Neue Materialien und Herstellungstechnologien sind wesentliche Voraussetzungen für die Entwicklung neuer ultra-effizienter, emissionsarmer Triebwerke und damit für die Zukunft der Luftfahrt.
Im Projekt 3DCeraTurb werden die Fähigkeiten des DLR in den Bereichen neue Werkstoffe, Auslegungsfähigkeit, Bauteilfertigung, sowie Test- und Bewertungskompetenz am Beispiel der Fertigungsentwicklung einer Turbinenleitschaufel aus zwei der wichtigsten neuen Werkstoffklassen, additiv gefertigte (AM) Metalle und keramische Faserverbundwerkstoffe (CMC) aus SiC/SiC, gebündelt und weiterentwickelt.
Ziele:
Zu den Hauptzielen gehört die Etablierung einer Prozesskette aus Design, Herstellung, Beschichtung, Validierung im Strömungskanal sowie der Schädigungsbewertung von CMC-Bauteilen. Außerdem soll die Entwicklung von Design- und Auslegungsfähigkeiten und einer Herstellungsstrategie für additiv gefertigte Turbinenschaufeln mit Beschichtungen und AM-konformen Kühlstrukturen einschließlich der Bewertung vorangetrieben werden.
Ablauf:
Im Institut für Werkstoff-Forschung werden bisher entwickelte Schichtsysteme für die verwendeten Substratmaterialien SiC-SiC und SLM-gefertigte Ni-Basis Legierung optimiert und auf die Schaufeln übertragen. Dies umfasst die Charakterisierung der Bauteiloberflächen, woraus notwendige Glättungsverfahren mit anschließender Oberflächenvorbehandlung abgeleitet und entwickelt werden, und die Beschichtung mit PVD-Methoden wie EB-PVD und Magnetron-Sputtern. Nach der Beschichtung sind die Bauteile einer geeigneten Glühbehandlungen zur Kristallisation und Phasenbildung zu unterziehen, um die gewünschten Schichteigenschaften einzustellen. Ein Schwerpunkt der mikrostrukturellen Untersuchungen bildet die Bestimmung des Einflusses der Schaufelgeometrie auf die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke entlang der Schaufelkontur und dessen Einfluss auf die Schichtmikrostruktur und -haftung.
Die Lebensdauer der unterschiedlichen Werkstoffsysteme wird in diversen Tests an zusätzlichen Flachproben bestimmt. Hierzu gehört die Untersuchung von Degradationsmechanismen der Multi-Schichtsysteme im Temperatur-Gradienten-Prüfstand TEGRA, im Thermo-Wechsel-Prüfstand (FCT) und in einem Hochtemperaturofen unter Wasserdampf-Atmosphäre.
