TU BRAUNSCHWEIG

Wärmedämmschichten für Raketentriebwerke

Am Institut für Werkstoffe werden derzeit neue Wärmedämmschichtsysteme für den Einsatz in Raketentriebwerken untersucht.

Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Verbesserung der Haftung der Wärmedämmschichten auf dem Substrat. Durch große Temperatursprünge und chemische Gradienten entstehen hohe Spannungen, die durch den Einsatz von Haftvermittlerschichten verringert werden sollen.
Die Haftvermittlerschichten müssen zum einen eine chemische Ähnlichkeit sowohl zum Substrat (Kupferlegierung) als auch zur Wärmedämmschicht (NiCrAlY- oder CoRe- Legierung) besitzen, zum anderen muss die Wärmeausdehnung im Bereich zwischen der von Substrat und Wärmedämmschicht liegen. Ein Ansatz hierfür ist das Aufbringen gradierter Schichten mit über die Schichtdicke veränderten Zusammensetzungen. Außerdem wird eine neuartige Cu-NiCrAl-Legierung untersucht, die chemische und thermische Ähnlichkeit sowohl zum Kupfersubstrat als auch zur Wärmedämmschicht aufweisen soll.
Die Schichten werden mittels Pulverflammspritzen aufgebracht. Beim Pulverflammspritzen wird der Schichtwerkstoff in Pulverform in eine Kerosinflamme injiziert. Dabei werden Flammtemperaturen von bis zu 3000 K und -geschwindigkeiten von bis zu 2000 m/s erreicht. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist die kurze Verweilzeit der Pulverteilchen in der Flamme und somit eine im Vergleich zu anderen Verfahren deutlich verringerte Oxidation. Die so hergestellten Schichten weisen typischerweise einen Oxid-Anteil und eine Porosität von je < 2% auf.

 
Beschichtete Probe im Laserprüfstand

Metallische Wärmedämmschicht
auf Kupfersubstrat

Die Schichten werden unter Anderem in einem Laserprüfstand untersucht. Durch Bestrahlung der Schichtoberfläche mit einem Hochleistungslaser kann diese innerhalb kürzester Zeit auf bis zu 1500°C aufgeheizt werden. Durch die schnelle Aufheizzeit entstehen hohe Temperaturgradienten im Schichtsystem, die aufgrund thermischer Ausdehnung hohe innere Spannungen zur Folge haben.

Außerdem werden freistehende Schichten hergestellt, die im Zugversuch auf ihre mechanischen Eigenschaften hin untersucht werden. So können Materialparameter für zukünftige Simulationen bestimmt werden.

Studien-/ Diplom-/ Bachelor-/ Masterarbeiten

Die Themen für Studentische Arbeiten richten sich nach aktuellen Forschungsergebnissen und Entwicklungen. Eine Übersicht über derzeit mögliche Themen finden Sie hier.


Ansprechpartner:

Dr. Torben Fiedler


  last changed 06.11.2018
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