Design, Herstellung und Lebensdauer gradierter elektronenstrahlgedampfter Wärmedämmschichten im System Aluminiumoxid, Zirkonoxid

Leushake, Uwe; Kaysser, Wolfgang A.

doi:23454

Design, Herstellung und Lebensdauer gradierter elektronenstrahlgedampfter Wärmedämmschichten im System Aluminiumoxid, Zirkonoxid

Leushake, Uwe (Author)

2001

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Uwe Leushake

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2001

UmfangIV, 149 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2001

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Kaysser, Wolfgang A. (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2001-04-30

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-1983
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/56596/files/Leushake_Uwe.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik (500000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei) ; Turbinenschaufel (frei) ; Wärmeisolierstoff (frei) ; Zirkoniumoxidkeramik (frei) ; Aluminiumoxidkeramik (frei) ; Funktioneller Gradientenwerkstoff (frei) ; Elektronenstrahlverdampfen (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Elektronenstrahlgedampfte keramische Wärmedämmschichten aus Zirkonoxid finden Anwendung in modernen Flugtriebwerken zur Wirkungsgradsteigerung und Lebensdauerverlängerung. Das Konzept gradierter keramischer Wärmedämmschichten im System Al2O3/ZrO2 bietet einen Ansatz zur weiteren Lebensdauersteigerung dieser Schichtsysteme. Grundlage für die Herstellung mittels Elektronenspringstrahlverdampfung war die Entwicklung einer universellen Herstellungsroute für keramische Verdampfermaterialien. Untersuchungen zur Morphologie und thermischen Stabilität gedampfter Schichten waren die Basis für eine Optimierung der komplexen, mehrstufigen Herstellung. Begleitend zu den experimentellen Versuchen wurden mittels FEM-Berechnung der Spannungszustand, die Einflußfaktoren und das Versagen von Schichtsystemen modelliert. Experimentelle Spannungsmessungen verifizierten diese Berechnungen. Anschließend erfolgte das numerische Design des gradierten Schichtsystems für verschiedene Belastungsfälle und Designkriterien und die Herstellung verschiedener Schichtsysteme. Deren Versagen und die zugrundeliegenden Mechanismen wurden anhand von zyklischen Thermowechselversuchen analysiert und das Gesamtkonzept und die Umsetzung beurteilt.

EB-PVD processed thermal barrier coating are utilized in modern aero engines to increase life time and efficiency. Al2O3/ZrO2 – Graded ceramic coatings offer a great potential for further increase in life time and reliability of thermal barrier coating systems. The development of a flexible processing route for ceramic ingots was a key factor for the processing by jumping electron beam evaporation. Microstructure and thermal stabilities have been analyzed in order to optimize the complex processing route. Parallel numeric calculations on stress states and influence factors on conventional system have been carried out by the means of FEM. Based on these results the graded interlayer was designed for different load cases and design criteria. Experimental stress measurements were used for model validation. Different model systems were processed and their failure mechanism under thermal cycling loading analyzed in order to review the concept.

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