einer thermisch belastbaren Be schichtung zu verbessern, insbesondere eine Verbesserung der Stabilität einer CMC-Oberfläche gegenüber Aufrauhungsmethoden wie Sandstrahlen und/oder Laserbehandlung zu erzielen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Er findung, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen offen bart wird, gelöst.
Dementsprechend ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Formkörper aus einem keramischen Kompositmaterial CMC oder aus einem CMC-Metall-Hybridmaterial , wobei die CMC-Oberfläche zumindest teilweise Glaskeramik umfasst.
Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Ver fahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem kerami schen Matrix Komposit CMC, bei dem in einem - ersten Verfahrensschritt ein grüner CMC-Formkörper her gestellt wird,
- in einem zweiten Verfahrensschritt und vor einer Erwär mung und/oder Versinterung des CMC-Formkörpers zur Aus bildung einer Glas-keramischen Oberfläche ein Glaskera mischer Schlicker auf die Oberfläche des grünen CMC- Formkörpers aufgebracht wird und
- in einem dritten Verfahrensschritt der CMC-Formkörper mit einer Oberfläche aus Glaskeramischem Schlicker zum CMC-Formkörper mit Glaskeramischer Oberfläche oder Glas keramischen Anteilen an Oberfläche kombiniert gesintert wird .
Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist, dass eine Glas keramische Schicht oder zumindest Glas-keramische Anteile auf der Oberfläche eines CMC-Formkörpers dort quasi eine Schutz schicht ausbilden, die als thermische und mechanische Schutz schicht dient und/oder eine Oberfläche ausbildet, die die Weiterverarbeitung, also beispielsweise Vorbereitung zur Be schichtung mit einer Thermal-Barrier-Coating- (TBC) -Schicht, erleichtert oder erst beschädigungsfrei ermöglicht.
Insbesondere kann durch Aufbringung eines Schlickers aus glaskeramischem Material, der nach Sinterung eine Glaskeramik ausbildet, auf zumindest Teile der Oberfläche eines
ungesinterten CMC-Formkörpers, wie beispielsweise eines Sta pels aus grünen CMC-Prepreg-Lagen, eine Zwischenschicht auf einem Formkörper aus CMC-Material und/oder CMC-Hybridmaterial durch Wärmebehandlung und/oder Sintern erzeugt werden, deren Härt, thermische und/oder mechanische Beständigkeit weit bes ser als die der reinen CMC-Oberfläche ist und/oder eine Auf rauhung vor einem beispielsweise folgenden APS-Verfahren ohne Schaden, oder mit wesentlich weniger Schaden als die reine CMC-Oberfläche, aushält.
So wird hier beispielsweise vorgeschlagen, die Durchführung eines APS-Verfahrens zur Haftverbesserung von TBC-Schichten mit einer vorhergehenden Ausbildung einer zumindest teilwei- sen Glaskeramischen Oberfläche, die mittels Laser oder Strah lenbehandlung aufzurauen ist, zu kombinieren. Besonders vor teilhaft ist dabei, dass weder die keramische Matrix des CMCs, noch die keramischen Fasern des CMCs durch die kombi nierte Versinterung mit dem Glaskeramischen Schlicker beein trächtigt werden.
Zur Herstellung werden im
- ersten Verfahrensschritt beispielsweise CMC-Prepreg- Lagen auf eine Stützstruktur abgelegt, dann werden diese noch ungesinterten und/oder grünen CMC-Lagen im
zweiten Verfahrensschritt mit glaskeramischem Schlicker oberflächlich versehen, beispielsweise bestrichen, be sprüht oder eingetaucht - und im
- dritten Verfahrensschritt dann kombiniert gesintert und bilden entweder mit oder losgelöst von der Stützstruktur den Formkörper.
Eine CMC-Prepreg-Lage umfasst typischerweise eine keramische Matrix, wie einen Schlicker, in der Fasern, die als Einzelfa ser, geflochtene Faser, Fasergewebe und/oder Faserverbunde vorliegen können, eingebettet sind. Beispielsweise handelt es sich um Siliziumcarbid-Keramik basierte oder um so genannte Oxid-Keramik-basierte Matrix- und/oder Fasermaterialien.
Beispielsweise liegt ein CMC auf Basis von Oxid-Keramik- basierten Matrixmaterialien vor. Darin werden - wiederum bei spielsweise - ebenfalls Oxid-Keramik-basierte Fasern, Faser gewebe und/oder Faserverbunde eingebettet. Deren Materialien sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe folgender Mate rialien: Dotiertes oder undotiertes Aluminiumoxid, Mullit, Yttrium-Aluminium-Granat und/oder mit Zirkoniumoxid dotiertes Aluminiumoxid .
Alle vorgenannten Fasermaterialien können in einer Faser, ei nem Fasergewebe und/oder in einem Faserverbund, wie er vor liegend eingesetzt wird, allein oder in beliebigen Kombinati onen, wie beispielsweise als Aluminiumoxid-Mullit-Faser, vor- liegen. Ebenso können die genannten Materialien allein oder in beliebigen Kombinationen zum Aufbau der Matrix dienen.
Als Glaskeramik wird vorliegend ein mineralisches Material, das - beispielsweise als Schlicker verarbeitet und dann ge sintert - aus einer Glasschmelze durch gesteuerte Kristalli sation herstellbar ist, bezeichnet. Die Verarbeitung des vo rangehenden Schlickers, einer - Lösungsmittelhaltigen, also beispielsweise wässrigen - Aufschlämmung des mineralischen Materials, kann beliebig erfolgen.
Die zähflüssige Masse ist beispielsweise bei Raumtemperatur aufbringbar. Über eine Temperaturbehandlung bis hin zum Sin tern wird dann ein Glas-keramischer Zustand des Materials er reicht, der sich speziell durch seine Härte auszeichnet, wie von den Glaskeramiken im täglichen Gebrauch her bekannt ist. Das glasartige Material ist nach Bildung zumindest teilweise kristallisiert, stabil und schmilzt nicht wieder. Hohe Dauer gebrauchstemperaturen, wie beispielsweise 1200°C und mehr be einträchtigen die Stabilität des glaskeramischen Materials nicht .
Als Beispiele für Glaskeramische Materialien sind unter ande rem viele Arten von Disilikaten bekannt, beispielsweise das MAS-System, wobei MAS für MgO x AI2O3 x nSi02 steht, sowie das analog mit Zinkoxid, ZnÜ2, anstelle des Magnesium-Oxids auf gebaute ZAS, sowie Glaskeramiken aus Lithium-Disilikat und solche mit Phlogopit als Basis. Beispielsweise wird dazu als epitaktischer Keimbildner Zirconium ( IV) -Oxid in Kombination mit Titan ( IV) -Oxid zugesetzt.
Vorteilhafterweise kann als Glaskeramisches Material vorlie gend auch ein mineralisches Material, beispielsweise ein Disilikat, eingesetzt werden, dessen thermischer Ausdehnungs koeffizient an den des Trägersubstrats, also beispielsweise eines CMC-Formkörpers und/oder CMC-Laminatlagenstapels oder eines CMC-Metall-Hybridmaterial-Formkörpers , angeglichen ist. So kann die Glaskeramik mit der CMC-Keramik spannungsfrei, auch bei hohen Dauerbetriebstemperaturen von über 1200 °C, kombiniert werden.
Dafür eignet sich als Glaskeramik beispielsweise ein Yttrium- Aluminium-Granat (YAG) -Disilikat und/oder ein sonstiges Yttrium-Disilikat .
Die Glaskeramik wird bevorzugt, aber nicht ausschließlich, in Form ihres Schlickers, also der breiigen Aufschlämmung, auf den noch grünen, also ungesinterten, CMC-Laminatlagenstapel aufgebracht. Die Schmelze des noch nicht zur Glaskeramik ge sinterten glaskeramischen Materials kann aber auch als Ober fläche und/oder Zwischenschicht auf eine CMC-Oberfläche auf gebracht werden.
Der Glaskeramische Schlicker wird beispielsweise über
Brushing, Spraying, also Bürsten, Wischen, Sprühen, Spritzen oder sonstige Verfahren auf den grünen CMC-Formkörper aufge bracht .
Nach erfolgter Versinterung erhält man einen CMC- Laminatlagenstapel, dessen Oberfläche durch die Glaskeramik temperaturbeständiger, robuster, beispielsweise auch gegen über Aufrauhung und/oder korrosionsbeständiger als die ur sprüngliche reine CMC-Oberfläche ist. In Tests konnte gezeigt werden, dass eine erfindungsgemäß gebildete glaskeramische CMC-Oberfläche auch wesentlich beständiger gegenüber Aufrau hung beispielsweise über Sandstrahlen und/oder mittels Laser behandlung ist, als die unverglaste CMC-Oberfläche .
Die Glaskeramische Oberfläche liegt bevorzugt mit der CMC- Oberfläche kombiniert vor, wenn die Glaskeramik beispielswei se während des gemeinsamen Sinterns zumindest zum Teil mit der CMC-Oberfläche verschmolzen ist. Zumindest liegt nach ge meinsamer Temperaturbehandlung eine gute Haftung zwischen der CMC-Oberfläche und der Glaskeramischen Schicht vor. Bei spielsweise kann es durch die kombinierte Sinterung auch zur Ausbildung von keramischen Mischphasen und/oder kovalenten chemischen Bindungen zwischen der Glaskeramik und der CMC- Oberflache kommen. Die Haftung der Glaskeramischen Schicht auf der Oberfläche des CMCs kann durch Ausbilden von chemi schen Bindungen und/oder durch Ausbildung von keramischen Mischphasen verstärkt sein.
Die Glaskeramische Oberfläche kann beispielsweise auch als Schutz des CMC-Laminatlagenstapels gegenüber Umwelteinflüs sen, wie beispielsweise Wasserdampfkorrosion, dienen.
Eine aufgeraute mit Glaskeramik gemäß der Erfindung versetzte Oberfläche kann mit einer thermischen Barriereschicht, bei spielsweise über APS, beschichtet werden, wobei eine deutlich verbesserte Haftung der thermischen Barriereschicht, insbe sondere gegenüber der reinen nicht aufgerauten CMC-Oberfläche zu beobachten ist.
Gemäß der Erfindung wird die Glaskeramik-Oberfläche zusammen mit dem Sintern des CMC-Laminatlagenstapels durchgeführt, so dass eine gute Anbindung der Glaskeramik an die CMC- Oberflächen durch Verschmelzen während der Sinterung gewähr leistet ist.
Durch die Erfindung wird erstmals eine Möglichkeit angegeben, wie die Oberfläche von CMC - für beispielsweise eine Aufrau hung - mechanisch unempfindlicher gemacht, stabilisiert und/oder verstärkt werden kann. Dazu wird eine Glaskeramik in die Oberfläche des CMCs eingearbeitet und/oder darauf aufge bracht. Besonders bevorzugt ist die Ausführungsform, bei der ein glaskeramischer Schlicker zusammen und kombiniert mit ei nem CMC-Grünkörper gesintert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Formkörper aus einem keramischen Kompositmaterial CMC oder aus einem CMC-Metall-Hybridmaterial , wobei die CMC-Oberflache zumindest teilweise Glaskeramik umfasst.
2. Formkörper nach Anspruch 1, der eine Turbinenkomponente und/oder ein Bauteil eines Abgasstrangs ist.
3. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Glaskeramik zumindest zum Teil als Schicht auf der Oberfläche des Formkörpers vorliegt.
4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine teilweise keramische Mischphasenbildung und/oder eine chemi sche Bindung zwischen der CMC-Keramik-Matrix, den CMC- Verstärkungsfasern einerseits und/oder der Glas-Keramik ande rerseits vorliegen.
5. Formkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf der Oberfläche des Formkörpers eine thermisch belastbare TBC-Schicht angeordnet ist.
6. Formkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Glaskeramik so gewählt ist, dass ihr thermischer Ausdeh nungskoeffizient an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des CMC Materials angeglichen ist.
7. Formkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Glaskeramik ein Disilikat umfasst.
8. Formkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Glaskeramik ein Disilikat mit einem Yttrium und/oder ei nem Yttrium-Aluminium-Granat umfasst.
9. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem ke ramischen Matrix Komposit CMC, bei dem in einem - ersten Verfahrensschritt ein grüner CMC-Formkörper her gestellt wird,
- in einem zweiten Verfahrensschritt und vor einer Erwär mung und/oder Versinterung des CMC-Formkörpers zur Aus bildung einer Glas-keramischen Oberfläche ein Glaskera mischer Schlicker auf die Oberfläche des grünen CMC- Formkörpers aufgebracht wird und
- in einem dritten Verfahrensschritt der CMC-Formkörper mit einer Oberfläche aus Glaskeramischem Schlicker zum CMC-Formkörper mit Glaskeramischer Oberfläche oder Glas keramischen Anteilen an Oberfläche kombiniert gesintert wird .
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der grüne CMC-Formkörper ein Stapel aus CMC-Prepreg-Laminatlagen ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt die Glas-keramische Oberflä che des Formkörpers oder die zumindest Glaskeramische Anteile umfassende Oberfläche aufgeraut wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem durch Sandstrahlen und/oder mittels Laserbehandlung die Oberfläche aufgeraut wird .
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis
12, bei dem in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die Oberfläche des Formkörpers mit einer thermischen
Barriereschicht - TBC - beschichtet wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis
13, bei dem die TBC-Schicht mittels Atmospheric Plasma
Spraying - APS - erzeugt wird.
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