Tailoring protective coatings for all-oxide ceramic matrix composites in high temperature-/high heat flux environments and corrosive media

The application range of porous all‐oxide ceramic matrix composites (CMCs) can be significantly extended through deposition of protective coating systems. Typical applications include protection against erosion, wear and foreign object damage as well as a reduced permeability. Environmental barrier coatings (EBC) are mandatory in order to guarantee sufficient lifetime of the CMC components under high temperature‐, high heat flux conditions and corrosive attack (combustor liners, thermal protection systems for atmospheric reentry). Limited thermal stability of today’s oxide fibers requires additional thermal barrier functionality for EBCs in order to keep the effective CMC bulk temperatures below 1200 °C. Depending on the specific application DLR’s coating concept for all‐oxide CMCs is based on either a single reaction‐bonded aluminium oxide (RBAO) coating or a hybrid coating system consisting of a RBAO bond coat followed by an EB‐PVD YSZ/FSZ top coat and is highlighted for three case studies. Deposition techniques (magnetron sputtering, MOCVD) alternative to EB‐PVD as well as the suitability of fibrous and cellular materials for thick EBC/TBC layers are explored. Schutzschichtkonzepte für oxidkeramische Verbundwerkstoffe unter hoher thermischer Beaufschlagung und korrosivem Angriff Der Einsatzbereich poröser oxidkeramischer Verbundwerkstoffe kann durch Aufbringen geeigneter Schutzschichten deutlich gesteigert werden. Typische Anwendungsfelder sind verbesserte Reibungs‐ und Verschleißeigenschaften, Schutz vor Partikelbeschuss sowie eine verringerte Gasdurchlässigkeit. Umgebungsstabile Schutzschichten (EBCs) sind immer dann unverzichtbar, wenn hohe thermischen Beaufschlagungen und korrosive Atmosphären auftreten (Brennkammerschindeln, Thermalschutzsysteme für den Wiedereintritt in die Atmosphäre). Je nach Belastungsprofil kommen für oxidkeramische Verbundwerkstoffe eine Beschichtung aus reaktionsgebundenem Aluminiumoxid (RBAO) oder ein hybrides Schichtsystem bestehend aus einer RBAO‐Haftvermittlerschicht mit nachfolgender EB‐PVD Korrosionsschutzschicht aus teil‐ oder vollstabilisiertem Zirkonoxid (YSZ/FSZ) zur Anwendung. Das DLR Schutzschichtkonzept wird anhand dreier Fallstudien vorgestellt. Ferner werden alternative Beschichtungsverfahren (Magnetron Sputtern, CVD Abscheidung aus metallorganischen Vorstufen) zum Elektronstrahlverdampfen und die Eignung keramischer Filze und Materialien mit Zellgefügen für die Herstellung dicker EBC/TBC Schichten diskutiert.