Ciertas secciones de los motores de turbinas de gas aeronáuticas, que se utilizan ampliamente en aeronaves, alcanzan regularmente temperaturas superiores a 1200 ° C.Huelga decir que cualquier material utilizado en entornos tan duros debe ser duradero y estar a la altura de la tarea. Compuestos de matriz cerámica fabricadosde carburo de silicio SiC han despertado interés recientemente como candidatos prometedores para motores de turbina de gas. Sin embargo, estos materiales requieren una capa de revestimiento resistente al calor para evitar la oxidación del SiC y la posterior evaporación del SiO 2 , que es un proceso que conduce a una disminución en el volumen del material y, por lo tanto, defectos estructurales como grandes grietas o descamación de la capa superior.
Desafortunadamente, las capas de recubrimiento existentes no pueden prevenir completamente esta oxidación a SiO 2 porque el oxígeno puede penetrar a través de grietas microscópicas en estas capas o por simple difusión.
Para abordar este problema, algunos científicos se han centrado en el uso de siliciuro de iterbio Yb-Si como material de recubrimiento porque Yb-Si puede alcanzar altos puntos de fusión y sus óxidos son principalmente silicatos de Yb, que permanecen unidos como una capa de óxido yno se evaporan fácilmente. Sin embargo, no se sabe mucho sobre los fenómenos fundamentales que tienen lugar en estos materiales a altas temperaturas en ambientes de aire o vapor de agua.
en un estudio reciente publicado en intermetálicos , un equipo de científicos, incluido el profesor asociado junior Ryo Inoue, el profesor asistente Yutaro Arai y el profesor Yasuo Kogo de la Universidad de Ciencias de Tokio, y el investigador principal Takuya Aoki de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón JAXA, se propusieron comprender la oxidaciónmecanismos en Yb-Si. Llevaron a cabo una variedad de experimentos para comprender el comportamiento de oxidación y degradación de diferentes recubrimientos de Yb-Si a altas temperaturas bajo tres tipos de atmósferas: aire, vapor de agua y una mezcla de ambos.
Mediante análisis de difracción de rayos X, espectroscopía de dispersión de energía y microscopía electrónica de barrido, los científicos pudieron visualizar y cuantificar con precisión la morfología y composición de las muestras de Yb-Si antes y después de las pruebas de exposición al calor. Uno de los principales hallazgosfue que la relación Yb a Si fue un factor importante en la definición del comportamiento de oxidación del material; Yb 5 Si3 se oxida más que Yb 3 Si 5 debido a la oxidación preferencial de Yb en el siliciuro. Además, la cantidad de óxido disminuyó considerablemente en atmósferas más ricas en vapor de agua.
Lo más importante es que los investigadores exploraron los mecanismos por los cuales el contenido de iterbio puede afectar la formación de SiO 2 . "Después de la exposición al calor de ambos siliciuros en vapor, encontramos SiO 2 en Yb 5 Si 3 , mientras que Si todavía estaba presente en Yb 3 Si 5 , "comenta el Dr. Inoue, quien dirigió el estudio." Nuestros análisis indican que SiO 2 el crecimiento se suprime en Yb 3 Si 5 porque SiO 2 participa y es el factor limitante de las reacciones que forman los silicatos Yb ", agrega. Aunque las reacciones intermedias exactas que conducen a la formación de los distintos silicatos Yb aún no se comprenden completamente, el equipo presentó dosposibles vías de reacción. Esto probablemente se aclarará a través de estudios futuros con técnicas de caracterización aún más detalladas.
En general, este estudio proporciona información significativa sobre lo que sucede durante la oxidación de Yb-Si, lo que ayudará en el desarrollo de revestimientos protectores para motores de turbinas de gas aeronáuticas. "Si se puede realizar un revestimiento que pueda soportar entornos más duros, el motorlas piezas se volverán más resistentes al calor, lo que naturalmente conduce a una mayor eficiencia del motor ", comenta el Dr. Inoue.
Con suerte, los avances en la tecnología de recubrimiento reducirán los costos de transporte aéreo y el consumo de combustible, haciendo que volar sea más barato y menos dañino para el medio ambiente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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