Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
TWO-PLY CERAMIC THERMAL INSULATION LAYER HAVING A TRANSITION ZONE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/162221
Kind Code:
A1
Abstract:
By introducing a transition zone between two different ceramic materials of a ceramic thermal insulation layer system, wherein the transition zone is considerably thinner than the lower and upper ceramic layers and the gradation is close, a thick thermal insulation layer can be produced.

Inventors:
HALBERSTADT KNUT (DE)
STAMM WERNER (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/056522
Publication Date:
October 13, 2016
Filing Date:
March 24, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
C23C28/02; C23C4/02; C23C4/073; C23C4/11; C23C4/134; C23C28/00
Foreign References:
EP1990328A12008-11-12
Other References:
CHEN H ET AL: "Design, Preparation, and Characterization of Graded YSZ/La2Zr2O7 Thermal Barrier Coatings", JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY, vol. 93, no. 6, 29 January 2010 (2010-01-29), American Ceramic Society [US], pages 1732 - 1740, XP055276763, ISSN: 0002-7820, DOI: 10.1111/j.1551-2916.2010.03610.x
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Keramisches Wärmedämmschichtsystem (1),

zumindest aufweisend:

ein Substrat ( 4 ) ,

insbesondere metallisch,

ganz insbesondere aus einer Nickelbasis-Superlegierung, eine Haftvermittlerschicht (7),

insbesondere eine metallische Haftvermittlerschicht (7), ganz insbesondere aus einer MCrAlY-Legierung, M = Ni, Co und/oder Fe,

einer unteren keramischen Schicht (10) aus teilstabilisiertem Zirkonoxid,

die insbesondere nur aus teilstabilisiertem Zirkonoxid be¬ steht,

eine keramische Übergangszone (15),

die sowohl teilstabilisiertes Zirkonoxid als auch Pyrochlor aufweist,

die insbesondere nur aus Zirkonoxid und Pyrochlor besteht, sowie eine äußerste keramische Schicht (13) aus Pyrochlor, die kein teilstabilisiertes Zirkonoxid aufweist,

insbesondere mindestens 85% Pyrochlor aufweist.

2. Schichtsystem nach Anspruch 1,

bei dem die äußerste keramische Schicht (13) genauso dick ist wie die untere keramische Schicht (10) .

3. Schichtsystem nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2,

bei dem die untere keramische Schicht (10) 300μm ± 50μm dick ist.

4. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1, 2 oder 3,

bei dem die äußerste keramische Schicht (13) 300μm ± 50μm dick ist.

5. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1, 3 oder 4,

bei dem die äußerste keramische Schicht (13) mindestens 10 dicker ist als die untere keramische Schicht (10) .

6. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5,

bei dem die keramische Übergangszone (15) aus zwei kerami¬ schen Zwischenschichten besteht,

die verschiedene Anteile von Zirkonoxid und Pyrochlor auf¬ weisen,

insbesondere nur Anteile von Zirkonoxid und Pyrochlor auf- weisen.

7. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6,

bei der die erste keramische Zwischenschicht der kerami¬ schen Übergangszone (15) auf der unteren keramischen

Schicht (10) 60% teilstabilisiertes Zirkonoxid und 40% Pyrochlor aufweist.

8. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7,

bei dem der Anteil an Zirkonoxid in der zweiten Zwischenschicht direkt unter der äußersten keramischen Schicht (13) bei 40% teilstabilisiertem Zirkonoxid und 60% Pyrochlor liegt .

9. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem die keramischen Zwischenschichten gleich dick sind, insbesondere zwischen 40μm und 60μm dick sind.

10. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9,

bei dem der absolute Unterschied in dem Anteil von Pyro- chlor in den zwei keramischen Zwischenschichten höchstens

30%, insbesondere höchstens 20% beträgt.

11. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehen- den Ansprüche 6 bis 9,

bei dem der absolute Unterschied in dem Anteil von

Zirkonoxid in den zwei keramischen Zwischenschichten höchstens 30%, insbesondere höchstens 20% beträgt.

12. Schichtsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10,

bei dem das Pyrochlor Gadoliniumzirkonat aufweist.

Description:
Zweilagige keramische Wärmedämmschicht mit Ubergangszone

Die Erfindung betrifft eine keramische Wärmedämmschicht, die mehrere Lagen aufweist.

Bei Gasturbinen wird zunehmend ein Wärmedämmschichtsystem eingesetzt, welches aus einer zweilagigen Keramik auf einer metallischen Beschichtung besteht.

Bisherige Erfahrungen zeigten, dass die Bindung der zweilagigen Keramik zwischen Zirkonoxid- und einer Pyrochlorschicht aufgrund unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften nicht stark genug ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen .

Die Aufgabe wird gelöst durch ein keramisches Wärmedämm ¬ schichtsystem nach Anspruch 1.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön ¬ nen, um weitere Vorteile zu erzielen.

Die Figuren zeigen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Figur 1 zeigt ein Wärmedämmschichtsystem auf,

Figur 2 zeigt eine Liste von Superlegierungen .

Die Figur 1 zeigt ein Wärmedämmschichtsystem 1.

Als vorzugsweise metallisches Substrat 4 wird vorzugsweise eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung, insbesondere gemäß Figur 2 verwendet.

Auf dem Substrat 4 ist eine, insbesondere metallische, Haft ¬ vermittlerschicht 7 vorhanden. Dies ist insbesondere eine Überzugsschicht aus einer MCrAlY-Legierung (M = Ni, Co und/oder Fe) . Auf dieser insbesondere metallischen Haftvermittlerschicht 7 ist dann eine Oxidschicht (nicht dargestellt) vorhanden bzw. entwickelt sich während des Betriebs oder des Beschichtens mit der nachfolgenden keramischen Beschichtung.

Eine untere keramische Beschichtung 10 auf der Haftvermitt ¬ lerschicht 7 weist eine teilstabilisierte Zirkonoxidschicht (SZ) auf, die insbesondere durch Yttrium (Y) stabilisiert ist (YSZ) .

Insbesondere besteht die untere keramische Beschichtung 10 nur aus teilstabilisiertem Zirkonoxid.

Die äußerste keramische Schicht 13 aus Pyrochlor stellt vor ¬ zugsweise eine Schicht aus Gadoliniumzirkonat (GZO) dar bzw. aus Gadoliniumhafnat (GHO) - bzw. Mischungen daraus dar.

Insbesondere weist die äußerste keramische Schicht mindestens 85% Pyrochlor auf.

Zwischen der äußersten keramischen Schicht 13 und der unteren keramischen Schicht 10 ist eine keramische Übergangszone 15 vorhanden .

Die keramische Übergangszone 15 weist eine erste Schicht aus einer Mischung von insbesondere 60% SZ und 40% Pyrochlor und in einer zweiten Zwischenlage von 40% SZ und 60% Pyrochlor auf.

Der Unterschied in dem Anteil von Pyrochlor in den zwei kera ¬ mischen Schichten liegt höchstens bei 30%, insbesondere höchstens bei 20% (60% - 40% = 20%) . Entsprechendes gilt dann für SZ oder YSZ.

Die Anteile von SZ und Pyrochlor bzw. GZO bzw. GHO liegen relativ dicht beieinander.

Insbesondere sind nur zwei keramische Schichten für die kera ¬ mische Übergangszone 15 vorhanden. Für die untere keramische Schicht 10 ist vorzugsweise eine Dicke von 300μm ± 50μm vorgesehen. Eine vergleichbare Dicke ergibt sich vorzugsweise für die äußerste Pyrochlor-Schicht 13, wobei diese auch dicker ausge ¬ führt werden kann. Jedoch ist die keramische Übergangszone 15 mit maximal 120μm, insbesondere maximal lOOμm deutlich dünner ausgeführt.

Vorzugsweise sind die keramischen Zwischenschichten gleich dick .

Nach dem Aufspritzen der metallischen Beschichtung mittels Vakuum-Plasma- oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen werden auf einer geeigneten APS-Spritzanlage die keramischen Schichten aufgebracht.

Die Beschichtungspistole dieser APS-Anlage wird mit Pulver ¬ förderlinien versehen, bei denen das YSZ- sowie das GZO- Spritzpulver parallel zur Verfügung steht. Es wird zuerst eine Schicht in der gewünschten Dicke aus YSZ gespritzt.

Diese ist vorzugsweise mindestens 250μηι dick, um ein Span ¬ nungsübertrag von der MCrAlY aus über die YSZ-Schicht auf das GZO zu verhindern. Ist diese fertig, wird der der Pistole zu ¬ geführte YSZ-Pulveranteil verringert, und der Anteil von GZO in gleichem Maße angehoben, wie YSZ verringert wird, bis nur noch reines GZO gespritzt wird. Hiermit wird dann die ge ¬ wünschte Dicke der GZO-Lage fertig gestellt.

Da alle Beschichtungen durch mehrfach übereinander gelegte Lagen aus gleichem Material aufgebaut werden, wird der Über- gang zwischen den Anteilen der beiden Pulver nicht kontinuierlich fließend sondern gestuft sein:

untere keramische Schicht

1. Zwischenschicht

2. Zwischenschicht

äußerste keramische Schicht:

300μm YSZ ± 50μm (100%)

40-60μm YSZ (60%) + GZO (40%)

40-60μm YSZ (40%) + GZO (60%) 300μm ± 50μηι GZO (100%) .