Forschung

Kurzdarstellung

Die Entwicklung neuartiger Wärmedämmschichtsysteme im Rahmen des Graduiertenkollegs MatCom – ComMat hängt neben weiteren wichtigen Untersuchungsaspekten zu einem wesentlichen Teil von dem Verständnis der Materialeigenschaften und der Beschreibung potentiell auftretender Schädigungsmechanismen ab. Um einen sicheren Betrieb von Bauteilen bei Anwendungen unter extremen Temperaturen und in aggressiven Medien zu gewährleisten, ist sowohl die Charakterisierung systeminterner Interaktionen zwischen den einzelnen Schichtkomponenten, als auch die Beschreibung des Werkstoffssystemverhaltens unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen von zentraler Bedeutung. Das sechste Projekt des Graduiertenkollegs lässt sich ganzheitlich betrachtet in drei Arbeitspakete gliedern. Die Ergebnisse dieser Teilprojekte sollen hinsichtlich der zu untersuchenden Schichtsysteme zu einer Beschreibung diffusionsbedingter Schädigungseinflüsse, der Entwicklung potentieller Oxidationsschutzschichten und der Ausarbeitung eines bruchmechanischen Bewertungskonzeptes beitragen. Die hierzu in aktuellen und bereits abgeschlossenen Forschungsprojekten entwickelten Methoden lassen sich auf die neuartigen Wärmedämmschichtsysteme übertragen und erweitern, sodass im Rahmen des Graduiertenkollegs neben der Charakterisierung der Werkstoffsysteme auch die Weiterentwicklung und Verbesserung der Simulations- und Bewertungsansätze angestrebt wird. Ein zentraler Bestandteil des ersten Arbeitspaketes ist die Modellierung und Simulation des Interdiffusionsverhaltens der Schichtkomponenten. Im Sinne der Auslegung und Optimierung der zu entwickelnden Wärmedämmschichtsysteme spielt die Untersuchung und Erfassung einflussreicher Faktoren auf schädigende Mechanismen dieser Art eine wichtige Rolle. In Abhängigkeit thermisch bedingter mikrostruktureller Umwandlungsprozesse gilt es, die thermophysikalischen und mechanischen Eigenschaften der Verbundsysteme auf Basis ausgewählter Konzepte und Materialdaten in bestmöglicher Näherung zu charakterisieren. Kern des zweiten Arbeitspaketes ist die Auslegung und anschließende Optimierung geeigneter Environmental Barrier Coatings (EBC). Durch Integration dieser speziell entwickelten Schutzschichten in den Materialverbund lässt sich eine signifikant erhöhte Resistenz des Werkstoffsystems gegenüber stark oxidierenden Umgebungen erzielen. Um Schädigungen durch den Umgebungsangriff weitestgehend abzumindern, ist es erforderlich, die Schutzwirkung von EBCs mittels relevanter Parameter wie der Verteilung der Legierungselemente, dem E-Modul, der Mikrostruktur und der Schichthaftung auf das Schichtsystem anzupassen. Das Ziel der dritten und abschließenden Phase des Projektes ist die Entwicklung und Validierung eines auf bruchmechanischen Konzepten basierenden Bewertungsmodells. Unter Beachtung und Erweiterung vielversprechender Methoden aus vorigen öffentlich geförderten Forschungsprojekten, sollen mithilfe des zu entwickelnden Ansatzes lebensdauerbegrenzende Mechanismen in den Werkstoffsystemen unter Hochtemperaturbelastung quantifiziert werden können. Ein wichtiger Aspekt hinsichtlich der Entwicklung dieses Bewertungsmodells ist die Berücksichtigung komplexer Mikrostrukturen und der Wechselwirkung zwischen unterschiedlichen Arten von Mikrodefekten.