Issiqlik to'sig'i qoplamalari metall qismlarga "issiqlik{0}}izolyatsiya qiluvchi zirh" qo'yadi.
Aerodvigatellar va gaz turbinalari sohalarida abadiy intilish mavjud: turbinaning kirish harorati yuqori. Shu sababli materialshunos olimlar turbinalarning yuqori{1}}haroratga chidamliligini oshirish yo‘llarini doimiy ravishda o‘rganishmoqda va eng samarali usullardan biri turbinaning tarkibiy qismlarini turli funksiyalarga ega bo‘lgan qoplamalar bilan “himoya kiyimi”-qoplash va shu orqali xizmat ko‘rsatish samaradorligini oshirish, ishonchlilik va xizmat muddatini uzaytirishdir.
Aeromotordagi termal to'siq qoplamalari (GP7200) va odatdagi termal to'siq qo'yish tizimining kesma morfologiyasi-
Hozirgi vaqtda termal to'siq qoplamalari metall materiallarning xizmat ko'rsatish chegaralarini buzish uchun asosiy qo'llab-quvvatlovchi texnologiyaga aylandi.
Issiqlik to'siqni qoplamalari (TBC) strukturaviy ishlash va funktsional xususiyatlarni birlashtirgan izolyatsion qoplamaning bir turi. Ular seramika issiqlik izolyatsiyasi qatlami, metall biriktiruvchi qatlam va super qotishma substratdan tashkil topgan "sendvich" kabi ko'p qatlamli tuzilishga ega. Ular orasida keramika ustki qatlami issiqlik to'siqni qoplamasining asosiy funktsional qatlami bo'lib, yuqori haroratli gazning termal zarbasi, eroziyasi va kimyoviy korroziyasini bevosita ko'taradi. Materiallarni tanlash va ushbu qatlamning strukturaviy dizayni to'g'ridan-to'g'ri qoplamaning issiqlik izolyatsiyasi ta'sirini va xizmat muddatini aniqlaydi.
Termal to'siqni qoplash tuzilishi
Zirkonyum{0}}asosidagi materiallar yuqori haroratli termal toʻsiq qoʻyiladigan-keramika qatlami uchun afzal qilingan materialdir.
Tsirkonyum{0}}asosidagi materiallar mukammal issiqlik izolyatsiyasi ko'rsatkichlari, yuqori{1}}harorat oksidlanish qarshiligi, yuqori-harorat korroziyaga chidamliligi va nisbatan yuqori quvvatga ega bo'lganligi sababli, ular yuqori haroratli termal to'siq qoplamalarining keramik qatlami uchun afzal qilingan materialga aylandi.
Zirkonyum{0}}asosli termal to'siq qoplamalarini ishlab chiqishning birinchi bosqichi keramik qatlam materiali sifatida tsirkonyum oksididan (ZrO2) bevosita foydalanish edi. Isitish vaqtida ZrO2 ning tez fazali o'zgarishi uning xizmat ko'rsatish haroratini cheklaydi, natijada termal to'siqni qoplash uchun nisbatan qisqa xizmat muddati mavjud. Ikkinchi bosqich 6 wt% ~ 8 wt% Y2O3 qisman stabillashgan ZrO2 (YSZ) seramika qatlamlaridan foydalanish edi. Noyob tuproq oksidi Y2O3 bilan doping ZrO2 ning faza o'zgarishi haroratini oshirdi, keramika tizimining yuqori haroratli faza barqarorligini oshirdi va YSZ hali ham butun dunyo bo'ylab eng ko'p ishlatiladigan termal to'siqni qoplamali keramik materialdir.
Biroq, xizmat ko'rsatish harorati asta-sekin o'sib borishi bilan, YSZ tizimi asta-sekin faza barqarorligi, sinterlash qarshiligi va termal tsiklning charchoq ko'rsatkichlaridagi cheklovlarini ochib berdi. Ayniqsa, 1200 darajadan yuqori{1}}haroratli muhitda YSZ fazali o'zgarishlarga moyil bo'lib, strukturaning mo'rtlashishiga va qoplamaning buzilishiga olib keladi. Ushbu muammolarni hal qilish uchun tadqiqotchilar yangi keramik materiallar tizimlarini o'rganishni boshladilar.
Zirkonyum{0}}asosidagi kukunlar: issiqlik to'siqni qoplamalarining "issiqlik-izolyatsion zirhlari" uchun birinchi to'siq.
Termal to'siqni qoplash ilovalarida "nano tsirkonyum oksidi kukunlari va ichi bo'sh sferik tsirkonyum oksidi kukunlari" dan tayyorlangan qoplamalar an'anaviy mikroyapılı qoplamalarga qaraganda ancha yaxshi ishlashni namoyish etadi.
Nanostrukturali termal to'siq qoplamalari "noyob mikroyapı" tufayli odatda yuqori sinterlash qarshiligiga va yaxshi kuchlanishga chidamliligiga ega va shu bilan qoplamaning xizmat qilish muddatini sezilarli darajada yaxshilaydi. Bo'shliqli sharsimon strukturali issiqlik to'siqni qoplamalari, ularning "g'ovakli xususiyatlari" tufayli, qoplamaning issiqlik o'tkazuvchanligini samarali ravishda kamaytirishi va yaxshi issiqlik izolyatsiyasini ta'minlashi mumkin, shu bilan birga yaxshi barqarorlik va boshqa xususiyatlarga ega. Dastlabki zirkonyum oksidi kukunining xususiyatlari qoplamaning ishlashiga hal qiluvchi ta'sir ko'rsatadi. Shu sababli, mavjud kukun ishlab chiqarish jarayonlarini optimallashtirish yoki mukammalroqlarini tadqiq qilish va yaxshi unumdorlikka ega yangi chang turlarini ishlab chiqish termal to'siq qoplamalarining ishlashini yaxshilash va ilg'or va murakkab sohalar talablariga javob berishning asosiy yo'lidir.
Tsirkoniy{0}}asosli yuqori haroratli termal bariyer qoplamalarida qoʻllaniladigan kukunlarni tayyorlash usullariga bugʻlarni joylashtirish, eritilgan tuz usuli, sol{2}}gel usuli, bir hil choʻktirish usuli, gidrotermik usul, shablon usuli va boshqalar kiradi. Ular orasida, ayniqsa, e'tiborga loyiq "gidrotermik usul", katta rivojlanish potentsialiga ega bo'lgan kimyoviy tayyorlash usuli sifatida, sof/doplangan nanozirkonyum oksidi kukunlarini tayyorlashda ajoyib afzalliklarni ko'rsatadi. Shablon usuli turli o'lchamdagi shablonlashtiruvchi vositalarni tanlash orqali ichi bo'sh sharlarning diametri va devor qalinligini aniq nazorat qilishi mumkin va ichi bo'sh sharsimon konstruktsiyalarni boshqariladigan tayyorlashga erishishning samarali vositasidir. Püskürtme pirolizi yirik-ko‘lamli ishlab chiqarish uchun ko‘proq mos keladi, u bir bosqichda prekursor bilan boshqariladigan suyuqlikning atomizatsiyasi, quritilishi va piroliz- jarayonlari orqali ichi bo‘sh sharsimon tuzilmalarni hosil qiladi.
Sirkoniy{0}}asosli kukunli materiallarni tayyorlashning asosiy texnologiyalarini taqqoslash
Sirkoniy asosidagi yangi termal toʻsiqli keramik{0}}qatlamlarni yaratish uchun noyob tuproqlarni joriy qilish.
Bir tomondan, mavjud issiqlik to'siqni qoplama materiallarini yaxshilash va bir vaqtning o'zida bir nechta noyob tuproq oksidlari-itterbiy oksidi, skandiy oksidi, gadoliniy oksidi, seriy oksidi- bilan doping qilish butunlay boshqa effektlarni keltirib chiqarishi mumkin.
Boshqa tomondan, tsirkoniy{0}}asosidagi yangi kompozit kukunlarni (masalan, tsirkoniy oksidi va nodir tuproq tuzlarining kompozit tizimlari) yaratish ham muhim tadqiqot yoʻnalishiga aylandi.
YSZ bilan solishtirganda, noyob tuproqli zirkonat (RE2Zr2O7) materiallari past issiqlik o'tkazuvchanligi, yuqori faza barqarorligi va yaxshi sinterlash qarshiligini namoyish etadi, bu ularni TBC keramika materiallarining keyingi avlodi uchun asosiy nomzod qiladi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, noyob tuproqli zirkonatlarning ajoyib xususiyatlari termal zarba ko'rsatkichlarini va qoplamalarning termal aylanish muddatini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin. Misol uchun, La2Zr2O7 va 8YSZ ning ikki-qatlamli qoplama tuzilishida tashqi La2Zr2O7 moddasi issiqlik o'tkazuvchanligini sezilarli darajada kamaytirishi va issiqlik zarbalari sonini va termal oksidlanish muddatini oshirishi mumkin, bu "past issiqlik o'tkazuvchanligi-yuqori" ning sinergik afzalligini namoyish etadi.
Bundan tashqari, so'nggi yillarda noyob tuproq tantalatlar (RE2Ta2O7) va noyob tuproq niobatlari (RE2Nb2O7) ultra-past issiqlik o'tkazuvchanligi va mukammal issiqlik barqarorligiga ega bo'lgan materiallar sifatida yangi tadqiqot nuqtalariga aylandi. Yomon pishiqligi tufayli ularni qoplama materiallari sifatida qo'llash cheklangan. Hozirgi tadqiqotlar asosan ko'p qatlamli kompozit tuzilmalar yoki gradient tuzilmalar orqali materiallarning funktsional bir-birini to'ldirishiga erishishga qaratilgan.