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Laser-additiv gefertigte keramische Mikrosäulen als Hitzeschilde in Gasturbinen

Fertigung der keramischen Mikrosäulen.

Keramische Korrosions- und Hitzeschutzschichten sind eine essentielle Technologie beim Einsatz metallischer Werkstoffe für stark temperatur­belastete Bauteile. Zur Kompensation des unterschiedlichen Ausdehnungs­verhaltens von Keramik und Metall bei Temperaturänderungen werden diese Schichten mit hoch-poröser oder kolumnarer Mikrostruktur gefertigt. Forschende am Forschungszentrum Jülich ent­wickelten eine neue Variante des Laser-Auftragsschweißens (Clad2Z), mit der sie keramische Säulen im Größenbereich weniger 100 Mikrometer bis zu mehreren Millimetern erzeugten. Durch die Aufbringung vieler, eng aneinander stehender Mikrosäulen wurden mit diesem additiven Verfahren Wärmedämmschichten hergestellt, die in ersten Tests unter betriebsnahen Bedingungen vergleichbare oder höhere Lebensdauern zeigten, als mit der physikalischen Gasphasenabscheidung (hier EB-PVD) oder dem thermischen Spritzen hergestellte Vergleichsschichten. Im Vergleich zu diesen etablierten Verfahren wird bei Clad2Z mit geringem anlagentechnischem Aufwand eine hohe Variabilität der erzeugten Mikrostrukturen im sub-Millimeterbereich erreicht. Damit wird die Reparatur von lokal begrenzten Schäden oder auch eine flexible Anpassung der Schichtstruktur auf geometrisch komplexen Bauteilen sogar on-site möglich. Mehrlagige Anordnungen oder auch die Verwendung geschwungener Strukturen bieten weitere Möglichkeiten für die Erzeugung komplexer Baukörper sowie die Übertragung auch auf weitere Anwendungsfelder.

Links Werkstück aus keramisch gefertigten Mikrosäulen, rechts mikroskopische Aufsicht des Materials.