BARRERAS TÉRMICAS Y NUEVOS MATERIALES / THERMAL BARRIER COATING AND NEW MATERIALS

Resumo

Las barreras térmicas limitan la transferencia de energía térmica “calor” y protegen contra la oxidación y corrosión enambientes químicamente agresivos que se encuentran a altas temperaturas. Estas barreras se construyen como un sistemade tres capas. La capa externa es de baja conductividad térmica, la capa intermedia protege al sustrato contra la oxidacióny corrosión a altas temperaturas y la capa interior provee una superficie adherente. La idea principal es remplazar lascapas de zirconio estabilizado con itrio, usadas comúnmente, por capas de nuevos materiales. Tres líneas de estudiose han identificado: 1) El desarrollo de materiales que muestren un valor para la conductividad térmica (k) que resultesignificativamente menor que la mínima conductividad térmica del zirconio estabilizado con itrio (k ~ 1 W/mK), 2) Eldesarrollo de materiales nanoestructurados con estructura desordenada y nanocapas individuales de unos pocos nanómetrosde espesor que reducen la conductividad térmica y 3) El estudio de la conductividad térmica a temperaturas cercanas a latemperatura de fusión en materiales amorfos. En el primer caso, los estudios se focalizan en el efecto de átomos de tierrasraras capaces de introducir una significativa falta de armonía en los fonones, tierras raras tales como Gd2Zr2O7 y Sm2Zr2O7han conducido a resultados interesantes. En el segundo caso, si el tamaño del grano es muy pequeño, el comportamientode la conductividad es parecido al de los materiales amorfos y nanocapas de W y Al2O3 con alta densidad en la interfaz. Enel tercer y último caso, los diferentes procesos físicos que se manifiestan en los materiales amorfos pueden ser relevantesen la comprensión del valor mínimo de conductividad térmica de sólidos cristalinos dieléctricos registrado a muy altastemperaturas. Esta observación sugiere la posibilidad del uso de materiales amorfos en la elaboración de barreras térmicas.

ABSTRACT

Thermal barrier coating limits heat transfer and protect again oxidation and corrosion in chemically aggressive environmentat high temperature. Nowadays, thermal barrier coating are made of three layers. The first layer is the layer with the lowestthermal conductivity. The second layer protects the substrate again oxidation and corrosion at high temperature. The lastlayer provides adherence. The main idea is to replace the Yttria-stabilized zirconia layer, often used, by a layer of a newmaterial. Three lines of research have been identified: 1) Development of material with a thermal conductivity (k) lowerthan the thermal conductivity shown by Yttria-stabilized zirconia (k ~ 1 W/mK), 2) The development of nanostructuredmaterials with disordered structure and of individual nanocapas a few nanometers thick that reduce the thermal conductivityand 3) The study of the thermal conductivity at temperatures near the melting temperature in amorphous materials. At theformer case, the focus is on the effect of rare earth atoms that can introduce a significant anharmonic effect. In this way,zirconates of rare earth such us Gd2Zr2O7 and Sm2Zr2O7 have lead to interesting results. In the second case At, if the grainsize is very small, the behavior of the thermal conductivity is similar to that of amorphous materials and nano layers ofW and Al2O3 with high density at the interface. In the third and the last case, the different physical processes that occur inthe amorphous material may be relevant in understanding the minimum value of thermal conductivity of solid crystallinedielectrics recorded at very high temperatures. This observation suggests the possibility of using amorphous materials inthe development of Thermal barrier coating.Keywords: Thermal thermal barriers coating, Thermal conductivity, Yttria-stabilized zirconia, Nanostructurated materials,Phonons.