Metal-glass based composites for novel TBC systems

A new concept of thermal barrier coating (TBC) system is presented, based on a metal-glass composite (MGC). Coatings of metal-glass composite can be deposited by vacuum plasma spraying and slip casting with a subsequent sinter step. In this TBC system the thermal expansion coefficient depends on the metal-glass ratio. It is chosen in such a way that the thermal expansion coefficient of the composite is close to the one of the substrate. This leads to reduced thermal stresses and hence improved thermal cycling life times. Because of the low thermal mismatch, coatings of more than 600 mum thickness can be realized. Another advantage of the gas tight composite coatings is their ability to protect the bondcoat from severe oxidation. Correspondingly, long life times have been found for these TBCs in oxidation tests. Also good results were found during thermal cycling tests. Furthermore some aspects of the microstructure evolution of the composite during heat treatment are described

Metall-Glas-Waermedaemmschichten fuer Turbinenschaufeln

Die Oxidation an Bondcoats in Waermedaemmschichtsystemen waehrend des Betriebes ist eines der zentralen Probleme des Einsatzes von Waermedaemmschichten (WDS) auf Gasturbinenschaufeln. Diese Oxidation ruft die Abplatzungen der oxidkeramischen WDS hervor und begrenzt damit die moeglichen Einsaetze der WDS im Turbinenbau. In dieser Arbeit wird ein neuer Werkstoff fuer WDS hergestellt und untersucht, dessen Hauptaufgabe es ist, neben der Waermedaemmfunktion einen verbesserten Oxidationsschutz zu leisten. Als neuer Werkstoff wird Metall-Glas eingesetzt; im Unterschied zu oxidkeramischen Schichten besitzt eine Metall-Glas-WDS keine Rissstruktur und kann deswegen gasdicht hergestellt werden. Eine hohe Thermoschockbestaendigkeit des neues WDS-Systems wird mittels einer genauen Anpassung der Waermeausdehnungskoeffizienten von Schicht und Substrat erreicht. Ausserdem koennen die Metall-Glas-Schichten bei Temperaturen hoeher als 500-600 C die thermischen Spannungen durch plastische Verformung abbauen. Die Metall-Glas-Verbundwerkstoffe besitzen die thermischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften, die weder fuer Metalle noch fuer Glaeser typisch sind: sie bilden also eine neue Werkstoffart, die besonders fuer Schichten neue Perspektiven oeffnet. Im Vergleich zu WDS-Systemen aus YSZ sind die Metall-Glas-Systeme fast gar nicht erforscht. Diese Systeme koennen aus mehreren unterschiedlichen Legierungen und Glaesern bestehen und dabei ganz unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Die Metall-Glas-WDS, die in dieser Arbeit untersucht wurden, wurden fuer den Einsatz in Gasturbinen entwickelt und muessen den harten Betriebsbedingungen entsprechen: Temperatur auf der WDS-Oberflaeche ca. 1200 C, starker Thermoschock, Betriebsdauer mehr als 10000h. Es gibt natuerlich andere Einsatzmoeglichkeiten fuer diese neue Schichtart. In Frage kommen die Faelle, in denen es um Gaskorrosionsschutz und eine Waermedaemmung geht. Die Metall-Glas-WDS koennten z.B. fuer Dieselmotoren (Waermedaemmung der Kolben) sehr interessant sein. (orig.)Oxidation on bondcoats in thermal insulation systems during operation is one of the central problems of thermal insulation layers on gas turbine blades. The author presents a new material with improved oxidation protection characteristics. It is based on metal/glass; in contrast to oxide ceramics, metal/glass systems have no crack structure and can be made gastight. High thermoshock resistance can be achieved by matching the thermal extension coefficients of the insulating layer and substrate. At temperatures beyond 500-600 C, thermal stresses are removed by plastic deformation. The systems described here are suited for difficult operating conditions. They are an interesting option also for diesel engines (thermal insulation of pistons).Available from TIB Hannover: RA 831(3818) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman