Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schutzschicht gegen Hitze und Oxidation

04.11.2014

Forscher entwickelten ein Beschichtungsverfahren, mit dem sie Bauteile in Turbinen, Triebwerken und Müllverbrennungsanlagen vor Oxidation und Hitze schützen wollen. Winzige Aluminiumoxidkugeln übernehmen dabei die Wärmedämmung. Im Labor funktioniert ihre Technologie bereits wirtschaftlicher als konventionelle Verfahren.

Gase sind schlechtere Wärmeleiter als Feststoffe. Gas- oder Porenbeton nutzen diesen Effekt, den Experten »Gasphasenisolierung« nennen. Die Wärmedämmung funktioniert dabei über Luft, die in Hohlräumen eingeschlossen ist.


Aluminiumoxidkugeln sind innen hohl und mit Gas gefüllt. Forscher haben ein Verfahren entwickelt, um die Wärmedämmer wirtschaftlich herzustellen.

© Fraunhofer ICT

Mit der Isolierung durch Gasphasen lassen sich jedoch nicht nur die eigenen vier Wände warm halten, sondern auch Bauteile in Turbinen, Triebwerken oder Brennkammern schützen – wenn sie großer Hitze ausgesetzt sind. Vorausgesetzt man überträgt den Effekt auf eine nur wenige Hundert Mikrometer dicke Schicht.

Temperaturunterschiede von über 400 Grad

Genau das ist Forschern des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT in Pfinztal gelungen – auf eine besonders wirtschaftliche Art und Weise. Ihre Schicht besteht an der Oberfläche aus miteinander verbundenen Aluminiumoxidkugeln. »Diese sind innen hohl und mit Gas gefüllt«, erklärt Dr. Vladislav Kolarik aus der Abteilung »Energetische Systeme« am ICT.

Die gasgefüllten Kugeln sind beispielsweise in der Lage, Temperaturen von 1000 Grad Celsius auf der Außenseite von Bauteilen auf weniger als 600 Grad Celsius auf deren Innenseite herabzusetzen. Das haben die Wissenschaftler im Labormaßstab nachgewiesen. Der Bedarf an Hitzeschildern ist groß: Gas- und Dampfturbinen in der Stromerzeugung, Brennkammern, Generatoren oder Temperatursensoren in Müllverbrennungsanlagen sowie Reaktoren der chemischen und petrochemischen Industrie – sie alle sind Temperaturen von bis zu 1000 Grad Celsius ausgesetzt.

Der Clou: Die wärmedämmende Schicht aus Hohlkugeln gewinnen die Forscher mit einem gängigen, wirtschaftlichen Beschichtungsverfahren. Der Blick in den Geldbeutel lohnt sich für die Betreiber: Konventionelle Verfahren zur Wärmedämmung – meist auf Basis von Keramikmaterialien – sind vergleichsweise teuer. Ursprünglich ist der von den Forschern angepasste Prozess dafür gedacht, metallene Bauteile vor Oxidation zu schützen.

»Wir haben das Verfahren so optimiert, dass die Schicht ihren Oxidationsschutz behält, aber zusätzlich Hitze abweist«, so Kolarik. Die ursprüngliche Schicht entsteht durch die Wechselwirkung von Aluminiumpartikeln und metallenem Bauteil. Bringt man Aluminiumpulver auf die Oberfläche von Metallen auf und erhitzt das Ganze einige Stunden auf eine geeignete Temperatur, entsteht eine aluminiumreiche Schicht an der Oberfläche des Bauteils. Diese schützt bei hohen Temperaturen gegen Oxidation. Bei diesem Verfahren entstehen auch die hitzeabweisenden Aluminiumkügelchen. »Bisher wurden diese aber nicht zur Herstellung einer weiteren Teilschicht in Betracht gezogen und als Abfallprodukt betrachtet«, so Kolarik.

Die Forscher haben diesen Prozess so gestaltet, dass beide Schichten in ausreichender Dicke entstehen: Sie nehmen Aluminiumpartikel und vermischen diese mit einem flüssig-viskosen Bindemittel. Dabei entsteht eine Substanz, ähnlich einer Farbe bzw. eines Schlamms. Diese tragen die Wissenschaftler mit Pinsel, Spray oder Bürste manuell auf das metallene Bauteil auf.

»Dann nehme man noch gut dosierte Wärme und fertig«, sagt Kolarik. Einfacher gesagt, als getan: Der Beschichtungsexperte musste die Größen und Größenverteilung der Aluminiumpartikel, die Temperatur und die Dauer des Erhitzens sowie die Viskositäten von Bindern exakt anpassen. »Wie ein Chefkoch mussten wir erst das richtige Sternerezept finden«, so Kolarik.

»Aktuell setzen wir die im EU-Projekt ›PARTICOAT‹ gewonnen Erkenntnisse in die Praxis um. Zum Beispiel, indem wir immer größere Bauteile beschichten und dabei innerhalb der geforderten Temperaturen für das jeweilige Anwendungsgebiet bleiben. Gleichzeitig testen wir Verfahren, um die Schicht automatisiert herzustellen. Genau wie der Porenbeton in unseren Häusern. Der wird ja schon länger in Serie gefertigt«, sagt Kolarik.


Weitere Informationen:

http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2014/November/schutzschicht-gegen-hitze-und-oxidation.html

Per Klick auf diesen Link gelangen Sie zum Ansprechpartner

Dr. Vladislav Kolarik | Fraunhofer Forschung Kompakt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Dresdner Forscher drucken die Welt von Morgen
08.02.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

nachricht Neues Verfahren bringt komplex geformte Verbundwerkstoffe in die Serie
23.01.2017 | Evonik Industries AG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften