Hitahúðunarhúð setur „hita-einangrandi brynju“ á málmhluta.
Á sviði flugvéla og gasthverfla er eilíf leit: hærra inntakshitastig hverfla. Af þessum sökum eru efnisfræðingar stöðugt að kanna leiðir til að bæta háan-hitaviðnám hverfla og ein áhrifaríkasta aðferðin er að setja á sig "hlífðarfatnað"-húðað hverflaíhluti með húðun sem hefur mismunandi virkni, og ná þannig betri þjónustuafköstum, meiri áreiðanleika og lengri endingartíma.
Hitahindranir í flugvél (GP7200) og þversniðsformgerð dæmigerðs hitahindranahúðunarkerfis
Um þessar mundir er hitauppstreymihúðun orðin lykilstoðtækni til að brjótast í gegnum þjónustumörk málmefna.
Thermal barrier coatings (TBCs) eru tegund einangrunarhúð sem sameinar burðarvirki og hagnýta eiginleika. Þeir hafa marglaga uppbyggingu eins og "samloku", sem samanstendur af keramik hitaeinangrunarlagi, málmhlífðarhúð og ofurblendi undirlagi. Meðal þeirra er keramik efsta lagið kjarna virkni lagsins í varma hindrunarhúðinni, sem ber beint hitaáfall, veðrun og efnatæringu há-hitagas. Val á efnum og byggingarhönnun þessa lags ákvarðar beint hitaeinangrunaráhrif og endingartíma lagsins.
Uppbygging varma hindrunarhúð
Efni sem byggir á sirkoníum-eru ákjósanlegasta efnið fyrir keramiklag í há-hitavarmahúðunarhúð.
Þar sem sirkon-efni hafa framúrskarandi hitaeinangrunarafköst, há-hitaoxunarþol, há-tæringarþol og tiltölulega mikinn styrk, hafa þau orðið ákjósanlegur efniviður fyrir keramiklag af há-hitavarma hindrunarhúð.
Fyrsta stigið í þróun sirkon-undirstaða varma hindrunarhúð var bein notkun sirkonoxíðs (ZrO2) sem keramiklagsefni. Hröð fasabreyting ZrO2 við upphitun takmarkar þjónustuhitastig þess, sem leiðir til tiltölulega stutts endingartíma fyrir varma hindrunarhúðina. Annað stigið var notkun á 6 wt% ~ 8 wt% Y2O3 að hluta stöðugum ZrO2 (YSZ) keramiklögum. Lyfjagjöf með sjaldgæfu jarðar oxíðinu Y2O3 jók fasabreytingarhitastig ZrO2, bætti háan-fasastöðugleika keramikkerfisins og YSZ er enn mest notaða varmahindrun keramikefnið um allan heim.
Hins vegar, þar sem þjónustuhitastigið hækkar smám saman, hefur YSZ kerfið smám saman afhjúpað takmarkanir sínar í fasastöðugleika, hertuþol og hitauppstreytu. Sérstaklega í háum-hitaumhverfi yfir 1200 gráðum, er YSZ viðkvæmt fyrir fasabreytingum, sem leiðir til burðarbrots og bilunar í húðun. Til að leysa þessi vandamál hafa vísindamenn byrjað að kanna ný keramik efniskerfi.
Sirkon-duft: fyrsta hindrunin fyrir "hita-einangrandi brynju" á varma hindrunarhúð.
Í notkun á varma hindrunarhúðun sýnir húðun sem er unnin úr "nano sirkon oxíð dufti og holu kúlulaga sirkon oxíð duft" betri frammistöðu en hefðbundin örbyggingu húðun.
Vegna „einstakrar örbyggingar“ þeirra, hafa nanóskipulagðar varma hindrunarhúð yfirleitt hærri hertuþol og betra álagsþol og eykur þar með verulega endingartíma lagsins. Holar kúlulaga uppbyggðar hitahindranir, vegna "gljúpa eiginleika" þeirra, geta í raun dregið úr varmaleiðni lagsins og veitt betri hitaeinangrun, en hefur einnig betri stöðugleika og aðra eiginleika. Eiginleikar upphafs sirkonoxíðduftsins hafa afgerandi áhrif á frammistöðu húðunar. Þess vegna er að fínstilla núverandi duftframleiðsluferla-eða kanna fleiri framúrskarandi, og þróa nýjar tegundir af dufti með betri afköstum, lykilleið til að bæta frammistöðu varmahindrunarhúðunar og uppfylla kröfur háþróaðra og háþróaðra sviða.
Undirbúningsaðferðirnar fyrir duft sem notaðar eru í sirkon-undirstaða há-hitavarnarhúðun fela í sér gufuútfellingu, bráðna saltaðferð, sól-gelaðferð, einsleita útfellingaraðferð, vatnshitaaðferð, sniðmátaðferð og fleira. Þar á meðal sýnir hin sérstaklega athyglisverða „vatnshitaaðferð“, sem efnafræðileg undirbúningsaðferð með mikla þróunarmöguleika, framúrskarandi kosti við að útbúa hreint/bætt nanósirkonoxíðduft. Sniðmátsaðferðin getur nákvæmlega stjórnað þvermáli og veggþykkt holra kúlu með því að velja sniðmátefni af mismunandi stærðum og er áhrifarík leið til að ná stjórnanlegum undirbúningi holra kúlulaga mannvirkja. Spray pyrolysis er hentugra fyrir stórframleiðslu-, myndar holar kúlulaga byggingar í einu skrefi í gegnum atomization, þurrkun og pyrolysis ferli forvera-stýrðs vökva.
Samanburður á helstu undirbúningstækni fyrir sirkon-duftefni
Kynning á sjaldgæfum jörðum til að þróa ný sirkon-undirstaða varmahindrunarkeramiklög.
Annars vegar getur endurbót á núverandi varmahindrunarhúðunarefnum og samtímis lyfjameðferð með mörgum sjaldgæfum jarðaroxíðum -ytterbíumoxíði, skandíumoxíði, gadólíníumoxíði, seríumoxíði- valdið gjörólíkum áhrifum.
Á hinn bóginn hefur þróun nýrra-samsettra dufta úr sirkoníum (eins og samsett kerfi úr sirkonoxíði og sjaldgæfum jarðsöltum) einnig orðið mikilvæg rannsóknarstefna.
Samanborið við YSZ sýna sjaldgæft jörð zirconate (RE2Zr2O7) efni lægri hitaleiðni, meiri fasastöðugleika og betri hertuþol, sem gerir þau að kjarnaframbjóðendum fyrir næstu kynslóð TBC keramikefna. Rannsóknir sýna að framúrskarandi eiginleikar sjaldgæfra jarðar zirconates geta verulega bætt hitauppstreymi og endingu hitauppstreymis á húðun. Til dæmis, í tvöföldu-lagi húðunarskipulagi La2Zr2O7 og 8YSZ, getur ytra La2Zr2O7 efnið dregið verulega úr varmaleiðni og aukið fjölda varmaáfalla og varmaoxunarlíf, sem sýnir samverkandi kostinn við „lítil hitaleiðni-háan stöðugleika.
Þar að auki, á undanförnum árum, hafa sjaldgæf jörð tantalöt (RE2Ta2O7) og sjaldgæf jarðar níóbat (RE2Nb2O7), sem efni með ofur-lága hitaleiðni og framúrskarandi hitastöðugleika, orðið nýir rannsóknarstöðvar. Vegna lélegrar hörku er notkun þeirra sem húðunarefni takmörkuð. Núverandi rannsóknir beinast aðallega að því að ná fram hagnýtri fyllingu efna með marglaga samsettum mannvirkjum eða hallabyggingum.