Entwicklung neuer, kriechbeständiger Haftschichten für „Environmental Barrier Coatings“

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428973451

Das Ziel des gesamten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung neuer Si-basierter Haftschichten durch Si3N4- bzw. SiC-Verstärkung zur Erhöhung der Lebensdauer von Environmental Barrier Coatings (EBCs), die zum Schutz von SiC-basierten Hochtemperaturverbundwerkstoffen in modernen Strahltriebwerken verwendet werden. Im Rahmen des Vorgängervorhabens wurden die Spritzzusatzwerkstoffe und -prozess für die neuartigen Si-Si3N4 und Si-SiC-Beschichtungen erfolgreich entwickelt. Die Beschichtungen wurden auf die Schichtstruktur, Phasenzusammensetzung und Eigenschaften wie Härte und Bruchzähigkeit hin untersucht. Ausgewählte Beschichtungen wurden in Oxidationstests geprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass die Si-Si3N4-Beschichtung geringere Massenzunahmen im Vergleich zur Si-Referenzschicht im zyklischen Oxidationstest hatte und damit ein Potential als neue Haftschicht darstellt. Im vorliegenden Fortsetzungsvorhaben wird erforscht, in wieweit die Si3N4-Verstärkung die Kriechbeständigkeit und das Thermoschockverhalten der Beschichtung im Vergleich zur Si-Referenzschicht verbessern könnte. Darüber hinaus wird der Zusammenhang des Oxidationsverhaltens mit der plastischen Verformung bei Betriebstemperatur der Beschichtung untersucht und der Einfluss der Si3N4-Verstärkung darauf ermittelt. Dazu werden die Proben auf Basis der bislang erreichten Ergebnisse hergestellt und charakterisiert. Mit dem am IOT zur Verfügung stehenden Thermoschockprüfstand werden die Proben getestet und hinsichtlich der Versagensmechanismen analysiert. Der Einfluss der Si-Si3N4-Verstärkung wird dadurch geklärt. Darüber hinaus werden die Beschichtungen mit definierten Belastungen im Ofen ausgelagert, um die Wirkmechanismen der Si-Si3N4-Verstärkung auf die Kriechbeständigkeit und das Oxidationsverhalten der Beschichtung festzustellen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen dienen als Grundlage zur Bewertung des Potentials der neuartigen Beschichtungen für EBCs.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen