Синтез та теплопровідність силікату ітербію, легованого Sm та Gd, для застосування в екологічних бар’єрних покриттях

Анотація

SiC/SiC керамічні матричні композитні деталі почали використовуватися в гарячій секції газотурбінних двигунів. Важливо запобігти атмосферній корозії в таких зонах. Тому розробка матеріалів для покриття з кращими властивостями становить особливий науковий інтерес. Також важливою є теплопровідність керамічного покриття для захисту деталей у несприятливих високотемпературних умовах експлуатації. У цьому дослідженні кераміка на основі силікату ітербію (YbSi), яка використовується як верхній шар в екологічному бар’єрному покритті, була виготовлена традиційними методами порошкової металургії. Крім того, утворені композити були леговані рідкісноземельними елементами Sm і Gd для покращення деяких їхніх властивостей. Структуру керамічних зразків досліджено за допомогою рентгенівської дифракції та сканувальної електронної мікроскопії. Теплопровідність зразків “рідкісноземельний елемент–силікат” вимірювали методом лазерного спалаху. Характеризація зразків дозволила визначити дві фази в гранулах “рідкісноземельний елемент–силікат”: моно- і дисиликатну. Після легування гадолінієм у структурі композита зафіксовано збільшення дисилікатної фази. Легування ж самарієм зменшувало кількість цієї фази. Теплопровідність і теплоємність кераміки YbSi суттєво знижувалися після легування рідкісно­земельними елементами Sm і Gd. Розрахована теплопровідність нелегованої кера­міки YbSi була на рівні 1,98 Вт(м × К)^–1. Проте значення теплопровідності кераміки YbSi, легованої гадолінієм і самарієм, становили 1,38 і 1,01 Вт(м × К)^–1 відповідно. Внаслідок легування самарієм теплопровідність кераміки YbSi зменшилася на 50%. Отже, кераміка YbSi, легована рідкісноземельними елементами, може вважатися перспективним матеріалом для застосування в екологічних барьерних покриттях.