Reduction of the thermal conductivity of circonates with pyrochlore structure for an envisaged application as thermal barrier coating material

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Thermisch hoch belastete Komponenten in Gasturbinen sind häufig mit einer keramischen Wärmedämmschicht versehen. Die zur Erzielung eines besseren Wirkungsgrades angestrebten höheren Arbeitstemperaturen stoßen bei dem verwendeten Standardmaterial Y2O3 stabilisiertes ZrO2 (YZS), auf eine natürliche Grenze. In diesem Material kommt es oberhalb von 1200°C zu Phasenumwandlungen und zur Versinterung. Die Entwicklung von neuen Materialien, die oberhalb 1200°C stabil sind und gegenüber dem Standardmaterial YSZ eine reduzierte Leitfähigkeit aufweisen, ist Kernpunkt dieses Projektes, wobei als Basis von einer Zirkonatverbindung ausgegangen wird. Bedeutsam für die Optimierung ist die thermische Leitfähigkeit oberhalb 1000°C. Da in diesem Bereich meist die Phonon-Phonon-Streuung dominiert, ist die Einbringung von Defekten, wie z.B. Leerstellen, dort weniger effektiv als bei Raumtemperatur. Deshalb soll versucht werden, durch gezielte Dotierung des Kationengitters die Phonon-Phonon Streuung über Umklapp-Prozesse so zu modifizieren, daß eine Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit erfolgt. Gleichzeitig muß chemische Stabilität, geringe Sinterneigung und ein möglichst hoher thermischer Ausdehnungskoeffizient angestrebt werden.