Nachrichten Lacktechnologien
High-Entropy-Keramikbeschichtungen halten 1.100 °C in der Luft- und Raumfahrt stand
Ein Forschungsteam der Tomsk Polytechnic University hat neue High-Entropy-Keramikbeschichtungen entwickelt, die die Oxidationsbeständigkeit bei extrem hohen Temperaturen deutlich verbessern – ein entscheidender Fortschritt für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Tomsk Polytechnic University (TPU) haben einen Durchbruch bei der Entwicklung hochentropischer Keramikbeschichtungen erzielt, die unter extrem aggressiven Bedingungen oxidationsbeständig bleiben. Die neue Beschichtung basiert auf Hafnium- und Zirkoniumcarbiden, die mit Aluminium, Chrom und Tantal legiert wurden – und zeigte eine hervorragende Beständigkeit gegen oxidativen Abbau bei 1.100 °C. Damit ist sie ein vielversprechender Kandidat für zukünftige Anwendungen in der Luftfahrt und Raumfahrt.
Keramiken auf Basis von Zirkonium- und Hafniumcarbiden zeichnen sich durch exzellente mechanische und thermische Stabilität aus. Ihre schnelle Oxidation oberhalb von 500 °C stellt jedoch eine zentrale Hürde für den praktischen Einsatz dar. Die TPU-Forschenden setzen auf das Prinzip der entropischen Stabilisierung: Mehrere Metalle bilden gemeinsam eine stabile Einphasenstruktur mit synergetischen Eigenschaften – bekannt als „Cocktail-Effekt“.
Lesetipp: Funktionelle Beschichtungen
Beschichtungen werden auf Oberflächen hauptsächlich zu dekorativen, funktionellen oder Schutzzwecken angewandt, doch in den meisten Fällen ist es eine Kombination aus all diesen. Das Buch „Funktionelle Beschichtungen“ gibt einen tiefen Einblick in neue Entwicklungen funktioneller Überzüge mit dem Fokus auf organisch-basierten Materialien. Auch hebt es die letzten Entwicklungen der verschiedenen Technologien und neuartigen Oberflächenfunktionen hervor, die Dekoration, Korrosionsschutz und Oberflächenschutz betreffen.
Mehrschichtsysteme erhöhen die Leistungsfähigkeit
Die per Magnetronsputtern aufgebrachten Beschichtungen dienen als Zwischenschichten zwischen klassischen thermischen Barriereschichten (z. B. yttriumstabilisiertes Zirkoniumdioxid) und hitzebeständigen Substraten aus Nickel- oder Chromlegierungen. Die High-Entropy-Konstruktion verbessert laut den Forschenden deutlich die Ablationsbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Phasenstabilität über einen großen Temperaturbereich.
Erste Tests ergaben, dass die neuen Beschichtungen eine bis zu 20-fach höhere Oxidationsbeständigkeit aufweisen als nicht legierte Carbide – und bis zu 7-fach höhere Werte als mit Aluminium oder Chrom allein legierte Systeme. In einem nächsten Schritt werden derzeit duale Oxid–Carbid-High-Entropy-Systeme untersucht, um deren Strukturverhalten, thermische Stabilität und Langzeitverhalten unter Extrembedingungen zu analysieren.
Quelle: National Research Tomsk Polytechnic University
