Elektrische Charakterisierung von Wärmedämmschichten mittels Impedanzspektroskopie

Keramische Wärmedämmschichten werden heute bereits in großem Umfang in stationären Gasturbinen [144] und Flugzeuggasturbinen [131, 135] eingesetzt, vor allem im Bereich von Brennkammern und Leitschaufelreihen. Als keramisches Beschichtungsmaterial hat sich teilstabilisiertes ZrO2 durchgesetzt, wobei als Stabilisator entweder Y (4−5mol%Y2O3) oder Ce (20−40 mol% CeO2) bzw. Kombinationen dieser beiden Stabilisatoren eingesetzt werden. Bei den Beschichtungsverfahren dominiert das Plasmaspritzen, mit dem heute Schichtdicken bis zu mehreren Millimetern erzeugt werden können [52, 55]. Von großem Interesse ist seit einigen Jahren auch das EB-PVD-Verfahren1 [166], das aber nur für relativ dünne Schichten geeignet ist. Beide Verfahren führen zu so genannten „dehnungstoleranten“
Schichten, die die hohen thermomechanischen Beanspruchungen beim An- und Abfahren der Turbinen überstehen. Die Dehnungstoleranz beruht auf der Rissstruktur der Schichten, die bei der Herstellung mehr oder weniger gezielt eingestellt wird. Beim Plasmaspritzen wird die Schicht lagenweise aufgebracht. Durch Parameter wie die Größenverteilung der Spritzpulver, deren Aufschmelzgrad beim Spritzen, Spritzabstand und -winkel sowie Wärmezu- bzw. abfuhr am Substrat, lassen sich Poren- und Risskonfigurationen erzielen, die ein pseudoplastisches Verhalten der Schichten ermöglichen [9]. Beim EB-PVD-Verfahren entstehen Stängelkristalle, deren senkrecht zur Schicht angeordnete Korngrenzen aufbrechen, so dass eine feine Segmentierung der Schicht in die einzelnen Kristallite erfolgt [154].