Forskare skapar elastisk keramik
Keramik gör nytta i gasturbiners och flygmotorers brännkammare som värmeisolerande ytskikt på metallen. Men keramikskikten utsätts för stora påfrestningar när de enorma temperaturväxlingarna gör att materialen omväxlande expanderar och krymper. Därför försöker forskare på Högskolan Väst göra skikten elastiska.
Ytbeläggningarna kallas värmebarriärskikt och de är viktiga för att minska motorernas bränsleförbrukning. Eftersom de skyddar motorn från hetta kan man höja förbränningstemperaturen och därmed också verkningsgraden. Värmebarriärskikten tillverkas med en metod som kallas termisk sprutning. Vid mycket hög temperatur, 7000-8000 grader, sprutar man ett keramiskt pulver mot en yta. Keramikpartiklarna smälter och träffar ytan där de bildar ett skyddslager som är ungefär en halv millimeter tjockt.
På Högskolan Väst pågår forskning om termisk sprutning och här finns Sveriges ende professor inom området, Per Nylén. Han och hans kollegor har tillgång till ett välutrustat labb för termisk sprutning. Resultaten från ett av de forskningsprojekt som bedrivs här är avsevärt förbättrade egenskaper hos värmebarriärskikt.
– Det roliga med det här projektet var att det visade sig att vi samtidigt kunde minska värmeledningen och fördubbla livslängden på skikten, säger Per Nylén.
Tricket är att ställa in sprututrustningen på ett speciellt sätt och att tillsätta plast till keramikpulvret. De speciella inställningarna och plasttillsatsen gör att det bildas relativt stora porer, cirka 50 mikrometer, som är förbundna med sprickor i skikten. Det gör dem både mer elastiska och mer isolerande.
– Vi får ett skikt som uppför sig fint, men vi måste också förstå varför det uppför sig fint, så att vi kan använda kunskapen i framtiden och utveckla skikten ännu mer, säger Mohit Gupta, doktorand på Högskolan Väst.
Att förstå varför skikten får de egenskaper de får tillhör de vetenskapliga målen med forskningen. Lite speciellt med det här projektet är att forskarna i samarbete med sina partners också har ett industriellt mål. Partners är bland andra flygmotortillverkaren GKN Aerospace, tidigare Volvo Aero, och Siemens Industrial Turbomachinery som gör gasturbiner. Det industriella målet är att de nya skikten ska komma i produktion inom tre år. För att nå dit har forskarna fokuserat på förändringar i mikrostrukturen vid tillverkningen av värmebarriärskikten. På det viset blir skikten tillräckligt billiga för att vara intressanta för industrin.
Värmebarriärskikt är bara en av de tillämpningar av termisk sprutning som studeras på Högskolan Väst. Andra exempel är ersättning för miljöfarligt hårdkrom och termisk sprutning för bränsleceller.
