|
|
Příprava a strukturní stabilita nanokrystalických tepelných bariér
Jech, David ; Ctibor, Pavel (oponent) ; Ziegelheim, Jindřich (oponent) ; Švejcar, Jiří (vedoucí práce)
Komplexní systémy tepelných bariér patří v současnosti mezi nejúčinnější povrchové úpravy nacházející praktické uplatnění v pozemních energetických turbínách a proudových leteckých motorech. V případě nejexponovanějších rotorových a statorových vysokoteplotních částí leteckých motorů tak bylo v kombinaci tepelné bariéry se systémem vnitřního chlazení dosaženo zvýšení provozní teploty o několik desítek stupňů celsia. V případě konvenčních tepelných bariér sestávajících ze svrchního povlaku na bázi ZrO2-Y2O3 a vazebného povlaku na bázi MCrAlY, pracujících na hranici materiálových limitů, je však velice obtížné dosáhnout dalšího zvýšení provozních teplot, byť jen o několik jednotek stupňů celsia. Pracovní teplota ve spalovací komoře leteckého motoru je úměrná jeho efektivitě a nepřímo úměrná celkové spotřebě paliva a produkci nežádoucích emisí CO2. Z tohoto důvodu je stále vynakládáno značné úsilí ve výzkumu a vývoji nových typů keramických povlaků, které jsou schopné dlouhodobě pracovat za extrémních podmínek. Napomáhají tak tomu i například nové přístupy návrhu vícevrstvých kompozitních systémů tepelných bariér, které umožňují obstát v požadovaném trendu růstu pracovních teplot leteckých motorů, a to zejména díky možnosti optimalizace vysokoteplotní odolnosti a vysoké životnosti. Jejich základnímu přehledu, vlastnostem, technologiím přípravy a způsobům testování je věnována teoretická část disertační práce. Experimentální část disertační práce je věnována optimalizaci přípravy konvenční ZrO2-Y2O3 / MCrAlY tepelné bariéry pomocí atmosférického plazmatického nástřiku a současně vývojem, přípravou a charakterizací nového vícevrstvého experimentálního kompozitního systému tepelné bariéry na bázi ZrO2-Y2O3-Al2O3-SiO2 / ZrO2-Y2O3 / MCrAlY, která v mikrostruktuře obsahuje oblasti amorfní a/nebo nanokrystalické. Strukturní stabilita, fázové transformace a růst tepelně indukovaného oxidu v konvenční i experimentální tepelné bariéře byl po optimalizaci parametrů depozice hodnocen testy vysokoteplotní izotermické oxidace a vysokoteplotní cyklické oxidace a na spalovacím testu. Konvenční i experimentální systémy tepelných bariér byly hodnoceny s využitím metod světelné mikroskopie, rastrovací elektronové mikroskopie s energiově disperzní mikroanalýzou a pomocí rentgenové difrakce. Nově navržený experimentální vícevrstvý systém tepelné bariéry prokázal, v porovnání s konvenční tepelnou bariérou, nižší hodnotu tepelné vodivosti, pomalejší kinetiku růstu tepelně indukovaného oxidu, vyšší strukturní stabilitu a celkově v rámci všech provedených vysokoteplotních testů vyšší životnost.
|
|
|
Příprava a strukturní stabilita nanokrystalických tepelných bariér
Jech, David ; Ctibor, Pavel (oponent) ; Ziegelheim, Jindřich (oponent) ; Švejcar, Jiří (vedoucí práce)
Komplexní systémy tepelných bariér patří v současnosti mezi nejúčinnější povrchové úpravy nacházející praktické uplatnění v pozemních energetických turbínách a proudových leteckých motorech. V případě nejexponovanějších rotorových a statorových vysokoteplotních částí leteckých motorů tak bylo v kombinaci tepelné bariéry se systémem vnitřního chlazení dosaženo zvýšení provozní teploty o několik desítek stupňů celsia. V případě konvenčních tepelných bariér sestávajících ze svrchního povlaku na bázi ZrO2-Y2O3 a vazebného povlaku na bázi MCrAlY, pracujících na hranici materiálových limitů, je však velice obtížné dosáhnout dalšího zvýšení provozních teplot, byť jen o několik jednotek stupňů celsia. Pracovní teplota ve spalovací komoře leteckého motoru je úměrná jeho efektivitě a nepřímo úměrná celkové spotřebě paliva a produkci nežádoucích emisí CO2. Z tohoto důvodu je stále vynakládáno značné úsilí ve výzkumu a vývoji nových typů keramických povlaků, které jsou schopné dlouhodobě pracovat za extrémních podmínek. Napomáhají tak tomu i například nové přístupy návrhu vícevrstvých kompozitních systémů tepelných bariér, které umožňují obstát v požadovaném trendu růstu pracovních teplot leteckých motorů, a to zejména díky možnosti optimalizace vysokoteplotní odolnosti a vysoké životnosti. Jejich základnímu přehledu, vlastnostem, technologiím přípravy a způsobům testování je věnována teoretická část disertační práce. Experimentální část disertační práce je věnována optimalizaci přípravy konvenční ZrO2-Y2O3 / MCrAlY tepelné bariéry pomocí atmosférického plazmatického nástřiku a současně vývojem, přípravou a charakterizací nového vícevrstvého experimentálního kompozitního systému tepelné bariéry na bázi ZrO2-Y2O3-Al2O3-SiO2 / ZrO2-Y2O3 / MCrAlY, která v mikrostruktuře obsahuje oblasti amorfní a/nebo nanokrystalické. Strukturní stabilita, fázové transformace a růst tepelně indukovaného oxidu v konvenční i experimentální tepelné bariéře byl po optimalizaci parametrů depozice hodnocen testy vysokoteplotní izotermické oxidace a vysokoteplotní cyklické oxidace a na spalovacím testu. Konvenční i experimentální systémy tepelných bariér byly hodnoceny s využitím metod světelné mikroskopie, rastrovací elektronové mikroskopie s energiově disperzní mikroanalýzou a pomocí rentgenové difrakce. Nově navržený experimentální vícevrstvý systém tepelné bariéry prokázal, v porovnání s konvenční tepelnou bariérou, nižší hodnotu tepelné vodivosti, pomalejší kinetiku růstu tepelně indukovaného oxidu, vyšší strukturní stabilitu a celkově v rámci všech provedených vysokoteplotních testů vyšší životnost.
|
host ::
RSS.