Flugzeugbau: Hitzeschild für Turbinenschaufeln senkt den Kerosinverbrauch

Flugzeuge begnügen sich künftig mit weniger Kerosin, wenn sich eine Entwicklung am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden durchsetzt. Eine Forschergruppe, geleitet von Maria Manuel Barbosa hat einen Hitzeschild entwickelt, mit dem die Schaufeln der Turbinen überzogen wird. Diese halten dann eine Verbrennungstemperatur aus, die um 150 Grad Celsius höher liegt als die heute übliche. Höhere Temperatur bedeutet einen besseren Wirkungsgrad und damit geringeren Treibstoffverbrauch.

Innige Verbindung mit den Schaufeln

Die Schutzschicht besteht aus Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumoxid (YSZ), einem zunächst microfeinenPulver. Es wird in Wasser eingerührt, sodass eine Suspension entsteht. Diese wird auf die Schaufel gesprüht. Der Prozess, genannt thermisches Spritzen, läuft bei einer Temperatur ab, bei der die YSZ-Teilchen schmelzen, sodass sie sich beim Auftreffen auf der Schaufel mit dieser innig verbinden. „Damit werden hochwertige und langlebige Schutzschichten selbst auf großen Bauteilen möglich – zu vergleichsweise niedrigen Kosten“, sagt Barbosa.

Auf den Schaufeln entsteht so eine Schicht mit einer Dicke von 500 Tausendstel Millimetern. Diese ist so innig mit dem Untergrund verbunden, dass sie auch bei höchster Belastung nicht abplatzt. Derartige Schichten lassen sich auch mit Elektronenstrahlverdampfern in Vakuumkammern herstellen, doch dieses Verfahren ist teuer und bei größeren Bauteilen nicht anwendbar. Eine andere Technik, das Atmosphärische Plasmaspritzen, ist billiger, doch die Schutzschicht haftet nicht sonderlich gut.

Schicht schützt auch vor Vulkanasche

Ein weiterer Vorteil der Beschichtung: Die Schaufeln sind unempfindlich gegen Partikel, die sich in der Luft befinden. Unbeschichtete Schaufeln bearbeiten sie wie Schleifpapier. Nachdem 2010 der isländische Vulkan Eyjafjallajökull ausgebrochen war und gewaltige Mengen an Asche in die Atmosphäre geschleudert hatte, musste der Flugbetrieb in halb Europa tagelang eingestellt werden, um Turbinenschäden zu vermeiden. Den beschichteten Schaufeln hätte die Asche nichts ausgemacht.

Auch in der Halbleiterbranche stößt das IWS-Verfahren auf großes Interesse. Die Innenwände von Plasma-Ätzkammern werden regelmäßig von aggressive Fluorverbindungen angenagt. Mit den Schutzschichten aus Dresden können sie geschützt werden – YSZ ist immun gegen Fluor. Der Anlagenbauer AMT im schweizerischen Döttingen nutzt die Beschichtungstechnik bereits.

via Fraunhofer IWS