Table Of ContentBild 12: Grobstruktur eines Turbinenrad-Segments, Modellhinter
grund unterdrlickt
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Statusseminar
im Auftrag des Bundesministeriums fUr Forschung und
Technologie (BMFT)
yom 13. bis 15. Februar 1984 in Bad Neuenahr
Keramische Komponenten
fOr Fahrzeug-Gasturbinen III
Herausgeber:
Projekttragerschaft "Metallurgie, Werkstoffentwicklung,
Ruckgewinnung" des BMFT bei der DFVLR, Koln
Wissenschaftliche Leitung und Redaktion:
W. Bunk, M. Bohmer, H. KiBler
Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo 1984
Professor Dr. rer. nat. Wolfgang Bunk
Direktor des Instituts fUr Werkstoff-Forschung
der Deutschen Forschungs-und Versuchsanstalt fUr Luft-und Raumfahrt e. V. • Koln-Wahn
Dr.-Ing. Manfred Bohmer
Dipl.-Ing. Hermann KiBler
Wissenschaftliche Mitarbeiter am Institut fUr Werkstoff-Forschung
der Deutschen Forschungs-und Versuchsanstalt fUr Luft-und Raumfahrt e.V. • Koln-Wahn
Mit 339 Abbildungen und 46 Tabellen
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Keramische Komponenten fOr Fahrzeug-Gasturbinen 1//: Statusseminar im Auftrag des Bundesministeriums
fUr Forschung und Technologie vom 13.-15. 2. 1984 in Bad Neuenahr I Hrsg.: Projekttragerschaft .. Metallurgie.
Werkstoffentwicklung, ROckgewinnung" bei der DFVLR, Koln. Wissenschaftliche Leitung und Redaktion:
W. Bunk, M. Bohmer, H. KiBler. - Berlin, Heidelberg. New York. Tokyo: Springer 1984.
ISBN-13:978-3-540-13529-6 e-ISBN-13:978-3-642-82299-5
001: 10.1007/978-3-642-82299-5
NE: Bunk, Wolfgang (Red.); Deutsche Forschungs-und Versuchsanstalt fUr Luft-und Raumfahrt (Koln) I
Projekttragerschaft .. Metallurgie. Werkstoffentwicklung, ROckgewinnung"
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Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden dOrlen.
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort 5
w. v. Stackelberg: Eroffnung und BegrUBung 7
E. Tiefenbacher: Die keramische Fahrzeuggasturbine 11
M. Bohmer: Bericht der Projekttragerschaft Uber das 27
Forderungsprograrnrn "Keramische Bauteile fUr Fahrzeug
Gasturbinen"
H. Hausner, R. Peitzsch, G. wotting: Sinterverhalten 41
von Siliciumnitrid-Pulvern
G. Schwier: Entwicklung und Herstellung verbesserter 55
Alpha-Siliciumnitridpulver fUr das HeiBpressen und
Sintern
P. Greil, G. Petzow: GefUgecharakterisierung von 71
Si3N4-Mischkristallkeramiken und Moglichkeiten der
Verbesserung der Hochtemperatureigenschaften
K. Berroth, A. Krauth: Entwicklung von Siliciumnitrid- 93
Bauteilen fUr den Gasturbinenbau
U. Dworak, H. Olapinski, D. Fingerle: Herstellung 113
von Bauteilen aus reaktionsgesintertem Siliciumnitrid
im SpritzgieBverfahren
E. Gugel, G. Leimer: Entwicklung von Gasturbinenbau- 133
teilen auf der Basis von Siliciumnitrid
J. Heinrich, M. Bohmer: Werkstoff- und Bauteilent- 159
wicklung durch heiBisostatisches Pressen am Beispiel
von Siliciurnnitrid
H. Hausner, H. Landfermann, W. Boeker: Sinterver- 179
halten von Siliciumcarbid-Pulvern
G. Schwier: Entwicklung und Herstellung verbesserter 195
Siliciumcarbidpulver fUr das drucklose Sintern und
HeiBpressen
K.-L. WeiBkopf, J. Lorenz, G. Petzow: Optimierung 209
von Werkstoffen auf der Basis von Siliciumcarbid
A. Krauth, K. Berroth: Entwicklung von hochwarm- 227
festen, korrosionsbestandigen Siliciumcarbid-Form-
korpern fUr die Verwendung im Gasturbinenbau
G. Leimer, E. Gugel: Entwicklung von Gasturbinen- 255
bauteilen
W. Heider, H. Boder: Zur Eignung von SiSiC fur 285
GT-Bauteile
K. IIunold, W. Grellner: HeiBisostatisches Verdichten 305
von Siliciumcarbid
K. Hagemeister, W. HUther, G. Langel: Entwicklung 329
von hochwarmfesten Keramikbauteilen fUr Gasturbinen
M. Zippel: Druckbelastetes Keramiklaufrad fUr Gas- 361
turbinen
K. D. Morgenthaler: Bauteile aus Keramik fur Gas- 389
turbinen
M. Langer, J. Siebels, H. Heinrich: Turbinenrotoren 419
aus nichtoxidischen keramischen Werkstoffen
F. ThUmmler, G. Grathwohl, F. Porz, R. Hamminger, 449
H. Cohrt: Hochtemperatur-Langzeit-Eigenschaften
von Si3N4- und SiC-Werkstoffen
G. Kleer, H. Richter, R. PrUmmer, H.-W. Pfeiffer- 487
Vollmar: Festigkeitsverhalten keramischer Werkstoffe
unter langzeitiger Belastung
- Charakterisierung des Ermudungsverhaltens -
- Rontgenographische Spannungsanalyse -
D. Munz, o. Rosenfelder, K. Goebbels, H. Reiter: 513
Bruchmechanische Bewertung von Fehlstellen in Keramik
auf der Basis zerstorungsfreier Prufverfahren
K. Goebbels, H. Reiter, W. Arnold, S. Hirsekorn: 533
Ein Konzept zur Qualitatssicherung von Bauteilen
der Keramik-Gasturbine durch zerstorungsfreie Pruf-
verfahren
K. Kt{~, B. Ilschner: Elastische KenngroBen, Bruch 559
wider stand und RiBausbreitungsverhalten von heiBge
preBtem Siliciumnitrid zwischen 200 und 15000C
M. Erz, H. W. Hennicke: Druckloses Fugen von 587
Siliciumni trid
A. Lipp, H. Knoch, K. Reinmuth, K. Schwetz: Abrasiv, 613
korrosiv und bei hoher Temperatur mechanisch bean
spruchte Teile aus reinem Sic
H. Eicher, H. Ferber, W. Gertsle: Der Anthrazit 635
staubbrenner als Beispiel fur die Verwendung von
SiSiC im Brennerbau
A. Krauth, H. Nink: Ingenieurkeramische Bauteile 647
fur Anwendungen in der Energietechnik, Verfahrens
technik, Metallurgie und Motorenbau
M. Bohmer: Forderungsprogramm "Keramische Bauteile 677
fur Fahrzeug-Gasturbinen" Zusammenfassung -
Ruckblick - Ausblick
G. Sievers: SchluBwort 684
Autorenverzeichnis 687
v 0 r w 0 r t
Von 1974 bis 1983 wurde vom Bundesministerium fur Forschung und
Technologie (BMFT) in der Kerarnik- und Kraftfahrzeug-Industrie
sowie an verschiedenen Forschungsinstituten das Forschungsprograrnrn
"Keramische Bauteile fur Fahrzeug-Gasturbinen" gefordert. Unter
dem Gesichtspunkt groBer werdender Urnweltverschmutzung, teurer
werdender Treibstoffe sowie knapper und seltener werdender me
tallischer Rohstoffe hatte das Projekt zum Ziel, keramische Kom
ponenten fur den Einsatz in einer Kleingasturbine zu entwickeln,
welche durch Erhohung der Arbeitstemperaturen verbesserte Wir
kungsgrade, vollstandige Verbrennung und erschutterungsfreien
L~uf gestattet bei gleichzeitiger Einsatzmoglichkeit von alter
nativen Treibstoffen.
Auf zwei Status-Seminaren im Fruhjahr 1978 sowie Herbst 1980
wurden die Zwischenergebnisse der Forschungsvorhaben vorgestellt
und in Tagungsbanden veroffentlicht. Der vorliegende dritte Band
enthalt die AbschluBberichte aller am Progarnrn beteiligten For
schungsvorhaben, welche auf einem Status-Seminar vom 13. - 15.
Februar 1984 in Bad Neuenahr vorgetragen wurden. Auch uber die
zahlreichen sich wahrend der Forderungs- und Entwicklungszeit
abzeichnenden Nebenentwicklungen auf Werkstoff- und Anwendungs
seite sowie die Aussichten und Notwendigkeiten weiterer Arbeiten
fur die Zukunft wird berichtet.
Ausrichtung und Organisation des Seminars lagen im Auf trag des
Bundesministeriums fur Forschung und Technologie beim Projekt
trager und Projektbegleiter des Prograrnrns, dem Institut fur Werk
stoff-Forschung der Deutschen Forschungs- und Versuchsanstalt fur
Luft- und Raurnfahrt.
Koln, im Marz 1984 W. Bunk, M. Bohmer, H. KiBler
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ER(jFFNUNG UND BEGRUBUNG
Wolfhart v. Stackelberg
Bundesministeriurn fur Forschung und Technologie,
Bonn
Meine sehr verehrten Damen, meine Herren,
im Auf trag des Bundesministers fur Forschung und Technologie,
Herrn Dr. Heinz Riesenhuber, begruBe ich Sie hier in Bad
Neuenahr zurn 3. BMFT-Statusseminar "Kerarnische Bauteile fur
Fahrzeug-Gasturbinen". Die GruBe der Bundesregierung gelten
hierbei ganz besonders unseren ausl~ndischen G~sten
aus Belgien
Brasilien
GroBbritannien
Italien
Japan
aus den Niederlanden
aus (jsterreich
Schweden
aus der Schweiz
und aus den USA.
Und diese Aufz~hlung kann keinen Anspruch auf Vollst~ndigkeit
erheben. Uber die starke internationale Resonanz freue ich
mich urn so mehr, als ich hierin eine Art Qualit~tsbeweis fur
die im Rahmen des Prograrnrns geleistete Arbeit erkennen mochte.
7
Ein Jahrzehnt Forschungsarbeit zurn Thema "Keramische Bauteile
fur Fahrzeug-Gasturbinen" liegt hinter uns. Mehr noch als
bei den beiden vorangegangenen Statusseminaren ist daher
eine kritische v7lirdigung des Erreichten notwendig. Ferner
gilt es, Entscheidungen fur den weiteren Weg zu treffen.
Lassen Sie mich meine Eindrucke in wenigen Sat zen zusammen
fassen:
1. Der Werkstoff Keramik hat nichts von seiner Faszination
eingebuBt. Die Anwendung von keramischen vlerkstoffen in
Verbrennungskraftmaschinen ist heute auf der ganzen Welt
ein Forschungsthema von groBtem Interesse, weit mehr noch
als vor 10 Jahren.
2. Seit 1974 sind bedeutende Fortschritte in der Handhabung
dieses Werkstoffes erzielt worden. Sie werden hier auf
diesem Status seminar bei vielen Vortragen Brgebnisse erfah
ren, die Skeptiker vor einem Jahrzehnt nicht fur moglich
gehalten hatten.
3. Wir sind aber noch weit davon entfernt, daB der Werkstoff
Keramik nun aufgrund seiner gunstigen Eigenschaften schon
auf breiter Front an Stelle konkurrierender i'lerkstoffe bei
Verbrennungskraftmaschinen treten konnte. Ein solcher plOtz
licher Durchbruch ist auch fur die nahere Zukunft nicht zu
erwarten. Nur die Methode der kleinen, sorgfaltig uberleg
ten und muhsam durch Forschungsarbeit erkampften For~itte
fiihrt hier zum Ziel.
4. Dieses Ziel ist keine utopie. ~r Werkstoff Keramik ist noch lange
nicht ausgereizt. Keramische Werkstoffe werden in der ge
samten Technik in Zukunft eine immer bedeutendere Rolle
spielen. Sie werden unsere technische ~]elt nachhaltig ver
andern.
Die Keramik wird daher neben
Hochtemperaturwerkstoffen
Pulvermetallurgie
Verbundwerkstoffen und
Polymeren mit besonderen Eigenschaften
einen der funf Schwerpunkte im kunftigen Programm Material-
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forschung der Bundesregierung bilden. Das Programm wird
Mitte 1984 ver6ffentlicht werden. Eine nahtlose FortfUhrung
der Keramikforschung ist also sichergestellt. Und auch die
im Programm "Keramische Bauteile fUr Fahrzeug-Gasturbinen"
bereits bewtihrte Zusammenarbeit zwischen C-rundlagenforschun~
und Anwendungstechnik wird in der Form von Verbundprojekten
beibehalten werden.
Ich wUnsche dieser Veranstaltun~ einen guten Erfolg, Ihnen
allen interessante Einblic~in die qeleistete wissenschaft
liche Arbeit und fruchtbare Diskussionen, und schlieBlich
wUnsche ich Ihnen einen angenehrnen Aufenthalt in dieser
sch6nen Stadt.
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