Einsatz der ortsaufgelösten Röntgenbeugung zur Untersuchung der Destabilisierungstiefe von Wärmedämmschichten

Mit Y203 teilstabilisiertes Zirkondioxid (YSZ) wird als Wärmedämmschicht für Turbinenschaufeln und Hitzeschilde in Gasturbinen der Energietechnik verwendet. Die Schädigung durch geschmolzene Ablagerungen aus Kalzium-Magnesium-Aluminium-Silikaten (CMAS), die als Staub aus der Umgebung in die Turbine eingesogen werden, ist eine der Fehlerursachen, die im Betrieb auftreten können. Der Schmelzpunkt des CMAS liegt unterhalb der Betriebstemperatur und das geschmolzene CMAS dringt durch Poren und Mikrorisse in die Wärmedämmschicht ein, reagiert mit dem YSZ und führt zu seiner Destabilisierung. Zur Untersuchung der Destabilisierungstiefe wurde die ortsaufgelbste Röntgenbeugung mit Mikrofokus im Querschliff eingesetzt. Dabei wurden Tiefenprofile der Phasenzusammensetzung des YSZ erstellt. Die Untersuchung erfolgte sowohl an Wärmedämmschichten aus der Praxis, als auch an Laborproben, die mit einem Modell-CMAS aus 38 mol% CaO, 6 mol% MgO, 5 mol%Ab03, 50 mol% Si02 and 1 mol% Fe203 beaufschlagt worden sind. Bei einer im Betrieb geschädigten Wärmedämmschicht wurde zum Beispiel eine Destabilisierung bis zu einem Drittel der Schichtdicke nachgewiesen.