سپرهای حرارتی با لایه سرامیکی ( پیشینه، آنالیز و چشم انداز)

پوشش های سپر حرارتی حاوی لایه سرامیکی با هدایت حرارتی خیلی پایینی هستند که دمای سطح آلیاژ را بوسیله عایق کردن کاهش میدهند با افزودن این لایه به سطح پره های توربینهای گازی کاهش دما در طول ضخامت لایه اتفاق می افتد که منجر به کاهش دمای اجزا فلزی تا دمای حدود ۱۷۰ درجه سانتی گراد ( یا پوشش سرامیکی به ضخامت ۱۵۰ میکرومتر میشود یکی از عوامل مهم در تعیین ویژگیهای یک پوشش سیر حرارتی روش اعمال آن بر روی سطح پایه می باشد. معمول ترین روشهای اعمال این پوششها روشهای بر پایه اسپری حرارتی و رسوب دهی فیزیکی از فاز بخار با استفاده از پرتو الکترونی است. پوششهای اعمال شده با روشهای بر پایه اسپری حرارتی ابتداعا وارد سرویس شدند و تا الان هم باقی ماندند. در این پوشش ها اندازه دانه ها حدود ۱ تا ۲ میکرومتر است و میکروساختار پوشش همراه با تخلخل های مرزی ذرات نیمه ذوب و میکروترکها خواهد بود. اولین استفاده از این پوشش ها در حفاظت محفظه های احتراق در مقابل گرمای درون توربینها بوده است. در اواخر دهه ۱۹۸۰ روش دوم یعنی EB PVD توسط آقایان پرات و وینتنی بطور موفقیت آمیزی وارد سرویس تجاری شد. تفاوت این روش با روش قبلی در میکروساختار اعمالی پوشش است. این فرایند منجر به ایجاد خواص منحصر به فردی می شود که در نتیجه ی ساختار دانه های ستونی عمود نسبت به فصل مشترک حاصل میشود. این نوع مورفولوژی مقاومت در برابر کرنش که ناشی از تفاوت در ضریب انبساط حرارتی است را افزایش می دهد. همچنین تطابق بهتر با زیر لایه تحمل سیکلهای حرارتی بیشتر و از اینرو طول عمر پایداری بیشتر از دیگر مزایای تولید پوشش به این روش است. پوشش تولید شده به این روش شامل دانه های ستونی زیرکونیا با عرض ۱۰ نانومتر با اتصال ضعیف بین ستونی و اتصال شیمیایی قوی با ذرات آلومینای موجود روی لایه فلزی زیرین است. دانه های ستونی بوسیله کانالهایی در ابعاد میکرون از هم جدا میشوند که علاوه بر این کانالهای بین ستونی، دانه های زیرکونیا شامل حفرات درون ستونی در مقیاس نانومتری نیز هستند