காடோலினியம் சிர்கோனேட்(Gd₂Zr₂O₇), சிர்கோனேட் காடோலினியம் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, இது ஒரு அரிய-பூமி ஆக்சைடு பீங்கான் ஆகும், இது அதன் மிகக் குறைந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் மற்றும் விதிவிலக்கான வெப்ப நிலைத்தன்மைக்கு மதிப்புள்ளது. எளிமையான சொற்களில், இது அதிக வெப்பநிலையில் ஒரு "சூப்பர்-இன்சுலேட்டர்" - வெப்பம் அதன் வழியாக எளிதில் பாயாது. இந்த பண்பு வெப்ப தடை பூச்சுகளுக்கு (TBCs) ஏற்றதாக அமைகிறது, இது இயந்திரம் மற்றும் விசையாழி கூறுகளை தீவிர வெப்பத்திலிருந்து பாதுகாக்கிறது. உலகம் தூய்மையான, திறமையான ஆற்றலை நோக்கி முன்னேறும்போது, காடோலினியம் சிர்கோனேட் போன்ற பொருட்கள் கவனத்தை ஈர்த்து வருகின்றன: அவை இயந்திரங்கள் வெப்பமாகவும் திறமையாகவும் இயங்க உதவுகின்றன, குறைந்த எரிபொருளை எரிக்கின்றன மற்றும் உமிழ்வைக் குறைக்கின்றன.
காடோலினியம் சிர்கோனேட் என்றால் என்ன?
வேதியியல் ரீதியாக, காடோலினியம் சிர்கோனேட் ஒரு பைரோகுளோரின்-கட்டமைக்கப்பட்ட பீங்கான் ஆகும்: இது ஆக்ஸிஜனுடன் முப்பரிமாண லேட்டிஸில் அமைக்கப்பட்ட காடோலினியம் (Gd) மற்றும் சிர்கோனியம் (Zr) கேஷன்களைக் கொண்டுள்ளது. இதன் சூத்திரம் பெரும்பாலும் Gd₂Zr₂O₇ (அல்லது சில நேரங்களில் Gd₂O₃·ZrO₂) என்று எழுதப்படுகிறது. இந்த வரிசைப்படுத்தப்பட்ட படிகம் (பைரோகுளோரின்) மிக அதிக வெப்பநிலையில் (~1530 °C) மிகவும் ஒழுங்கற்ற ஃப்ளோரைட் அமைப்பாக மாறக்கூடும். முக்கியமாக, ஒவ்வொரு சூத்திர அலகுக்கும் ஒரு ஆக்ஸிஜன் காலியிடம் உள்ளது - காணாமல் போன ஆக்ஸிஜன் அணு - இது வெப்பத்தை சுமக்கும் ஃபோனான்களை வலுவாக சிதறடிக்கிறது. அந்த கட்டமைப்பு விசித்திரம் காடோலினியம் சிர்கோனேட் மிகவும் பொதுவான மட்பாண்டங்களை விட வெப்பத்தை மிகக் குறைவான திறம்பட நடத்துவதற்கு ஒரு காரணம்.
எபோமெட்டீரியல் மற்றும் பிற சப்ளையர்கள் உயர்-தூய்மை Gd₂Zr₂O₇ பொடியை (பெரும்பாலும் 99.9% தூய்மையானது, CAS 11073-79-3) குறிப்பாக TBC பயன்பாடுகளுக்காக உருவாக்குகிறார்கள். எடுத்துக்காட்டாக, எபோமெட்டீரியலின் தயாரிப்புப் பக்கம், பிளாஸ்மா-ஸ்ப்ரே TBCகளில் பயன்படுத்தப்படும் "காடோலினியம் சிர்கோனேட் என்பது குறைந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்ட ஆக்சைடு அடிப்படையிலான பீங்கான்" என்பதை எடுத்துக்காட்டுகிறது. இத்தகைய விளக்கங்கள் அதன் குறைந்த-κ பண்பு அதன் மதிப்பிற்கு மையமாக இருப்பதை அடிக்கோடிட்டுக் காட்டுகின்றன. (உண்மையில், "சிர்கோனேட் காடோலினியம் (GZO)" பொடிக்கான எபோமெட்டீரியலின் பட்டியல் அதை ஒரு வெள்ளை, ஆக்சைடு அடிப்படையிலான வெப்ப தெளிப்புப் பொருளாகக் காட்டுகிறது.)
குறைந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் ஏன் முக்கியம்?
வெப்ப கடத்துத்திறன் (κ) என்பது ஒரு பொருளின் வழியாக வெப்பம் எவ்வளவு எளிதாகப் பாய்கிறது என்பதை அளவிடுகிறது. குறிப்பாக இயந்திரம் போன்ற வெப்பநிலையில், ஒரு பீங்கான்களுக்கு காடோலினியம் சிர்கோனேட்டின் κ வியக்கத்தக்க வகையில் குறைவாக உள்ளது. சுமார் 1000 °C இல் 1–2 W·m⁻¹·K⁻¹ வரிசையில் ஆய்வுகள் மதிப்புகளை தெரிவிக்கின்றன. சூழலுக்கு, வழக்கமான ய்ட்ரியா-நிலைப்படுத்தப்பட்ட சிர்கோனியா (YSZ) - பல தசாப்தங்களாக பழமையான TBC தரநிலை - இதே போன்ற வெப்பநிலையில் சுமார் 2–3 W·m⁻¹·K⁻¹ ஆகும். ஒரு ஆய்வில், வு மற்றும் பலர் 700 °C இல் Gd₂Zr₂O₇ இன் கடத்துத்திறன் ~1.6 W·m⁻¹·K⁻¹ ஆகவும், அதே நிலைமைகளின் கீழ் YSZ க்கு ~2.3 ஆகவும் இருப்பதைக் கண்டறிந்தனர். மற்றொரு அறிக்கை, 1000 °C இல் காடோலினியம் சிர்கோனேட்டுக்கு 1.0–1.8 W·m⁻¹·K⁻¹ வரம்பைக் குறிப்பிடுகிறது, இது "YSZ ஐ விடக் குறைவு". நடைமுறை அடிப்படையில், இதன் பொருள் GdZr₂O₇ அடுக்கு அதிக வெப்பநிலையில் சமமான YSZ அடுக்கை விட மிகக் குறைந்த வெப்பத்தை அனுமதிக்கும் - இது காப்புக்கு ஒரு பெரிய நன்மை.
காடோலினியம் சிர்கோனேட்டின் (Gd₂Zr₂O₇) முக்கிய நன்மைகள்:
மிகக் குறைந்த வெப்ப கடத்துத்திறன்: 700–1000 °C இல் ~1–2 W/m·K, YSZ ஐ விடக் கணிசமாகக் குறைவாக.
உயர் கட்ட நிலைத்தன்மை: ~1500 °C வரை நிலையாக இருக்கும், இது YSZ இன் ~1200 °C வரம்பை விட மிக அதிகம்.
அதிக வெப்ப விரிவாக்கம்: YSZ ஐ விட வெப்பமாக்கலில் அதிகமாக விரிவடைகிறது, இது பூச்சுகளில் அழுத்தங்களைக் குறைக்கும்.
ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் அரிப்பு எதிர்ப்பு: நிலையான ஆக்சைடு கட்டங்களை உருவாக்குகிறது; YSZ ஐ விட உருகிய CMAS படிவுகளை சிறப்பாக எதிர்க்கிறது (அரிய-பூமி சிர்கோனேட்டுகள் சிலிக்கேட் படிவுகளுடன் வினைபுரிந்து பாதுகாப்பு படிகங்களை உருவாக்குகின்றன).
சுற்றுச்சூழல் தாக்கம்: இயந்திரம்/டர்பைன் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதன் மூலம், எரிபொருள் நுகர்வு மற்றும் உமிழ்வைக் குறைக்க உதவுகிறது.
இந்த காரணிகள் ஒவ்வொன்றும் ஆற்றல் திறன் மற்றும் நிலைத்தன்மையுடன் தொடர்புடையவை. GdZr₂O₇ சிறப்பாக காப்பிடப்படுவதால், இயந்திரங்களுக்கு குறைந்த குளிர்ச்சி தேவைப்படுகிறது மற்றும் வெப்பமாக இயங்க முடியும், இது நேரடியாக அதிக செயல்திறன் மற்றும் குறைந்த எரிபொருள் பயன்பாட்டிற்கு வழிவகுக்கிறது. வர்ஜீனியா பல்கலைக்கழக ஆய்வு ஒன்று கூறுவது போல், சிறந்த TBC செயல்திறன் என்பது "அதே அளவு ஆற்றலை உருவாக்க குறைந்த எரிபொருளை எரிப்பதாகும், இதன் விளைவாக ... குறைந்த பசுமை இல்ல வாயு வெளியேற்றம்" ஆகும். சுருக்கமாக, காடோலினியம் சிர்கோனேட் இயந்திரங்களை சுத்தமாக இயக்க உதவும்.
விரிவாக வெப்ப கடத்துத்திறன்
"காடோலினியம் சிர்கோனேட்டின் வெப்ப கடத்துத்திறன் என்ன?" என்ற முக்கிய கேள்விக்கு பதிலளிக்க: ஒரு பீங்கான் பொருளுக்கு இது மிகவும் குறைவு, 700–1000 °C வரம்பில் தோராயமாக 1–2 W·m⁻¹·K⁻¹. இது பல ஆய்வுகளால் உறுதிப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. Wu மற்றும் பலர் Gd₂Zr₂O₇ க்கு 700 °C இல் ≈1.6 W/m·K ஐப் புகாரளிக்கின்றனர், அதே நேரத்தில் YSZ அதே நிலைமைகளின் கீழ் ≈2.3 ஐ அளந்தது. ஷென் மற்றும் பலர் "1000 °C இல் 1.0–1.8 W/m·K" ஐக் குறிப்பிடுகின்றனர். இதற்கு நேர்மாறாக, 1000 °C இல் YSZ இன் கடத்துத்திறன் பொதுவாக 2–3 W/m·K ஆகும். அன்றாட அடிப்படையில், ஒரு சூடான அடுப்பில் இரண்டு காப்பு ஓடுகளை கற்பனை செய்து பாருங்கள்: GdZr₂O₇ கொண்ட ஒன்று அதே தடிமன் கொண்ட YSZ ஓடுகளை விட பின்புறத்தை மிகவும் குளிராக வைத்திருக்கும்.
Gd₂Zr₂O₇ ஏன் இவ்வளவு குறைவாக உள்ளது? அதன் படிக அமைப்பு இயல்பாகவே வெப்ப ஓட்டத்தைத் தடுக்கிறது. ஒவ்வொரு அலகு கலத்திலும் உள்ள ஆக்ஸிஜன் காலியிடங்கள் ஃபோனான்களை (வெப்ப கேரியர்கள்) சிதறடிக்கின்றன, மேலும் காடோலினியத்தின் கனமான அணு எடை லேட்டிஸ் அதிர்வுகளை மேலும் குறைக்கிறது. ஒரு ஆதாரம் விளக்குவது போல், "ஆக்ஸிஜன் காலியிடம் ஃபோனான் சிதறலை அதிகரிக்கிறது மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறனைக் குறைக்கிறது". உற்பத்தியாளர்கள் இந்தப் பண்பைப் பயன்படுத்துகிறார்கள்: எபோமெட்டீரியலின் பட்டியல் குறிப்புகள் GdZr₂O₇ பிளாஸ்மா-தெளிக்கப்பட்ட வெப்பத் தடை பூச்சுகளில் குறிப்பாக அதன் குறைந்த κ காரணமாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. சாராம்சத்தில், அதன் நுண் கட்டமைப்பு வெப்பத்தை உள்ளே சிக்க வைத்து, அடிப்படை உலோகத்தைப் பாதுகாக்கிறது.
வெப்பத் தடை பூச்சுகள் (TBCs) மற்றும் பயன்பாடுகள்
வெப்பத் தடை பூச்சுகள்சூடான வாயுக்களை எதிர்கொள்ளும் உலோக பாகங்களில் (டர்பைன் கத்திகள் போன்றவை) பயன்படுத்தப்படும் பீங்கான் அடுக்குகள். வெப்பத்திற்கு எதிராக பிரதிபலித்து காப்பிடுவதன் மூலம், TBCகள் இயந்திரங்கள் மற்றும் விசையாழிகள் உருகாமல் அதிக வெப்பநிலையில் இயங்க அனுமதிக்கின்றன. காடோலினியம் சிர்கோனேட் ஒருஅடுத்த தலைமுறை டிபிசி பொருள், தீவிர நிலைமைகளில் YSZ ஐ நிரப்புகிறது அல்லது மாற்றுகிறது. முக்கிய காரணங்களில் அதன் நிலைத்தன்மை மற்றும் காப்பு ஆகியவை அடங்கும்:
தீவிர வெப்பநிலை செயல்திறன்:Gd₂Zr₂O₇ இன் பைரோகுளோரிலிருந்து ஃப்ளோரைட் கட்ட மாற்றம் அருகில் நிகழ்கிறது1530 °C வெப்பநிலை, YSZ இன் ~1200 °C ஐ விட மிக அதிகமாக உள்ளது. இதன் பொருள் நவீன டர்பைன் சூடான பிரிவுகளின் கடுமையான வெப்பநிலையில் GdZr₂O₇ பூச்சுகள் அப்படியே இருக்கும்.
சூடான அரிப்புக்கு எதிர்ப்பு:GdZr₂O₇ போன்ற அரிய-பூமி சிர்கோனேட்டுகள் உருகிய இயந்திர குப்பைகளுடன் (CMAS என அழைக்கப்படுபவை: கால்சியம்-மெக்னீசியம்-அலுமினோ-சிலிகேட்) வினைபுரிந்து நிலையான படிக முத்திரைகளை உருவாக்குகின்றன, ஆழமான ஊடுருவலைத் தடுக்கின்றன என்பதை சோதனைகள் காட்டுகின்றன. எரிமலை சாம்பல் அல்லது மணல் வழியாக பறக்கும் ஜெட் என்ஜின்களில் இது ஒரு பெரிய விஷயம்.
அடுக்கு பூச்சுகள்:பொறியாளர்கள் பெரும்பாலும் பல அடுக்கு அடுக்குகளில் GdZr₂O₇ ஐ YSZ உடன் இணைக்கிறார்கள். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு மெல்லிய YSZ கீழ் அடுக்கு வெப்ப விரிவாக்கத்தைத் தாங்கும், அதே நேரத்தில் GdZr₂O₇ மேல் அடுக்கு சிறந்த காப்பு மற்றும் நிலைத்தன்மையை வழங்குகிறது. இத்தகைய "இரட்டை அடுக்கு" TBCகள் இரண்டு பொருட்களிலும் சிறந்ததைப் பயன்படுத்திக் கொள்ளலாம்.
பயன்பாடுகள்:இந்த பண்புகளின் காரணமாக, GdZr₂O₇ அடுத்த தலைமுறை இயந்திரங்கள் மற்றும் விண்வெளி கூறுகளுக்கு ஏற்றது. அதிக வெப்பநிலை சகிப்புத்தன்மை என்பது சிறந்த உந்துதல் மற்றும் செயல்திறனைக் குறிக்கும் என்பதால், ஜெட் இயந்திர உற்பத்தியாளர்கள் மற்றும் ராக்கெட் வடிவமைப்பாளர்கள் இதில் ஆர்வமாக உள்ளனர். மின் உற்பத்தி நிலையங்களுக்கான எரிவாயு விசையாழிகளில் (புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி ஆதாரங்களுடன் இணைக்கப்பட்டவை உட்பட), GdZr₂O₇ பூச்சுகளைப் பயன்படுத்துவது அதே எரிபொருளிலிருந்து அதிக சக்தியைக் கசக்க முடியும். உதாரணமாக, "வாயு விசையாழி இயந்திரங்களின் மேம்பட்ட செயல்திறனுக்குத் தேவையான அதிக வெப்பநிலையை" அடைய, YSZ போதுமானதாக இல்லை என்றும், அதற்கு பதிலாக காடோலினியம் சிர்கோனேட் போன்ற பொருட்கள் ஆய்வு செய்யப்படுகின்றன என்றும் நாசா குறிப்பிடுகிறது.
விசையாழிகளுக்கு அப்பால், தீவிர வெப்பநிலையில் வெப்பப் பாதுகாப்பு தேவைப்படும் எந்தவொரு அமைப்பும் பயனடையலாம். இதில் ஹைப்பர்சோனிக் விமான வாகனங்கள், உயர் செயல்திறன் கொண்ட ஆட்டோமொடிவ் என்ஜின்கள் மற்றும் சூரிய ஒளியை தீவிர வெப்பமாக குவிக்கும் சோதனை சூரிய வெப்ப சக்தி பெறுநர்கள் கூட அடங்கும். ஒவ்வொரு சந்தர்ப்பத்திலும், குறிக்கோள் ஒன்றுதான்:ஒட்டுமொத்த செயல்திறனை மேம்படுத்த சூடான பாகங்களை காப்பிடவும்.சிறந்த காப்பு என்றால் குறைந்த குளிர்ச்சி தேவை, சிறிய ரேடியேட்டர்கள், இலகுவான வடிவமைப்புகள், மற்றும் முக்கியமாக, குறைந்த எரிபொருளை எரித்தல் அல்லது குறைந்த உள்ளீட்டு ஆற்றலைப் பயன்படுத்துதல்.
நிலைத்தன்மை மற்றும் ஆற்றல் திறன்
சுற்றுச்சூழல் மேம்பாடுகாடோலினியம் சிர்கோனேட்அதன் பங்கிலிருந்து வருகிறதுசெயல்திறனை மேம்படுத்துதல் மற்றும் கழிவுகளைக் குறைத்தல். இயந்திரங்கள் மற்றும் விசையாழிகள் வெப்பமாகவும் நிலையானதாகவும் இயங்க அனுமதிப்பதன் மூலம், GdZr₂O₇ பூச்சுகள் ஒரே வெளியீட்டிற்கு குறைந்த எரிபொருளை எரிப்பதற்கு நேரடியாக பங்களிக்கின்றன. TBCகளை மேம்படுத்துவது "அதே அளவு ஆற்றலை உருவாக்க குறைந்த எரிபொருளை எரிப்பதற்கு வழிவகுக்கிறது, இதன் விளைவாக... குறைந்த பசுமை இல்ல வாயு வெளியேற்றம்" ஏற்படுகிறது என்று வர்ஜீனியா பல்கலைக்கழகம் எடுத்துக்காட்டுகிறது. எளிமையான சொற்களில், பெறப்பட்ட ஒவ்வொரு சதவீத செயல்திறனும் ஒரு இயந்திரத்தின் ஆயுளில் சேமிக்கப்படும் டன் கணக்கில் CO₂ ஆக மொழிபெயர்க்கப்படலாம்.
ஒரு விமானத்தை எடுத்துக் கொள்ளுங்கள்: அதன் விசையாழிகள் 3–5% திறமையாக இயங்கினால், ஆயிரக்கணக்கான விமானங்களில் எரிபொருள் சேமிப்பு (மற்றும் உமிழ்வு குறைப்பு) மிகப்பெரியது. அதேபோல், மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் - இயற்கை எரிவாயுவை எரிக்கும் மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் கூட - ஒவ்வொரு கன மீட்டர் எரிபொருளிலிருந்தும் அதிக மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்ய முடியும் என்பதால் பயனடைகின்றன. மின்சார கட்டங்கள் புதுப்பிக்கத்தக்க எரிபொருளை விசையாழி காப்புப்பிரதியுடன் கலக்கும்போது, அதிக திறன் கொண்ட விசையாழிகள் இருப்பது குறைவான புதைபடிவ எரிபொருளுடன் உச்ச தேவையை மென்மையாக்குகிறது.
நுகர்வோர் தரப்பில், இயந்திர ஆயுளை நீட்டிக்கும் அல்லது பராமரிப்பைக் குறைக்கும் எதுவும் சுற்றுச்சூழல் விளைவையும் ஏற்படுத்துகிறது. உயர் செயல்திறன் கொண்ட TBCகள் சூடான-பிரிவு பாகங்களின் ஆயுளை நீட்டிக்க முடியும், அதாவது குறைவான மாற்றீடுகள் மற்றும் குறைவான தொழில்துறை கழிவுகள். மேலும் நிலைத்தன்மையின் பார்வையில், GdZr₂O₇ தானே வேதியியல் ரீதியாக நிலையானது (இது எளிதில் அரிக்காது அல்லது நச்சு நீராவிகளை வெளியிடாது), மேலும் தற்போதைய உற்பத்தி முறைகள் பயன்படுத்தப்படாத பீங்கான் பொடிகளை மறுசுழற்சி செய்ய அனுமதிக்கின்றன. (நிச்சயமாக, காடோலினியம் ஒரு அரிய மண், எனவே பொறுப்பான ஆதாரம் மற்றும் மறுசுழற்சி முக்கியம். ஆனால் இது அனைத்து உயர் தொழில்நுட்ப பொருட்களுக்கும் உண்மை, மேலும் பல தொழில்கள் அரிய-பூமிகளுக்கு விநியோகச் சங்கிலி கட்டுப்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன.)
பசுமை தொழில்நுட்பங்களில் பயன்பாடுகள்
அடுத்த தலைமுறை ஜெட் மற்றும் விமான இயந்திரங்கள்:நவீன மற்றும் எதிர்கால ஜெட் என்ஜின்கள், உந்துதல்-எடை விகிதங்கள் மற்றும் எரிபொருள் சிக்கனத்தை மேம்படுத்த எப்போதும் இல்லாத அளவுக்கு அதிக எரிப்பு வெப்பநிலையை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன. GdZr₂O₇ இன் உயர் நிலைத்தன்மை மற்றும் குறைந்த κ இந்த இலக்கை நேரடியாக ஆதரிக்கின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, மேம்பட்ட இராணுவ ஜெட் விமானங்கள் மற்றும் முன்மொழியப்பட்ட வணிக சூப்பர்சோனிக் விமானங்கள் GdZr₂O₇ TBC களிலிருந்து செயல்திறன் ஆதாயங்களைக் காணக்கூடும்.
தொழில்துறை மற்றும் மின்சார எரிவாயு விசையாழிகள்:பயன்பாடுகள் உச்ச சக்தி மற்றும் ஒருங்கிணைந்த சுழற்சி ஆலைகளுக்கு பெரிய எரிவாயு விசையாழிகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. GdZr₂O₇ பூச்சுகள் இந்த விசையாழிகள் ஒவ்வொரு எரிபொருள் உள்ளீட்டிலிருந்தும் அதிக ஆற்றலைப் பிரித்தெடுக்க அனுமதிக்கின்றன, அதாவது அதே எரிபொருளுடன் அதிக மெகாவாட் அல்லது குறைந்த எரிபொருளுடன் அதே மெகாவாட். இந்த செயல்திறன் அதிகரிப்பு ஒரு MWh மின்சாரத்திற்கு CO₂ ஐக் குறைக்க உதவுகிறது.
விண்வெளி (விண்கலம் மற்றும் மறுநுழைவு வாகனங்கள்):விண்வெளி ஓடங்கள் மற்றும் ராக்கெட்டுகள் மீண்டும் மீண்டும் நுழைதல் மற்றும் ஏவுதல் வெப்பத்தை அனுபவிக்கின்றன. இந்த அனைத்து மேற்பரப்புகளிலும் GdZr₂O₇ பயன்படுத்தப்படவில்லை என்றாலும், மிக அதிக வெப்பநிலை பிரிவுகளுக்கான ஹைப்பர்சோனிக் வாகன பூச்சுகள் மற்றும் இயந்திர முனைகளில் பயன்படுத்த இது ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது. எந்தவொரு முன்னேற்றமும் குளிரூட்டும் தேவைகள் அல்லது பொருள் அழுத்தத்தைக் குறைக்கும்.
பசுமை ஆற்றல் அமைப்புகள்:சூரிய வெப்ப மின் நிலையங்களில், கண்ணாடிகள் 1000+ °C வெப்பநிலையை எட்டும் ஏற்பிகளில் சூரிய ஒளியைக் குவிக்கின்றன. இந்த ஏற்பிகளை GdZr₂O₇ போன்ற குறைந்த-κ மட்பாண்டங்களால் பூசுவது காப்புப்பொருளை மேம்படுத்தலாம், இதனால் சூரிய ஒளியிலிருந்து மின்சாரமாக மாற்றுவது சற்று திறமையானதாக இருக்கும். மேலும், சோதனை வெப்ப மின் ஜெனரேட்டர்கள் (வெப்பத்தை நேரடியாக மின்சாரமாக மாற்றும்) அவற்றின் சூடான பக்கம் வெப்பமாக இருந்தால் பயனடைகின்றன.
இந்த எல்லா நிகழ்வுகளிலும்,சுற்றுச்சூழல் பாதிப்புஒரே வேலைக்கு குறைந்த ஆற்றலை (எரிபொருள் அல்லது சக்தி உள்ளீடு) பயன்படுத்துவதன் மூலம் வருகிறது. அதிக செயல்திறன் என்பது எப்போதும் குறைந்த கழிவு வெப்பத்தையும், இதனால் கொடுக்கப்பட்ட வெளியீட்டிற்கு குறைவான உமிழ்வையும் குறிக்கிறது. ஒரு பொருள் விஞ்ஞானி கூறியது போல், காடோலினியம் சிர்கோனேட் போன்ற சிறந்த TBC பொருட்கள், விசையாழிகள் மற்றும் இயந்திரங்கள் குளிர்ச்சியாக இயங்கவும், நீண்ட காலம் நீடிக்கவும், மேலும் திறமையாக செயல்படவும் உதவுவதன் மூலம் "மேலும் நிலையான ஆற்றல் எதிர்காலத்திற்கு" முக்கியமாகும்.
தொழில்நுட்ப சிறப்பம்சங்கள்
காடோலினியம் சிர்கோனேட்டின் பண்புகளின் சேர்க்கை தனித்துவமானது. சில தனித்துவமான உண்மைகளைச் சுருக்கமாகக் கூறினால்:
குறைந்த κ, அதிக உருகுநிலை:இதன் உருகுநிலை ~2570 °C ஆகும், ஆனால் அதன் பயனுள்ள வெப்பநிலை கட்ட நிலைத்தன்மையால் (~1500 °C) வரையறுக்கப்படுகிறது. உருகுநிலைக்குக் கீழே கூட, இது ஒரு சிறந்த மின்கடத்தாப் பொருளாகவே உள்ளது.
படிக அமைப்பு:இது ஒருபைரோக்ளோர்பின்னல் (விண்வெளி குழு Fd3m) என்று மாறுகிறதுகுறைபாடுள்ள புளோரைட்அதிக வெப்பநிலையில். இந்த வரிசைப்படுத்தப்பட்ட-சீர்குலைந்த மாற்றம் ~1200–1500 °C க்கு மேல் வெப்பநிலை வரை செயல்திறனைக் குறைக்காது.
வெப்ப விரிவாக்கம்:GdZr₂O₇ ஆனது YSZ ஐ விட அதிக வெப்ப விரிவாக்க குணகத்தைக் கொண்டுள்ளது. உலோக அடி மூலக்கூறுகளை சிறப்பாகப் பொருத்துவதன் மூலமும், வெப்பப்படுத்தும்போது விரிசல் அபாயத்தைக் குறைப்பதன் மூலமும் இது சாதகமாக இருக்கும்.
இயந்திர பண்புகள்:உடையக்கூடிய பீங்கான் என்பதால், இது குறிப்பாக கடினமானது அல்ல - எனவே பூச்சுகள் பெரும்பாலும் இதை இணைந்து பயன்படுத்துகின்றன (எ.கா. கடினமான அடிப்படை அடுக்கின் மேல் மெல்லிய GdZr₂O₇ மேல் அடுக்கு).
உற்பத்தி:GdZr₂O₇ TBC-களை நிலையான முறைகள் மூலம் பயன்படுத்தலாம் (வளிமண்டல பிளாஸ்மா ஸ்ப்ரே, சஸ்பென்ஷன் பிளாஸ்மா ஸ்ப்ரே, EB-PVD). எபோமெட்டீரியல் போன்ற சப்ளையர்கள் பிளாஸ்மா ஸ்ப்ரேக்காக பிரத்யேகமாக வடிவமைக்கப்பட்ட GdZr₂O₇ பவுடரை வழங்குகிறார்கள்.
இந்த தொழில்நுட்ப விவரங்கள் அணுகல்தன்மையால் சமநிலைப்படுத்தப்படுகின்றன: காடோலினியம் மற்றும் சிர்கோனியம் "அரிய-பூமி" தனிமங்கள் என்றாலும், இதன் விளைவாக வரும் ஆக்சைடு வேதியியல் ரீதியாக மந்தமானது மற்றும் சாதாரண தொழில்துறை பயன்பாட்டில் கையாள பாதுகாப்பானது. (நுண்ணிய பொடிகளை உள்ளிழுப்பதைத் தவிர்க்க எப்போதும் கவனமாக இருக்க வேண்டும், ஆனால் Gd₂Zr₂O₇ மற்ற ஆக்சைடு மட்பாண்டங்களை விட ஆபத்தானது அல்ல.)
முடிவுரை
சிர்கோனேட் காடோலினியம்(Gd₂Zr₂O₇) என்பது ஒரு முன்னணி-முனை பீங்கான் பொருள் ஆகும், இதுஅதிக வெப்பநிலை நிலைத்தன்மைஉடன்விதிவிலக்காக குறைந்த வெப்ப கடத்துத்திறன். இந்த குணங்கள் விண்வெளி, மின் உற்பத்தி மற்றும் பிற உயர் வெப்ப பயன்பாடுகளில் மேம்பட்ட வெப்பத் தடை பூச்சுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகின்றன. அதிக இயக்க வெப்பநிலை மற்றும் மேம்பட்ட இயந்திர செயல்திறனை செயல்படுத்துவதன் மூலம், காடோலினியம் சிர்கோனேட் நேரடியாக ஆற்றல் சேமிப்பு மற்றும் உமிழ்வு குறைப்புகளுக்கு பங்களிக்கிறது - நிலையான தொழில்நுட்பத்தின் மையத்தில் உள்ள இலக்குகள். பசுமையான இயந்திரங்கள் மற்றும் விசையாழிகளுக்கான இயக்கத்தில், GdZr₂O₇ போன்ற பொருட்கள் ஒரு முக்கிய பங்கை வகிக்கின்றன: அவை நமது சுற்றுச்சூழல் தடயத்தைக் குறைக்கும் அதே வேளையில் செயல்திறன் வரம்புகளைத் தள்ள அனுமதிக்கின்றன.
பொறியாளர்கள் மற்றும் பொருள் விஞ்ஞானிகளுக்கு, காடோலினியம் சிர்கோனேட் கவனிக்கத்தக்கது. அதன் வெப்ப கடத்துத்திறன் (~1000 °C இல் சுமார் 1–2 W/m·K) எந்த பீங்கான்களுக்கும் மிகக் குறைவு, இருப்பினும் இது அடுத்த தலைமுறை விசையாழிகளின் தீவிர வெப்பநிலையைத் தாங்கும். சப்ளையர்கள் (எபோமெட்டீரியலின் உட்பட)சிர்கோனேட் காடோலினியம் (GZO) 99.9%தயாரிப்பு) ஏற்கனவே வெப்ப தெளிப்பு பூச்சுகளுக்கு இந்த பொருளை வழங்கி வருகிறது, இது வளர்ந்து வரும் தொழில்துறை பயன்பாட்டைக் குறிக்கிறது. தூய்மையான விமான போக்குவரத்து மற்றும் மின் அமைப்புகளுக்கான தேவை அதிகரித்து வருவதால், காடோலினியம் சிர்கோனேட்டின் தனித்துவமான பண்புகள் - வெப்பத்தைத் தாங்கும் அதே வேளையில் காப்பு - சரியாகத் தேவை.
ஆதாரங்கள்:அரிதான-பூமி பைரோகுளோரஸ் மற்றும் டிபிசிக்கள் பற்றிய சக மதிப்பாய்வு செய்யப்பட்ட ஆய்வுகள் மற்றும் தொழில்துறை வெளியீடுகள். (Gd₂Zr₂O₇ க்கான எபோமெட்டீரியலின் தயாரிப்பு பட்டியல் பொருள் விவரக்குறிப்புகளை வழங்குகிறது.) இவை குறைந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் மதிப்புகளை உறுதிப்படுத்துகின்றன மற்றும் மேம்பட்ட டிபிசி பொருட்களின் நிலைத்தன்மை நன்மைகளை எடுத்துக்காட்டுகின்றன.
இடுகை நேரம்: ஜூன்-04-2025