DE19947258A1

DE19947258A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Wärmedämmschicht auf einem Bauteil sowie zugehöriges Wärmedämmschichtsystem

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Publication number: DE19947258A1
Application number: DE19947258A
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2001-04-19

Abstract

Zur Herstellung einer Wärmedämmschicht, die Zirkonoxid (ZrO) enthält, wird das Verfahren der Plasmaverdampfung eines Flüssigkeits-Aerosols angewandt. Das Flüssigkeitsaerosol enthält Zirkonium in Form von in der Flüssigkeit gelösten Verbindungen des Zirkoniums. Durch induktive Einkopplung von elektrischer Energie in einen Gasstrom mit dem Flüssigkeits-Aerosol wird das Plasma erzeugt und aus dem Plasma die Wärmedämmschicht auf dem Bauteil abgeschieden. Bei der zugehörigen Vorrichtung ist eine Beschichtungskammer (20) vorhanden, in der das Bauteil (21) als Substrat auf einem von außen manipulierbaren Substratträger (23) angeordnet ist. Es ist ein mit der Beschichtungskammer (20) verbundener Plasmagenerator (1) vorhanden, wobei eine Flüssigkeitspumpe (8) zur Zuführung der Lösung mit den Ausgangsstoffen zu einer Zerstäubersonde (7) des Plasmagenerators (1) dient. Die damit hergestellten Wärmedämmschichten können einen kolumnaren, einen lamellaren und/oder einen globularen Aufbau haben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Wärmedämmschicht auf einem Bauteil. Dabei geht es im einzelnen darum, eine Schicht aus Zirkonoxid, das in seiner kubischen Kristallisationsform stabilisiert ist, unmittelbar aus der Dampfphase auf thermisch hoch belasteten Maschinenteilen, wie beispielsweise Turbinenschaufeln, abzu scheiden. Solche Wärmedämmschichtsysteme in unterschiedlichen Modifikationen sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Bestimmte Teile von Wärmekraftmaschinen, wie die Schaufeln von Gasturbinen, unterliegen bei hohen Temperaturen, die Voraussetzung für einen hohen Wirkungsgrad sind, einer er höhten Belastung durch Hochtemperaturkorrosion und Oxidation. Dem Stand der Technik entsprechend, der z. B. in der US 4 321 311 A beschrieben ist, werden Turbinenschaufeln durch zweikomponentige Schichten geschützt, die aus einer MCrAlY- Legierung bestehen, auf die eine keramische Schicht, bei spielsweise aus Zirkonoxid (ZrO₂), aufgebracht ist, wobei in MCrAlY M für ein Metall steht, das zum Beispiel Nickel oder Kobalt sein kann. Der MCrAlY-Schicht kommt die Aufgabe zu, die Unterlage gegen Heißgaskorrosion zu schützen und dabei gleichzeitig als Haftvermittlerschicht für die darüber liegende Wärmeschutzschicht zu wirken.

Ein Verfahren, mit dem eine Keramikschicht, insbesondere eine kubisch kristallisierte Zirkonoxidschicht, auf eine bereits vorhandene MCrAlY-Schicht aufgebracht wird derart, daß ihre Struktur gezielt und reproduzierbar kolumnar ist, wird in [2] beschrieben. Dem Stand der Technik entsprechend werden Wärme dämmschichten aus ZrO₂ mit kolumnarer Struktur wie folgt er zeugt: Das aufzubringende keramische Material wird durch einen Elektronenstrahl geschmolzen und als schmelzflüssige Dampfquelle verwendet, über der das zu beschichtende Teil - im folgenden auch als "Substrat" bezeichnet - derart gelagert und erforderlichenfalls bewegt wird, daß eine gleichmäßig dicke Keramikschicht auf seiner Oberfläche abgeschieden wird. Während des Beschichtungsvorgangs ist das Substrat auf einer gleichmäßigen - in der Regel hohen - Temperatur zu halten, die das angestrebte kolumnare Aufwachsen ermöglicht. In praktischen Anwendungen ist sie durch die Schmelztemperatur des Substrates oder durch die Temperatur, bei der die MCrAlY- Schicht beschädigt wird, begrenzt. Bei Beschichtungsappara turen nach dem oben angegebenen Stand der Technik bedeutet die Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur im allgemeinen, daß das Substrat mit einer eigens dafür vorgesehenen Vorrich tung beheizt werden muß.

Unter Plasmastrahlverdampfung (Plasma-Flash-Evaporation) versteht man eine auf der Verwendung eines induktiv erzeugten thermischen Plasmas beruhende Methode zur Deposition von Schichten. Die hierzu benutzte Vorrichtung ist ein Plasma generator mit induktiver Energieeinkopplung, wie er auch zum induktiven Plasmaspritzen eingesetzt wird [3], [4]. Bei der Plasmastrahlverdampfung wird Material, das alle oder einen Teil der Elemente enthält, aus denen die Verbindung besteht, die als Schicht abgeschieden werden soll, als Pulver- oder Flüssigkeitsaerosol in den etwa 10.000 K heißen Kernbereich eines mit einem Plasmagenerator nach [4] erzeugten Plasma strahls eingebracht und dort vollständig verdampft. Der Dampf reagiert mit etwa vorhandenen Prozeßgasen, die weitere die Schicht bildende Elemente enthalten können, und bildet auf dem im Strömungsbereich des Plasmastrahls gelagerten Substrat die gewünschte Schicht. Ein Beispiel für die hier beschrie bene Anwendungsart ist die Erzeugung hochtemperatur-supra leitender Schichten aus Yttrium-Barium-Kuprat (YBa₂Cu₃O_7-x) [5].

Vom Stand der Technik ist weiterhin bekannt, mit einem induk tiv gekoppelten Plasmagenerator Schichten aus Yttrium-stabi lisiertem ZrO₂ zu spritzen [6], [7]. Dabei wird das als Pul ver in das thermische Plasma eingebrachte Material lediglich geschmolzen, nicht jedoch verdampft, so daß eine Spritz schicht aus schmelzflüssig deponiertem Material entsteht, das keine kolumnare Struktur aufweist.

Das Verfahren der Injektion von Flüssigkeitsaerosolen in ein induktiv erzeugtes Plasma nach [3] ist unter anderem aus den Druckschriften [8] und [9] bekannt. In [8] wird über die Injektion von in Wasser gelöstem Zirkonylnitrathydrat be richtet, wobei die Problemlösung in der Synthese feiner Pulver besteht. Die Druckschrift [9] befaßt sich mit der Herstellung hochtemperatursupraleitender Schichten aus YBa₂Cu₃O_7-x mit Flüssigkeitsaerosolen als Ausgangsstoffen.

In [10] wird über den Einsatz der Flüssigkeitsinjektion im Zusammenhang mit einem Plasmaspritzverfahren berichtet, bei dem als Plasmaquelle ein Gleichstrom-Plasmabrenner verwendet wurde. Als Beispiel wird u. a. die Injektion einer Lösung aus Zirkoniumacetat und Yttriumacetat in verdünnter Essigsäure mit dem Ziel der Abscheidung von yttriumstabilisiertem Zirkonoxid als Spritzschicht, das heißt insbesondere nicht als unmittelbar aus der Dampfphase abgeschiedene Schicht, erwähnt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren an zugeben, mit dem in einfacher Weise eine wirksame Wärmedämm schicht auf einem Bauteil, insbesondere auf einer Turbinen schaufel, erzeugt werden kann. Dabei kann die Turbinenschau fel gegebenenfalls bereits vorbeschichtet sein. Weiterhin ist Aufgabe der Erfindung, eine zugehörige Vorrichtung zu schaf fen, mit der das Verfahren in zweckgerichteter Weise reali siert und reproduzierbar Wärmedämmschicht-Systeme vor gegebener Form und Modifikation erzeugt werden können.

Die erstgenannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Ab folge der Schritte des Verfahrensanspruches 1 gelöst. Eine dafür geeignete Vorrichtung zur Lösung der zweitgenannten Aufgabe ist im Patentanspruch 17 und die damit erzeugte Wärmedämmschicht ist im Patentanspruch 21 angegeben. Wei terbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen ge kennzeichnet.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe, eine Schicht aus Zirkonoxid, das in seiner kubischen Kristallisationsform stabilisiert ist, unmittelbar aus der Dampfphase abzuschei den, ist das Beschichtungswerkzeug ein induktiv angeregter Plasmagenerator wie er in [3] und [4] beschrieben ist. Ver suche mit Yttrium-Barium-Kuprat (YBa₂Cu₃O_7-x) haben gezeigt, daß eine solche Anordnung prinzipiell geeignet ist, Schichten mit kolumnarer Struktur zu erzeugen. Andere Versuche mit nicht-stabilisiertem, d. h. monoklinem ZrO₂ (Baddeleyit), bestätigen, daß sich auch feinporöse Schichten abscheiden lassen.

Als Ausgangsmaterialien werden vorzugsweise wasserlösliche Verbindungen des Zirkoniums und von Elementen der II. und III. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente sowie die Lanthaniden sowie Sauerstoff verwendet. Diese Elemente der II. und III. Hauptgruppe des Periodensystems und die Lantha niden werden nachfolgend Stabilisatorelemente genannt. Es kommen insbesondere Ca, Mg, Y, Ce, Sc zum Einsatz.

Die Anwendbarkeit des Verfahrens ist jedoch nicht auf wässe rige Lösungen beschränkt. Zur Erzielung besonderer Struktur- und Zusammensetzungsmerkmale der Schichten können ferner der Ausgangslösung Feststoffe zugesetzt werden, die sich während des Prozesses nicht auflösen.

Mit der Erfindung sind Schichtsysteme realisierbar, bei denen die Schichten kolumnar, lamellar und/oder globular ausgebil det sind. Es ist aber auch eine Kombination mehrerer Struk turen, bspw. kolumnar, porös, dicht, homogen, heterogen, mit gradierten Übergängen zwischen den einzelnen Bereichen mög lich. Insbesondere können sich auch fein und geschlossen poröse Schichten ergeben.

Der Vorteil der kolumnaren Schichtstruktur, bei der einzelne, dicht nebeneinander stehende, säulen- oder stengelförmig ausgeformte Kristallkörper die Schicht bilden, besteht in einer erhöhten Toleranz der Schicht gegen thermische Aus dehnung der Unterlage, die die Schicht trägt. Der Vorteil einer feinen, jedoch geschlossenen Porosität ist der gegen über den kolumnaren Strukturen erhöhte Widerstand gegen Heißgaskorrosion. Durch Kombination mehrerer Strukturen kann dementsprechend bei gegebenen Randbedingungen ein Bauteil gegen mehrere auftretende Beanspruchungen schützen.

Vereinfachungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich daraus, daß der Prozeß im Druckbereich zwischen 100 mbar und Atmosphärendruck, d. h. im Grobvakuum, durchgeführt werden kann, so daß die bei der Elektronenstrahlverdampfung notwendigen Hochvakuumanlagen entfallen. Ferner wird das Substrat bereits durch das Be schichtungsplasma beheizt, wodurch sich eine gesonderte Substratheizung erübrigt. Durch den Einsatz der Flüssigkeits injektion entfallen die bei der Feststoffinjektion auftre tenden Probleme bei der Pulverdosierung und Pulverförderung.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei wird zunächst auf Art und Herstellung des Flüssigkeits- Aerosols zur zweckgerichteten Herstellung von Wärmedämm schichten unterschiedlicher Modifikation eingegangen und anschließend die zugehörige Vorrichtung zur Herstellung der Wärmedämmschichten beschrieben. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung eine für das erfindungsgemäße Ver fahren geeignete Vorrichtung. Der darin enthaltene Plasma generator entspricht dem in der US 5 200 595 A angegebenen Stand der Technik.

Zirkonoxid als Wärmedämmschicht für Bauteile ist bekannt. Wesentlich im vorliegenden Zusammenhang ist die Bereit stellung eines Flüssigkeits-Aerosols mit Zirkonium und Stabilisatorelementen. Beispiele für Verbindungen des Zirkoniums und der Stabilisatorelemente sind nachstehend aufgeführt:

Zirkonium(IV)-acetylacetonat	Zr(C₆H₇O₂)₄
Zirkoniumhydrid	ZrH₂
Zirkonium(IV)-propylat	Zr(C₃H₇O)₄
Zirkoniumtetrachlorid	ZrCl₄
Zirkonocen-bis-trifluoromethansulfonat	C₁₂H₁₀F₆O₆S₂Zr . C₄H₈O
Zirkonocen-chloriddeuterid	C₁₀H₁₀ClDZr
Zirkonylchlorid Octahydrat	ZrOCl₂ . 8H₂O
Zirkonylnitrat Hydrat	ZrO(NO₃)₂ . aq
Calciumacetat Hydrat	(CH₃COO)₂Ca . aq
AL=L<Calciumchlorid CaCl₂

Calciumchloride Dihydrat	CaCl₂ . 2H₂O
Calciumchloride Hexahydrat	CaCl₂ . 6H₂O
Calciumformiat	Ca(HCOO)₂
Calciumhydroxid	Ca(OH)₂
Calciumnitrate Tetrahydrat	Ca(NO₃)₂ . 4H₂O
Magnesiumacetat Tetrahydrat	(CH₃COO)₂Mg . 4H₂O
Magnesiumchlorid	MgCl₂
Magnesiumchlorid Hexahydrat	MgCl₂ . 6H₂O
Magnesiumhydroxid	Mg(OH)₂
Magnesiummethylcarbonat	CH₃OMgOCOOCH₃
Magnesiumnitrat Hexahydrat	Mg(NO₃)₂ . 6H₂O
Cerium(III)-chlorid Hydrat	CeCl₃
Cerium(III)-nitrat Hexahydrat	Ce(NO₃)₃
Ammonium-cerium(IV)-nitrat	Ce(NH₄)₂(NO₃)₆
Cerium(IV)-hydroxid	Ce(OH)₄
Scandiumchlorid Hydrat	ScCl₃
Scandiumnitrat Hydrat	Sc(NO₃)₃
Scandium-ammonium-carbonat Monohydrat	(CO₃)₄(NH₄)₂Sc₂ . H₂O
Yttriumnitrat Hydrat	Y(NO₃)₃ . aq
Yttriumchlorid Hexahydrat	YCl₃ . 6H₂O.

Eine Lösung, die mindestens je eine der genannten Zirkonium- und Stabilisatorverbindungen enthält, wird als Flüssigkeits- Aerosol in das Plasma eingebracht. Sauerstoff kann dem plasmabildenden Gas beigemischt oder als plasmabildendes Gas verwendet werden. Es können jedoch auch sauerstofffreie Plasmen zum Einsatz kommen, wobei der notwendige Sauerstoff mit dem Lösungsmittel oder dem Anionenkomplex des Ausgangs stoffes eingebracht wird. Das Lösungsmittel und die darin enthaltenen Stabilisatorelement- und Zirkoniumverbindungen verdampfen und dissoziieren in ihre atomaren Bestandteile. Innerhalb des Plasmas, das das Substrat anströmt, oder in einer Randschicht zwischen Plasma und Substrat oder unmit telbar auf dem Substrat bildet sich die Verbindung ZrO₂ in der kubischen CaF₂-Struktur, die für ZrO₂ die Hochtemperatur modifikation darstellt. Die Ionen der Stabilisatorelemente werden dabei auf den Zirkonium-Gitterplätzen eingebaut und verhindern in der richtigen Dotierung bzw. Dosierung bei der Abkühlung den Umbau des Gitters in die tetragonale und letzt endlich monokline Struktur des Baddeleyits. [11], [12].

Die Erzielung der kubischen Struktur wird durch die Einstel lung einer die Bildung dieser gewünschten Modifikation be günstigenden Substrattemperatur erreicht. Diese soll mög lichst hoch, jedoch unter der Schmelztemperatur der Unterlage (Bauteil und Haftvermittlerschicht) liegen. Die Einstellung der Temperatur geschieht durch Vorheizung sowie im Bedarfs fall durch Kühlung des Substrates und passende Wahl des Abstandes zwischen Plasmaquelle und Substrat. Eine weitere Möglichkeit, die Temperatur des Substrates regelnd zu be einflussen, besteht darin, die Leistung des zur Plasmaerzeu gung verwendeten Hochfrequenzgenerators zu takten. Dabei kann der Generator im Wechsel zwischen den Zuständen "ein" und "aus" oder im Wechsel zwischen zwei oder mehreren Niveaus der Leistungsabgabe betrieben werden.

Der Nachweis für die Erzielbarkeit der kubischen Struktur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde experimentell mit einer Lösung erbracht, die 20 g Zirkonylnitrat-Hydrat (ZrO(NO₃)₂ . xH₂O, x≈6) und 3,5 g Yttriumnitrat-Hexahydrat (Y(NO₃)₃ . 6H₂O)) in 100 ml Wasser enthielt.

In der Figur ist mit 1 ein Plasmagenerator bezeichnet, der nach dem Prinzip der induktiven Anregung arbeitet. 2 kenn zeichnet die dafür notwendige Spule und 3 den zugehörigen HF- Generator.

Mit 4 ist der Einlaß eines Trägergases in den Plasmagenerator 1 bezeichnet, wobei aus Vorratsreservoiren 5, 5' und 10 unterschiedliche Trägergase zuführbar sind. 6 kennzeichnet die Plasmaflamme des mit dem Plasmagenerator 1 gebildeten Plasmas und 7 eine Zerstäubersonde für das Einbringen von Stoffen. 8 kennzeichnet eine Flüssigkeitspumpe, mit der aus einem Flüssigkeitsreservoir 9 Flüssigkeit zur Sonde 7 ge fördert wird.

Mit 20 ist eine Beschichtungskammer bezeichnet. In der Be schichtungskammer 20 ist auf einem manipulierbaren Substrat halter 23 als Substrat ein Bauteil 21, beispielsweise eine mit einer Wärmedämmschicht 21a zu versehende Turbinen schaufel, vorhanden. An die Beschichtungskammer 20 ist eine Pumpe 22 zur Erzeugung eines Vakuums angeschlossen.

Der induktiv angeregte Plasmagenerator 1 dient der Erzeugung des thermischen Plasmas, in dem das Ausgangsmaterial ver dampft wird. Er besteht im wesentlichen aus einer von einem Hochfrequenzgenerator 3 gespeisten Induktionsspule 2, die ein zylindrisches Rohrsystem 4 konzentrisch umschließt, das hier nicht im einzelnen beschrieben wird. Das Rohrsystem wird in axialer Richtung von einem oder mehreren Gasen oder Gas gemischen 5, 5', usw. durchströmt, aus denen unter dem Ein fluß der durch die Induktionsspule eingekoppelten Energie und somit elektrodenlos ein induktiv angeregtes Plasma 6 erzeugt wird, das in die Beschichtungskammer 20 einströmt. Zu den Gasen 5, 5', usw. gehören auch solche Gase, die als Prozeß gase für chemische Reaktionen innerhalb des Plasmas und auf dem Substrat 21 benötigt werden. Die in die Kammer 20 ein strömenden Gase werden durch eine Pumpe 22 abgesaugt. Die Frequenz des Hochfrequenzgenerators 3 kann zwischen 100 kHz und einigen MHz liegen; seine Leistung liegt typischerweise zwischen 20 und 100 kW.

Dem Plasmagenerator ist eine Zerstäubersonde 7 zugeordnet, die in das Plasma hineinragt und durch eine Flüssigkeitspumpe 8 mit der zu zerstäubenden Lösung 9 versorgt wird. Als Zer stäubergas 10 wird vorzugsweise ein einatomiges Gas wie Argon eingesetzt, jedoch ist es auch möglich, ein für die vorste hend erwähnten chemischen Reaktionen benötigtes, gegebenen falls molekulares, Prozeßgas für diesen Zweck zu verwenden.

Der Plasmagenerator 1 ist in dem in der Figur dargestellten Beispiel fest mit einer. Beschichtungskammer 20 verbunden, in die das vom Plasmagenerator erzeugte Plasma einströmt. Die Plasmaflamme 6 trifft auf das Bauteil 21 als Substrat, das sich auf dem Substratträger 23 befindet. Der Substratträger 23 ist gemäß dem in der Plasmaspritztechnik üblichen Stand der Technik so ausgeführt, daß er programmgesteuerte Trans lationsbewegungen zur x-y-Herstellung und Rotationsbewegungen des Bauteils im Bereich des Plasmastrahls erlaubt. Die Wärme dämmschicht 21a ist auf der Oberfläche des Bauteils 21 ange deutet.

Wesentlich ist bei der Erfindung der Einsatz einer induktiv angeregten Plasmaquelle der beschriebenen Art in Kombination mit der Einbringung eines wesentlichen Anteils des Ausgangs materials als Flüssigkeitsaerosol zur Erzeugung einer Zirkon oxidschicht aus der Dampfphase. Beim Stand der Technik wurden dagegen mit diesem Verfahren bisher nur Pulver synthetisiert oder Schichten aus YBa₂Cu₃O_7-x abgeschieden.

Literatur

1. T. E. Strangman, "Columnar grain ceramic thermal barrier coatings," US-PS 4,321,311 vom 23. 3. 1982
2. U. Schulz, K. Fritscher, M. Peters, "EB-PVD Y₂

O₃

- CeO₂

/Y₂

O₃

-stabilized zirconia thermal barrier coatings - crystal habit and phase composition," Surf. Coat. Technol. 82 (1996) 259-269
3. [M. I. Boulos, "RF Induction Plasma Spraying: State-of-the-Art Review," J. Therm. Spray Technol. 1 (1992) 33-40
4. M. I. Boulos, J. Jurewicz, "High performance induction plasma torch with a water- cooled ceramic confinement tube", US-Pat. 5 200 595, 6. Apr. 1993
5. K. Terashima, K. Eguchi, T. Yoshida, K. Akashi, " Preparation of superconducting Y- Ba-Cu-O films by a reactive plasma evaporation method," Appl. Phys. Letf. 52 (1988) 1274-1276
6. T. Yoshida, T. Okada, H. Hamatani, H. Kumaoka, "Integrated fabrication process for solid oxide fuel cells using novel plasma spraying," Plama Sources Sci. Technol. 1 (1992) 1-7
7. F. Crabos, P. Monge-Cadet, P. Lucchese, F. Blein and E. Rigal, Properties of a thermal barrier coating fabricated by RF plasma spraying, Proceedings of the 9^th

National Thermal Spray Conference, ed. C. C. Berndt, ASM International, OH, USA (1996) pp. 369-373
8. M. Kagawa, K. Kikuchi, Y. Syono, T. Nagae, "Stability of ultrafine tetragonal ZrO₂

coprecipitated with Al₂

O₃

by the spray ICP technique", J. Am. Ceram. Soc. 66 (1983) 751
9. E. Pfender, H. Zhu H., Y. C. Lau Y. C, "Plasma deposition of superconducting films", Mat. Sci. and Eng. A139 (1991) 352-355
10. J. Karthikeyan, C. C. Berndt, J. Tikkanen, S. Reddy, H. Herman, "Plasma spray synthesis of nanomaterial powders and deposits", Mat. Sci. and Eng. A238 (1997) 275-286
11. R. Stevens, An introduction to zirconia, Magnesium Elektron ed., London, UK (1986).
12. H. Heuer, M. Rühle, "Phase transformations in ZrO₂

-containing ceramics: I, the instability of C-ZrO₂

and the resuiting diffusion-controlled reactions", in Advances in Ceramics, vol. 12, Science and Technology of Zirconia II, N. Claussen, M. Rühle, A. H. Heuer, eds., The American Ceramic Society (1984).

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Wärmedämmschicht auf einem Bauteil, wobei die Wärmedämmschicht Zirkonoxid (ZrO₂) ent hält, mit folgenden Verfahrensschritten:

- zur Schichtherstellung wird das Verfahren der Plasma verdampfung (plasma flash evaporation) eines Flüssigkeits- Aerosols angewandt,
- das Flüssigkeits-Aerosol enthält neben einem Trägergas Zirkonium (Zr) in Form von in der Flüssigkeit gelösten Ver bindungen des Zirkoniums (Zr),
- aus einem Gasstrom entsteht durch induktive Einkopplung elektrischer Energie ein Plasma, in das das Flüssigkeits- Aerosol eingebracht wird,
- von den entstehenden Reaktionsprodukten wird Zirkonoxid (ZrO₂) als Wärmedämmschicht auf dem Bauteil abgeschieden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Flüssigkeits-Aerosol in der Flüssigkeit lösliche Verbindungen von Stabilisatorelementen hinzugefügt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiv einzukop pelnde Energie durch einen Hochfrequenzgenerator bereit gestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Flüssigkeitsaero sol neben den wasserlösliche Verbindungen des Zirkoniums was serlösliche Verbindungen von Elementen der zweiten und drit ten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente oder der Lanthaniden mit Sauerstoff verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer Ausgangslösung für das Flüssigkeits-Aerosol ungelöste Partikel von Zirkonium und/oder der Verbindungen der Stabilisatorelemente beigegeben werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangslösung zu sätzlich unlösliche Feststoffanteile zugesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß Sauerstoff oder Sauerstoff-abgebende Komponenten in gasförmiger, flüssiger oder fester Form dem plasmabildenden Gas beigemischt oder selbst als Plasmabildner verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß als Energie quelle für die induktive Einkopplung ein Frequenzgenerator verwendet wird, dessen Frequenz einen Wert im Bereich zwi schen ca. 100 kHz und 100 MHz hat.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hochfrequenz-Energiequelle eine Einrichtung hat, die ein Pulsen der Energieabgabe der Quelle, d. h. ein kontrolliertes An- und Abschalten bzw. Regulieren zwischen zwei oder mehr Leistungsniveaus erlaubt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ein stellung der gewünschten Modifikation der Wärmedämmschicht mit Zirkonoxid eine geeignete Substrattemperatur eingestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Temperatureinstellung durch Vorheizen oder durch Kühlen des Substrats erreicht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß diese Temperatureinstellung durch Einstellung des Abstandes zwischen Plasmaquelle und Substrat, durch Einstellung des Druckes im Reaktor, durch Einstellung der Plasmaleistung, oder/und durch entsprechende Verfahrgeschwindigkeit des Substrats in Bezug zum Plasma strahl erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 9 und Anspruch 10, da durch gekennzeichnet, daß die Tempe ratureinstellung durch Pulsieren der Plasmaquelle erfolgt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Wärmedämmschicht bei einem Druckwert des Grobvakuumbereichs, insbesondere bei einem Wert zwischen 100 mbar und Atmosphärendruck erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, daß die Herstellung der Wärme dämmschicht in einem mit Vakuumpumpen in Verbindung stehenden evakuierbaren Kessel stattfindet, der zur Bewegung des Sub strats mit einer x-y-Verstellung für flächige Beschichtungen und einer Rotationseinrichtung beispielsweise für zylindri sche Oberflächen und für die Verstellung des Abstandes zwi schen Substrat und Plasmaquelle mit einer Linearverstellung der Plasmaquellenposition versehen ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bewegung des Substrats und/der Plasmaquelle mit Hilfe eines Roboters erfolgt.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 16, mit einer Beschichtungs kammer (20), in der das Bauteil (21) als Substrat von außen manipulierbar oder innen führbar angeordnet ist, einem Hoch frequenzgenerator (3), der mit einem mit der Beschichtungs kammer (20) verbundenen Plasmagenerator (1) in Wechselwirkung steht, und einer Flüssigkeitspumpe (8) zur Zuführung der Lösung mit den Ausgangsstoffen zu einer Zerstäubersonde (7) im Inneren des Plasmagenerators (1).

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge kennzeichnet, daß der Beschichtungskammer (20) eine Vakuumpumpe (22) mit zwischengeschalteter Drucksteuer einrichtung zugeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge kennzeichnet:, daß dem Plasmagenerator (1) verschiedene plasmabildende Gase und/oder Träger- bzw. Zerstäubergase für das Flüssigkeits-Aerosol aus dafür vorgesehenen Gasreservoiren (5, 5', 10) zugeordnet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge kennzeichnet, daß dem Plasmagenerator (1) eine Einheit zur Hochfrequenzversorgung (3) zugeordnet ist.

21. Wärmedämmschichtsystem, enthaltend eine Schicht aus reinem oder stabilisiertem (dotiertem) Zirkonoxid ZrO₂, her gestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß Anspruch 17 bis 20, da durch gekennzeichnet, daß die Schicht (21a) einen kolumnaren, einen lamellaren und/oder einen globularen Aufbau hat.

22. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (21a) ganz aus einer der genannten Formen besteht.

23. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Formen von Schichten (21a) aufeinander folgen.

24. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtformen ge mischt mit konstanten Anteilen vorliegen.

25. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß diese unterschiedlichen Schichtformen gradiert ineinander übergehen.

26. Wärmedämmschichtsystem nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (21a) dicht oder porig, mit über die Schicht konstan ter oder gradierter Porosität ausgebildet ist.

27. Wärmedämmschichtsystem nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schicht (21a) in fester Form zugeführte Komponenten aus Schicht-gleichem oder Schicht-ungleichem Material eingebunden sind zur Anpassung von Wärmedehnungsunterschieden, zur Modi fizierung der Wärme- und elektrischen Leitfähigkeit oder generell zur Modifizierung von Eigenschaften.

28. Wärmedämmschichtsystem nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung aggressiver Angriffe die Oberflächenschicht dicht ausgeführt ist.

29. Wärmedämmschichtsystem nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Substrat (21) und Wärmedämmschicht (21a) eine Binde schicht bekannter Zusammensetzung angeordnet ist.

30. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruche 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von Binde schicht zur Wärmedämmschicht diskret ausgebildet ist.

31. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von Binde schicht zur Wärmedämmschicht gradiert ausgebildet ist.

32. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindeschicht mit einem Gleichstrom-Plasmaspritzverfahren unter Verwendung von pulverförmigem Ausgangsmaterial hergestellt wird.

33. Wärmedämmschichtsystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß Bindeschicht und Wärme dämmschicht mit den Hochfrequenzplasmaspritzverfahren mit induktiver Energieeinkopplung hergestellt wird.