WärmedämmschichtSystem

Die Erfindung betrifft ein Wärmedämmschichtsystem für Bauteile, insbesondere für metallische Bauteile einer Gasturbine wie eines Flugtriebwerks, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einem Wärmedämmschichtsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Zum Schutz vor hohen Temperaturen und vor Heißgaskorrosion werden metallische Bauteile einer Gasturbine mit Wärmedämmschichten versehen. So zeigt zum Beispiel die DE 100 08 861 Al ein Wärmedämmschichtsystem für ein metallisches Bauteil, wobei das Wärmedämmschichtsystem aus zwei Schichten besteht, nämlich aus einer inneren Kontaktschicht und einer äußeren Deckschicht. Die innere Kontaktschicht befindet sich zwischen ' einer Haftvermittlungsschicht und der äußeren Deckschicht, wobei die Haftvermittlungsschicht auf dem Bauteil aufgebracht ist. Nach der DE 100 08 861 Al besteht die innere Kontaktschicht des Wärmedämmschichtsystems ganz o- der überwiegend aus mit Yttriumoxid (Y ₂ O ₃ ) teilstabilisiertem Zirkonoxid oder aus einem Glas-Metall-Kompositwerkstoff, die äußere Deckschicht besteht aus vollstabilisiertem, kubischem Zirkonoxid.

Weitere Wärmedämmschichtsysteme sind aus der DE 197 43 579 C2 und aus der DE 198 07 163 Cl bekannt. Die DE 197 43 579 C2 offenbart ein Wärmedämmschichtsystem aus einem keramischen Wärmedämmgrundwerkstoff, wobei der Wärmedämmgrundwerkstoff durch thermisches Spritzen auf eine Bauteiloberfläche eines metallischen Bauteils aufgebracht ist. Die DE 198 07 163 Cl offenbart einen speziellen Wärmedämmgrundwerkstoff für ein Wärmedämmschichtsystem.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Wärmedämmschichtsysteme, die aus den bekannten Wärmedämmgrundwerkstoffen hergestellt sind, weisen eine thermische Leitfähigkeit in der Größenordnung zwischen 1 und 2 W/Km auf. Hierdurch wird die maximale Wärmedämmung der aus dem Stand der Technik bekannten Wärmedämmschichtsysteme definiert.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Wärmedämmschichtsystem für Bauteile, insbesondere für metallische Bauteile einer Gasturbine wie eines Flugtriebwerks, sowie ein entsprechendes Bauteil zu schaffen.

Dieses Problem wird durch ein Wärmedäiranschichtsystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist in den Wärmedämmgrundwerkstoff mindestens ein Aerogel eingelagert bzw. eingebettet.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird ein Wärmedämmschichtsystem aus einem Wärmedämmgrundwerkstoff vorgeschlagen, wobei in den Wärmedämmgrundwerkstoff mindestens ein Aerogel eingelagert bzw. eingebettet ist. Bei Aerogelen handelt es sich um extrem poröse sowie sehr leichte Werkstoffe, die praktisch aus jedem Metalloxid, aus Metalloxidmischungen oder sonstigen Materialien hergestellt werden können. Durch die Einlagerung bzw. Einbettung mindestens eines Aerogels in den Wärmedämmgrundwerkstoff eines Wärmedämmschichtsystems kann die thermische Leitfähigkeit stark reduziert werden, vorzugsweise auf eine Größenordnung zwischen 0,01 und 0,02 W/Km. Mit dem erfindungsgemäßen WärmedämmschichtSystem kann demnach gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Wärmedämmschichtsystemen eine deutlich höhere Wärmedämmung realisiert werden. Bedingt dadurch, dass die Aerogele in einen Wärmedämmgrundwerkstoff eingebettet bzw. eingelagert sind, verfügt das erfindungsgemäße Wärmedämmschichtsystem über eine Abriebfestigkeit, die mit den aus dem Stand der Technik bekannten Wärmedämmschichtsystemen vergleichbar ist.

Vorzugsweise ist das oder jedes in den Wärmedämmgrundwerkstoff eingelagerte bzw. eingebettete Aerogel als oxidisches Aerogel ausgebildet und aus einem dem Wärmedämmgrundwerkstoff entsprechenden Werkstoff gebildet .

Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Wärmedämmschichtsystem als Einlagensystem ausgebildet, wobei die einzige Lage desselben aus dem Wärmedämmgrundwerkstoff und dem oder jedem in den Wärmedämmgrundwerkstoff eingelagerten Aerogel gebildet ist.

Nach einer alternativen, zweiten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Wärmedämmschichtsystem als Mehrlagensystem ausgebildet, wobei zwischen zwei Lagen, die ausschließlich aus dem Wärmedämmgrundwerkstoff gebildet sind, jeweils eine Lage positioniert ist, die aus dem Wärmedämmgrundwerkstoff und dem oder jedem in denselben eingelagerten Aerogel gebildet ist.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen stark schematisierten Querschnitt durch ein Wärmedämmschichtsystem nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen stark schematisierten Querschnitt durch ein Wärmedämm- schichtsystem nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 3 einen stark schematisierten Querschnitt durch ein Wärmedämmschichtsystem nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung

Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 in größerem Detail beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der hier vorliegenden Erfindung in stark schematisierter Darstellung, wobei auf einem Bauteil 10 ein erfindungsgemäßes Wärmedämmschichtsystem 11 aufgebracht ist. Bei dem Bauteil 10 handelt es sich vorzugsweise um ein metallisches Bauteil einer Gasturbine, insbesondere um ein metallisches Bauteil eines Flugtriebwerks .

Auf eine Oberfläche 12 des Bauteils 10 ist das erfindungsgemäße Wärmedämmschichtsystem 11 aufgebracht, wobei das Wärmedämmschichtsystem 11 des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 als Einlagensystem ausgebildet ist. Das Wärmedämmschichtsystem 11 der Fig. 1 verfügt demnach über eine einzige Lage, wobei die Lage aus einem Wärmedämmgrundwerkstoff und aus mindestens einem in den Wärmedämmgrundwerkstoff eingelagerten bzw. eingebetteten Ae- rogel gebildet ist.

Bei dem Wärmedämmgrundwerkstoff des Wärmedämmschichtsystems 11 kann es sich um alle aus dem Gasturbinenbau bzw. Flugtriebwerksbau bekannten Wärmedämmgrundwerkstoffe handeln, so z.B. um Aluminiumoxid, yttriumstabilisiertes Zirkonoxid oder auch um Lanthanhexaaluminat . In einen derartigen Wärmedämmgrundwerkstoff ist mindestens ein Aerogel, vorzugsweise ein oxidisches Aerogel, eingelagert. Vorzugsweise ist das oder jedes Aerogel aus einem Werkstoff gebildet, der an den Wärmedämmgrundwerkstoff angepasst ist. Dann, wenn der Wärmedämmgrundwerkstoff yttriumstabilisiertes Zirkonoxid ist, kann das Aerogele aus Zirkonoxid gebildet sein. Dann, wenn der Wärmedämmgrundwerkstoff Lanthanhexaaluminat ist, ist das Aerogel vorzugsweise aus Lanthanhexaaluminat gebildet.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es sich bei Aerogelen um extrem poröse und sehr leichte Werkstoffe handelt. Aerogele können nahezu

aus jedem Metalloxid oder aus Metalloxidmischungen oder auch aus anderen Materialien hergestellt werden. Aerogele verfugen über ein Porenvolumen zwischen 85% und 99%. Derartige Aerogele werden vorzugsweise dadurch hergestellt, dass ein Ausgangsmaterial, z.B. ein Metalloxid, in einem Losungsmittel aufgelost wird, wobei anschließend durch Zugabe von Wasser eine Hydrolyse erfolgt. Sodann erfolgt eine Aggregation von hydrolisier- ten Monomeren zu kolloidalen Teilchen, wobei nachfolgend eine Gelation durchgeführt wird, bei welcher die kolloidalen Teilchen ein dreidimensionales Netzwerk ausbilden. Im Anschluss an die Gelation erfolgt eine Trocknung durch Entfernen der flussigen Phasen, wobei als Ergebnis dann ein Aerogel vorliegt.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausfuhrungsbeispiel der hier vorliegenden Erfindung, wobei im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 2 wiederum auf der Bauteil- oberflache 12 eines vorzugsweise metallischen Bauteils 10 ein Warmedamm- schichtsystem 13 aufgebracht ist. Das Warmedammschichtsystem 13 des Aus- fuhrungsbeispiels der Fig. 2 ist als Mehrlagensystem ausgebildet und verfugt demnach über mehrere Lagen. Erste Lagen 14 sind ausschließlich aus dem Warmedammgrundwerkstoff gebildet, zweite Lagen 15 hingegen bestehen aus dem Warmedammgrundwerkstoff und mindestens einem m den Warmedammgrundwerkstoff eingelagerten Aerogel. Zwischen zwei Lagen 14 aus dem Warmedammgrundwerkstoff ist dabei jeweils eine Lage 15 aus dem Warmedammgrundwerkstoff mit dem in denselben eingelagerten Aerogel angeordnet. Mit einem derartigen Mehrlagensystem bzw. Multilayersystem kann die thermische Sperrwirkung gegenüber dem Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 1 nochmals optimiert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Lagen 15 mit dem eingelagerten Aerogel wesentlich dunner ausgebildet werden können als die Lagen 14, die lediglich aus dem Warmedammgrundwerkstoff gebildet sind.

Em weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines erfmdungsgemaßen Warmedamm- schichtsystems 16 zeigt Fig. 3, wobei sich das Warmedammschichtsystem 16 der Fig. 3 vom Warmedammschichtsystem 13 der Fig. 2 lediglich dadurch unterscheidet, dass auf die äußere Lage 15, die aus dem Warmedammgrundwerk- stoff und dem m den Warmedammgrundwerkstoff eingelagerten Aerogel gebildet ist, eine Lage 17 aus dem Warmedammgrundwerkstoff aufgebracht ist. Im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 3 wird das Warmedammschichtsystem 16 nach außen hm demnach von einer Lage 17 aus dem Warmedammgrundwerkstoff abgeschlossen. Durch die äußere Lage 17 kann die Abriebfestigkeit des Warme- dammschichtSystems 16 erhöht werden.

Zur Herstellung der erfmdungsgemaßen Warmedammschichtsysteme wird so vorgegangen, dass ein Pulver aus Warmedammgrundwerkstoff mit Partikeln

aus Aerogel gemischt werden, wobei dann diese Mischung verwendet wird, um das Wärmedämmschichtsystem der Fig. 1 oder die Lagen 15 der Wärmedämmschichtsysteme 13 und 16 der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 2 und 3 über einen Schlickerprozess oder Sol-Gel-Prozess oder über thermisches Spritzen auf das Bauteil 10 aufzubringen.

Zwischen den Wärmedämmschichtsystemen 11, 13 und 16 der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 bis 3 und dem Bauteil 10 kann jeweils eine Haftvermittlungsschicht angeordnet sein. Derartige Haftvermittlungsschichten sind vorzugsweise aus einem MCrAlY-Werkstoff gebildet.

In den Wärmedämmgrundwerkstoff der erfindungsgemäßen WärmedämmschichtSysteme können auch mehrere unterschiedliche Aerogele eingelagert bzw. eingebettet sein.

Das erfindungsgemäße Wärmedämmschichtsystem findet bevorzugt Verwendung bei metallischen Bauteilen einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks .