Entwicklung heißgaskorrosionsbeständiger Schutzschichtsysteme auf nichtoxidischen Si basierten Keramiken für Turbinenanwendungen

Projektbeschreibung: Eine nennenswerte Erhöhung des Wirkungsgrads von Gasturbinen bei Verwendung von Superlegierungen ist auch durch aufwendige Kühlkonzepte nicht zu erwarten. Hierfür bieten sich aber nichtoxidische Si basierte Keramiken wie Si₃N₄, SiC aber auch keramische Faserverbundwerkstoffe wie SiC/SiC an. Diese Keramiken erlauben eine beträchtliche Steigerung der Betriebstemperaturen, haben eine geringe Dichte und sind sehr oxidationsstabil durch eine passivierende SiO₂ Schutzschicht. Die Bildung der Oxidschicht erweist sich jedoch als großer Nachteil unter Heißgaskorrosionsbedingungen, da es durch Reaktion mit Wasserdampf aus den Verbrennungsgasen der Turbine zur Ausbildung von flüchtigen Silanolen kommt, das die geforderte Langzeitstabilität der Bauteile nicht gewährleistet. Hierfür weisen Schutzschichten auf Basis von Ytterbiumdisilikat ein großes Potential auf, da sie eine ausgezeichnete Heißgaskorrosionsstabilität und den passenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu den genannten Keramiken besitzen. Im Rahmen des DFG Projektes sollen zwei Strategien erforscht werden um ausreichend dicke (> 100 µm) Schutzschichten auf Basis von Ytterbiumdisilikat zu entwickeln, die Si₃N₄, SiC und SiC/SiC vor Heißgaskorrosion bis 1400 °C langfristig schützen und über einfache Beschichtungsverfahren wie Tauchen und Sprühen applizierbar sind.

Laufzeit: 04/2021 – 03/2024

Fördergeber: DFG

Ansprechpartner: PD Dr. Günter Motz