Language
Country/Area
No result found
Bahan yang dapat menahan suhu hingga 1500°C: Apa bahan rahasia pelapis penghalang termal?
Dengan kemajuan teknologi kedirgantaraan dan energi, lapisan penghalang termal (TBC) telah menjadi bidang penting dalam ilmu material suhu tinggi. Sistem material ini sering diaplikasikan pada permukaan logam, terutama komponen yang beroperasi di lingkungan suhu tinggi, seperti pembakar dan turbin dalam turbin gas. Ketebalannya dapat berkisar dari 100 mikron hingga 2 milimeter, dan sebagai material insulasi termal yang baik, lapisan ini secara efektif memperpanjang umur komponen dan ketahanan panasnya.
Fungsi utama lapisan penghalang termal adalah untuk mengisolasi substrat logam, memungkinkannya beroperasi di bawah beban termal yang ekstrem, sehingga memaksimalkan suhu pengoperasian tanpa merusak struktur di bawahnya.
Lapisan penghalang termal mampu mempertahankan perbedaan suhu yang signifikan antara komponen dan permukaan yang dilapisi, yang memungkinkannya beroperasi di lingkungan dengan suhu pengoperasian yang meningkat tanpa menyebabkan paparan termal yang berlebihan pada komponen struktural. Hal ini mengurangi efek oksidasi dan kelelahan termal, sehingga memperpanjang umur komponen. Seiring dengan meningkatnya permintaan akan mesin yang lebih efisien yang dapat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi, kebutuhan material untuk TBC juga bergerak ke arah titik leleh yang lebih tinggi, konduktivitas termal yang lebih rendah, dan ketahanan oksidasi yang lebih baik.
Struktur dan sifat material pelapis penghalang termal
Pelapis penghalang termal berdasarkan material keramik biasanya terdiri dari empat lapisan: substrat logam, lapisan ikatan logam, lapisan oksida yang tumbuh secara termal (TGO), dan lapisan atas keramik. Saat ini, zirkonia yang distabilkan (YSZ) banyak digunakan sebagai lapisan permukaan keramik, yang memiliki konduktivitas termal yang sangat rendah tetapi mengalami perubahan fase di atas 1200°C, yang menyebabkan retakan. Dalam pengembangan material berbasis YSZ, zirkonat tanah jarang baru telah dieksplorasi sebagai alternatif, yang menunjukkan kinerja yang baik di atas 1200°C, tetapi ketahanan retaknya buruk.
Risiko dan peluang hidup berdampingan. Di masa lalu, banyak bahan keramik baru yang dapat beroperasi pada suhu yang sangat tinggi telah dikembangkan, yang membuka jalan bagi pengembangan lapisan penghalang termal yang lebih efisien di masa mendatang.
Mekanisme kegagalan lapisan penghalang termal
Mekanisme kegagalan TBC melibatkan banyak faktor, tetapi ada tiga mekanisme utama: pertumbuhan oksida yang tumbuh secara termal (TGO), guncangan termal, dan sintering lapisan permukaan. Pembentukan TGO menyebabkan tegangan tekan, yang tidak sesuai dengan ekspansi termal substrat dan menyebabkan inisiasi retakan. Ketika mengalami beberapa siklus pemanasan dan pendinginan, retakan ini dapat menyebar ke seluruh lapisan, yang pada akhirnya menyebabkan kegagalan. Terutama dalam pengoperasian mesin pesawat, guncangan termal yang disebabkan oleh operasi penyalaan dan penghentian yang sering juga merupakan salah satu alasan utama.
Desain lapisan penghalang termal perlu mempertimbangkan pencocokan koefisien ekspansi termal antar lapisan untuk memperpanjang masa pakai dan mengurangi pembentukan retakan.
Aplikasi Pelapis Penghalang Termal
Pelapis penghalang termal banyak digunakan di bidang otomotif dan penerbangan. Pada mobil, pelapis ini digunakan untuk mengurangi kehilangan panas dari komponen sistem pembuangan mesin dan untuk mengurangi kebisingan dan panas di kompartemen mesin. Dalam industri kedirgantaraan, TBC digunakan untuk melindungi superalloy berbasis nikel dan meningkatkan kinerjanya di lingkungan bersuhu tinggi. Pengembangan teknologi baru telah memungkinkan pelapis keramik untuk diaplikasikan pada material komposit, yang tidak hanya melindungi material tetapi juga meningkatkan ketahanan aus.
Seperti yang dipelajari oleh para ilmuwan dan insinyur, material dan desain pelapis penghalang termal merupakan batas terkini dalam ilmu material. Seiring kemajuan teknologi, sejumlah perbaikan di masa mendatang diharapkan dapat mewujudkan potensinya di lingkungan yang lebih ekstrem. Namun, dapatkah kita menemukan pelapis penghalang termal yang sempurna untuk beradaptasi dengan tuntutan dan tantangan teknologi yang terus meningkat?
