Widening the usability of yttria stabilised zirconia by advanced cooling technology

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Vol. 32; no. 8; pp. 660 - 664
• Main Authors: Lugscheider, E., Bobzin, K., Etzkorn, A.
• Format: Journal Article Conference Proceeding
• Language: English
• Published: Weinheim WILEY-VCH Verlag GmbH 01.08.2001; WILEY‐VCH Verlag GmbH; Wiley-VCH
• Subjects: Applied sciences; Cross-disciplinary physics: materials science; rheology; Deposition by sputtering; Exact sciences and technology; Materials science; Metals. Metallurgy; Methods of deposition of films and coatings; film growth and epitaxy; Physics; Thin films; Zirconia; Cooling; Thermal barriers; Physical vapor deposition; Cooling systems; Stabilized zirconia; Ceramics; Electron beam deposition; Experimental study; Coatings; Yttrium oxides
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/1521-4052(200108)32:8<660::AID-MAWE660>3.0.CO;2-G

The use of yttria stabilised zirconia as thermal barrier material for gas turbine applications is limited because of sintering effects within the coating at high temperatures. The sintering of the coating is accompanied by a deterioration of the mechanical properties which leads to a reduction in coating function, lifetime and reliability. Many research work is ongoing to develop new materials for thermal barrier applications with better sintering resistance. Another way to face the problem is the improvement of the gas turbine cooling technology. Because of the very good property mixture of yttria partial stabilised zirconia (low thermal conductivity, high thermal expansion, low young's modulus, established processes, availability …) this is a very promising way. Transpiration cooling shows a high potential for the temperature reduction at constant efficiency. The presentation shows some new aspects of coating technology caused by changed surface conditions of transpiration cooled surfaces as they are subject in the collaborative research center (SFB) 561 “Thermally highly loaded porous and cooled multilayer systems for combined cycle power plants”. Erweiterung der Einsetzbarkeit von yttriumstabilisiertem Zirkonoxid durch fortschrittliche Kühltechnologien Der Einsatz von yttriumstabilisiertem Zirkonoxid im Bereich der Gasturbinenanwendungen ist begrenzt durch Sintereffekte, die bei hohen Temperaturen innerhalb der Schicht auftreten. Diese Sintereffekte werden von einem Abbau der mechanischen Eigenschaften begleitet, die eine Reduzierung der Schichtfunktion und damit der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit zur Folge haben. Um diesem Verhalten entgegenzuwirken, laufen derzeit eine Reihe von Forschungsprojekten mit dem Ziel, neue Werkstoffe mit geringerer Sinterneigung für die Wärmedämmschichtapplikation zu entwickeln. Ein anderer Weg, die Problematik anzugehen, ist die Verbesserung der Kühltechnologie von Gasturbinen. Wegen der guten Materialeigenschaften des yttriumteilstabilisierten Zirkonoxids (niedrige Wärmeleitfähigkeit, hohe thermische Ausdehnung, niedriger Elastizitätsmodul, eingeführte Prozesse, Verfügbarkeit …) erscheint dies ein sehr vielversprechender Weg zu sein. Die Effusionskühlung weist ein großes Potential für die Reduktion der Einsatztemperatur bei konstantem Wirkungsgrad auf. Es werden einige neue Aspekte beleuchtet, die durch die veränderten Oberflächenverhältnisse bei der Effusionskühlung Einfluß auf den Abscheidungsprozeß nehmen und Inhalt des Sonderforschungsbereiches (SFB) 561 „Thermisch hochbelastete, offenporige und gekühlte Mehrschichtsysteme für Kombi‐Kraftwerke“ sind.