Hochtemperaturwerkstoffe

Hochtemperaturwerkstoffe sind Materialien, die ihre Festigkeit, Duktilität und chemische Beständigkeit bei hohen Betriebstemperaturen über lange Zeiträume behalten. Sie finden Einsatz in Bereichen wie Turbomaschinen, Kraftwerkskomponenten und chemischen Anlagen, typischerweise ab etwa 600°C bis nahe 1000°C oder darüber.

Sie gliedern sich in metallische Hochtemperaturwerkstoffe und keramische Hochtemperaturwerkstoffe. Zu metallischen zählen nickel- und kobaltbasierte Superlegierungen, legierte Eisenwerkstoffe und legierte Refraktärmetalle, die durch Ausscheidungshärtung, Lösungshärtung und Phasenstabilität hohe Zähigkeit und Festigkeit bei Temperatur sichern. Spezielle intermetallische Systeme wie TiAl-basierte oder Ni3Al-basierte Legierungen weisen gute Leichtbau-Eigenschaften. Keramische Hochtemperaturwerkstoffe umfassen Oxide wie Al2O3 und ZrO2, Silizide und keramische Matrixverbundwerkstoffe, die in Form von CMCs oder Beschichtungen eingesetzt werden.

Wichtige Eigenschaften sind hohe Schmelz- und Zündtemperaturen, Kriechfestigkeit, Ermüdungs- und Temperaturwechselbeständigkeit, Oxidations- und Korrosionsresistenz sowie geringe Wärmeausdehnung. Um diese Eigenschaften zu erreichen, kommen Mikrostrukturkontrolle, Legierungsdesign, Phasenstabilität und Schutzschichten zum Einsatz. Temperaturbeständige Beschichtungen, insbesondere Turbinenthermalbarrieren aus Zirkonoxid, dienen dem Oxidationsschutz keramischer Substrate und erhöhen die Lebensdauer.

Anwendungen finden sich vor allem in Gasturbinen, Flugzeugtriebwerken, industriellen Turbinen sowie Kern- und chemischen Anlagen. Zentrale Forschungsfelder betreffen neue Legierungen, keramische Matrixverbundwerkstoffe, Umweltbarrieren und fortschrittliche Herstellungsverfahren wie Additive Manufacturing.

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