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Keramische Zeitschrift

, Volume 69, Issue 5, pp 122–128 | Cite as

Untersuchung der Eigenschaften von Keramischen Beschichtungen, abgeschieden mittels „Plasma Spray-Physical Vapor Deposition“

  • H. Wenting
  • G. Mauer
  • O. Guillon
  • R. Vaßen
  • M. Gindrat
  • R. Wäger
Forschung & Technik
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Kurzfassung

Beim „Plasma Spray-Physical Vapor Deposition“ (PS-PVD) Verfahren können große Teile des pulverförmigen Spritzwerkstoffs verdampft werden, so dass die Beschichtungen hauptsächlich aus der Gasphase abgeschieden werden. Diese Arbeit zeigt mittels numerischer Strömungssimulation (CFD), dass einerseits eine solche Verdampfung maßgeblich in der Plasmabrennerdüse stattfindet, und dass andererseits Keimbildung und Kondensation von Zirkondioxid an dieser Stelle möglich sind. Um die Eigenschaften der Deposite mittels PS-PVD zu untersuchen, wurden Experimente durchgeführt; insbesondere wurden Beschichtungen aus kondensierter Gasphase und aus Nano-Clustern, hergestellt mit den beiden Spritzabständen 1000 mm und 400 mm untersucht. REM-Aufnahmen zeigen, dass beim großem Spritzabstand viele kleine, nanoskalige Partikel (< 20 nm), welche deutlich kleiner sind als die Primärpartikel im ursprünglichen Spritzwerkstoff, die Spritzoberfläche in der Mitte des Plasmastahls bestimmen. Beim kurzen Spritzabstand konnten diese nanoskaligen Partikel jedoch kaum beobachtet werden. Ferner zeigen die XRD-Spektren beim großen Spritzabstand im mittleren Bereich des Plasmastrahls nur eine geringe bevorzugte Wachstumsrichtung, was eine Folge der geringen Beweglichkeit der abgeschiedenen Nano-Cluster sein könnte. Derweil zeigen die XRD-Spektren beim kurzen Spritzabstand deutlich bevorzugte Wachstumsorientierungen von (110) und (002). Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern einen tieferen Einblick in die Entstehungsmechanismen von hochqualitativen, kolumnar strukturierten PS-PVD-Wärmedämmschichten, welche bei zyklischen Lebensdauertests eine hervorragende Leistungsfähigkeit aufweisen.

Stichwörter

PS-PVD CFD-Modellierung Wärmedämmschicht 

Abstract

In Plasma Spray-Physical Vapor Deposition (PS-PVD) process, major fractions of the feedstock powder can be evaporated so that coatings are deposited mainly from vapor phase. In this work, Computational Fluid Dynamics (CFD) results indicate that such evaporation occurs significantly in the plasma torch nozzle and even nucleation and condensation of zirconia is highly possible there. Experimental work has been performed to investigate the nature of the deposits in the PS-PVD process, in particular coatings from condensated vapor and nano-sized clusters produced at two spraying distances of 1000 mm and 400 mm. SEM images show that, at long spraying distance, many small nano-sized particles (< 20 nm) which are significantly smaller than primary particles in the feedstock powder cover the coating surface in the center of the plasma jet. However, at short spraying distance, such nano-sized particles were hardly found. Besides, in the center area of the plasma jet, XRD patterns indicate only limited preferential growth orientation at long spraying distance which might be a consequence of the low mobility of nano-sized cluster deposits. Meanwhile, at short spraying distance, XRD patterns show obvious preferred growth orientations of (110) and (002). The results give a further insight in the formation mechanisms of high quality columnar structured PS-PVD thermal barrier coatings which have already shown excellent performance in cyclic life time tests.

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Copyright information

© Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2017

Authors and Affiliations

  • H. Wenting
    • 1
  • G. Mauer
    • 1
  • O. Guillon
    • 1
  • R. Vaßen
    • 1
  • M. Gindrat
    • 2
  • R. Wäger
    • 3
  1. 1.Forschungszentrum Jülich GmbHJülichDeutschland
  2. 2.Oerlikon Metco AGWohlenSchweiz
  3. 3.Helbling Technik AGAarauSchweiz

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