WO2017121765A1 - Beschichtungssystem für turbinenkomponente - Google Patents

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Siemens AG
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Definitions

  • the invention relates to a part of a thermal barrier coating ei ⁇ nes ambient coating system (Environmental barrier coatings (EBC)) for a turbine component, such as beispielswei ⁇ se a gas turbine blade and / or a gas turbine blade, at least in part of a ceramic matrix component Material "CMC” (Ceramic Matrix Component) is.
  • EBC Thermal barrier coatings
  • Thermal barrier coatings are used in industry to lower the material temperature in high temperature applications.
  • gas turbines in which the coating is applied as required in the range of a few tenths of a millimeter to millimeters on the blades and on other components in the hot gas path of turbines.
  • Turbines are used, for example in the form of gas turbines, for the production of energy from electrical energy via combustion gas in a combustion chamber.
  • the hot gas flows into the turbine, which is connected to a generator.
  • the gas is introduced as hot as possible. The hotter the gas, the greater the demands on the coating materials that protect the turbine components, such as turbine blades and turbine blades, along the hot gas path in the turbines from damage by the hot gas.
  • the CMCs are susceptible to components of the hot gas, such as water vapor, comparable to the conventional superalloys. Therefore, the CMC support structures with an adhesive layer and thereon at least one to two protective layers, collectively referred to as Environmental Barrier Coatings (EBC), are protected from environmental influences.
  • EBC Environmental Barrier Coatings
  • Silicon carbide SiC / SiC-CMCs are made from barium strontium aluminum silicates (BSAS) or rare earth silicates, ie yttrium, ytterbium, e.g. Y2 S 12O7, Y2 S 1 O5) in the sense of a mixed mullite-BSAS coating on a silicon adhesive layer.
  • BSAS barium strontium aluminum silicates
  • rare earth silicates ie yttrium, ytterbium, e.g. Y2 S 12O7, Y2 S 1 O5
  • This protective layer comprises a ceramic component, a spinel of the general formula (Mg, Zn, Fe, Mn) -Al 2 O 4 , a perovskite of the general formula (RE 1, RE 2) A103, where RE 1 is a trivalent rare earth cation Elements and equal or different RE2 can be, an oxyapatite and / or a grenade with a general formula (RE1RE2RE3) Al5O12 wherein RE1, RE2 and RE3 each represent a trivalent cation of a rare earth element and may be the same or different, as well as any desired mixtures of the abovementioned compounds.
  • a disadvantage of the prior art is that the coating system comprises too many layers, wherein adhesion problems at the interfaces and in particular also differences in the thermal expansion coefficients can lead to instabilities of the coating systems for turbine components such as gas turbine blades and / or gas turbine blades.
  • Object of the present invention is therefore to provide an improvement of the coating system for turbine components, in particular gas turbine blade and / or gas turbine blade, which minimizes or overcomes the disadvantages of the prior art.
  • Solution of the problem and object of the present invention is a coating for a turbine component, Special into ⁇ gas turbine component, such as a turbine blade, which is at least partly made of a ceramic composite material (CMC), wherein the part that ramischen from a ke ⁇ Composite is, has a coating which is waterproof and chemically miscible with the material of the Turbinenko ⁇ component and / or in each other, in particular chemically unlimited miscible and / or indefinitely dissolvable, so "chemically compatible” because in the matrix of CMCs of the gas turbine blade particles and / or fibers are incorporated, which are made of a same or a chemically matching, but at least chemically compatible, material contained in the waterproof coating, this consistent and compatible material in particular based on alumina, Yttrium aluminum Garnet or Garnet (YAG) and / or
  • CMC ceramic composite material
  • Yttrium Stabilized Zirconia YSZ
  • YSZ Yttrium Stabilized Zirconia
  • a chemically compatible material in particular a mate ⁇ material is called, which has a matching chemical sum ⁇ formula.
  • the modification in particular the crystallographic modification in which the chemically matching material is present, may well be quite different, such that an amorphous material or ceramic sintered material is "chemically compatible" with a crystalline or partially crystalline material in the sense of the present invention. that is, chemically miscible with each other without significant reaction such as reaction or decomposition.
  • this coating is virtually free of pores, that is to say the coating has a density which causes a weight of the coating which is greater than or equal to 95% of the theoretical weight, ie 100% density, and theoretical freedom from pores.
  • the fillers in the CMC can wherein differences in the particle size ⁇ , up nanometers, consist of several micrometers are present, in one or more various fractions.
  • the particle composition of the filler or fillers for example starting from a filler of pure Y 3 Al 15 O 12 (YAG) over a 50:50 mol% mixture with a stabilized zirconium (IV) oxide, for example YSZ, up to pure zirconium (IV) oxide, preferably stabilized with 4 mol% to 8 mol% yttrium oxide Y 2 O 3.
  • a stabilized zirconium (IV) oxide for example YSZ
  • the fillers are preferably neither amorphous in the matrix nor in the CMC, but polycrystalline, semi-crystalline and / or crystalline.
  • the preferred particle size of as "roughly" be ⁇ recorded below, preferably at least partially crystalline shortcuten- the particles of the filler or fillers are, for example, in the range of 500 nm to 15 ym being in the range of particle sizes of 700 nm to 3 ym an accumulation of suitable particles is present.
  • the fine particles sinter during production of a coating to a solid material with a ceramic microstructure.
  • the fillers can be used in various forms, sphe ⁇ opinionated, platelet and / or rod-shaped present. According to an advantageous embodiment of the invention, the
  • Coating system of the turbine component such as the Gasturbi ⁇ nenschaufel and / or the gas turbine blade made equal to the gas turbine and / or the gas turbine blade.
  • ⁇ all recently may as well a coating of an already fin- ished gas turbine blade or a gas turbine blade, so for example, a retrofit done.
  • a according to the invention very dense YAG and / or YSZ basie ⁇ Rende coating is prepared by applying a slurry and subsequent heat treatment.
  • the slip is accompanied by mixing coarse particles, for example particles in the micrometer range, and / or fine filler particles in the nanometer submicrometer range
  • the ratio of fillers to water may be 50:50, with any other ratios being equally applicable .
  • the finished mixture is then present in aqueous solution of filler in the range of 10 to 60% by volume. Prefers .
  • b is the proportion of filler in the range of 20 to 50% by volume, and more preferably in the range of about 30 to 40% by volume of filler - so for example particles of Al 2 O 3 , YAG and / or YSZ - again, for example, in different
  • both a binder or a binder mixture, a dispersing aid and / or a sintering aid may still be admixed, these components are familiar to the person skilled in the art and can easily be found both in material and in quantity of this suitably for the respective system.
  • a binder or a binder mixture, a dispersing aid and / or a sintering aid may still be admixed, these components are familiar to the person skilled in the art and can easily be found both in material and in quantity of this suitably for the respective system.
  • an organic liquefying agent in particular ⁇ special an organic alkali-free liquefying agent, such as a carboxylic acid preparation used.
  • the material for the coating is applied to the CMC substrate as a water-containing and / or acid-containing slip and subjected to a heat treatment with this. In this case, temperatures up to 1100 ° C can be realized.
  • the result is a coating, the sintered material in which filler particles are contained in micrometer ⁇ size, for example.
  • Such a manufactured solid composite of dense waterproof coating according to the invention and turbine components te such as gas turbine blade and / or gas turbine vane can be characterized for example by optical methods such as SEM images, wherein the substrate, so Example ⁇ as the gas turbine blade as a layer with fibers and be ⁇ the coating can be seen as a layer without fibers and filler particles.
  • SEM images can also be combined with chemical analyzes for characterization.
  • the CMC material of the gas turbine blade and / or the gas turbine blade stable comprises l arede fibers which are made of the same material as the large ⁇ ben or fine fillers of the coating, for example of Al 2 O 3, YAG and / or YSZ ,
  • the CMC substrate material and the coating material can then be differentiated analytically, for example, by virtue of the fact that in the substrate material
  • fibers and optionally also particles and in the Beschich ⁇ tion particles of the same oxide or the same oxide mixture but no fibers are present.
  • the fibers may for example be based on alumina, and / or mullite and have at least amorphous shares.
  • the slip is applied to the substrate by conventional means such as spraying, dipping, brushing or the like.
  • the coating results from sintering and tempering of the slip-coated gas turbine blade or the gas turbine blade. In this case, sinter the fei ⁇ NEN filler particles and result in a virtually pore-free ke ⁇ ramische coating while the larger and coarser particles of the strength and resistance of the loading provide stratification.
  • the substrate 1 can be seen below, that is, for example, a substrate made of a CMC.
  • a CMC comprising a matrix of at ⁇ game as an oxidic or non-oxidic ceramics such as SiC, S1 3 N 4, S 1 O 2, Al 2 O 3, and any mixtures thereof, such as, for example, from EP 1394138 known CMC matrices.
  • the matrix are then, for example, fibers that are used in particular for reinforcement.
  • processing ⁇ tet can be.
  • the content of EP 1394138 is hereby also made CMC substrates relating to the subject of the present Of ⁇ fenbarung.
  • the fibers are made from which is on the substrate ⁇ lying moistureproof coating 2, for example made of the same material as the fillers of the slip.
  • a substrate such as a gas turbine blade made of a matrix filled with fibers, wherein the matrix and the fibers are optionally made of the same chemical material, such as alumina.
  • a coating which can be produced via a slurry, wherein the coating has in turn the same material, but in the form of a sintered ceramic with coarse filler, for example in Mikrometerbe ⁇ rich. This coating is made by heating and sintering a
  • the Schli ⁇ cker comprises at least a fraction of a finer filler and a fraction of a coarser filler, and sintering a sintered ceramic of the finer GolfstoffPellen formed and the coarser particles remain detectable in the finished coating ,
  • the chemically compatible which ⁇ ser ashamed barrier layer 2 is located includes the filler, the filler has the same Mate rial as the CMC substrate contained on ⁇ according to a preferred embodiment.
  • the bonding of the watertight virtually pore-free coating 2 to the substrate is excellent because of its chemical compatibility, because no real interfaces are formed that need to be joined, but the boundary surfaces merge into one another and form boundary regions.
  • thermal barrier layer TBC 3 which can be applied by conventional methods.
  • the thickness of the layer is in the micrometer range, for example, in the range of about 500 nm to 10 mm.
  • the invention relates to a coating system for a turbine component such as a gas turbine blade and / or a gas turbine blade, in particular one of a ceramic matrix component material "CMC" (Ceramic Matrix Component), wherein a water vapor-tight ceramic coating on the CMC substrate is provided, which is chemically compatible to the Substratma ⁇ material and almost free of pores.
  • CMC Ceramic Matrix Component

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungssystem für Turbinenkomponenten, beispielsweise eine Gasturbinenschaufel und/oder ein Gasturbinenblatt, insbesondere eine aus einem keramischen Verbundwerkstoff „CMC" (Ceramic Matrix Component), wobei eine wasserdichte Beschichtung auf dem CMC vorgesehen ist, die chemisch zu dem Substratmaterial kompatibel und/oder nahezu porenfreii ist.

Description

Beschreibung
Beschichtungssystem für Turbinenkomponente Die Erfindung betrifft einen Teil einer Wärmedämmschicht ei¬ nes Umgebungs-Beschichtungssystems (Environmental barrier coatings (EBC) ) für eine Turbinenkomponente wie beispielswei¬ se eine Gasturbinenschaufel und/oder ein Gasturbinenblatt, die zumindest zum Teil aus einem keramischen Matrix- Komponenten-Material „CMC" (Ceramic Matrix Component) ist.
Wärmedämmschichten werden in der Industrie eingesetzt, um die Werkstofftemperatur bei Hochtemperaturanwendungen zu senken. Ein Beispiel sind Gasturbinen, bei denen die Beschichtung den Bedürfnissen entsprechend im Bereich von wenigen Zehntelmillimetern bis hin zu Millimetern auf den Schaufeln sowie auf anderen Komponenten im Heißgaspfad von Turbinen aufgetragen wird . Turbinen werden, beispielsweise in Form von Gasturbinen, zur Energiegewinnung elektrischer Energie über Verbrennungsgas in einer Verbrennungskammer eingesetzt. Dabei fließt das heiße Gas in die Turbine, die mit einem Generator verbunden ist. Um die Effizienz der Gasturbine zu steigern, wird das Gas so heiß wie möglich eingeleitet. Je heißer das Gas, desto höhere Ansprüche an die Beschichtungsmaterialien, die die Turbinenkomponenten, wie beispielsweise Turbinenblätter und Turbinenschaufeln, entlang dem Heißgaspfad in den Turbinen vor Schäden durch das heiße Gas schützen.
Bislang werden entsprechende Turbinenkomponenten aus einer Superlegierung mit einer Haftschicht und darauf einer thermischen Barriereschicht (TBC, Thermal Barrier Coating) aufge¬ baut, wobei diese beiden Schichten sowohl die Gastemperatur beschränken als auch ein Kühlsystem erfordern. Eine alternative Herangehensweise ist die Entwicklung von keramischen Verbundwerkstoffen, sog. Ceramic-Matrix-Component "CMCs"- . Diese Trägerstrukturen halten höhere Temperaturen als Super- legierungen aus, haben eine geringere Dichte und eine bessere Oxidationsbeständigkeit , insbesondere die oxidischen CMCs . Die eingeschränkte Bruchfestigkeit und Schadenstoleranz der keramischen Materialien wird grundsätzlich durch Faserverstärkung verbessert und ausgeglichen.
Trotzdem sind die CMCs anfällig gegenüber Bestandteilen des heißen Gases, wie beispielsweise Wasserdampf, vergleichbar zu den herkömmlichen Superlegierungen . Deswegen werden die CMC- Trägerstrukturen mit einer Haftschicht und darauf zumindest ein bis zwei Schutzschichten, die im Ganzen als Umgebungs- Beschichtungssystem (Environmental barrier coatings (EBC) ) bezeichnet werden, vor Umgebungseinflüssen bewahrt.
Typische EBC-Beschichtungssysteme für beispielsweise
Siliziumcarbid SiC/SiC-CMCs sind aus Barium-Strontium- Aluminium-Silikaten (BSAS) oder Silikaten von seltenen Erden, also Yttrium, Ytterbium wie z.B. Y2 S 12O7 , Y2 S 1 O5 ) im Sinne ei- ner gemischten Mullit-BSAS Beschichtung auf einer Silizium- Haftschicht aufgebaut.
Zusätzlich kann gemäß dem Stand der Technik, wie er beispielsweise aus der WO 2010/080240 und/oder aus der US
2010/0158680 bekannt ist, eine separate Barriereschicht gegen das Eindringen von flüssigen CMAS, also Calcium, Magnesium, Aluminiumsilikaten, auf dem EBC -Beschichtungssystem vorgesehen sein. Aus DE 10 2015 205 807.7 ist eine kombinierte Schutzschicht gegen Feuchte, Sauerstoff und Eindringen von Calcium, Magne¬ sium und/oder Aluminiumsilikaten (CMAS) in eine Trägerstruktur aus keramischem Matrixmaterial für Hochtemperatur- Anwendungen bekannt. Diese Schutzschicht umfasst eine kerami- sehe Komponente, einen Spinell der allgemeinen Formel (Mg, Zn, Fe, Mn) - AI2O4, einen Perowskit der allgemeinen Formel (RE1, RE2)A103, wobei RE1 für ein dreiwertiges Kation eines seltenen Erden-Elements steht und gleich oder ungleich RE2 sein kann, einen Oxyapatit und/oder einen Granaten mit einer allgemeinen Formel (RE1RE2RE3 ) AI5O12 wobei RE1, RE2 und RE3 jeweils für ein dreiwertiges Kation eines seltenen Erden- Elements steht und gleich oder verschieden sein können, sowie beliebige Mischungen der vorgenannten Verbindungen.
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass das Beschichtungs- system zu viele Schichten umfasst, wobei Haftungsprobleme bei den Grenzflächen und insbesondere auch Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu Instabilitäten der Beschichtungssysteme für Turbinenkomponenten wie Gasturbinenschaufeln und/oder Gasturbinenblätter führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verbesserung des Beschichtungssystems für Turbinenkomponenten, ins- besondere Gasturbinenschaufel- und/oder Gasturbinenblatt zu schaffen, das die Nachteile des Standes der Technik minimiert oder überwindet.
Lösung der Aufgabe und Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Beschichtung für eine Turbinenkomponente, ins¬ besondere Gasturbinenkomponente, beispielsweise eine Turbi¬ nenschaufel, die zumindest zum Teil aus einem keramischen Verbundwerkstoff (CMC) ist, wobei der Teil, der aus einem ke¬ ramischen Verbundwerkstoff ist, eine Beschichtung aufweist, die wasserdicht ist und mit dem Material der Turbinenkompo¬ nente chemisch mischbar und/oder ineinander lösbar, insbesondere chemisch miteinander unbegrenzt mischbar und/oder unbegrenzt ineinander lösbar, also „chemisch kompatibel" sind, weil in der Matrix des CMCs der Gasturbinenschaufel Partikel und/oder Fasern eingearbeitet sind, die aus einem gleichen oder einem chemisch übereinstimmendem, zumindest aber chemisch kompatiblen, Material sind wie sie in der wasserdichten Beschichtung enthalten sind, wobei dieses übereinstimmende und kompatible Material insbesondere auf Basis von Aluminium- oxid, Yttrium Aluminium Granat oder Garnet (YAG) und/oder
Yttrium Stabilized Zirkonoxid (YSZ) sowie beliebiger Mischungen dieser Komponenten beschaffen ist. Als chemisch kompatibles Material wird insbesondere ein Mate¬ rial bezeichnet, das eine übereinstimmende chemische Summen¬ formel hat. Dabei kann die Modifikation, insbesondere die kristallographische Modifikation, in der das chemisch über- einstimmende Material vorliegt, durchaus ganz verschieden sein, so dass ein amorphes Material oder keramisch gesintertes Material mit einem kristallinen oder teilkristallinem Material im Sinne der vorliegenden Erfindung „chemisch kompatibel", also chemisch miteinander - ohne nennenswerte Reaktion wie Umsetzung oder Zersetzung - mischbar ist.
Vorteilhafterweise ergibt sich daraus eine Beschichtung mit einer sehr dichten Mikrostruktur, deren Gewicht über 90% ihres theoretischen Gewichts beträgt, so dass in der Beschich- tung ein nahezu porenfreies Material vorliegt, das eine hohe Schutzwirkung auf, beispielsweise ein Turbinenblatt, ausübt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Beschichtung ist diese nahezu porenfrei, das heißt die Beschichtung weist eine Dichte auf, die ein Gewicht der Beschichtung bedingt, das größer oder gleich 95% des theoretischen Gewichts, also bei 100% Dichte, und theoretischer Porenfreiheit ist.
Die Füllstoffe im CMC können in einer oder in mehreren ver- schiedenen Fraktionen, wobei Unterschiede in der Partikel¬ größe, von mehreren Mikrometer bis Nanometer, bestehen können, vorliegen.
Des Weiteren können Unterschiede in der Partikelzusammen- setzung des oder der Füllstoffe vorliegen, beispielsweise ausgehend von einem Füllstoff aus reinem Y3AI 15O12 (YAG) über ein 50:50 Mol% Gemisch mit einem stabilisiertem Zirkonium (IV) - oxid, beispielsweise YSZ, bis zu reinem Zirkonium (IV) - oxid, bevorzugt mit 4 Mol% bis 8 Mol% Yttriumoxid Y2O3 sta- bilisiert.
Die Füllstoffe liegen bevorzugt weder in der Matrix noch im CMC amorph vor, sondern polykristallin, teilkristallin und/oder kristallin. Die bevorzugte Partikelgröße der im Folgenden als „grob" be¬ zeichneten, vorzugsweise zumindest teilkristallin vorliegen- den Partikel des oder der Füllstoffe liegen beispielsweise im Bereich von 500nm bis 15 ym wobei im Bereich der Korngrößen von 700nm bis 3 ym eine Häufung an geeigneten Partikeln vorliegt. Die feinen Partikel sintern während der Herstellung einer Beschichtung zu einem festen Material mit keramischer Mikrostruktur.
Ebenso können die Füllstoffe in verschiedene Formen, sphä¬ risch, plättchen- und/oder stabförmig vorliegen. Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird das
Beschichtungssystem der Turbinenkomponente wie der Gasturbi¬ nenschaufel und/oder des Gasturbinenblatts gleich mit der Gasturbine und/oder dem Gasturbinenblatt hergestellt. Aller¬ dings kann ebenso gut eine Beschichtung eines bereits ferti- gen Gasturbinenblattes oder einer Gasturbinenschaufel, also beispielsweise eine Nachrüstung, erfolgen.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand einiger Beispiele näher erläutert:
Eine erfindungsgemäß sehr dichte auf YAG und/oder YSZ basie¬ rende Beschichtung wird durch Aufbringen eines Schlickers und anschließende Wärmebehandlung hergestellt. Beispielsweise wird der Schlicker durch Mischen grober Partikel, beispiels- weise Partikel im Mikrometerbereich, und/oder feiner Füllstoffpartikel im Nanometer- Submikrometerbereich mit
deionisiertem, destilliertem Wasser gerührt oder gemischt.
Beispielsweise kann das Verhältnis Füllstoffe zu Wasser 50:50 betragen, wobei beliebige andere Verhältnisse genauso ein¬ setzbar sind. der fertigen Mischung liegt dann in wässriger Lösung fes Füllstoff im Bereich von 10 bis 60 Vol% vor. Bevorzugt ,
b liegt der Anteil an Füllstoff im Bereich von 20 bis 50 Vol% und insbesondere bevorzugt im Bereich von ca. 30 bis 40 Vol% Füllstoff - also beispielsweise Partikel aus AI2O3, YAG und/oder YSZ - wiederum beispielsweise in verschiedenen
Partikelfraktionen - vor. Optional kann sowohl ein Binder oder eine Bindermischung, eine Dispergierhilfe und/oder eine Sinterhilfe noch beigemischt sein, diese Komponenten sind dem mit der Technik vertrauten Fachmann geläufig und sowohl in Material als auch in Menge von diesem leicht für das jeweili- ge System passend aufzufinden. Beispielsweise kann als
Dispergierhilfe ein organisches Verflüssigungsmittel, insbe¬ sondere ein organisches alkalifreies Verflüssigungsmittel, wie eine Carbonsäurezubereitung, eingesetzt werden. Beispielsweise wird das Material für die Beschichtung als wasserhaltiger und/oder säurehaltiger Schlicker auf das CMC- Substrat aufgebracht und mit diesem einer Wärmebehandlung unterzogen. Dabei können Temperaturen bis zu 1100°C realisiert werden. So entsteht eine Beschichtung, die gesintertes Mate- rial, in dem Füllstoffpartikel in beispielsweise Mikrometer¬ größe enthalten sind.
Ein derart hergestellter fester Verbund aus dichter wasserfester Beschichtung gemäß der Erfindung und Turbinenkomponen- te wie Gasturbinenblatt und/oder Gasturbinenschaufel kann wie beispielsweise durch optische Verfahren wie REM-Aufnahmen charakterisiert werden, wobei das Substrat, also beispiels¬ weise das Gasturbinenblatt als Schicht mit Fasern und die Be¬ schichtung als Schicht ohne Fasern und mit Füllstoffpartikel zu erkennen ist. Die REM Aufnahmen können auch mit chemischen Analysen zur Charakterisierung kombiniert werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst das CMC-Material der Gasturbinenschaufel und/oder des Gasturbinenblatts stabi- lisierende Fasern, die aus dem gleichen Material wie die gro¬ ben oder feinen Füllstoffe der Beschichtung sind, beispielsweise aus AI2O3, YAG und/oder YSZ. Analytisch können dann das CMC-Substratmaterial und das Beschichtungsmaterial beispiels¬ weise dadurch unterschieden werden, dass im Substratmaterial Fasern und gegebenenfalls auch Partikel und in der Beschich¬ tung zwar Partikel des gleichen Oxids oder der gleichen Oxidmischung aber keine Fasern vorliegen. Die Fasern können beispielsweise auf Basis von Aluminiumoxid, und/oder Mullit sein und haben zumindest amorphe Anteile. Der Schlicker wird nach üblichen Methoden, beispielsweise über Besprühen, Eintauchen, Aufpinseln oder ähnliches auf das Substrat aufgebracht. Die Beschichtung ergibt sich durch Sin- tern und Tempern der mit Schlicker beschichteten Gasturbinenschaufel oder des Gasturbinenblattes. Dabei sintern die fei¬ nen Füllstoffpartikel und ergeben eine nahezu porenfreie ke¬ ramische Beschichtung während die größeren und gröberen Partikel für die Festigkeit und Widerstandsfähigkeit der Be- Schichtung sorgen.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand einer Figur, die einen beispielhaften Aufbau eines Beschichtungssystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, näher erläu- tert:
Zu erkennen ist unten das Substrat 1, also beispielsweise ein Substrat aus einer CMC. Eine CMC umfasst eine Matrix aus bei¬ spielsweise einer oxidischen oder einer nicht-oxidischen Keramik wie SiC, S 13N4 , S 1O2 , AI2O3 sowie beliebige Mischungen daraus wie beispielsweise aus der EP 1394138 bekannte CMC- Matrizen. In der Matrix befinden sich dann beispielsweise Fasern, die insbesondere zur Verstärkung dienen. Beispielsweise können aber auch Füllstoffpartikel in die Matrix eingearbei¬ tet sein. Der Inhalt der EP 1394138 wird hiermit, die CMC- Substrate betreffend auch zum Gegenstand der vorliegenden Of¬ fenbarung gemacht. In diese Matrix aus den oben genannten Materialien sind zur Steigerung der Festigkeit im CMC noch Fasern und gegebenenfalls auch noch Partikel eingearbeitet. Die Fasern sind beispielsweise aus dem gleichen Material wie die Füllstoffe des Schlickers aus dem die auf dem Substrat auf¬ liegenden wasserdampfdichte Beschichtung 2 gemacht ist. Vorliegend wird ein Substrat, wie ein Gasturbinenblatt aus einer Matrix mit Faserfüllung beschrieben, wobei die Matrix und die Fasern gegebenenfalls aus gleichem chemischem Material, beispielsweise Aluminiumoxid, sind. Auf diesem Substrat befindet sich eine Beschichtung, die über einen Schlicker herstellbar ist, wobei die Beschichtung wiederum das gleiche Material hat, allerdings in Form einer gesinterten Keramik mit groben Füllstoffpartikel , beispielsweise im Mikrometerbe¬ reich. Diese Beschichtung ist durch Erhitzen und Sintern eines
Schlickers auf dem CMC Substrat herstellbar, wobei der Schli¬ cker zumindest eine Fraktion eines feineren Füllstoffes und eine Fraktion eines gröberen Füllstoffes umfasst und durch das Sintern eine gesinterte Keramik aus dem feineren Füll- stoffPartikeln entsteht und die gröberen Partikel in der fertigen Beschichtung noch nachweisbar bleiben.
Auf dem Substrat 1 befindet sich die chemisch kompatible was¬ serdichte Barriereschicht 2 die Füllstoffpartikel umfasst, die nach einer bevorzugten Ausführungsform das gleiche Mate- rial wie im CMC-Substrat enthaltene Füllstoffpartikel auf¬ weist. Die Anbindung der wasserdichten nahezu porenfreien Beschichtung 2 an das Substrat ist wegen der chemischen Kompatibilität ausgezeichnet, weil sich keine echten Grenzflächen ausbilden, die verbunden werden müssen, sondern die Grenzflä- chen ineinander übergehen und Grenzbereiche bilden.
Auf der wasserdichten Beschichtung 2 befindet sich vorteilhafterweise noch eine thermische Barriereschicht TBC 3, die nach üblichen Methoden aufbringbar ist.
Die Dicke der Schicht liegt beispielsweise im Mikrometerbe- reich im Bereich von ca. 500nm bis 10 mm.
Die Erfindung betrifft ein Beschichtungssystem für eine Turbinenkomponente wie eine Gasturbinenschaufel und/oder ein Gasturbinenblatt, insbesondere eines aus einem keramischen Matrix-Komponenten-Material „CMC" (Ceramic Matrix Component) , wobei eine wasserdampfdichte keramische Beschichtung auf dem CMC Substrat vorgesehen ist, die chemisch zu dem Substratma¬ terial kompatibel und nahezu porenfrei ist.

Claims

Patentansprüche
1. Beschichtung für eine Turbinenkomponente, insbesondere Gasturbinenkomponente, beispielsweise eine Turbinenschaufel, die zumindest zum Teil aus einem keramischen Verbundwerkstoff (CMC) ist, wobei der Teil, der aus einem keramischen Verbund¬ werkstoff ist, eine Beschichtung aufweist, die wasserdicht ist und mit dem Material der Turbinenkomponente chemisch mischbar und/oder ineinander lösbar, insbesondere chemisch miteinander unbegrenzt mischbar und/oder unbegrenzt ineinander lösbar, also „chemisch kompatibel" sind, weil in der Mat¬ rix des CMCs der Gasturbinenschaufel Partikel und/oder Fasern eingearbeitet sind, die aus einem gleichen oder einem che¬ misch übereinstimmendem, zumindest aber chemisch kompatiblen, Material sind wie sie in der wasserdichten Beschichtung enthalten sind, wobei dieses übereinstimmende und kompatible Ma¬ terial insbesondere auf Basis von Aluminiumoxid, Yttrium Alu¬ minium Granat oder Garnet (YAG) und/oder Yttrium Stabilized Zirkonoxid (YSZ) sowie beliebiger Mischungen dieser Komponen- ten beschaffen ist.
2. Beschichtungssystem nach Anspruch 1, wobei in der wasserdichten Beschichtung Partikel einer durchschnittlichen Größe im Mikrometerbereich vorliegen.
3. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei in der wasserdichten Beschichtung eine Matrix aus einer gesinterten Keramik vorliegt.
4. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dichte der wasserdichten Beschichtung größer 90% ist.
5. Beschichtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gewicht der Beschichtung größer oder gleich 90% des theoretischen Gewichts der Beschichtung ist.
6. Beschichtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wasserdichte Beschichtung ohne geschlossene Poren ist .
7. Beschichtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wasserdichte Beschichtung ohne offene Poren ist.
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