Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3669
Mit dem Faktorenversuchsplan wird ein Verfahren angewendet, das eindeutig den
Spritzabstand als wichtigsten Faktor bezüglich der Porosität und des
Auftragswirkungsgrades beim Triplex-Brenner ermittelt. Für beide Brenner
läßt sich zunehmender Verschleiß (vor allem an den Kathoden) an Hand
unterschiedlicher Schichtporositäten nachweisen, wobei der Triplex-Brenner
einem wesentlich stärkeren Verschleiß unterliegt als der F4-Brenner.
Verschleißreduzierende Maßnahmen, wie z.B. die Verwendung einer geringeren
elektrischen Leistung, tragen dazu bei, eine sehr gute Reproduzierbarkeiten
bei der Schichtherstellung zu erzielen. Parametersätze können dabei jedoch
nicht von Flachproben direkt auf Zylinderproben oder andere Probengeometrien
übertragen werden. Ausführlich wird auch auf die Eignung und
Reproduzierbarkeit der einzelnen Untersuchungsmethoden für die
Charakterisierung von keramischen Wärmedämmschichten eingegangen:
So belegen die Quecksilberporosimetriemessungen eine bimodale Porenverteilung
der Keramik, die durch die Bildanalyse bei realistischen Vergrößerungen und
Versuchsaufwand nicht festgestellt werden kann. Für die genaue Ermittlung von
Spannungsmessungen in einer WDS erwiesen sich die durchgeführten
Ramanuntersuchungen als zu ungenau. Ebenso ist die Messung des E-Moluls
nicht trivial, da der Wert z.B. von der Auflagelast, der Meßmethode und der
Porenform abhängt. Generell sind Meßmethoden des E-Moduls, bei denen ein
möglichst großer Teil des Gefüges einen Einfluß auf das Meßergebnis hat,
lokal stark begrenzten Meßmethoden wie dem Mikroindenter vorzuziehen.
Zusammenfassend ist zu sagen, daß die Schichtherstellung mittels
Plasmaspritzens aufgrund der hohen Komplexität und der Vielzahl der
Einflußfaktoren ständiger Kontrolle und Überprüfung bedarf. Die
Reproduzierbarkeit der Schichtmorphologien und -eigenschaften konnte
durch Verbesserungen im Spritzbetrieb sichergestellt und weiterentwickelt
werden. Der Triplex-Brenner hat sich im Betrieb trotz Verschleiß als extrem
zuverlässig erwiesen und ermöglicht eine sehr homogene und reproduzierbare
Schichtherstellung. Die Wahl der Charakterisierungsmethode und ihre Interpretation
muß besonders kritisch durchgeführt werden. Das gilt vor allem für die zu
untersuchenden porösen Keramiken mit ihren großen Inhomogenitätsdichten.
Siebert, Bernhard
Reproduzierbare Herstellung und Charakterisierung von plasmagespritzten Wärmedämmschichtsystemen auf ZrO2-Basis
122 S., 1999
Der heutige Stand der Technik ermöglicht das Aufbringen von plasmagespritzten
Wärmedämmschichtsystemen - speziell auch im Turbinenbau - mit dem Ziel, durch
höhere Eintritts-temperaturen den Wirkungsgrad von Turbinen zu steigern und
damit die Rentabilität zu erhöhen bzw. Schadstoffemission und (Stromerzeugungs-)
Kosten zu senken. Es kommt dabei ein 2-Schichtsystem zum Einsatz, das aus einer
metallischen, vakuumplasmagespritzen NiCoCrAlY-Haftvermittlerschicht
zum Oxidationsschutz und einer keramischen, atmosphärisch plasmagespritzten
7-8 Gew.% Y2O3-ZrO2 Wärmedämmschicht als Hitzeschild besteht.
Untersucht wird in dieser Arbeit die Schichtherstellung zum einen mit dem in
der Industrie schon länger zum Einsatz kommenden F4-Plasmabrenner sowie mit
der neuen Triplex-Brenner Technologie. Hierbei wurden Parametervariationen
und -studien für die Bond-Coats ausschließlich mit dem F4-Brenner durchgeführt,
für die Top-Coats mit F4- und Triplex-Brenner. Zum anderen erfolgten zur
Charakterisierung der hergestellten Schichten umfangreiche Untersuchungen
mittels Quecksilberporosimetrie, Bildanalyse, Mikroindenter und Härtemessung,
Thermozyklierstand, Ramanmikroskopie, Rauhigkeitsmessungen, Dilatometetrie,
REM und Lichtmikroskopie.
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