Derecelendirilmiş mullit esaslı çevresel bariyer kaplamaların üretimi ve termal davranışının incelenmesi

Gaz türbinlerinde yaygın olarak kullanılan termal bariyer kaplamalar, gaz türbinlerinin metalik bileşenlerini yüksek sıcaklıktan korumakla birlikte yanma sıcaklığının artırılarak daha verimli gaz türbinleri üretilmesine olanak vermektedir. Daha yüksek yanma sıcaklığı gereksinimi ile yüksek sıcaklıklara (>1300°C) dayanıklı malzemelere ihtiyaç ortaya çıkmaktadır. Süper alaşım esaslı metalik malzemelerin kullanımı yerine gaz türbinlerinde seramik matrisli kompozitlerin (CMC) kullanımı ortaya çıkmıştır. CMC yüksek sıcaklıklarda üstün mekanik özellikler sağlasa dahi yanma atık gazlarında bulunan su buharı ile korozyona uğramaktadırlar. Bu nedenle çevresel bariyer kaplama olarak adlandırılan ve seramik matrisli kompozitleri su buharından koruyacak kaplamalara ihtiyaç duyulmaya başlanmıştır. Yanma odalarında kullanılan CMC genellikle SiC/C kompozitlerinden üretilmekle birlikte oksit malzemelere göre nispeten düşük termal genleşme özelliğine sahiptirler. Bu nedenle kaplama malzemesi olarak kullanılabilinecek Çevresel Bariyer Kaplamalar (ÇBK) termal genleşme katsayısını sağlayabilecek malzemeler genellikle silikat esaslı malzemelerden seçilmektedir ve silikat esaslı malzemelerde de su buharı korozyonu problemi ortaya çıkmaktadır. Çalışmanın amacı, termal genleşme katsayısı yüksek olsa dahi su buharı korozyonuna daha dayanıklı olan oksit kaplamaların termal genleşme katsayısı CMC ile uyumlu olan silikat esaslı oksitler ile altlıktan en dışa doğru kompozisyonu değiştirilerek en dışta oksit esaslı kaplama katmanı elde edilmesi ve altlık kaplama arayüzünde ise silikat esaslı malzeme uygulanarak TGK uyumsuzluğunun giderilmesidir. Bu amaç doğrultusunda dört farklı kaplama tozu, müllit (3Al2O3.2SiO2), zirkon (ZrSiO4), aluminyum oksit (Al2O3), yitriya (Y2O3) tercih edilmiştir. Mullit- Yttria, Zirkon-Alumina ve Mullit-Alumina olacak şekilde 3 farklı kaplama üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretimi gerçekleştirilen farklı kaplamalarda her katman sonrası kompozisyon oksit diğer oksit bileşenin kompozisyonu %25 artırılarak kaplamalar elde edilmiştir. Kaplama yöntemi olarak plazma sprey püskürtme (APS) yöntemi kullanılmıştır. Kaplamaların optik mikroskop, SEM, XRD, termal yayınım ve termal şok analizleri yapılmıştır.Yapılan deneysel sonuçlar neticesinde termal yayınım değerlerinin artan sıcaklık ile azaldığı görülmüştür fakat düşük termal yayınım her zaman düşük termal iletim katsayısına denk gelmeyeceği göz önüne alınmalıdır. Ancak yapılan çalışmanın özü itibari ile kaplamada beklenen termal yayınım değerinin sıcaklığa bağlı değişimi literatür ile uyumlu olduğu görülmektedir.