Konstruktive Gesichtspunkte bei der Herstellung von Brennkammerschindeln aus faserverstärkter Keramik

Kurzfassung

Aufgrund von zunehmender Umweltverschmutzung und schwindender Vorräte an fossilen Rohstoffen ist ein möglichst geringer Treibstoffverbrauch eine der wichtigsten Anforderungen bei der Entwicklung moderner Gasturbinen. Wenn man die Brennkammer einer Gasturbine betrachtet, geht ein gesteigerter Wirkungsgrad normalerweise mit einer Erhöhung der Materialtemperatur der Brennkammerauskleidung einher. Die Brennkammerauskleidungen von derzeit eingesetzten Gasturbinen bestehen in der Regel aus Hochtemperaturlegierungen. Durch eine Thermalschutzschicht können Materialtemperaturen von bis zu 1050°C erreicht werden. Sollen die Materialtemperaturen noch weiter gesteigert werden ist die Verwendung neuer Werkstoffe unvermeidlich. Das DLR untersucht die Verwendung von faserverstärkter Oxidkeramik als Brennkammerauskleidung. Ein wichtiger Aspekt bei dieser Untersuchung ist die Anbindung der keramischen Auskleidung an die metallische Tragstruktur. Dabei muss neben anderen spezifischen Eigenschaften der Oxidkeramik vor allem der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten, im Vergleich zu der metallischen Tragstruktur berücksichtigt werden. Im Gegensatz zu Metallen weisen faserverstärkte Keramiken anisotrope Materialeigenschaften auf. Die mechanische Festigkeit ist in der Regel nur in Faserrichtung ausreichend hoch, was bei der Konstruktion der Brennkammerauskleidung berücksichtigt werden muss. Außerdem können Bauteile aus faserverstärkter Keramik im Gegensatz zu Metallen nicht durch Gießen in jede beliebige Form gebracht werden. Das werkstoffspezifische Herstellverfahren muss vielmehr von Anfang an bei der Konstruktion berücksichtigt werden.