Hitzeschild macht Flugzeuge sparsamer
Suspensionsspritzverfahren des Fraunhofer IWS ist schnell, günstig und gut für die Umwelt
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Turbinenschaufel mit neuer YSZ-Keramikbeschichtung (Foto: iws.fraunhofer.de) |
Dresden (pte021/18.09.2019/12:30) Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS http://iws.fraunhofer.de haben eine keramische Hitzeschild-Technologie entwickelt, durch die Flugzeuge sparsamer, umweltfreundlicher und robuster werden. Dafür wird ein Pulver aus Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumoxid (YSZ) mit Wasser zu einer Suspension angerührt, mit der sich per Spritzverfahren schnell und preisgünstig Turbinenschaufeln und andere Flugzeugteile beschichten lassen. Das ermöglicht Triebwerke, die weniger Kraftstoff verbrauchen und die Atmosphäre nicht so stark verschmutzen.
Besonders kleine Partikel
"Damit werden hochwertige und langlebige Schutzschichten selbst auf großen Bauteilen möglich - zu vergleichsweise niedrigen Kosten", erklärt IWS-Ingenieurin Maria Barbosa. Da Suspensionen statt Pulver gespritzt werden, könne man 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. Weil bei unserem Ansatz kein Vakuum nötig ist, bleiben die Kosten überschaubar. Zudem lassen sich so auch große Flugzeug-Komponenten mit relativ hohem Tempo beschichten", betont die Expertin gegenüber pressetext.
Für ihre "YSZ-Suspensionsspritzen" verwenden die Fraunhofer-Forscher ein feines Keramikpulver aus Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumoxid. Die Körner darin weisen einen Durchmesser von nur einem Mikrometer auf oder sind noch kleiner. Solche besonders feinen Pulver würden in klassischen Verarbeitungsverfahren sehr rasch verklumpen und die Maschinenschläuche verstopfen. Deshalb rühren die Ingenieure mit Wasser oder Alkohol eine Suspension an. Auf diese Weise werden die Partikel dann doch spritzbar. Dabei entsteht eine Abschirmschicht, die etwa 500 Mikrometer dünn ist.
Industrie hat großes Interesse
Die vom IWS entwickelte Methode ermöglicht außerdem eine kostengünstige Anhebung der Betriebstemperatur einer Turbine um etwa 150 Grad. Dies erhöht ihren Wirkungsgrad, macht sie langlebiger und reduziert den Kühlaufwand. Unter dem Strich sinkt der Kraftstoffverbrauch. "Auch die Umwelt wird weniger belastet, weil der Treibstoff in den verbesserten Triebwerken effizienter verbrennt, was den Kraftstoffverbrauch reduziert und entsprechend weniger Schadstoffe ausstößt", erläutert Barbosa.
Da das neue Suspensionsspritzverfahren klare Vorteile mit sich bringt, ist das Interesse der Industrie den Forscherin zufolge sehr groß: "Das betrifft nicht nur die Luftfahrt, sondern etwa auch die Halbleiterbranche. Denn in der Chipproduktion setzen die großen Mikroelektronikfabriken unter anderem Plasma-Ätzkammern ein. In denen greifen aggressive Fluorverbindungen immer wieder die Kammerwände an. Mithilfe unserer Schutzschichten können Anlagenbauer das Innere der Maschinen besser gegen Korrosion schützen."
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