高溫材料與潛變

關於施加在燃氣渦輪葉片上的熱障塗層(TBC)的構成,下列敘述何者正確?

  1. A在熱導率低的YSZ面層下設置MCrAlY等黏結層,其界面生成的薄Al₂O₃熱生長氧化物(TGO)防止母材氧化
  2. B面層使用熱導率高的緻密氧化鋁,把葉片的熱快速導出而降低金屬溫度,並以其下的黏結層吸收與母材的熱膨脹差
  3. C面層的YSZ完全不讓氧通過,因此不需要黏結層,只要把YSZ直接噴塗在母材上,就能同時防止母材氧化與高溫受熱
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正確答案:A. 在熱導率低的YSZ面層下設置MCrAlY等黏結層,其界面生成的薄Al₂O₃熱生長氧化物(TGO)防止母材氧化

TBC是一面以冷卻空氣冷卻葉片內部,一面以表面的隔熱層降低金屬溫度的被膜。面層的YSZ(氧化釔部分安定氧化鋯)熱導率約為1〜2 W/(m·K)而很低,以陶瓷而言熱膨脹係數大。做成多孔質的熔射膜或柱狀的蒸鍍膜,以釋放與母材熱膨脹差造成的應變。YSZ很容易讓氧離子通過,無法擋住氧,因此黏結層中的Al氧化而形成薄的Al₂O₃ TGO,由它防止母材氧化。TGO變厚或受到熱循環時,面層會從其附近剝離,這是決定壽命的主要原因。熱導率高的材料無法發揮隔熱的作用。

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