가스터빈용 블레이드는 엔진의 에너지 효율과 성능을 증가시키기 위해 보다 높은 온도에서 사용이 요구된다. 열차폐 코팅에 필요한 낮은 열전도도와 우수한 기계적 특성뿐만 아니라 인접한 층과 비슷한 열팽창 계수 등을 만족하는 재료로 YSZ가 상용되고 있다. 또한 EB-PVD와 같은 새로운 코팅 기술의 발달로 인한 미세구조의 영향으로 기계적, 열적 성질이 개선되고 있다. 그러나 YSZ의 경우 고온의 환경에서 상변태와 재소결의 영향으로 ...
가스터빈용 블레이드는 엔진의 에너지 효율과 성능을 증가시키기 위해 보다 높은 온도에서 사용이 요구된다. 열차폐 코팅에 필요한 낮은 열전도도와 우수한 기계적 특성뿐만 아니라 인접한 층과 비슷한 열팽창 계수 등을 만족하는 재료로 YSZ가 상용되고 있다. 또한 EB-PVD와 같은 새로운 코팅 기술의 발달로 인한 미세구조의 영향으로 기계적, 열적 성질이 개선되고 있다. 그러나 YSZ의 경우 고온의 환경에서 상변태와 재소결의 영향으로 열차폐 성능의 손실이 발생한다. 그리하여 고온에서 보다 우수한 열적, 기계적 성능을 유지할 수 있는 재료에 대한 연구가 지속되고 있다. 본 연구에서는 기계적 특성과 열적 특성을 향상시키기 위해 Gd_(2)Zr_(2)O_(7)에 Y_(2)O_(3)를 첨가하는 연구를 수행하여 고온부품의 열차폐 코팅 소재를 제조하였다. 열차폐 코팅은 EB-PVD를 사용하여 독특한 주상구조 형태를 갖도록 코팅하였으며 터빈 운전 중에 미세입자의 충돌이나 진동 등이 발생하므로 사용될 소재를 비커스와 헤르찌안, 나노 인덴테이션 등을 통해 접촉손상 저항 특성으로 기계적 특성을 평가하였다. 열전도도와 열팽창계수 등의 열적 특성을 평가하여 개선된 열차폐 코팅 효과를 목적으로 층상구조 코팅층을 제작하였다. 하부층은 높은 열팽창계수를 갖는 재료로써 열팽창계수 차이로 인한 열응력 발생을 감소시키며 외부와 인접한 상부층은 높은 접촉손상 저항성과 낮은 열전도도로 우수한 열차폐 효과를 갖도록 재료를 선정하였고 또한 인덴테이션 평가를 수행하여 단일 코팅층과 비교하였다. Gd_(2)Zr_(2)O_(7)에 Y_(2)O_(3)를 첨가하여 접촉손상, 경도를 포함한 기계적 특성 향상과 열전도도 감소, 열팽창계수 상승과 같은 열적 특성의 개선 결과를 얻었으며 특히 첨가된 Y_(2)O_(3) 함량에 따른 특성 변화 결과를 얻었다. 이를 토대로 접촉손상 저항성이 우수한 Y_(2)O_(3)가 첨가된 Gd_(2)Zr_(2)O_(7)와 높은 열팽창 계수를 갖는 8YSZ의 층상구조 열차폐 코팅층을 설계하였으며 단일 코팅층에 준하는 기계적 특성 결과를 얻었다.
가스터빈용 블레이드는 엔진의 에너지 효율과 성능을 증가시키기 위해 보다 높은 온도에서 사용이 요구된다. 열차폐 코팅에 필요한 낮은 열전도도와 우수한 기계적 특성뿐만 아니라 인접한 층과 비슷한 열팽창 계수 등을 만족하는 재료로 YSZ가 상용되고 있다. 또한 EB-PVD와 같은 새로운 코팅 기술의 발달로 인한 미세구조의 영향으로 기계적, 열적 성질이 개선되고 있다. 그러나 YSZ의 경우 고온의 환경에서 상변태와 재소결의 영향으로 열차폐 성능의 손실이 발생한다. 그리하여 고온에서 보다 우수한 열적, 기계적 성능을 유지할 수 있는 재료에 대한 연구가 지속되고 있다. 본 연구에서는 기계적 특성과 열적 특성을 향상시키기 위해 Gd_(2)Zr_(2)O_(7)에 Y_(2)O_(3)를 첨가하는 연구를 수행하여 고온부품의 열차폐 코팅 소재를 제조하였다. 열차폐 코팅은 EB-PVD를 사용하여 독특한 주상구조 형태를 갖도록 코팅하였으며 터빈 운전 중에 미세입자의 충돌이나 진동 등이 발생하므로 사용될 소재를 비커스와 헤르찌안, 나노 인덴테이션 등을 통해 접촉손상 저항 특성으로 기계적 특성을 평가하였다. 열전도도와 열팽창계수 등의 열적 특성을 평가하여 개선된 열차폐 코팅 효과를 목적으로 층상구조 코팅층을 제작하였다. 하부층은 높은 열팽창계수를 갖는 재료로써 열팽창계수 차이로 인한 열응력 발생을 감소시키며 외부와 인접한 상부층은 높은 접촉손상 저항성과 낮은 열전도도로 우수한 열차폐 효과를 갖도록 재료를 선정하였고 또한 인덴테이션 평가를 수행하여 단일 코팅층과 비교하였다. Gd_(2)Zr_(2)O_(7)에 Y_(2)O_(3)를 첨가하여 접촉손상, 경도를 포함한 기계적 특성 향상과 열전도도 감소, 열팽창계수 상승과 같은 열적 특성의 개선 결과를 얻었으며 특히 첨가된 Y_(2)O_(3) 함량에 따른 특성 변화 결과를 얻었다. 이를 토대로 접촉손상 저항성이 우수한 Y_(2)O_(3)가 첨가된 Gd_(2)Zr_(2)O_(7)와 높은 열팽창 계수를 갖는 8YSZ의 층상구조 열차폐 코팅층을 설계하였으며 단일 코팅층에 준하는 기계적 특성 결과를 얻었다.
Thermal barrier coatings (TBCs) are used for advanced turbine blades to increase engine efficiency and to improve blade performance. Particularly, commercial YSZ(yttria stabilized Zirconia) has been used in the turbine blade due to its low thermal conductivity, high mechanical strength, and similar ...
Thermal barrier coatings (TBCs) are used for advanced turbine blades to increase engine efficiency and to improve blade performance. Particularly, commercial YSZ(yttria stabilized Zirconia) has been used in the turbine blade due to its low thermal conductivity, high mechanical strength, and similar thermal expansion coefficient with that of metal substrate or bond coat. Using Electron-Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD), we get the advantage of strain tolerance and thermal shock resistance due to their unique columnar micro-structure. However, YSZ topcoat is seriously affected at demanding service temperatures by phase transformation and sintering-induced volume changes. Therefore rare earth zirconate ceramics for thermal barrier coating have been studied. The purpose of this work is to study on the Gd_(2)Zr_(2)O_(7), as a candidate for the advanced TBC material. We added Y_(2)O_(3) to Gd_(2)Zr_(2)O_(7) to improve thermal and mechanical properties. Moreover, multi-layered system was fabricated for improvement of blade performance. The outer layer of multi-layered system has a good resistance from contact damage and inner layer has similar CTE to lower bond-coat layer and investigated indentation behavior using Hertzian, nano and Vickers indentation technique. As the results, due to the additions of Y_(2)O_(3), we get the excellent thermal and mechanical properties such as the superior resistance of contact damage, hardness, Young's modulus, and lower thermal conductivity, higher CTE similar to YSZ. They show the change of mechanical and thermal properties through the influence of the addition of Y_(2)O_(3) to Gd_(2)Zr_(2)O_(7).
Thermal barrier coatings (TBCs) are used for advanced turbine blades to increase engine efficiency and to improve blade performance. Particularly, commercial YSZ(yttria stabilized Zirconia) has been used in the turbine blade due to its low thermal conductivity, high mechanical strength, and similar thermal expansion coefficient with that of metal substrate or bond coat. Using Electron-Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD), we get the advantage of strain tolerance and thermal shock resistance due to their unique columnar micro-structure. However, YSZ topcoat is seriously affected at demanding service temperatures by phase transformation and sintering-induced volume changes. Therefore rare earth zirconate ceramics for thermal barrier coating have been studied. The purpose of this work is to study on the Gd_(2)Zr_(2)O_(7), as a candidate for the advanced TBC material. We added Y_(2)O_(3) to Gd_(2)Zr_(2)O_(7) to improve thermal and mechanical properties. Moreover, multi-layered system was fabricated for improvement of blade performance. The outer layer of multi-layered system has a good resistance from contact damage and inner layer has similar CTE to lower bond-coat layer and investigated indentation behavior using Hertzian, nano and Vickers indentation technique. As the results, due to the additions of Y_(2)O_(3), we get the excellent thermal and mechanical properties such as the superior resistance of contact damage, hardness, Young's modulus, and lower thermal conductivity, higher CTE similar to YSZ. They show the change of mechanical and thermal properties through the influence of the addition of Y_(2)O_(3) to Gd_(2)Zr_(2)O_(7).
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