Aufklärung von Nanostrukturen und Sintermechanismen in keramischen EB-PVD Zirkonoxid Wärmedämmschichten zur Optimierung der Morphologie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. John Banhart; Dr. Bilge Saruhan-Brings; Professor Dr. Albrecht Wiedenmann
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 33402781

Ziel der Untersuchungen ist die Aufklärung des Alterungsverhaltens von nanostrukturierten Keramikschichten bei hohen Temperaturen, die durch Elektronenstrahlaufdampfen (EB-PVD - ¿Electron Beam Physical Vapor Deposition ) hergestellt werden. EB-PVD hergestellte keramische Wärmedämmschichten (WDS) basieren auf teilweise Yttrium stabilisiertem Zirkonoxid (PYSZ - Partial Yttria Stabilized Zirconia ) und bieten wegen ihrer kolumnaren Morphologie eine vorteilhafte Resistenz gegen Thermoschock. Die Einsatzgrenze für Standard EB-PVD PYSZ (1200°C) wird durch die Phasenstabilität und Sinteraffinität zwischen den Kolumnen bestimmt und kann durch Änderung der Struktur und Population von Poren innerhalb der Kolumnen beeinflusst werden. Die genaue Kinetik dieser Veränderungen ist bisher nicht genauer erforscht. Die thermisch bedingten Änderungen der Größe und Form der Nanoporen sollen durch Neutronenkleinwinkelstreuung (SANS) und Ultra- Kleinwinkelstreuung mit Neutronen (USANS) sowie durch Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) und FIB unterstützten Elektronen-Tomographie bestimmt und mit der Änderung der thermischen Leitfähigkeit von EB-PVD-Schichten korreliert werden. Die relevanten Sintermechanismen (Volumendiffusion, Oberflächendiffusion oder Verdampfung/Kondensation) an Nano-Strukturen und -poren und die Sinterkinetik sollen als Funktion von Temperatur und Zeit an EB-PVD-Schichten unterschiedlicher Morphologie (5 morphologische Varianten aus gleicher chemischer Zusammensetzung) aufgeklärt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse zu den Sinter- und Porendiffusionsmechanismen sollen optimierte Morphologien für den Einsatz mit stabilen thermischen Eigenschaften ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen