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가스터빈의 열차폐용 탑코팅의 내구성 향상 설계기술
Design Technique for Improving the Durability of Top Coating for Thermal Barrier of Gas Turbine 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.31 no.1, 2014년, pp.15 - 20  

구재민 (성균관대학교 기계공학부) ,  석창성 (성균관대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Thermal barrier coating (TBC) is used to protect the substrate and extend the operating life of the gas turbine for a power plant and an aircraft. The major cause of failure of such a coating is the spallation of coating, and it results from the thermal stress between top coating and bond coating. T...

주제어

#열차폐코팅   #유한요소해석   #열응력   #수직균열  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 인위적으로 삽입한 수직방향의 균열이 TBC시스템에 미치는 영향을 평가하기 위하여 수직방향의 균열의 길이와 간격이 열응력에 미치는 영향을 유한요소해석에 의해 평가함으로써 열차폐용 코팅의 내구성향상을 위한 설계기준을 제시하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 인위적으로 삽입한 수직방향의 균열이 TBC시스템에 미치는 영향을 평가하기 위하여 수직방향의 균열의 길이와 간격이 열응력에 미치는 영향을 평가함으로써 열차폐용 코팅의 내구성향상을 위한 설계기준을 제시하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
열차폐 코팅의 역할은 무엇인가? 따라서 적정 수명을 확보하기 위한 기법들이 개발되어 있는데, 그 중 하나가 열차폐 코팅 (Thermal Barrier Coating, TBC)이다. 이와 같은 열차폐 코팅은 고온과 고압의 화염으로 인한 모재의 온도변화를 억제하는 역할을 하는데, 열차폐코팅은 금속을 사용한 본드 코팅층과 세라믹을 사용한 탑코팅층으로 나뉜다. 열차폐 코팅의 목적인 온도 상승 억제는 대부분 탑코팅에서 이뤄지지만 금속인 모재와 세라믹인 탑코팅 사이의 열팽창계수의 차이와 접착강도와 같은 문제로 금속재료를 사용한 본드 코팅층을 탑코팅층과 모재의 사이에 둔다.
열차폐코팅은 어떻게 나뉘는가? 따라서 적정 수명을 확보하기 위한 기법들이 개발되어 있는데, 그 중 하나가 열차폐 코팅 (Thermal Barrier Coating, TBC)이다. 이와 같은 열차폐 코팅은 고온과 고압의 화염으로 인한 모재의 온도변화를 억제하는 역할을 하는데, 열차폐코팅은 금속을 사용한 본드 코팅층과 세라믹을 사용한 탑코팅층으로 나뉜다. 열차폐 코팅의 목적인 온도 상승 억제는 대부분 탑코팅에서 이뤄지지만 금속인 모재와 세라믹인 탑코팅 사이의 열팽창계수의 차이와 접착강도와 같은 문제로 금속재료를 사용한 본드 코팅층을 탑코팅층과 모재의 사이에 둔다.
DVC (Dense Vertically Cracked) 코팅으로 삽입된 균열의 역할은 무엇인가? DVC (Dense Vertically Cracked) 코팅은 열차폐 코팅의 한 방법으로서 세라믹 탑코팅부 내에 세로방향의 균열을 20~300개/inch의 간격 밀도로3 인위적으로 균열을 삽입하는 방법이다. 이 균열은 온도변화에 따른 팽창 및 수축을 완화시켜, 반복되는 열피로 시 팽창 및 수축으로 인해 발생 하는 열응력을 감소시킴으로써 코팅의 내구성을 향상시키는 역할을 한다.4
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참고문헌 (12)

  1. Brindley, W. J. and Miller, R. A., "Thermal Barrier Coating Evaluation Needs," NASA Technical Memorandum 103708, 1990. 

  2. Madhwal, M., Jordan, E. H., and Gell, M., "Failure Mechanisms of Dense Vertically-Cracked Thermal Barrier Coatings," Materials Science and Engineering: A, Vol. 384, No. 1-2, pp. 151-161, 2004. 

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  3. Gilbert F., "Method of Protecting Gas Turbine Combustor Components Against Water Erosion and Hot Corression," US Patent, No. 6047593 A, 2000. 

  4. Freborg, A. M., Ferguson, B. L., Brindley, W. J., and Petrus, G. J., "Modeling Oxidation Induced Stresses in Thermal Barrier Coatings," Materials Science and Engineering: A, Vol. 245, No. 2, pp. 182-190, 1998. 

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  5. Schaeffer J. C. and Bruce, R. W., "Thermal Barier Coating," US Patent, No. 6730413 B2, 2004. 

  6. Spector, A. A., Ameen, M., and Popel, A. S., "Simulation of Motor-Driven Cochlear Outer Hair Cell Electromotility," Biophys J., Vol. 81, No. 1, pp. 11-24, 2001. 

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  7. Taylor, T. A., "Thermal Barrier Coating For Substrates and Process for Producing It," US Patent, No. 5073433 A, 1991. 

  8. Kim, D. J., "(The) Estimation of Delamination Life of the Plasma-Sprayed Thermal Barrier Coating for Gas Turbine Blade," Ph.D. Thesis, School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan Univ. 2009. 

  9. Almeida, D. S., Silva, C. R. M., Nono, M. C. A., and Cairo, C. A. A., "Thermal Conductivity Investigation of Zirconia Co-Doped with Yttria and Niobia EBPVD Tbcs," Materials Science and Engineering: A, Vol. 443, No. 1-2, pp. 60-65, 2007. 

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  10. Arnold, S. M., Pindera, M. J., and Aboudi, J., "Analysis of Plasma-Sprayed Thermal Barrier Coatings with Homogeneous and Heterogeneous Bond Coats under Spatially Uniform Cyclic Thermal Loading," NASA/TM, Paper No. 2003-210803, 2003. 

  11. Ferguson, B. L., Petrus, G. J., and Krauss, T. M., "Modeling of Thermal Barrier Coatings," NASA Contractor Report, Paper No. NAS3-26664, 1992. 

  12. Koo, J. M., Lee, S. Y., and Seok, C. S., "Top Coating Design Technique for Thermal Barrier of Gas Turbine," J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 30, No. 8, pp. 802-808, 2013. 

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