Team Hochtemperaturschutzschichten

Das Team arbeitet vordringlich an der Entwicklung von Werkstofflösungen für Schutzschichten wie z. B. Wärmedämmschichten (engl. Thermal Barrier Coatings, TBC) und Korrosionsschutzschichten (engl. Environmental Barrier Coatings, EBC) für stark thermomechanisch belastete Komponenten, wie sie vor allem in Gasturbinen für Energieerzeugung und Transport zu finden sind. Um schnelle Entwicklungszyklen zu gewährleisten, liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Bewertung der Funktionalität und Lebensdauer bei hohen Temperaturen unter realistischen Testbedingungen (z. B. in Prüfständen mit direkter Heizung durch Gasbrenner).

Fortschrittliche Mehrschichtige EBCs und TBCs
Ausgehend von der Spezifikation und Synthese neuer, vorwiegend keramischer Werkstoffe werden Komponenten mit TBCs und EBCs auf der Basis fortschrittlicher mehrschichtiger und/oder gradierter Architekturen hergestellt. Die Anwendung neuer Herstellungsverfahren ermöglicht die Entwicklung von EBC/TBC-Systemen mit eng kontrollierten Eigenschaften in Bezug auf die Mikrostruktur und die lokale Zusammensetzung. Pyrochlore wie das Gd2Zr2O7 aber auch komplexe Perowskite oder (Hexa-)Aluminate sind für TBC-Anwendungen von besonderem Interesse. Aufgrund ihrer relativ geringen Bruchzähigkeit werden diese Materialien in der Regel in (am IEK-1 entwickelter) Doppellagen-Architektur mit dem Standardwerkstoff YSZ eingesetzt. Die Forschung an EBCs konzentriert sich derzeit auf Seltenerd-Silikate und -Oxide. Zur Verbesserung der Haftung dicker Schichten auf inhomogenen Substraten wie keramischen Faser-Verbundwerkstoffen oder Einlaufschichten wird eine neuartige Texturierung der Oberflächen mittels Laser eingesetzt.

Schutzschichten Resistent gegen schmelzfähige Ablagerungen
Ein zunehmend wichtiger Aspekt bei noch höheren Temperaturen ist die Beständigkeit poröser Schichten gegen Infiltration und Korrosion durch Calcium-Magnesium-Aluminium-Silikate (oft "CMAS" genannt). Diese Silikate liegen in der Luft als Feststoffe vor und werden auch in Folge von Erosion innerhalb der Turbine erzeugt. Sie lagern sich auf den Turbinenkomponenten ab und können in ihrer geschmolzenen Form in die Schutzschichten eindringen. Sobald sie erstarren, verursachen sie erhebliche Schäden, da sie die Dehnungstoleranz herabsetzen. Neben den Gd-haltigen Pyrochloren zeigen unter diesen Bedingungen auch die Aluminate eine bessere Stabilität als YSZ.