EP2087143A2 - Aufgedampfte beschichtung und thermisch belastbares bauteil mit einer solchen beschichtung, sowie verfahren und vorrichtung zur herstellung einer solchen beschichtung - Google Patents

Aufgedampfte beschichtung und thermisch belastbares bauteil mit einer solchen beschichtung, sowie verfahren und vorrichtung zur herstellung einer solchen beschichtung

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EP2087143A2
EP2087143A2 EP07817694A EP07817694A EP2087143A2 EP 2087143 A2 EP2087143 A2 EP 2087143A2 EP 07817694 A EP07817694 A EP 07817694A EP 07817694 A EP07817694 A EP 07817694A EP 2087143 A2 EP2087143 A2 EP 2087143A2
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EP
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coating
vapor
deposited
pore
pore formers
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EP07817694A
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Jürgen STEINWANDEL
Stefan Laure
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MTU Aero Engines AG
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MTU Aero Engines GmbH
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Definitions

  • the coating according to the invention proves to be particularly advantageous if it is designed as an adhesion-promoting layer and / or as a thermal barrier coating.
  • the component surface of the base material G (e.g., a high strength iron alloy) is cleaned of oxide layers and / or other contaminants. This can be done by a transferred arc, by absorption, or by plasma ablation. The latter can be carried out in a particularly simple manner in the device according to the invention for the production of the coating which will be explained later on.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine aufgedampfte Beschichtung für ein thermisch belastbares Bauteil, welche gezielt eingebrachte Porenbildner umfasst. Dies unterscheidet sie von üblichen aufgedampften Beschichtungen, die aufgrund der Beschichtungsart keine Poren aufweisen, oder auch von aufgespritzten Beschichtungen, welche keine oder lediglich willkürlich entstehende unregelmäßig geformte Poren aufweisen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Beschichtung.

Description

Aufgedampfte Beschichtung und thermisch belastbares Bauteil mit einer solchen Beschichtung, sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer solchen
Beschichtung
Die Erfindung betrifft eine aufgedampfte Beschichtung und ein thermisch belastbares Bauteil mit einer solchen Beschichtung, sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Beschichtung. Derartige Beschichtungen, Bauteile, Verfahren und Vorrichtungen sind z.B. aus der DE 102004033054 Al bekannt.
Beim Beschichten von Werkstücken werden gasförmige, flüssige oder feste Materialien aufgebracht.
Bekannte Verfahren zur Aufbringung gasförmiger Stoffe sind z.B. die sogenannte Chemical oder Physical Vapor Deposition (CVD/PVD) Dazu wird zunächst das meist in fester Form vorliegende Beschichtungsmaterial verdampft und dann auf der zu beschichtenden Oberfläche wieder verfestigt. Eine derartige Kondensation erfolgt in atomaren Größenordnungen unter chemischen und /oder physikalischen Wechselwirkungen. Die sich ausbildende Beschichtung zeichnet sich durch hohe Homogenität und große Spaltgängigkeit aus. Das bedeutet, auch filigrane Strukturen oder Kapillaren lassen sich gleichmäßig beschichten ohne die Strukturen wesentlich zu glätten oder die Kapillaren zu verschließen. Jedoch weisen derartige Beschichtungen eine Stängelstruktur auf, deren Wärmewiderstand senkrecht zur Beschichtungsrichtung am geringsten ist.
Bekannte Verfahren zur Aufbringung flüssiger Stoffe sind z.B. unterschiedliche thermische Spritzverfahren. Besonders leistungsfähige Verfahren stellen das Flammdrahtspritzen (FDS) und das Lichtbogendrahtspritzen (LDS) dar. Dabei werden Draht- oder Fülldraht- Spritzzusätze in einem elektrischen Lichtbogen geschmolzen und durch ein Zerstäubergas in Tropfenform auf die Oberfläche des Werkstückes geschleudert. Die Tropfen verbinden sich auf dem Substrat oberflächlich untereinander zu einer mehr oder weniger porösen Schicht. Dabei bildet sich im Allgemeinen eine typische tröpfchen- oder plättchenförmige Gefüge-Morphologie mit vorwiegend mechanischer Verklammerung aus, welche inhomogene Schichteigenschaften und eine vergleichsweise geringe Haftzugfestigkeit bewirkt. Darüber hinaus sind thermische Spritzverfahren kaum spaltgängig. Das bedeutet, filigrane Strukturen oder Kapillaren lassen sich kaum gleichmäßig beschichten, sondern die filigranen Strukturen werden wesentlich geglättet bzw. die Kapillaren werden verschlossen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine aufgedampfte Beschichtung und ein thermisch belastbares Bauteil mit einer solchen Beschichtung, sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Beschichtung anzugeben, welche hohe Homogenität und Spalt- gängigkeit sowie guten Wärmewiderstand aufweisen.
Die Aufgabe wird bezüglich der aufgedampften Beschichtung, insbesondere für thermisch belastbare Bauteile wie z.B. für eine Gasturbine eines Flugtriebwerks, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sie Porenbildner umfasst, die gezielt eingebracht wurden. Dabei können die Porenbildner z.B. ausgestaltet sein als Fullerene und/oder Nano- und/oder Microballs (z.B. metallische Hohlkugeln) und/oder leicht verdampfbare Materialien, z.B. Polystyrolkugeln. Die Porengröße lässt sich -je nach Art der verwendeten Porenbildner - vom Nanometerbereich bis in den Mikrometerbereich einstellen. Vorzugsweise weisen die Porenbildner eine definierte, insbesondere einheitliche Form auf; sie sind z.B. alle kugelförmig.
Eine solche erfindungsgemäße Beschichtung weist einerseits aufgrund der Art ihrer Aufbringung - des Bedampfens - eine hohe Homogenität und Spaltgängigkeit auf und andererseits aufgrund der von ihr umfassten Porenbildner einen im Vergleich zu einer reinen aufgedampften Beschichtung hohen Wärmewiderstand. Dies macht die erfindungsgemäße Beschichtung besonders geeignet für thermisch belastbare Bauteile wie z.B. für eine Gasturbine eines Flugtriebwerks, insbesondere da damit auch in solchen Gasturbinen erforderliche enge Kühlluftbohrungen ausreichend wärmedämmend beschichtet werden können ohne dabei zu verstopfen oder auch nur nicht tolerierbar eingeengt zu werden.
Als besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Beschichtung, wenn sie einen Gradienten der Zusammensetzung des aufgedampften Materials aufweist und/oder wenn sie einen Gradienten der Konzentration und/oder Art, insbesondere der Größe, der umfassten Porenbildner aufweist. Mittels derartiger Gradienten lassen sich benötigte Materialeigenschaften stetig variieren und gleichzeitig fließende Materialübergänge schaffen, die gute Hafϊtzugfestigkeit in allen Schichtbereichen aufweisen.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die aufgedampfte Beschichtung Verstärkungsmaterialien umfasst, insbesondere faserartige, vorzugsweise keramische. Diese Verstärkungsmaterialien sind vorzugsweise im Bereich der Porenbildner angeordnet und erhöhen dort die Verbundfestigkeit.
Die faserartigen Verstärkungsmaterialien können als Kurzfasern in ähnlicher Weise wie die Porenbildner oder auch gemeinsam mit diesen in die Beschichtung eingebracht werden. Alternativ können auch Langfasern in Gewebe- oder Gelege- oder ähnlicher Form auf der zu beschichtenden Oberfläche angeordnet und dann von der Beschichtung umschlossen werden. Besonders geeignet sind keramische Fasern aufgrund ihrer hervorragenden Verstärkungseigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht.
Runde Poren begünstigen Rissbildung weniger als unregelmäßig geformte Poren wie sie beim thermischen Spritzen auftreten. Der Einsatz der Verstärkungsmaterialien reduziert die Wahrscheinlichkeit von Rissbildung weiter.
Als besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Beschichtung, wenn sie als Haftvermittlungsschicht und/oder als Wärmedämmschicht ausgestaltet ist.
Die Haftvermittlungsschicht kann z.B. aus MCrAl Y-Material aufgebaut sein, wobei M aus den Elementen Eisen, Nickel, Kobalt oder Mischungen davon ausgewählt ist, oder aus PtAl. Die davon umfassten Porenbildner gleichen Unterschiede in der Wärmeausdehnung zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und einer Wärmedämmschicht aus. Darüber hinaus erhöhen sie den Wärmewiderstand der Haftvermittlungsschicht.
Alternativ oder additiv kann die erfindungsgemäße Beschichtung eine Wärmedämmschicht umfassen. Z.B. basierend auf Mx2O3 und/oder MyO, wobei Mx aus den Lanthanoiden, insbesondere Lanthan, Cer, Neodym, oder Mischungen hiervon ausgewählt ist, und wobei My aus den Erdalkalimetallen, den Übergangsmetallen und den seltenen Erden oder Mischungen hiervon, vorzugsweise aus Magnesium, Zink, Kobalt, Mangan, Eisen, Nickel, Chrom, Europium, Samarium oder Mischungen hiervon, ausgewählt ist. Ebenfalls geeignet ist Zirkonoxid, insbesondere Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid, oder Lanthanzirkonat oder andere Oxide oder Suizide. Der natürlich vorliegende Wärmewiderstand derartiger Materialschichten wird durch die umfassten Porenbildner noch wesentlich erhöht.
Besonders vorteilhaft ist eine erfmdungsgemäße Beschichtung, wenn sie auf ein thermisch belastbares Bauteil aufgedampft ist, insbesondere auf ein Bauteil einer Gasturbine eines Flugtriebwerks, und wenn sie eine auf einer Bauteiloberfläche aufgebrachte Haftvermittlungsschicht und eine auf die Haftvermittlungsschicht aufgebrachte Wärmedämmschicht aufweist.
Ein metallisches, mit Kühlluftbohrungen versehenes Bauteil einer Gasturbine erreicht mit der erfindungsgemäßen Beschichtung die notwendige Wärmedämmung ohne die Kühlluftbohrungen zu verstopfen oder aufwendig nachbearbeiten zu müssen und gewährleistet gleichzeitig eine hohe Verschleißbeständigkeit.
Geeignete Basismaterialien für derartige thermisch belastbare Bauteile sind Eisen-, Nickeloder Kobaltlegierungen.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Herstellung einer aufgedampften Beschichtung mittels PVD oder CVD erfϊndungsgemäß dadurch gelöst, dass während des Aufdampfens zusätzlich Porenbildner in die sich aufbauende Beschichtung eingebracht werden. Dabei können als Porenbildner z.B. Fullerene und/oder Nano- und/oder Microballs (z.B. metallische Hohlkugeln) und/oder leicht verdampfbare Materialien, z.B. Polystyrolkugeln, verwendet werden.
Die spezifische Wärmeleitfähigkeit bzw. der Wärmewiderstand lassen sich in breiten Bereichen durch die Auswahl von Art, Größe und Konzentration bzw. Anzahl der Porenbildner beeinflussen. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, die Porenbildner möglichst nur kurzzeitig einem möglichst abgekühlten Beschichtungsdampf auszusetzen. Entscheidend ist jedoch der Energieübertrag vom Dampf auf die Porenbildner, d.h. bei geringerer Dampfdichte sind höhere Temperaturen zulässig. Bei atmosphärischem Druck ist die Belastbarkeitsgrenze der meisten Porenbildner aber bei circa 300°C gegeben, bei einigen bereits deutlich darunter, bei wenigen höher. Folglich sollten die Porenbildner möglichst erst auf der zu beschichtenden Oberfläche oder kurz davor in Kontakt mit dem dampfförmigen Beschichtungsmaterial kommen, da dessen Wärmeenergie dann über die zu beschichtende Oberfläche vergleichsweise schnell in tiefere Schichten des Bauteils abgeleitet wird ohne die Porenbildner zu beschädigen oder gar zu zerstören.
Besonders einfach lässt sich ein solcher lediglich kurzzeitiger Kontakt von Porenbildnern und heißer Gasphase sicherstellen, wenn zum Aufdampfen des Beschichtungsmaterials ein gerichteter Plasmastrahl verwendet wird. Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines geeigneten Plasmastrahls sind z.B. in der vorstehend genannten DE 102004033054 Al beschrieben. Wenn nun auch die Porenbildner z.B. mittels eines Trägergasstroms aufgebracht werden, so können beide Strahlen vorteilhaft derart ausgerichtet werden, dass sie sich erst auf oder kurz vor der zu beschichtenden Oberfläche treffen und somit die Einwirkzeit der heißen Dampfphase auf die vergleichsweise empfindlichen Porenbildner sehr kurz ist, woraus ein entsprechend geringer Energieübertrag resultiert.
Dabei kann der Trägergasstrom inert sein, um den Dampfstrahl möglichst wenig zu beeinflussen oder er kann auch aus einem reaktivem Gas bestehen, welches mit dem Dampfstrahl reagiert und so erst eine CVD bewirkt.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Zusammensetzung des aufgedampften Materials während des Aufdampfens verändert wird. Dadurch lassen sich kontinuierliche Übergänge schaffen - z.B. beginnend von einem zu beschichtenden Grundmaterial mit fließendem Übergang zu einer Haftvermittlungsschicht, welche wiederum fließend in eine Wärmedämmschicht ü- bergeht, die wiederum fließend in eine erossionsschützende Deckschicht übergeht. Alternativ oder additiv ist es vorteilhaft, wenn die Art, Größe und/oder Konzentration der umfassten Porenbildner während des Aufdampfens verändert wird. Dadurch lassen sich die spezifische Wärmeleitfähigkeit bzw. der Wärmewiderstand der Beschichtung in breiten Bereichen beeinflussen.
Alternativ oder additiv ist es außerdem vorteilhaft, wenn Verstärkungsmaterialien eingebracht werden, insbesondere faserartige, vorzugsweise keramische. Diese Verstärkungsmaterialien erhöhen die Verbundfestigkeit und werden deshalb vorzugsweise im Bereich der Porenbildner eingebracht.
Die faserartigen Verstärkungsmaterialien können als Kurzfasern in ähnlicher Weise wie die Porenbildner oder auch gemeinsam mit diesen in die Beschichtung eingebracht werden. Alternativ können auch Langfasern in Gewebe- oder Gelegeform oder in ähnlicher Form auf der zu beschichtenden Oberfläche angeordnet und dann von der kondensierenden Dampfphase umschlossen werden.
Besonders vorteilhaft wird das erfmdungsgemäße Verfahren eingesetzt, wenn die Beschichtung durch geeignete Wahl der jeweiligen Materialzusammensetzung an die Bauteiloberfläche angrenzend als Haftvermittlungsschicht ausgestaltet wird und darauf aufbauend als eine Wärmedämmschicht ausgestaltet wird. Eine derartige Ausgestaltung nutzt die erfindungsgemäßen Vorteile der hohen Homogenität und Spaltgängigkeit sowie des guten Wärmewiderstandes optimal aus.
Die Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung zur Herstellung einer aufgedampften Beschichtung mittels PVD oder CVD erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sie eine Einrichtung zur Einbringung von Porenbildnern in die sich aufbauende Beschichtung aufweist.
Besonders vorteilhaft ist eine derartige Vorrichtung ausgestaltet, wenn sie eine Einrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Plasmastrahls des aufzudampfenden Materials aufweist, und wenn die Einrichtung zur Einbringung von Porenbildnern eine Einrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Trägergasstrahl aufweist.
Ein erfindungsgemäßer Plasmastrahl ist (im Gegensatz zu einem thermischen Spritzstrahl) im wesentlichen frei von tropfenförmigem Spritzgut mit Tropfengrößen oberhalb 500 nm; besonders bevorzugt liegt die maximale Größe von im Plasmastrahl beim Düsenaustritt enthaltenen Tropfen unterhalb von 200 nm. Insbesondere unter Niederduckbedingungen lässt sich der Plasmastrahl auch als atomarer Nebel beschreiben, der durch Atome und atomare Mikrocluster, also Aggregate von wenigen Atomen bis einigen tausend Atomen gebildet wird.
Der gerichtete Plasmastrahl erlaubt die gezielte Beschichtung ausgewählter Oberflächenbereiche mit dem in ihm gebildeten Dampf. Der gerichtete Trägergasstrahl erlaubt die gezielte Einbringung von Porenbildnern in ausgewählte Oberflächenbereiche. Dabei kann der Trägergasstrom inert sein, um den Dampfstrahl möglichst wenig zu beeinflussen oder er kann auch aus einem reaktivem Gas bestehen, welches mit dem Dampfstrahl reagiert und so erst eine CVD bewirkt.
Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Erzeugung des gerichteten Trägergasstrahl derart ausgestaltet, dass sie eine Ausrichtung des Trägergasstrahls ermöglicht. Dadurch kann der Trägergasstrahl -je nach Art, Größe und Konzentration der Porenbildner - in Hinsicht auf deren thermische Belastbarkeit optimal relativ zu dem Plasmadampfstrahl ausgerichtet werden, d.h. der Energieübertrag von dem dampfförmigen Beschichtungsmaterial auf die Porenbildner optimiert werden. Meist ist es vorteilhaft, wenn sich beide Strahlen kurz vor der Oberfläche oder gar erst auf ihr treffen.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn die erfmdungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Einheit zur Dosierung der mindestens einen Art der Porenbildner aufweist, um deren Konzentration bei der Einbringung in die zu schaffende Beschichtung variieren zu können. Bei mehreren Arten oder Sorten, insbesondere Größensorten, kann auch ein Misch- Vorrichtung vorteilhaft sein, um eine gleichmäßige Vermischung der verschiedenen Arten und/oder Sorten zu erlauben.
Nachfolgend werden anhand der Figur sowie eines Ausführungsbeispiels die erfindungsgemäße aufgedampfte Beschichtung und ein thermisch belastbares Bauteil mit einer solchen Beschichtung, sowie das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Beschichtung näher erläutert. Dabei zeigt die Figur:
Figur: Einen Ausschnitt einer Bauteiloberfläche aus dem Grundmaterial G mit einer aufgedampften Beschichtung B umfassend eine dünne Schicht BG aus aufgedampften Grundmaterial, darüber eine Haftvermittlungsschicht BH, darüber eine Zwischenschicht BZ, darüber eine Wärmedämmschicht BW und abschließend eine Deckschicht BD.
Gemäß dem Ausfuhrungsbeispiel wird die erfϊndungsgemäße Beschichtung B auf die thermisch stark zu belastende Oberfläche eines Bauteils einer Gasturbine eines Flugtriebwerks in einem einzigen Arbeitsgang aufgedampft. In dem Bauteil erforderliche Kühlluftbohrungen werden von der erfmdungsgemäß aufgedampften Beschichtung nicht verschlossen.
Zunächst wird die Bauteiloberfläche aus dem Grundmaterial G (z.B. eine stark belastbare Eisenlegierung) von Oxidschichten und/oder anderen Verunreinigungen gereinigt. Dies kann durch einen übertragenen Lichtbogen, durch Absimmern oder durch Plasmaablation erfolgen. Letzteres kann besonders einfach in der später noch näher zu erläuternden erfϊndungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung der Beschichtung erfolgen.
Nach der Reinigung wird zunächst eine sehr dünne (wenige Atomlagen) Schicht BG aus dem Grundmaterial G aufgedampft. Darauf wird eine Haftvermittlungsschicht BH aufgedampft, wobei die Zusammensetzung des Dampfstrahls kontinuierlich von der des Grundmaterials G hin zu der des Haftvermittlungsmaterials PtAl geändert wird, so dass sich ein fließender Übergang der Schichten ergibt. Während der Beschichtung mit dem reinen Haftvermittlungsmaterial werden Porenbildner P in Form von metallischen Nano- und Microballs mittels eines inerten Trägergasstrahls auf die Oberfläche getragen und dort von dem Haftvermittlungsmaterial eingeschlossen. Auf die Haftvermittlungsschicht BH wird eine dichte Zwischenschicht BZ aus Al2O3 aufgedampft. Auch zwischen den Schichten BH und BZ erfolgt ein fließender Übergang der Materialzusammensetzung. Auf die Zwischenschicht BZ wird eine Wärmedämmschicht BW aus Lanthanhexaaluminat aufgedampft, die je nach Temperatoführung kolumnar oder schichtförmig aufgebaut ist. Auch zwischen den Schichten BZ und BW erfolgt ein fließender Übergang der Materialzusammensetzung. Während der Beschichtung mit dem reinen Wärmedämmmaterial werden Porenbildner P in Form von metallischen Nano- und Microballs mittels eines inerten Trägergasstrahls auf die Oberfläche getragen und dort von dem Wärmedämmmaterial eingeschlossen. Auf die Wärmedämmschicht BW wird eine keramische Deckschicht BD aus Zirkonoxid aufgedampft. Auch zwischen den Schichten BW und BD erfolgt ein fließender Übergang der Materialzusammensetzung.
Die Porenbildner P in der Haftvermittlungsschicht BH unterstützen den Ausgleich der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Grundmaterial G und der Wärmedämmschicht BW. Die Porenbildner P in der Wärmedämmschicht BW dienen vorrangig der Verstärkung des Wärmewiderstandes dieser Schicht. Die Deckschicht BD gewährleistet einen guten Erosionsschutz.
Die Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Beschichtung entspricht der in der DE 102004033054 Al dargestellten Vorrichtung und weist zusätzlich eine Einrichtung zur Einbringung von Porenbildnern P in die sich aufbauende Beschichtung B auf. Die Einrichtung zur Einbringung von Porenbildnern P umfasst eine ausrichtbare Einrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Trägergasstrahls.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst also als wesentliche Bestandteile - eine Zufuhrvorrichtung für drahtförmiges Beschichtungsmaterial (alternativ ist auch die
Zuführung von flüssigem oder pulverförmigem Beschichtungsmaterial möglich)
- eine Gaszufuhr für Trägergas für das verdampfte Beschichtungsmaterial
- eine Plasmakammer mit Anode und Kathode in Drahtform zur Erzeugung eines
Hochstrom-Bogenplasmas
- und eine Austrittsdüse für einen gerichteten Plasmastrahl
wobei die Kathode zur Erzeugung des Hochstrom-Bogenplasmas durch drahtförmiges elektrisch leitfähiges Beschichtungsmaterial gebildet wird sowie zusätzlich
- eine Zufuhrvorrichtung für die Porenbüdner P
- eine Gaszufuhr für Trägergas für die Porenbildner P
- und eine ausrichtbare Austrittsdüse für einen gerichteten mit Porenbildnern P beladenen
Trägergasstrom
Dabei ist es entscheiden, dass die Plasmastrecke im Brenner sehr lang ist, so dass die Zufuhr des Materials direkt in den Plasmakernstrahl erfolgen kann.
Das drahtförmige Beschichtungsmaterial wird in einem Drahtvorschub durch eine Schlitzdüse in die Plasmakammer geführt. Das Trägergas wird über eine Vorrichtung zur Gaszuführung auf der Drahtzufuhrseite eingeleitet. Zur Zufuhr weiterer Gase, insbesondere reaktiver Gase ist eine Zusatzgaseinleitung vorgesehen, die hier nahe an der Lichtbogenentladungszone angeordnet ist. Ebenso ist es aber auch möglich das Zusatzgas nach Vormischung über die Gaszuführungsvorrichtung einzuleiten.
Die Porenbildner werden durch Schwerkraft oder durch ein Trägergas auf den zu beschichtenden Bereich gelenkt und dort von der Dampfwolke eingebettet.
Die erfindungsgemäße aufgedampfte Beschichtung und das damit beschichtete thermisch belastbare Bauteil sowie das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Beschichtung zeichnen sich guten Wärmewiderstand bei gleichzeitig sehr homogener Abscheidung und hervorragender Spaltgängigkeit oder Konturtreue aus.
Bevorzugte Anwendungen liegen bei der Herstellung von Wärmedämmschichten bzw. Feuerschutzschichten auf metallischen Substraten bei bevorzugt Niederdruckbeschichtungen, insbesondere für eine Gasturbine eines Flugtriebwerks. Verfahren und Vorrichtung sind jedoch auch bei Normal- oder sogar Überdruck einsetzbar.

Claims

Patentansprüche
1. Aufgedampfte Beschichtung (B), insbesondere für thermisch belastbare Bauteile, vorzugsweise für eine Gasturbine eines Flugtriebwerks, dadurch gekennzeichnet, dass sie Porenbildner (P) umfasst.
2. Aufgedampfte Beschichtung (B) .nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Porenbildner (P) ausgestaltet sind als Fullerene und/oder Nano- und/oder Microballs und/oder leicht verdampfbaren Materialien, z.B. Polystyrolkugeln.
3. Aufgedampfte Beschichtung (B) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gradienten der Zusammensetzung des aufgedampften Materials aufweist und/oder dass sie einen Gradienten der Konzentration und/oder Art, insbesondere Größe, der umfassten Porenbildner (P) aufweist.
4. Aufgedampfte Beschichtung (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Verstärkungsmaterialien umfasst, insbesondere faserartige, vorzugsweise keramische.
5. Aufgedampfte Beschichtung (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Haftvermittlungsschicht (BH) und/oder als Wärmedämmschicht (BW) ausgestaltet ist.
6. Thermisch belastbares Bauteil, insbesondere Bauteil einer Gasturbine eines Flugtriebwerks, mit einer auf einer Bauteiloberfläche aus einem Grundmaterial (G) aufgebrachten Be- schichtung (B) aus zumindest einer Haftvermittlungsschicht (BH) und einer auf die
Haftvermittlungsschicht (BH) aufgebrachten Wärmedämmschicht (BW), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
7. Verfahren zur Herstellung einer aufgedampften Beschichtung (B) mittels PVD oder CVD dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufdampfens zusätzlich Porenbildner (P) in die sich aufbauende
Beschichtung (B) eingebracht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass als Porenbildner (P) Fullerene und/oder Nano- und/oder Microballs und/oder leicht verdampf bare Materialien eingebracht werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufdampfen ein gerichteter Plasmastrahl verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des aufgedampften Materials und/oder die Art, Größe und/oder Konzentration der umfassten Porenbildner (P) während des Aufdampfens verändert wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass Verstärkungsmaterialien eingebracht werden, insbesondere faserartige, vorzugsweise keramische.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (B) an die Bauteiloberfiäche aus dem Grundmaterial (G) angrenzend als Haftvermittlungsschicht (BH) ausgestaltet wird und darauf aufbauend als eine Wärmedämmschicht (BW) ausgestaltet wird.
13. Vorrichtung zur Herstellung einer aufgedampften Beschichtung mittels PVD oder CVD dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung zur Einbringung von Porenbildnern (P) in die sich aufbauende Beschichtung (B) aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Plasmastrahls des aufzudampfenden Materials aufweist, dass die Einrichtung zur Einbringung von Porenbildnern (P) eine Einrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Trägergasstrahl aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung des Trägergasstrahls derart ausgestaltet ist, dass der Trägergasstrahl ausrichtbar ist.
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