Entwicklung neuer oxidischer Wärme - Forschungszentrum Jülich

9 Zusammenfassung und Ausblick 125Diese Eigenschaften wurden ausführlich bewertet. Dabei sind die ersten Kriterien dieser Liste vonbesonderer Bedeutung für die Auswahl neuer Materialien. Eine ausführliche Literaturstudie zeigte,dass besonders hochschmelzende Perowskite und Pyrochlore als Wärmedämmschichtmaterialiengeeignet erscheinen. Da jedoch thermophysikalische Daten dieser Materialien nur begrenzt verfügbarwaren, wurde eine Vielzahl neuer Materialien synthetisiert und thermophysikalische Eigenschaftengemessen. Bei den Perowskiten waren das SrZrO 3 , BaZrO 3 und LaYbO 3 . Dabei zeigte SrZrO 3 imHinblick auf die Wärmedämmschichtanwendung die besten Eigenschaften. Besonders der thermischeAusdehnungskoeffizient ist mit fast 11*10 -6 /K sehr hoch. Bei den Pyrochloren diente La 2 Zr 2 O 7 alsBasis für die Entwicklung. Durch Dotierung dieses Materials mit Seltenerdelementen konnten z.T.erhebliche Verbesserungen der thermophysikalischen Eigenschaften erreicht werden. So zeigtGadolinium dotiertes La 2 Zr 2 O 7 thermische Leitfähigkeiten unter 1 W/m/K. Reines Gd 2 Zr 2 O 7 besitztauch einen hervorragenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 10.5*10 -6 /K.Ausdehnungskoeffizient und thermische Leitfähigkeit der untersuchten Pyrochlore konntendurch einfache Modelle beschrieben werden. Die erarbeiteten Zusammenhänge liefern für dieZukunft Ansätze für eine weitere Optimierung der Eigenschaften.Die Phasenstabilität der Pyrochlormaterialien als wichtige Voraussetzung für ihren Einsatz alsWärmedämmschichtmaterialien für höchste Temperaturen konnte durch Langzeitauslagerungenbestätigt werden. Nur im Kontakt mit Al 2 O 3 kann es zu Aluminatbildung kommen. Dies ist jedoch beider favorisierten Doppellagenstruktur unkritisch.Für eine Reihe von besonders aussichtsreichen Verbindungen wurden über die Sprühtrocknungfließfähige Pulver hergestellt. Dazu war die Entwicklung hoch-konzentrierter Schlicker mit Pulvern ausPerowskiten und Pyrochloren sowie die Optimierung der Sprühtrocknung notwendig.Mit den Pulvern wurden plasma-gespritzte Wärmedämmschichten hergestellt, wobei besonders beiden Perowskiten Schichtmorphologien auftraten, die sich im Gegensatz zu den Pyrochlormaterialiendeutlich von denen des Standardmaterials YSZ unterschieden. Ein besonderes Augenmerk muss beider Schichtentwicklung darauf gelegt werden, dass während der Beschichtung kein nennenswerterAnteil der Materialien abdampft und deshalb in der Schicht fehlt und dort eventuell ungewünschtePhasenveränderungen nach sich zieht. Auch dieser Aspekt war für die Perowskite von größererBedeutung.Mit plasmagespritzten Schichten aus SrZrO 3 und La 2 Zr 2 O 7 wurden Sinterexperimente durchgeführt.Dabei stellte sich der große Einfluss der Mikrostruktur heraus, was bei der Bewertung der Ergebnissezu berücksichtigen war. SrZrO 3 zeigte ein Sinterverhalten, das vergleichbar mit dem von YSZ war.Das von La 2 Zr 2 O 7 war besser, d.h. geringere Sinterraten wurden gemessen.Das Zyklierverhalten der neuen Wärmedämmschichtmaterialien wurde an einer Vielzahl vonSystemen untersucht. Dabei erwies sich SrZrO 3 als besonders aussichtsreicher Perowskit.Jedoch liegen die Zyklenzahlen beim Versagen noch unter denen von YSZ. Eine starkeVerbesserung wird jedoch von einer weiteren Optimierung der Plasmaspritzschichten sowieder Verwendung von Doppellagenstrukturen erwartet.