Beitrag zur röntgenographischen Charakterisierung von Wärmedämmschichten

Abstract

In dieser Arbeit wurde der Einfluß von Spritzparametern, des Spritzpulvers sowie verschiedener thermischer Behandlungen auf die Phasenzusammensetzungen und Eigenspannungen von thermisch gespritzten Wärmedämmschichten aus teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid mittels Röntgenbeugung untersucht. Die gemessenen Phasenzusammensetzungen des Zirkoniumdioxids belegen, daß mit den ausgewählten Spritzparametern nahezu ausschließlich die erwünschte metastabile tetragonale t´-Phase mit einem ausreichend hohen Y2O3-Anteil eingestellt werden kann. Allerdings treten nach thermischen Behandlungen bei 650 °C signifikante Änderungen des Stabilisatoranteils auf, die auf eine partielle Transformation der Y2O3-reichen t´-Phase in die Y2O3-arme t-Phase hinweisen. In den untersuchten Schichtoberflächen wurden niedrige Druckeigenspannungen festgestellt. Dennoch kommt es in Abhängigkeit von den Spritzparametern und der Schichtdicke sowie der Temperatur und Dauer thermischer Behandlungen zu einem nachweisbaren Anstieg der Druckeigenspannungen. Auch konnte ein Einfluß des Spritzpulvers und ein Zusammenhang mit der Lebensdauer nachgewiesen werden. Bei Untersuchungen der Tiefenabhängigkeit im Ausgangszustand konnte experimentell nachgewiesen werden, daß die Druckeigenspannungen an der Oberfläche zur Haftschicht hin in Zugeigenspannungen übergehen. Dieser Verlauf wird durch thermische Langzeitbehandlungen stark verändert. Parallel zu den signifikanten Änderungen kommt es zu einer deutlichen Erhöhung der Thermoschockbeständigkeit. Daher wird empfohlen, nach dem Spritzprozeß generell eine thermische Nachbehandlung mit langsamen Temperaturänderungen durchzuführen.