Forschung
Forschungsprojekte Hochtemperaturwerkstoffe

Untersuchung der Rissausbreitung in Wärmedämmschichtsystemen unter thermomechanischer Beanspruchung

Förderinstitution: AIF
Projektnummer: 14873 N/1 FKM-Nr. 609101 (1.8.2006 bis 31.7.2010)


Kurzdarstellung
In diesem Vorhaben wurde anhand eines modernen APS-Wärme¬dämm¬schicht¬systems bestehend aus dem einkristallinen Grund- werkstoff CMSX-4, der Haftvermittlerschicht vom Typ CoNiCrAlY und der keramischen Deckschicht ZrO2+8%Y2O3 eine Analyse und Modellierung von Delamination und Durchriss vorgenommen. Ein entwickeltes Lebensdauermodell basiert auf einem bruchmechanisch- en Ansatz und beschreibt die kritische Dehnung für die Versagensarten Delamination und Durchriss für isotherme Beanspruchung, so- wie für Thermal Mechanical Fatigue (TMF)- bzw. Thermal Gradient Mechanical Fatigue (TGMF)-Beanspruchung. Zur Validierung wurde eine vorhandene Prüfapparatur auf Innenkühlung mit einem Temperaturgradient von rd. 80 K zwischen der Oberfläche der Wärme- dämmschicht und Innenoberfläche der Hohlprobe weiterentwickelt. Zur Erzeugung bauteiltypischer Schichtschäden wurden überwie- gend an Hohlproben in Druckversuchen sowie Flachproben mit Laufzeiten von 3000h bzw. 14000h thermozyklische Versuche bzw. isotherme Auslagerungsversuche durchgeführt. (TGMF)-Beanspruchung im In-Phase-Zyklus führt zu kürzeren Lebensdauern im Ver- gleich zum Out-of-Phase-Zyklus aufgrund signifikant höheren Dehnungen und Spannungen.

In speziellen Druckversuchen an Hohlproben nach (TGMF)-Beanspruchung ließ sich die kritische Dehnung für Delamination und Durch- riss bestimmen. Entsprechend wurden mithilfe von Vier-Punkt-Biegeversuchen Werte der kritischen Dehnung bestimmt.

Durch metallographische Analysen, Rissauswertungen sowie Finite-Element-Rechnungen unter Berücksichtigung relaxierender Spannungen ließen sich die in den TGMF-Versuchen beobachteten Schichtschäden beschreiben. Schließlich ergab die Charakterisierung der Schichtschädigungen an Bauteilsegmenten wichtige Hinweise zu den Befunden an Hohlproben, die den dort identifizierten Schichtschädigungen nicht widersprechen.

Schlussbericht (wird in neuem Tab geöffnet)

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