Çevresel bariyer kaplama uygulamaları için nadir toprak elementleri silikat seramiklerin üretimi ve ısıl davranışlarının incelenmesi

Gaz türbin motorlarının performanslarını arttırmak için motorların yüksek sıcaklığa maruz kalan bölgelerinde günümüzde kullanılan metalik malzemelerden daha dayanıklı malzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Motorların yüksek sıcaklıklara maruz kalan bölgelerinde kullanılan süper alaşımlardan üretilmiş parçalar yüksek sıcaklığa dayanıklı ve düşük termal iletkenliğe sahip seramik esaslı termal bariyer kaplamalar uygulanarak kullanılmaktadır. Yüksek sıcaklıklarda zamanla hasara uğrayarak metalik parçalar yüksek sıcaklık yalıtım özelliklerini kaybederek metalik parçaların yüksek sıcaklık etkilerinden korunamamaktadır. Günümüzde kullanılan metalik malzemelere göre daha hafif oluşu gaz türbin motorları için daha az yakıt ile daha yüksek itme gücü sağlarken, yüksek sıcaklıklara dayanımları ile daha güçlü motorların üretimine imkân sağlamaktadır. Bu durumun önüne geçmek için SiC tabanlı seramik matris kompozitler üzerine çevresel bariyer kaplama adı verilen kaplamalar uygulanmaktadır. Silisyum karbür tabanlı kompozitlerin yüksek hızlı yanma ortamlarında ve yüksek sıcaklıklarda su buharı ile reaksiyona girmesi sonucu gaz fazında silikon hidroksit oluşumu bu malzemelerin kaplamasız olarak kullanımını sınırlandırmaktadır. Bu durumun önüne geçmek için SiC tabanlı seramik matris kompozitler üzerine çevresel bariyer kaplama adı verilen kaplamalar uygulanmaktadır. Bu çalışmada SiC/SiC seramik matris kompozit malzemeler üzerinde kaplama malzemesi olarak kullanılması muhtemel olan %60 Nadir Toprak Elementleri(La, Y, Yb, Sm, Gd) - %40 Silikat bileşiminde peletler üretilmiştir. Oluşturulan peletlerin mikroyapı, faz ve ısıl özellikleri incelenmiştir. Elde edilen karakterizyon sonuçları, oluşturulan peletlerde yoğun ve az boşluklu mikroyapı oluştuğu gözlenmiştir. Ancak Y2O3-SiO2 toz karışımının yoğun yapılı mikroyapının oluştuğu ve pelet yoğunluğu bozulmadığı gözlenmiştir. Elde edilen X-ışını difraksiyonunda oluşturulan peletlerde monosilikat ve disilikat fazlarının oluştuğu gözlenmiştir. Oluşturulan toz karışımlarıda incelenen DTA-TG ile ısıl karakterizasyonunda oluşan reaksiyonlarda 1350 ºC sonrasında monosilikat ve disilikat fazlarının oluşmaya başlandığı gözlenmiştir. Termal iletkenlik ölçümleri sonucunda oluşturulan Yb2O3-SiO2 malzemelerine Gd ve Sm eklentisi eklenildiğinde termal iletkenlik değerlerinde düşüşe neden olduğu gözlenmiştir. Çevresel bariyer kaplama malzemesi olarak daha düşük termal iletkenliğe sahip malzeme kullanımı altlık malzemenin ve alt kaplama tabakalarının ömrünü uzatmayı sağlayacaktır.