Wetenschap
Onderzoek onderzoekt de structurele evolutie en de detectieprestaties bij hoge temperaturen van van polymeer afgeleide SiAlBCN-keramiek
De groep van Gang Shao van de Zhengzhou Universiteit, China, onderzocht onlangs de structurele evolutie van vijfhoekige polymeer-afgeleide SiAlBCN-keramiek (PDC's) en schetste op PDC gebaseerde sensortechnologie voor extreme omgevingen met hoge temperaturen. De hoogwaardige temperatuursensormaterialen, waaronder een hoge gevoeligheid, snelle respons en een breed detectiebereik, zijn schaars en nodig.
Dit onderzoek ontwikkelde een op keramiek gebaseerde temperatuur met aantrekkelijke prestaties die kan worden toegepast in omgevingen met hoge temperaturen van 1100 °C. Deze sensor heeft een groot potentieel voor het in situ monitoren van extreme omgevingstemperaturen, waaronder hoge temperaturen, hoge druk en sterke oxidatie/corrosie.
Het team publiceerde hun artikel in Journal of Advanced Ceramics op 30 april 2024.
Voor het nauwkeurig monitoren van informatie over de oppervlaktetemperatuur van belangrijke hotend-componenten van vliegtuigmotoren is het van cruciaal belang om de verbrandingsefficiëntie van gas te evalueren, de bedrijfsstatus van de motor te monitoren en foutdiagnose te stellen, zodat de thermisch-mechanische modellering en simulatie, de koeling Het effect van gasfilmkoelingstechnologie en de prestaties van thermische barrièrecoatings kunnen worden geverifieerd.
"Het is echter nog steeds erg moeilijk om nauwkeurig informatie te verkrijgen, zoals temperatuur en druk in de extreem zware werkomgeving", zegt Gang Shao. "Polymeer-afgeleide keramiek (PDC's) als sensormaterialen worden beschouwd als veelbelovende kandidaten voor het monitoren van temperatuursignalen vanwege hun uitstekende thermische stabiliteit, goede corrosie-/oxidatieweerstand, kruipweerstand en halfgeleidereigenschappen bij hoge temperaturen."
Dit werk presenteert de bereiding van de van polymeer afgeleide SiAlBCN-keramiek bij verschillende pyrolysetemperaturen. Hun structurele evolutie wordt systematisch geanalyseerd en de resultaten laten zien dat de omvang van de vrije koolstoffase toeneemt met de toenemende temperatuur en dat de amorfe SiAlBCN-fase meer geordend werd met de structurele hermontage.
"Vergeleken met SiCN- en SiBCN-keramiek vertonen SiAlBCN PDC's een uitstekende oxidatie-/corrosieweerstand, wat verband hield met hun lage oxidatiesnelheidsconstante (3,43 mg 2 /(cm 4 ·h)) en vluchtige snelheidsconstante (0,57 mg/(cm 2 ·h)), wat garandeert dat ze goed kunnen overleven in extreme omgevingen", aldus Gang Shao.
"De gefabriceerde SiAlBCN-temperatuursensor beschikt over uitstekende stabiliteit, herhaalbaarheid en nauwkeurigheid en kan werken binnen de maximale temperatuur van 1100 °C, wat in de toekomst positief kan werken in extreme omgevingen zoals vliegtuigmotoren, kernreactoren en hypersonische voertuigen.
"In de toekomst zal ons team zich blijven concentreren op de ontwikkeling van temperatuursensoren die bij hogere temperaturen kunnen worden toegepast. Om problemen veroorzaakt door bedrade sensoren te voorkomen, zullen de draadloze en passieve sensoren worden onderzocht om geavanceerde signaaldetectie te realiseren."
Andere bijdragen zijn onder meer Chao Ma, Kun Liu, Pengfei Shao, Daoyang Han, Kang Wang, Mengmeng Yang, Rui Zhao, Hailong Wang en Rui Zhang van de School of Material Science and Engineering aan de Zhengzhou Universiteit, China.