Recubrimiento de barrera térmica
Un TBC eficaz debe cumplir con ciertos requisitos para funcionar bien en entornos termomecánicos agresivos.
[2] Para hacer frente a las tensiones de expansión térmica durante el calentamiento y el enfriamiento, se necesita una porosidad adecuada, así como una correspondencia adecuada de los coeficientes de expansión térmica con la superficie del metal que está recubriendo el TBC.
Por lo tanto, los requisitos generales para un TBC eficaz se pueden resumir en: 1) un alto punto de fusión.
Esta capa de cerámica crea el mayor gradiente térmico del TBC y mantiene las capas inferiores a una temperatura más baja que la superficie.
Con un TGO lo suficientemente grueso, puede ocurrir un desconchado del recubrimiento, lo cual es un modo catastrófico de falla para los TBC.
[5] El TBC también se puede modificar localmente en la interfaz entre la capa de unión y el óxido crecido térmicamente para que actúe como un fósforo termográfico, lo que permite la medición remota de la temperatura.
Los recubrimientos de barrera térmica se expanden y contraen a diferentes velocidades al calentar y enfriar el ambiente, por lo que si los materiales de las diferentes capas tienen coeficientes de expansión térmica mal ajustados, se introduce una deformación que puede provocar grietas y, en última instancia, fallas del recubrimiento.
El resultado son tensiones muy altas (2-6 GPa) que se producen a baja temperatura y pueden producir agrietamiento y, en última instancia, desconchado del revestimiento de barrera.
Con una alta dureza e inercia química, pero alta conductividad térmica y bajo coeficiente de expansión térmica, la alúmina se usa a menudo como una adición a un revestimiento TBC existente.
Al incorporar alúmina en YSZ TBC, se puede mejorar la resistencia a la oxidación y corrosión, así como la dureza y la fuerza de unión sin cambios significativos en el módulo elástico o la tenacidad.
Agregar ceria a un recubrimiento YSZ puede mejorar significativamente el rendimiento del TBC, especialmente en la resistencia al choque térmico.
Junto con la capacidad de sustitución del sitio con otros elementos, esto significa que las propiedades térmicas se pueden adaptar potencialmente.
Una mezcla en polvo de metal y vidrio normal se puede pulverizar con plasma al vacío, con una composición adecuada que da como resultado un TBC comparable a YSZ.
Los recubrimientos cerámicos de barrera térmica son cada vez más comunes en aplicaciones automotrices.
Este proceso también se conoce como "gestión del calor de escape".
Además de brindar protección térmica, estos recubrimientos también se utilizan para evitar la degradación física del material compuesto debido a la fricción.
Generalmente, estos están hechos de SiC reforzado con fibra.
Las piezas giratorias son especialmente buenas candidatas para el cambio de material debido a la enorme fatiga que soportan.
[8] Sin embargo, el cambio material no está exento de consecuencias.
Por ejemplo, a medida que la temperatura del gas aumenta hacia 1400 K-1500 K, las partículas de arena comienzan a fundirse y reaccionan con los recubrimientos.
