In diesem Artikel will ich etwas über eins meiner eigenen Forschungsthemen erzählen. Dabei geht es um Werkstoffe für Gasturbinen. Gasturbinen, wie man sie in Flugzegtriebwerken oder zur Stromerzeugung einsetzt, sind ziemlich beeindruckende Maschinen. In der Brennkammer herrschen Temperaturen von 1400°C und mehr – genaue Zahlen rücken die Hersteller natürlich nicht raus. Das heiße Gas trifft dann auf eine Reihe von Turbinenschaufeln, die sich so schnell drehen, dass die Zentrifugalkraft an jeder von ihnen dem Gewicht eines Kleinwagens entspricht.
Hier sieht man eine stationäre Gasturbine bei der Montage:
(Quelle: Wikimedia By Siemens Pressebild – https://www.siemens.com/index.jsp?sdc_p=cfi1075924l0mno1104052ps5uz3&sdc_bcpath=1327899.s_5%2C%3A1176453.s_5%2C&sdc_sid=31766592256&, CC BY-SA 3.0, Link)
Werkstoffe, die solche Temperaturen und Lasten aushalten können, gibt es nur wenige. Generell sind Keramiken für hohe Temperaturen gut geeignet, weil sie oft sehr hohe Schmelzpunkte haben. Allerdings sind sie ziemlich spröde und brechen leicht – eine zerbrechende Turbinenschaufel würde aber womöglich die ganze Turbine zerstören, wenn die Bruchstücke durch die Zentrifugalkraft weggeschleudert werden.
Also verwendet man Metalle. Hochschmelzende Metalle wie Wolfram sind ungeeignet, weil sie unter den Bedingungen in einer Turbine schneller oxdieren würden, als man seinen Namen schreiben kann. (Deswegen sind Glühlampen ja auch mit einem Schutzgas gefüllt.) Das Metall der Wahl ist Nickel, das auch bei sehr hohen Temperaturen noch eine gute Festigkeit hat.
Nickellegierungen (gern auch Nickelbasis-Superlegierungen genannt) haben einen Schmelzpunkt von etwa 1300°C. Man muss kein Physikgenie sein um zu erkennen, dass eine Nickellegierung in einer Turbine mit Gastemperaturen von 1400°C ein Problem darstellt – schmelzflüssige Turbinenschaufeln sind auf die Dauer auch nicht so gut.
Deshalb sind die Schaufeln innen hohl und werden mit Luft gekühlt, die durch kleine Kühllochbohrungen in der Schaufel nach Außen geblasen wird. Die Schaufeln sind also innen kälter (naja, kalt ist relativ, da herrschen auch gut 600°C) aus Außen. Ein schönes Foto, das ich legal zeigen darf, habe ich leider nicht, hier ein Bild von Wikimedia:
Kommentare (27)