Oberflächenmodifizierung flächiger Keramik-Metall Gradientenwerkstoffe durch kombinierte Laser-Plasma-Behandlung

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Oberflächenmodifizierung der keramischen Oberseite von Keramik-Metall Gradientenwerkstoffen durch ein kombiniertes Laser-Plasma Verfahren durchgeführt, um ein korrosionsbeständiges Wärmedämmschichtsystem zu erhalten Die Herstellung der dünnen, flächigen fünfschichtigen Gradientenwerkstoffe im Stoffsystem 8Y-ZrO2/ZrSiO4-NiCr8020 mit einem Mehrphasen-Zusammensetzungsgradienten erfolgte über ein pulvermetallurgisches Verfahren. Mittels laser-assisted microwave plasma processing (LAMPP), wurde an porösen, gesinterten 8Y-ZrO2 Modellkörpern eine rissfreie Versiegelung mit einer Dicke von 160 µm bis 200 µm erzielt. Unterstützend zur thermooptischen Analyse wurde eine simulationsbasierte Betrachtung des Sinterverhaltens durchgeführt. Die Wärmeleitfähigkeit bei 1000 °C Prüftemperatur ist λ_WLF= 4,28 W/(mK) für den nur gesinterten und λ_WLF= 5,13 W/(mK) für den zusätzlich versiegelten Gradientenkörper. Die mechanischen Eigenschaften wurden mittels Doppelring-Biegefestigkeit in konvexer Versuchsanordnung ermittelt. Eine Bewertung der Güte der Versiegelung der keramischen Seite der Gradientenkörper erfolgte mittels Heißgaskorrosionstest bei Anwesenheit von Vanadiumpentoxid bei 1000 °C Prüftemperatur. Durch die Versiegelung konnte die Tiefe des Vanadium-Zutritts gegenüber nur gesinterten Proben um den Faktor 7 reduziert werden.