Mer krut i motorn med elastisk keramik
Forskare vid Högskolan Väst har utvecklat ett elastiskt keramikmaterial som kan användas för att konstruera effektivare jetmotorer och gasturbiner.
Bild: Andreas Johansson
Ju högre temperatur en gasturbin kan arbeta med, desto bättre blir verkningsgraden och desto mindre blir bränsleförbrukningen. För att skydda metallen i brännkamrarna mot hettan sprutar man på ett keramskikt som normalt är runt en millimeter tjockt. Beläggningen görs med termisk sprutning, med kerampulver som blåses in i en extremt het flamma. De smälta kerampartiklarna stelnar sedan direkt när de träffar ytan.
Men eftersom metall och keram har olika värmeutvidgning flagnar skiktet efter hand.
– Vi har förbättrat både värmeisoleringsförmågan och livslängden genom att introducera defekter i materialet, sprickor och porer i keramen, säger Per Nylén, professor i termisk sprutning vid Högskolan Väst i Trollhättan, vars doktorander Nicholas Curry, Mohit Gupta och Nicolaje Markocsan har arbetat med projektet.
Att sprickor ökar livslängden på keramik kan förstås låta märkligt. I det här fallet går sprickorna vinkelrätt mot den belagda ytan. Resultatet blir att keramen får en struktur som påminner om en tät skog av tunna pelare. Pelarna kan följa med i rörelserna när metallen utvidgas och krymper då gasturbinen tänds och stängs av.
Kerammaterialet består i huvudsak av zirkoniumdioxid som dopas med jordartsmetallerna yttrium eller dysprosium. Pulvret sprutas in i ett plasma, i en zon av flamman som håller 7 000 till 8 000 grader. Forskarna har fått fram den rätta sprickstrukturen genom att styra beläggningsprocessen, framför allt avsvalningen, på rätt sätt.
Forskarna har även lyckats förbättra keramens värmeisoleringsförmåga genom att blanda in plast i kerampulvret, vilket ger upphov till små luftfyllda porer då plasten förångas.
