17. September 2019

Hitzeschilde für sparsame Flugzeuge

Damit Flugzeuge sparsamer, umweltfreundlicher und robuster werden, haben Fraunhofer-Ingenieure aus Dresden eine neue keramische Hitzeschild-Technologie entwickelt. Dafür wird ein Pulver aus Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumoxid (YSZ) mit Wasser zu einer Suspension angerührt. Mit diesem flüssigen Pulvergemisch lassen sich im Spritzverfahren schnell und preisgünstig Turbinenschaufeln und andere Flugzeugteile beschichten. Solche und ähnliche Schilde machen Flugzeugtriebwerke möglich, die weniger Kraftstoff verbrauchen und die Atmosphäre nicht so stark verschmutzen.

Das Team um Dr. Maria Barbosa vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden hat die neue Technologie inzwischen mit dem Schweizer Anlagenbauer AMT in die industrielle Praxis überführt. Die IWS-Forscher sehen für ihr Suspensionsspritzverfahren viel Potenzial in der Luft- und Raumfahrt, aber auch in der Halbleiterindustrie sowie vielen anderen Branchen.

Besonders langlebige und doch preiswerte Schutzschichten
»Damit werden hochwertige und langlebige Schutzschichten selbst auf großen Bauteilen möglich – zu vergleichsweise niedrigen Kosten«, betont IWS-Ingenieurin Dr. Barbosa. »Indem wir Suspensionen statt Pulver spritzen, können wir Werkstoffe mit sehr kleinen Partikeln einsetzen, die bisher nicht dafür geeignet waren. Wir schlagen hier eine Brücke zwischen den etablierten Beschichtungsverfahren, die alle ihre Vor- und Nachteile haben. In Zukunft lassen sich damit auch neuartige Werkstoffkompositionen verarbeiten.«

Um Wärmedämmschichten zu erzeugen, sind bisher vor allem zwei Technologiepfade üblich: Einige Unternehmen bearbeiten die Bauteile mit Elektronenstrahlverdampfern (»EB-PVD«) in Vakuumkammern. Dabei entstehen sehr hochwertige und langlebige Schichten. Aber dieses Verfahren ist teuer, insbesondere für die Beschichtung sehr großer Bauteile. Der zweite Technologiepfad ist das »Atmosphärische Plasmaspritzen« (APS). Dabei wird Pulver in einem Plasmastrahl geschmolzen und auf das Bauteil geschleudert. APS ist zwar relativ preiswert, weil es ohne Vakuumkammern auskommt. Aber die so erzeugten Schutzschichten sind wenig belastbar. Mit dem »YSZ-Suspensionsspritzen« haben die Fraunhofer IWS-Forscher nun eine Alternative entwickelt.

Erfahren Sie mehr zu dieser Alternative und dem Clou daran in den Nachrichten des Fraunhofer IWS oder im IKTS-YouTube-Stream (Min 35:08).


Foto ©Fraunhofer IWS Dresden: Dr. Laura Toma blickt auf eine mittels Suspensionsspritzen beschichtete Turbinenschaufel (im Hintergrund der am Fraunhofer IWS entwickelte Suspensionsförderer). Die Forscherin hat die Technologie des Suspensionsspritzens am Dresdner Institut etabliert und seit mehr als einem Jahrzehnt stetig weiterentwickelt.


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