Entwicklung neuer oxidischer Wärme - Forschungszentrum Jülich

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7 Herstellung plasmagespritzter Schichten 87kann diese Reaktion kritisch sein. Jedoch ist zum einen die Temperatur an der Grenzfläche WDS/BCin der Regel deutlich unterhalb von 1200°C und zum anderen wird La 2 Zr 2 O 7 primär als Zweilagen-System Verwendung finden, bei dem die entsprechende Materialpaarung nicht auftritt (s. auch Kap.7.4). Beide Vorgänge sind in [144] genauer beschrieben und sollen deshalb hier nur erwähnt werden.Im Folgenden wird nun die <strong>Entwicklung</strong> der Mehrlagenstrukturen beschrieben.7.4 Mehrlagenstrukturen und GradierungBei der Herstellung der keramischen Mehrschichtsysteme wurde versucht, die Prozessparameter fürbeide Materialien, YSZ im Bereich der Haftvermittlerschicht und ein neues <strong>Wärme</strong>dämmschichtmaterialals Deckschicht, gleich zu wählen. Für La 2 Zr 2 O 7 wird dies im Folgenden beschriebenwerden [153]. Die Schichtdicke wurde so eingestellt, dass die Gesamtdicke in etwa der einerStandardschicht (300 µm) entspricht. Um eine möglichst geringe Beeinflussung der Pulverinjektiondurch variierende Trägergasströme zu erreichen, wurde der Gesamtträgergasstrom mit 2.5 slpmkonstant gehalten. Für die beiden Pulverförderer mit La 2 Zr 2 O 7 und YSZ wurde jeweils ein konstanterTrägergasstrom von 1.25 slpm gewählt und die Zusammensetzung über die Tellerdrehzahl desPulverförderers eingestellt. Die maximale Tellerdrehzahl betrug 20%, was bei YSZ etwa 11Übergänge zur Herstellung einer 300 µm dicken Schicht erforderlich macht. Beide Trägergasströmewurden kurz vor der Injektion in die Plasmafackel in einem Y-Stück zusammengeleitet (Abbildung 53).Die Plasmaspritzbedingungen wurden ansonsten wie weiter oben beschrieben gewählt. DieEinstellungen der Tellerdrehzahl ermöglichte die Variation der Schichtzusammensetzung. Diese sindfür die Serie A in Tabelle 17 gegeben. Für diese Serie wurden jeweils zwei Zyklierproben aus IN738mit Standard-Haftvermittlerschicht beschichtet.Da die Zyklierergebnisse zeigten, dass die Gradierung zu nahe an die Haftvermittlerschicht reichte(s.u.), wurde in einer zweiten Serie (B) eine dickere Schicht aus reinem YSZ verwendet. Zusätzlichwurden auch Vergleichsproben aus reinem YSZ und La 2 Zr 2 O 7 hergestellt. Neben den Zyklierprobenwurden auch Stahlsubstrate im gleichen Beschichtungslauf beschichtet. Sie dienten derCharakterisierung des Ausgangszustandes sowie der Porositätsbestimmung mit Hilfe der Quecksilberporosimetrieim Falle der Serie B. In Tabelle 18 sind die Schichtdicken aus den Beschichtungen derStahlsubstrate und der Zyklierproben angegeben. Die meisten Schichtdicken liegen zwischen 250 und400 µm. Einige Proben weisen jedoch eine deutlich höhere Schichtdicke auf, obwohl sie im selbenLauf beschichtet wurden. Da die Herstellung plasmaspritzfähiger Pulver aufwändig ist, wurdeversucht, den Anteil des nicht als Schicht abgeschiedenen Pulvers möglichst klein zu halten. Deshalbwurde der Spritzmäander möglichst eng gewählt. Eventuell lag deshalb bei einigen Beschichtungender Umkehrpunkt des Roboters relativ dicht beim jeweiligen Probenende. Da der Roboter seineGeschwindigkeit schon vor dem Umkehrpunkt reduziert, kann dies eine Erklärung für die Variation inder Schichtdicke sein.
88 7.4 Mehrlagenstrukturen und GradierungAbbildung 53 Pulverinjektionssystem zur Herstellung von Mehrlagen- und gradierten Systemen.Zweilagensystem A Zweilagensystem B gradiertes System A gradiertes System BLagen Nr. YSZ La 2 Zr 2 O 7 YSZ La 2 Zr 2 O 7 YSZ La 2 Zr 2 O 7 YSZ La 2 Zr 2 O 71 20 0 20 0 20 0 20 02 20 0 20 0 16 4 20 03 20 0 20 0 12 8 16 44 20 0 20 0 8 12 12 85 20 0 20 0 4 16 8 126 0 20 0 20 0 20 4 167 0 20 0 20 0 20 0 208 0 20 0 20 0 20 0 209 0 20 0 20 0 20 0 2010 - - 0 20 - - 0 2011 - - 0 20 - - 0 20Tabelle 17 Einstellung der Tellerdrehzahl in Zweilagen- und gradierten Systemen (Serie A und B).Serie ASerie B[µm] Stahlsubstrat Zyklierproben Stahlsubstrat ZyklierprobenYSZ 340 260±50 250 270±50La 2 Zr 2 O 7 600 410±120 400 410±60Doppelschicht 320 490±210 470 350±10gradiert 360 280 330 300±40Tabelle 18 Schichtdicken der verschiedenen Systeme.
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