07/06/2016
Door Ad Spijkers
High performance keramiek worden tegenwoordig algemeen geaccepteerd als op de toepassing afgestemde materialen voor toepassing in chemisch, thermisch en mechanisch zwaar belaste omgevingen. Een mooi voorbeeld is een radiale turbinerotor.
De turbinerotor uit high performance keramiek ontstaat in het kader van het MAVO-Project ‘TurboKeramik’ voor een Capstone micro-gasturbine. Hiervoor hebben vijf Fraunhofer-instituten (IFF, IKTS, SCAI, IWS, IPK) de laatste vier jaar een op de eisen afgestemde keramieksoort, een eveneens hierop afgestemd rotorontwerp, het noodzakelijke metaal-keramiek-verbindingsconcept, economische productiemethoden en een geschikte testomgeving ontwikkeld.
Door het ontwikkelde high performance keramiek kan het rendement van gasturbines significant worden verhoogd. Op grond van bestandheid van het materiaal tegen hoge temperaturen kan de ingangstemperatuur van de turbine worden verhoogd en tegelijkertijd de behoefte aan koellucht aanzienlijk verminderd.
Door een (in vergelijking met legeringen op basis van nikkel) hoge E-modulus en de geringe thermische uitzetting van het keramiek is een vermindering van spleetverliezen mogelijk. Het aanspreekgedrag van bewegende keramische onderdelen kan in vergelijking met conventionele turbine-onderdelen merkbaar worden verbeterd. Dit is mogelijk door de lage dichtheid van keramiek, die tussen die van aluminium en titanium ligt.
Steeds meer keramiek
De voordelen van keramische materialen ten opzichte van legeringen op basis van nikkel zijn vooral van belang tegen de achtergrond van toenemende eisen aan CO2-reductie, rendementsverbetering en besparing op grondstoffen. De turbinerotor uit keramiek werd in tests belast met toerentallen tot 120.000 min-1.
In een echt turbineproces werd aangetoond, dat high performance keramieken geschikt zijn voor de hoge dynamische en thermische materiaaleisen in zwaar belaste omgevingen. Hierdoor zal het aandeel keramische onderdelen in vliegende en stationaire turbines, turboladers, pompen, compressoren enzovoorts de komende jaren blijven stijgen. (foto: Fraunhofer IKTS)