Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung der Ober fläche von Bauteilen aus keramischen Faserverbundwerkstoffen zum Aufbringen einer umgebungsstabilen Schutzschicht, sowie ein Verfahren zum Aufbringen einer umgebungsstabilen Schutz schicht auf der Oberfläche eines Bauteils aus keramischen Fa serverbundwerkstoffen.

Bauteile aus keramischen Faserverbundwerkstoffen werden ver- mehrt insbesondere in Bereichen mit hoher thermischer Belas tung eingesetzt. So können Brennkammerwände und Turbinenschau feln von Gasturbinen bzw. Flugzeugtriebwerken aus keramischen Faserverbundwerkstoffen hergestellt sein.

Aufgrund des Oxidationsverhaltens bekannter keramischer Faser- Verbundwerkstoffen ist in der Regel eine umgebungsstabile

Schutzschicht auf der Oberfläche entsprechender Bauteile vor zusehen. Ist diese Schutzschicht eines Bauteils derart abge nutzt oder beschädigt, dass der darunterliegende keramische Faserverbundwerkstoff frei liegt, ist im Stand der Technik derzeit kein Verfahren bekannt, ein entsprechendes Bauteil in stand setzen zu können. Vielmehr ist die regelmäßig sehr kos tenintensive Neuanschaffung erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reinigung der Oberfläche von Bauteilen aus keramischen Faser- Verbundwerkstoffen, welches die (erneute) Anbringung einer um gebungsstabilen Schutzschicht ermöglicht, sowie ein Verfahren zum Aufbringen einer umgebungsstabilen Schutzschicht auf der Oberfläche eines Bauteils aus keramischen Faserverbundwerk- stoffen zu schaffen. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Haupt anspruch sowie durch ein Verfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der ab hängigen Ansprüche. Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reinigung der Oberfläche von Bauteilen aus keramischen Faserverbundwerkstof fen zum Aufbringen einer umgebungsstabilen Schutzschicht, wo bei die für das Aufbringen einer umgebungsstabilen Schutz schicht hinderlichen Oxide an der Oberfläche des keramischen Faserverbundwerkstoffes durch Fluorid-Ionen-Reinigung und/oder Strippen der Oxide in Wasserdampf- und/oder Wasserstoff-Atmo sphäre entfernt werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Aufbringen einer umgebungsstabilen Schutzschicht auf der Oberfläche eines Bauteils aus keramischen Faserverbundwerkstoffen, mit den Schritten:

- Reinigung der Oberfläche des Bauteils mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren; und

- Aufbringen der umgebungsstabilen Schutzschicht auf die gereinigte Oberfläche des Bauteils.

Die Erfindung hat erkannt, dass ein nicht bereits unmittelbar während der eigentlichen Herstellung eines Bauteils aus kera mischen Faserverbundwerkstoffen erfolgtes Aufbringen einer um gebungsstabilen Schutzschicht in der Regel nicht oder nicht zuverlässig möglich ist, da sich auf der Oberfläche des Bau teils, also an dem keramischen Faserverbundwerkstoff, Oxide gebildet haben, die ein sicheres Anhaften einer umgebungs stabilen Schutzschicht verhindern. Basierend auf dieser Er kenntnis, schlägt die Erfindung vor, diese Oxide mit dafür überraschend geeigneten und lediglich aus anderen Bereichen der Technik bekannten Methoden zu entfernen.

Eine dieser Methoden ist die Fluorid-Ionen-Reinigung (Fluoride Ion Cleaning, FIC) bei der die oxidierte Oberfläche des kera mischen Faserverbundwerkstoffs mit Fluorid-Ionen, vorzugsweise Fluorwasserstoffionen, behandelt wird. Die Fluorid-Ionen rea gieren mit den Oxiden an der Oberfläche und lösen sie ab. Es hat sich gezeigt, dass zur Durchführung dieser Fluorid-Ionen- Reinigung eine Prozesstemperatur von 900°C bis 1200°C, vor zugsweise von 975°C bis 1100°C, weiter vorzugsweise von 990°C bis 1030°C vorteilhaft sein kann.

Alternativ kann die zu reinigende Oberfläche des keramischen Faserverbundwerkstoffs einer Wasserdampf- und/oder Wasser stoff-Atmosphäre ausgesetzt werden, wodurch die Oxide an der Oberfläche gestrippt (also abgelöst) werden. Das Strippen in Wasserstoff-Atmosphäre erfolgt dabei bevorzugt bei einer Pro zesstemperatur von 900°C bis 1200°C, vorzugsweise von 1000°C bis 1150°C, weiter vorzugsweise von 1090°C bis 1120°C. Für das Strippen in Wasserdampf-Atmosphäre ist bevorzugt, wenn die Prozesstemperatur 1000°C bis 1400°C, vorzugsweise 1150°C bis 1350°C, weiter vorzugsweise 1250°C bis 1300°C beträgt.

Es ist selbstverständlich auch möglich, sämtlich der vorste hend genannten Methoden sequenziell durchzuführen, um das Rei nigungsergebnis ggf. zu steigern. Die Reihenfolge ist dabei grundsätzlich frei wählbar. Es sei erneut angemerkt, dass die einzelnen Methoden, wie die Fluorid-Ionen-Reinigung oder das Strippen in Wasserstoff-Atmosphäre für andere Anwendungsfälle und Materialien, wie bspw. Nickelbasislegierungen und/oder der Reduzierung von A1 ₂ 0- oder Cr ₂ 0-Schichten, bekannt sein mögen; für die Eignung und tatsächliche Verwendung dieser Methoden für keramische Faserverbundwerkstoffe gilt dies jedoch nicht. Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die einzelnen Fasern des keramischen Faserverbund werkstoffs nicht, und der keramische Faserverbundwerkstoff als solches ebenfalls nicht oder durch oberflächliche Reaktion der Matrix mit dem Reinigungsmedium nur in sehr geringem und ins besondere leicht ausgleichbarem Umfang beschädigt werden.

Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren ermöglicht erstmals das Aufbringen einer umgebungsstabilen Schutzschicht auf der Oberfläche eines Bauteils aus keramischen Faserverbundwerk stoffen, auf dessen Oberfläche sich bereits Oxide gebildet ha ben.

Dazu wird, wie beschrieben, die Oberfläche mit dem erfindungs gemäßen Verfahren gereinigt und anschließend - bevor sich neue Oxide bilden können - die gewünschte umgebungsstabile Schutz schicht auf die so gereinigte Oberfläche des Bauteils aufge bracht.

Insbesondere sofern die Oberfläche des Bauteils auch mechani sche Beschädigungen aufweist, ist es bevorzugt, wenn vor dem Aufbringen der umgebungsstabilen Schutzschicht der keramische Faserverbundwerkstoff an der gereinigten Oberfläche mit Sili zium oder einer Silizium-Legierung infiltriert wird. Die Le gierungselemente können Bor, Hafnium, Yttrium, Titan und/oder Zirconium sein. Dadurch kann eine gleichförmige Oberfläche als Grundlage für die umgebungsstabile Schutzschicht geschaffen werden. Auch werden durch diese Infiltration evtl, bei der Reinigung aufgetretene leichte Beschädigungen der Matrix des keramischen Faserverbundwerkstoffs ausgeglichen.

Alternativ dazu kann vor dem Aufbringen der umgebungsstabilen Schutzschicht an der gereinigten Oberfläche ein siliziumcar- bid- oder carbonbasiertes Polymer, das Partikel oder Fasern enthalten kann, aufgebracht werden, wobei die Partikel oder Fasern vorzugsweise Silizium, Carbon, oder Siliziumcarbid ent halten. Auch hierdurch kann eine gleichmäßige Oberfläche als Grundlage für die umgebungsstabile Schutzschicht geschaffen werden, die auch evtl. bei der Reinigung aufgetretene leichte Beschädigungen der Matrix des keramischen Faserverbundwerk stoffs ausgleichen kann.

Vor dem Aufbringen der umgebungsstabilen Schutzschicht und/o der vor dem Aufbringen eines siliziumcarbid- oder carbonba sierten Polymers kann darüber hinaus eine Silizium-Haftschicht aufgebracht werden. Dadurch wird das Anhaften einer nachfol gend aufgetragenen Schicht an die bestehende Oberfläche ver bessert. Die Silizium-Haftschicht kann dabei durch physikali sche Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, Ka thodenzerstäubungsverfahren oder thermische Spritzverfahren aufgebracht werden.

Das Verfahren zum Aufbringen einer umgebungsstabilen Schutz schicht, wie vorstehend beschrieben, geht davon aus, dass die Oberfläche - abgesehen von denjenigen, die sich nicht mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren entfernen lassen - frei von Rückständen ist. Insbesondere, wenn es sich bei dem Bau teil um ein gebrauchtes Bauteil mit beschädigter Schutzschicht handelt, ist es bevorzugt, wenn vor der Reinigung der Oberflä che des Bauteils vorhandene Reste einer alten und/oder beschä digten umgebungsstabilen Schutzschicht entfernt werden. So kann eine hohe Qualität der mit dem erfindungsgemäßen Verfah ren aufgebrachten umgebungsstabilen Schutzschicht erreicht werden.

Bei dem Bauteil aus keramischem Faserverbundwerkstoff kann es sich um ein dem Heißgas eines Flugzeugtriebwerks ausgesetztes Bauteil, vorzugsweise eine Turbinenschaufel, handeln. Entspre chende Bauteile weisen nach einiger Zeit häufig Beschädigungen in ihrer umgebungsstabilen Schutzschicht auf, die im Stand der Technik regelmäßig den kostenintensiven Austausch mit einem Neuteil erforderten. Durch die vorliegende Erfindung ist es erstmals möglich, auch solche beschädigten Teile wieder in stand zu setzen.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Figur 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemä ßen Verfahren mit einigen Variationen.

Die erfindungsgemäßen Verfahren werden nun anhand der Figur 1, in der jeweils ein kleiner Abschnitt eines Querschnitts durch ein Bauteil 1 aus keramischem Faserverbundwerkstoff 2 im Be- reich von dessen Oberfläche gezeigt. Bei dem Bauteil 1 handelt es sich um eine Turbinenschaufel eines Flugzeugtriebwerks.

Teilfigur (a) zeigt das Bauteil 1 dabei im Neuzustand. Auf dem keramischen Faserverbundwerkstoff 2 ist mithilfe einer Haft schicht 3 eine umgebungsstabile Schutzschicht 4 angeordnet, welche den keramischen Faserverbundwerkstoff 2 vor Umweltein flüssen und Oxidation schützen soll.

Durch Benutzung des Bauteils 1 in einem Flugzeugtriebwerk wird die zunächst von der Schutzschicht 4 gebildete Oberfläche durch Hitzeeinwirkung, aber auch durch in der Umströmung des Bauteils mitgeführten Feststoffpartikeln, wie bspw. Sand, be schädigt und abgetragen.

In Teilfigur (b) ist der abgenutzte und beschädigte Zustand des Bauteils aus Teilfigur (a) gezeigt. Die Haftschicht 3 und die umgebungsstabile Schutzschicht 4 sind vollständig abgetra gen und auch der keramische Faserverbundwerkstoff 2 ist ober flächlich angegriffen. Neben dem mechanischen Abtrag am Faser verbundwerkstoff 2 hat sich auf der Oberfläche des Faserver- bundwerkstoffs 2 eine Oxidschicht 5 gebildet, die ein Anbrin gen einer neuen Schutzschicht 4 verhindert.

Mithilfe des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens wird aber eben diese Oxidschicht 5 vollständig entfernt. Dazu wird die Oberfläche des Bauteils 1 bei einer Prozesstemperatur von ca. 1000 C Fluorwasserstoffionen ausgesetzt und so per Fluorid-Io- nen-Reinigung von den Oxiden befreit. Alternativ dazu können die Oxide auch per Strippen Oxide in Wasserdampf- und/oder Wasserstoff-Atmosphäre entfernt werden. Es ist auch möglich, zwei oder mehr dieser Verfahren sequenziell anzuwenden, um ein optimales Reinigungsergebnis zu erzielen. Das Ergebnis der Reinigung ist in Teilfigur (c) dargestellt.

Die so gereinigte Oberfläche des keramischen Faserverbundwerk stoffs 2 wird anschließend mit Silizium oder einer Silizium- Legierung 6 infiltriert. Dabei wird so viel Material aufgetra- gen, dass die ursprüngliche Form des keramischen Faserverbund werkstoffs 2 des Bauteils 1 (vgl. Teilfigur (a)) wieder herge ^¬ stellt wird (Teilfigur d). Abschließend wird auf die so behan delte Oberfläche eine neue umgebungsstabile Schutzschicht ' aufgebracht, die in ihrer Dicke derjenigen Schutzschicht 4 im Ausgangszustand des Bauteils 1, wie er in Teilfigur (a) darge ^¬ stellt ist, entspricht.

Das so reparierte Bauteil 1 kann wieder in einem Flugzeug triebwerk verwendet werden. In einer Variante des vorbeschriebenen Verfahrens kann nach der Reinigung der Oberfläche des Bauteils 1 von Oxiden (Teil figur (c)) eine Silizium-HaftSchicht 7 aufgebracht werden (Teilfigur (f)). Auf diese Silizium-Haftschicht 7 kann dann unmittelbar eine neue umgebungsstabile Schutzschicht 4' aufgebracht werden, ohne dass zuvor eine andere Materialschicht vorgesehen wurde, um bspw. eine ebene Oberfläche für die Schutzschicht 4' zu schaffen (vgl. bspw. Silizium-Legierung 6 aus Teilfigur (e)). Vielmehr wird die ursprüngliche Formgebung des Bauteils 1 al lein durch die umgebungsstabile Schutzschicht 4' wiederherge stellt, die dafür in einigen Bereichen dicker, jedoch an kei ner Stelle dünner ist als die ursprüngliche umgebungsstabile Schutzschicht 4. Es ist selbstverständlich dennoch möglich, nach Aufbringen der Silizium-Haftschicht 7 nicht unmittelbar die umgebungsstabile Schutzschicht 4' aufzubringen, sondern zunächst durch ein si- liziumcarbid- oder carbonbasierte Polymer 8 mit Fasern oder Partikeln aus Siliziumcarbid eine ebene Oberfläche vergleich- bar zu der Oberfläche des keramischen Faserverbundwerkstoffs 2 im Ausgangszustand des Bauteils (vgl. Teilfigur (a)) zu schaf ^¬ fen, auf die dann die neue umgebungsstabile Schutzschicht 4' aufgebracht wird, deren Dicke der Dicke der umgebungsstabilen Schutzschicht 4 im Ausgangszustand gleicht (Teilfigur (h). Wenn auch nicht dargestellt, ist es natürlich auch möglich, bei dem Vorsehen einer Infiltrierungsschicht 6 oder einer Po lymerschicht 8 eine zusätzliche Haftschicht für die umgebungs stabile Schutzschicht 4' vergleichbar zu der Haftschicht 3 im Ausgangszustand vorzusehen.