Keramische Schicht mit geringer Wärmeleitfähigkeit auf der Oberfläche von Hochtemperaturbauteilen. Sie besteht aus einer Deckschicht aus Zirkonoxid und einer Haftvermittlerschicht und senkt die Temperatur des Metalls erheblich.
Japanische Bezeichnung: 遮熱コーティング
„Wärmedämmschicht“ kommt in 3 Übungsfragen aus 1 Thema vor, darunter Hochtemperaturwerkstoffe und Kriechen.
Fachgebiet: Hochtemperaturwerkstoffe und Kriechen
Lösung: A. Unter einer Deckschicht aus YSZ mit geringer Wärmeleitfähigkeit liegt eine Haftvermittlerschicht wie MCrAlY, und das an ihrer Grenzfläche thermisch gewachsene dünne Al₂O₃ (TGO) schützt den Grundwerkstoff vor Oxidation
Eine Wärmedämmschicht senkt die Metalltemperatur durch eine isolierende Oberflächenschicht, während das Innere der Schaufel mit Kühlluft gekühlt wird. Die Deckschicht aus YSZ (mit Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid) hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit von etwa 1–2 W/(m·K) und für eine Keramik einen großen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Sie wird als poröse Spritzschicht oder als stängelige, aus der Dampfphase abgeschiedene Schicht hergestellt, um die Dehnungen aus der unterschiedlichen Wärmeausdehnung gegenüber dem Grundwerkstoff abzubauen. YSZ leitet Oxidionen gut und kann Sauerstoff nicht aufhalten; daher oxidiert das Al der Haftvermittlerschicht zu einem dünnen Al₂O₃-TGO, das den Grundwerkstoff vor Oxidation schützt. Wird das TGO dicker oder wird es thermisch zyklisch beansprucht, platzt die Deckschicht in seiner Nähe ab; das ist die wichtigste Ursache für das Ende der Lebensdauer. Ein Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit kann die Aufgabe der Wärmedämmung nicht erfüllen.
Lösung: C. ca. 208 K
Aus dem Fourierschen Gesetz q = kΔT/L folgt ΔT = qL/k = (1,0×10⁶ × 250×10⁻⁶)/1,2 ≈ 208 K. Dass eine nur etwa 0,25 mm dicke Schicht die Metalltemperatur um rund 200 K senken kann, ist die Wirkung der Wärmedämmschicht. Die Kriechfestigkeit von Nickelbasis-Superlegierungen reagiert empfindlich auf die Temperatur, sodass dieser Temperaturunterschied die Lebensdauer und die zulässige Gastemperatur stark beeinflusst. Ca. 300 K entsteht, wenn man mit der Wärmeleitfähigkeit multipliziert, statt durch sie zu teilen, ca. 21 K, wenn man die Dicke um eine Zehnerpotenz zu klein als 25 µm umrechnet. Je geringer die Wärmeleitfähigkeit und je dicker die Schicht, desto größer der Temperaturunterschied; dickere Schichten platzen jedoch unter Wärmespannung leichter ab, sodass der Dicke Grenzen gesetzt sind.
Eine Wärmedämmschicht senkt die Metalltemperatur durch eine isolierende Oberflächenschicht, während das Innere der Schaufel mit Kühlluft gekühlt wird.
Welche Aussage über den Aufbau einer Wärmedämmschicht (TBC)…Dass eine nur etwa 0,25 mm dicke Schicht die Metalltemperatur um rund 200 K senken kann, ist die Wirkung der Wärmedämmschicht.
Durch die Deckschicht einer Wärmedämmschicht (Dicke 250 µm,…Al₂O₃ wächst noch langsamer und ist bis zu hohen Temperaturen stabil; daher lässt man bei Nickelbasis-Superlegierungen, bei Haftvermittlerschichten von Wärmedämmschichten und bei Fe-Cr-Al-Heizleitern Al₂O₃ entstehen.
Welche Aussage über Schutzschichten auf warmfesten Legierun…Nickelbasis-Superlegierung Längenausdehnungskoeffizient Wärmespannung Diffusionskriechen Larson-Miller-Parameter Parabolisches Zeitgesetz Pilling-Bedworth-Verhältnis Potenzgesetz-Kriechen Verformungsmechanismuskarte