abgeschlossene Promotionen & Habilitationen
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Heißgaskorrosion keramischer Werkstoffe in H2O-haltigen Rauchgasatmosphären
Art der Abschlussarbeit
Dissertation
Autoren
- Fritsch, Marco
Betreuer
- Prof. Dr. rer. nat. habil. Alexander Michaelis
Weitere Betreuer
Prof. Schneider, Dr. Schenk
Abstract
Keramische Werkstoffe gelten als aussichtsreich für den zukünftigen Einsatz als thermisch hoch belastete Bauteile in Gasturbinen. Dort sollen sie aufwändig gekühlte metallische Werkstoffe ersetzen und bei erhöhter Turbineneintrittstemperatur die Effizienz der Anlagen steigern sowie die Schadstoffemissionen senken. Wasserdampf führt in Rauchgasatmosphären von Gasturbinen zu einem deutlichen korrosiven Angriff üblicher Strukturkeramiken (Si3N4, SiC, Al2O3 und Mullit). Die chemische Reaktion mit der Bildung von flüchtigen Oxiden und Hydroxiden, in Verbindung mit einem zügigen Abtransport derselben in schneller Strömung, führt zu einem Material- und Formverlust der Bauteile. Das Verständnis der Korrosionsvorgänge, die Suche nach korrosionsstabilen Materialien und das Aufbringen derselben als Korrosionsschutzschichten ist deshalb Gegenstand dieser Dissertation. Die Arbeit zeigt erstmals das Wasserdampf-Korrosionsverhalten einer Vielzahl unterschiedlicher keramischer Materialien bei Gasturbinen ähnlichen Testturbinen (Temperaturen bis 1500°C, 100m/s Strömungsgeschwindigkeit, 0,28atm Wasserpartialdruck bei 1atm Gesamtdruck). Ausgehend von einer Literaturrecherche wurden in einem Material-screening, neben den bekannten Strukturkeramiken (Si3N4, SiC, Al2O3), vor allem oxidische Keramiken (z.B. Aluminate, Silikat, Hafnate, Zirkonate und Pyrochlor-Verbindungen) unter vergleichbaren Testbedingungen untersucht. Lange Korrosionszeiten (100-800 Stunden)führten zu einer zuverlässigen Bestimmung der Korrosionsrate und der Korrosionskinetik in Hinblick auf einen Langzeiteinsatz der Materialien in der Gasturbine (Inspektionsintervall von Brennkammerbauteilen aller 10000 h).
Berichtsjahr
2007