Kisjiet ta' barriera termali jpoġġu "armatura ta' -insulazzjoni tas-sħana" fuq komponenti tal-metall.
Fl-oqsma tal-magni aero u tat-turbini tal-gass, hemm insegwiment etern: temperaturi ogħla tad-dħul tat-turbini. Għal din ir-raġuni, ix-xjentisti tal-materjali qegħdin kontinwament jesploraw modi biex itejbu r--reżistenza għat-temperatura għolja tat-turbini, u wieħed mill-aktar metodi effettivi huwa li jintlibsu "ilbies protettiv"-komponenti tat-turbini tal-kisi b'kisjiet li għandhom funzjonijiet differenti, biex b'hekk tinkiseb prestazzjoni mtejba tas-servizz, affidabilità akbar u ħajja ta 'servizz itwal.
Kisi ta' barriera termali f'magna aero (GP7200) u l-morfoloġija ta'-sezzjoni trasversali ta' sistema tipika ta' kisi ta' barriera termali
Fil-preżent, il-kisi tal-barriera termali saru teknoloġija ta 'appoġġ ewlieni biex jinkisru l-limiti tas-servizz tal-materjali tal-metall.
Kisjiet ta 'barriera termali (TBCs) huma tip ta' kisi iżolanti li jgħaqqad il-prestazzjoni strutturali u l-karatteristiċi funzjonali. Għandhom struttura b'ħafna saffi bħal "sandwich", li tikkonsisti minn saff ta 'insulazzjoni termali taċ-ċeramika, kisja ta' bond metalliku, u sottostrat ta 'superliga. Fost dawn, is-saff ta 'fuq taċ-ċeramika huwa s-saff funzjonali tal-qalba tal-kisi tal-barriera termali, li jġorr direttament ix-xokk termali, l-erożjoni u l-korrużjoni kimika ta' gass b'temperatura għolja -. L-għażla tal-materjali u d-disinn strutturali ta 'dan is-saff jiddeterminaw direttament l-effett ta' insulazzjoni termali u l-ħajja tas-servizz tal-kisi.
Struttura tal-kisi tal-barriera termali
Materjali bbażati fuq iż-żirkonju-huma l-materjal preferut għas-saff taċ-ċeramika ta' kisjiet ta' barriera termali ta'-temperatura għolja.
Minħabba li l-materjali bbażati fuq iż-żirkonju-għandhom prestazzjoni eċċellenti ta 'insulazzjoni termali, reżistenza għall-ossidazzjoni tat-temperatura-għoli, reżistenza għall-korrużjoni tat-temperatura għolja-, u qawwa relattivament għolja, saru l-materjal preferut għas-saff taċ-ċeramika ta' kisjiet ta 'barriera termali b'temperatura għolja-.
L-ewwel stadju fl-iżvilupp ta 'kisi ta' barriera termali bbażati fuq iż-żirkonju-kien l-użu dirett ta 'ossidu taż-żirkonju (ZrO2) bħala l-materjal tas-saff taċ-ċeramika. It-trasformazzjoni tal-fażi mgħaġġla ta 'ZrO2 waqt it-tisħin tillimita t-temperatura tas-servizz tagħha, li tirriżulta f'ħajja ta' servizz relattivament qasira għall-kisi tal-barriera termali. It-tieni stadju kien l-użu ta '6 wt% ~ 8 wt% Y2O3 parzjalment stabbilizzat saffi taċ-ċeramika ZrO2 (YSZ). Doping bl-ossidu tad-dinja rari Y2O3 żied it-temperatura tat-trasformazzjoni tal-fażi ta 'ZrO2, tejbet l-istabbiltà tal-fażi ta'-temperatura għolja tas-sistema taċ-ċeramika, u YSZ għadu l-materjal taċ-ċeramika tal-kisi tal-barriera termali l-aktar użata madwar id-dinja.
Madankollu, hekk kif it-temperaturi tas-servizz jiżdiedu gradwalment, is-sistema YSZ gradwalment esponiet il-limitazzjonijiet tagħha fl-istabbiltà tal-fażi, ir-reżistenza għas-sinterizzazzjoni, u l-prestazzjoni tal-għeja taċ-ċikliżmu termali. Speċjalment f'ambjenti ta '-temperatura għolja 'l fuq minn 1200 grad, YSZ huwa suxxettibbli għal trasformazzjoni tal-fażi, li twassal għal fraġilità strutturali u falliment tal-kisi. Biex issolvi dawn il-problemi, ir-riċerkaturi bdew jesploraw sistemi ġodda ta 'materjal taċ-ċeramika.
Trabijiet ibbażati fuq iż-żirkonju-: l-ewwel ostaklu għall-"armatura ta 'insulazzjoni tas-sħana-" tal-kisi tal-barriera termali.
F'applikazzjonijiet ta 'kisi ta' barriera termali, kisjiet ippreparati minn "trabijiet ta 'ossidu taż-żirkonju nano u trabijiet ta' ossidu taż-żirkonju sferiku vojta" juru prestazzjoni aktar eċċellenti minn kisjiet mikrostrutturati tradizzjonali.
Minħabba l-"mikrostruttura unika" tagħhom, kisjiet ta 'barriera termali nanostrutturati ġeneralment ikollhom reżistenza ogħla għas-sinterizzazzjoni u tolleranza aħjar għat-tensjoni, u b'hekk itejbu b'mod sinifikanti l-ħajja tas-servizz tal-kisi. Kisjiet ta 'barriera termali strutturati sferiċi vojta minn ġewwa, minħabba l-"karatteristiċi porużi" tagħhom, jistgħu jnaqqsu b'mod effettiv il-konduttività termali tal-kisi u jipprovdu insulazzjoni termali aħjar, filwaqt li għandhom ukoll stabbiltà aħjar u karatteristiċi oħra. Il-karatteristiċi tat-trab tal-ossidu taż-żirkonju inizjali għandhom influwenza deċiżiva fuq il-prestazzjoni tal-kisi. Għalhekk, l-ottimizzazzjoni tal-proċessi eżistenti tat-teħid tat-trab-jew l-esplorazzjoni ta 'dawk aktar eċċellenti, u l-iżvilupp ta' tipi ġodda ta 'trab b'rendiment aħjar, hija triq ewlenija biex tittejjeb il-prestazzjoni tal-kisi tal-barriera termali u tissodisfa r-rekwiżiti ta' oqsma avvanzati u sofistikati.
Il-metodi ta 'preparazzjoni għal trab użati f'kisjiet ta' barriera termali b'temperatura għolja-ibbażati fuq iż-żirkonju jinkludu depożizzjoni tal-fwar, metodu ta 'melħ imdewweb, metodu ta' sol-ġel, metodu ta 'preċipitazzjoni omoġenja, metodu idrotermali, metodu ta' mudell, u oħrajn. Fosthom, il-"metodu idrotermali" partikolarment notevoli, bħala metodu ta 'preparazzjoni kimika b'potenzjal kbir ta' żvilupp, juri vantaġġi pendenti fil-preparazzjoni ta 'trabijiet ta' ossidu tan-nano zirconju pur/doped. Il-metodu tal-mudell jista 'jikkontrolla b'mod preċiż id-dijametru u l-ħxuna tal-ħajt ta' sferi vojta billi jagħżel aġenti ta 'templating ta' daqsijiet differenti, u huwa mezz effettiv biex tinkiseb preparazzjoni kontrollabbli ta 'strutturi sferiċi vojta. Il-piroliżi tal-isprej hija aktar adattata għall-produzzjoni fuq-skala kbira, li tifforma strutturi sferiċi vojta f'pass wieħed permezz tal-proċessi ta 'atomizzazzjoni, tnixxif u piroliżi ta' prekursur-likwidu kkontrollat.
Tqabbil tat-teknoloġiji ewlenin tal-preparazzjoni għal materjali tat-trab ibbażati fuq iż-żirkonju-
L-introduzzjoni ta' artijiet rari biex jiġu żviluppati saffi taċ-ċeramika ta' barriera termali bbażati fuq iż-żirkonju-.
Min-naħa l-waħda, it-titjib tal-materjali eżistenti tal-kisi tal-barriera termali filwaqt li fl-istess ħin id-doping b'ħafna ossidi rari tad-dinja-ossidu tal-itterbju, ossidu tal-iskandju, ossidu tal-gadolinju, ossidu taċ-ċerju-jistgħu jipproduċu effetti kompletament differenti.
Min-naħa l-oħra, l-iżvilupp ta 'trabijiet komposti ġodda bbażati fuq iż-żirkonju-(bħal sistemi komposti ta' ossidu taż-żirkonju u melħ ta 'art rari) sar ukoll direzzjoni ta' riċerka importanti.
Meta mqabbel ma 'YSZ, materjali rari taż-żirkonat tad-dinja (RE2Zr2O7) juru konduttività termali aktar baxxa, stabbiltà tal-fażi ogħla, u reżistenza aħjar għas-sinterizzazzjoni, li jagħmluhom kandidati ewlenin għall-ġenerazzjoni li jmiss ta' materjali taċ-ċeramika TBC. Studji juru li l-proprjetajiet eċċellenti ta 'zirconates ta' l-art rari jistgħu jtejbu b'mod sinifikanti l-prestazzjoni ta 'xokk termali u l-ħajja taċ-ċikli termali tal-kisi. Per eżempju, fl-istruttura tal-kisi ta 'saff doppju- ta' La2Zr2O7 u 8YSZ, il-materjal ta 'barra La2Zr2O7 jista' jnaqqas b'mod sinifikanti l-konduttività termali u jżid in-numru ta 'xokkijiet termali u l-ħajja ta' ossidazzjoni termali, li juri l-vantaġġ sinerġistiku ta '"konduttività termali baxxa-stabbiltà għolja."
Barra minn hekk, f'dawn l-aħħar snin, tantalati tad-dinja rari (RE2Ta2O7) u niobati tad-dinja rari (RE2Nb2O7), bħala materjali b'konduttività termali ultra-baxxa u stabbiltà termali eċċellenti, saru hotspots ġodda ta 'riċerka. Minħabba t-toughness fqira tagħhom, l-applikazzjoni tagħhom bħala materjali tal-kisi hija limitata. Ir-riċerka attwali tiffoka prinċipalment fuq il-kisba tal-kumplimentarjetà funzjonali tal-materjali permezz ta 'strutturi komposti b'ħafna saffi jew strutturi gradjent.