గాడోలినియం జిర్కోనేట్(Gd₂Zr₂O₇), జిర్కోనేట్ గాడోలినియం అని కూడా పిలుస్తారు, ఇది చాలా తక్కువ ఉష్ణ వాహకత మరియు అసాధారణమైన ఉష్ణ స్థిరత్వానికి విలువైన అరుదైన-భూమి ఆక్సైడ్ సిరామిక్. సరళంగా చెప్పాలంటే, ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద "సూపర్-ఇన్సులేటర్" - వేడి దాని ద్వారా సులభంగా ప్రవహించదు. ఈ లక్షణం దీనిని థర్మల్ బారియర్ కోటింగ్‌లకు (TBCలు) అనువైనదిగా చేస్తుంది, ఇది ఇంజిన్ మరియు టర్బైన్ భాగాలను తీవ్రమైన వేడి నుండి రక్షిస్తుంది. ప్రపంచం పరిశుభ్రమైన, మరింత సమర్థవంతమైన శక్తి వైపు ముందుకు సాగుతున్న కొద్దీ, గాడోలినియం జిర్కోనేట్ వంటి పదార్థాలు దృష్టిని ఆకర్షిస్తున్నాయి: అవి ఇంజిన్లు వేడిగా మరియు మరింత సమర్థవంతంగా పనిచేయడానికి సహాయపడతాయి, తక్కువ ఇంధనాన్ని బర్న్ చేస్తాయి మరియు ఉద్గారాలను తగ్గిస్తాయి.
గాడోలినియం జిర్కోనేట్ అంటే ఏమిటి?
రసాయనికంగా, గాడోలినియం జిర్కోనేట్ అనేది పైరోక్లోర్-స్ట్రక్చర్డ్ సిరామిక్: ఇది ఆక్సిజన్‌తో త్రిమితీయ లాటిస్‌లో అమర్చబడిన గాడోలినియం (Gd) మరియు జిర్కోనియం (Zr) కాటయాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది. దీని సూత్రం తరచుగా Gd₂Zr₂O₇ (లేదా కొన్నిసార్లు Gd₂O₃·ZrO₂) అని వ్రాయబడుతుంది. ఈ ఆర్డర్ చేసిన క్రిస్టల్ (పైరోక్లోర్) చాలా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (~1530 °C) మరింత క్రమరహిత ఫ్లోరైట్ నిర్మాణంగా రూపాంతరం చెందుతుంది. ముఖ్యంగా, ప్రతి ఫార్ములా యూనిట్ ఆక్సిజన్ ఖాళీని కలిగి ఉంటుంది - లేని ఆక్సిజన్ అణువు - ఇది వేడిని మోసే ఫోనాన్‌లను బలంగా చెదరగొడుతుంది. ఆ నిర్మాణాత్మక విచిత్రం గాడోలినియం జిర్కోనేట్ సాధారణ సిరామిక్‌ల కంటే చాలా తక్కువ ప్రభావవంతంగా వేడిని నిర్వహించడానికి ఒక కారణం.
ఎపోమెటీరియల్ మరియు ఇతర సరఫరాదారులు అధిక-స్వచ్ఛత గల Gd₂Zr₂O₇ పౌడర్ (తరచుగా 99.9% స్వచ్ఛమైనది, CAS 11073-79-3) ను ప్రత్యేకంగా TBC అప్లికేషన్ల కోసం తయారు చేస్తారు. ఉదాహరణకు, ఎపోమెటీరియల్ యొక్క ఉత్పత్తి పేజీ ప్లాస్మా-స్ప్రే TBCలలో ఉపయోగించే "గాడోలినియం జిర్కోనేట్ అనేది తక్కువ ఉష్ణ వాహకత కలిగిన ఆక్సైడ్-ఆధారిత సిరామిక్" అని హైలైట్ చేస్తుంది. ఇటువంటి వివరణలు దాని తక్కువ-κ లక్షణం దాని విలువకు కేంద్రంగా ఉన్నాయని నొక్కి చెబుతున్నాయి. (నిజానికి, "జిర్కోనేట్ గాడోలినియం (GZO)" పౌడర్ కోసం ఎపోమెటీరియల్ జాబితా దీనిని తెల్లటి, ఆక్సైడ్-ఆధారిత థర్మల్ స్ప్రే పదార్థంగా చూపిస్తుంది.)
తక్కువ ఉష్ణ వాహకత ఎందుకు ముఖ్యం?
ఉష్ణ వాహకత (κ) ఒక పదార్థం ద్వారా వేడి ఎంత సులభంగా ప్రవహిస్తుందో కొలుస్తుంది. ముఖ్యంగా ఇంజిన్ లాంటి ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, సిరామిక్ కోసం గాడోలినియం జిర్కోనేట్ యొక్క κ ఆశ్చర్యకరంగా తక్కువగా ఉంటుంది. దాదాపు 1000 °C వద్ద 1–2 W·m⁻¹·K⁻¹ క్రమం మీద అధ్యయనాలు విలువలను నివేదిస్తాయి. సందర్భం కోసం, సాంప్రదాయ య్ట్రియా-స్టెబిలైజ్డ్ జిర్కోనియా (YSZ) - దశాబ్దాల నాటి TBC ప్రమాణం - ఇలాంటి ఉష్ణోగ్రతల వద్ద 2–3 W·m⁻¹·K⁻¹ ఉంటుంది. ఒక అధ్యయనంలో, వు మరియు ఇతరులు 700 °C వద్ద Gd₂Zr₂O₇ యొక్క వాహకత ~1.6 W·m⁻¹·K⁻¹ గా ఉందని, అదే పరిస్థితులలో YSZ కోసం ~2.3 గా ఉందని కనుగొన్నారు. మరొక నివేదిక గడోలినియం జిర్కోనేట్ 1000 °C వద్ద 1.0–1.8 W·m⁻¹·K⁻¹ పరిధిని పేర్కొంది, ఇది "YSZ కంటే తక్కువ". ఆచరణాత్మక పరంగా, దీని అర్థం GdZr₂O₇ పొర అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద సమానమైన YSZ పొర కంటే చాలా తక్కువ వేడిని అనుమతిస్తుంది - ఇన్సులేషన్‌కు ఇది ఒక భారీ ప్రయోజనం.
గాడోలినియం జిర్కోనేట్ (Gd₂Zr₂O₇) యొక్క ముఖ్య ప్రయోజనాలు:
అతి తక్కువ ఉష్ణ వాహకత: 700–1000 °C వద్ద ~1–2 W/m·K, YSZ కంటే గణనీయంగా తక్కువ.
అధిక దశ స్థిరత్వం: ~1500 °C వరకు స్థిరంగా ఉంటుంది, ఇది YSZ యొక్క ~1200 °C పరిమితి కంటే చాలా ఎక్కువ.
అధిక ఉష్ణ విస్తరణ: YSZ కంటే తాపనపై ఎక్కువగా విస్తరిస్తుంది, ఇది పూతలలో ఒత్తిడిని తగ్గిస్తుంది.
ఆక్సీకరణ మరియు తుప్పు నిరోధకత: స్థిరమైన ఆక్సైడ్ దశలను ఏర్పరుస్తుంది; కరిగిన CMAS నిక్షేపాలను YSZ కంటే మెరుగ్గా నిరోధిస్తుంది (అరుదైన-భూమి జిర్కోనేట్లు సిలికేట్ నిక్షేపాలతో చర్య జరిపి రక్షణ స్ఫటికాలను ఏర్పరుస్తాయి).
పర్యావరణ ప్రభావం: ఇంజిన్/టర్బైన్ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడం ద్వారా, ఇంధన వినియోగం మరియు ఉద్గారాలను తగ్గించడంలో సహాయపడుతుంది.
ఈ కారకాలు ప్రతి ఒక్కటి శక్తి సామర్థ్యం మరియు స్థిరత్వానికి సంబంధించినవి. GdZr₂O₇ బాగా ఇన్సులేట్ చేస్తుంది కాబట్టి, ఇంజిన్‌లకు తక్కువ శీతలీకరణ అవసరం మరియు వేడిగా పనిచేయగలదు, ఇది నేరుగా అధిక సామర్థ్యం మరియు తక్కువ ఇంధన వినియోగానికి దారితీస్తుంది. వర్జీనియా విశ్వవిద్యాలయ అధ్యయనం గమనించినట్లుగా, మెరుగైన TBC సామర్థ్యం అంటే "అదే మొత్తంలో శక్తిని ఉత్పత్తి చేయడానికి తక్కువ ఇంధనాన్ని మండించడం, ఫలితంగా ... తక్కువ గ్రీన్‌హౌస్ వాయు ఉద్గారాలు". సంక్షిప్తంగా, గాడోలినియం జిర్కోనేట్ యంత్రాలను శుభ్రంగా నడపడానికి సహాయపడుతుంది.
ఉష్ణ వాహకత వివరాలు
“గాడోలినియం జిర్కోనేట్ యొక్క ఉష్ణ వాహకత ఏమిటి?” అనే కీలక ప్రశ్నకు సమాధానం ఇవ్వడానికి: ఇది సిరామిక్‌కు చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, 700–1000 °C పరిధిలో దాదాపు 1–2 W·m⁻¹·K⁻¹. ఇది బహుళ అధ్యయనాల ద్వారా నిర్ధారించబడింది. Wu et al. Gd₂Zr₂O₇ కోసం 700 °C వద్ద ≈1.6 W/m·K ని నివేదిస్తుంది, అయితే YSZ అదే పరిస్థితులలో ≈2.3 ని కొలుస్తుంది. షెన్ et al. “1000 °C వద్ద 1.0–1.8 W/m·K” ని గమనించండి. దీనికి విరుద్ధంగా, 1000 °C వద్ద YSZ యొక్క వాహకత సాధారణంగా 2–3 W/m·K ఉంటుంది. రోజువారీ పరంగా, వేడి స్టవ్‌పై రెండు ఇన్సులేషన్ టైల్స్‌ను ఊహించుకోండి: GdZr₂O₇ ఉన్న ఒకటి అదే మందం కలిగిన YSZ టైల్ కంటే వెనుక భాగాన్ని చాలా చల్లగా ఉంచుతుంది.
Gd₂Zr₂O₇ ఎందుకు అంత తక్కువగా ఉంది? దాని స్ఫటిక నిర్మాణం అంతర్గతంగా ఉష్ణ ప్రవాహాన్ని అడ్డుకుంటుంది. ప్రతి యూనిట్ సెల్‌లోని ఆక్సిజన్ ఖాళీలు ఫోనాన్‌లను (హీట్ క్యారియర్‌లు) వెదజల్లుతాయి మరియు గాడోలినియం యొక్క భారీ అణు బరువు లాటిస్ కంపనాలను మరింత తగ్గిస్తాయి. ఒక మూలం వివరించినట్లుగా, "ఆక్సిజన్ ఖాళీ ఫోనాన్ వికీర్ణాన్ని పెంచుతుంది మరియు ఉష్ణ వాహకతను తగ్గిస్తుంది". తయారీదారులు ఈ లక్షణాన్ని ఉపయోగించుకుంటారు: ఎపోమెటీరియల్ యొక్క కేటలాగ్ గమనికలు GdZr₂O₇ ప్లాస్మా-స్ప్రే చేయబడిన థర్మల్ బారియర్ పూతలలో ప్రత్యేకంగా దాని తక్కువ κ కారణంగా ఉపయోగించబడుతుంది. సారాంశంలో, దాని సూక్ష్మ నిర్మాణం లోపల వేడిని బంధిస్తుంది, అంతర్లీన లోహాన్ని రక్షిస్తుంది.
థర్మల్ బారియర్ కోటింగ్స్ (TBCలు) మరియు అప్లికేషన్లు
థర్మల్ బారియర్ పూతలువేడి వాయువులను ఎదుర్కొనే లోహ భాగాలకు (టర్బైన్ బ్లేడ్‌లు వంటివి) వర్తించే సిరామిక్ పొరలు. వేడికి వ్యతిరేకంగా ప్రతిబింబించడం మరియు ఇన్సులేట్ చేయడం ద్వారా, TBCలు ఇంజిన్లు మరియు టర్బైన్లు కరగకుండా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేయడానికి అనుమతిస్తాయి. గాడోలినియం జిర్కోనేట్ ఒకతదుపరి తరం TBC మెటీరియల్, తీవ్రమైన పరిస్థితుల్లో YSZకి అనుబంధంగా లేదా భర్తీగా ఉంటుంది. దాని స్థిరత్వం మరియు ఇన్సులేషన్ ప్రధాన కారణాలు:
తీవ్ర-ఉష్ణోగ్రత పనితీరు:Gd₂Zr₂O₇ యొక్క పైరోక్లోర్-టు-ఫ్లోరైట్ దశ పరివర్తన సమీపంలో జరుగుతుంది1530 °C, YSZ యొక్క ~1200 °C కంటే చాలా ఎక్కువ. దీని అర్థం ఆధునిక టర్బైన్ హాట్ విభాగాల మండే ఉష్ణోగ్రతల వద్ద GdZr₂O₇ పూతలు చెక్కుచెదరకుండా ఉంటాయి.
వేడి తుప్పుకు నిరోధకత:GdZr₂O₇ వంటి అరుదైన-భూమి జిర్కోనేట్లు కరిగిన ఇంజిన్ శిధిలాలతో (CMAS అని పిలవబడేవి: కాల్షియం-మెగ్నీషియం-అల్యూమినో-సిలికేట్) చర్య జరిపి స్థిరమైన స్ఫటికాకార సీల్స్‌ను ఏర్పరుస్తాయని, లోతైన చొరబాటును నివారిస్తాయని పరీక్షలు చూపిస్తున్నాయి. అగ్నిపర్వత బూడిద లేదా ఇసుక ద్వారా ఎగురుతున్న జెట్ ఇంజిన్‌లలో ఇది పెద్ద విషయం.
లేయర్డ్ పూతలు:ఇంజనీర్లు తరచుగా బహుళ-పొర స్టాక్‌లలో GdZr₂O₇ని YSZతో జత చేస్తారు. ఉదాహరణకు, ఒక సన్నని YSZ అండర్‌లేయర్ ఉష్ణ విస్తరణను బఫర్ చేయగలదు, అయితే GdZr₂O₇ పై పొర అత్యుత్తమ ఇన్సులేషన్ మరియు స్థిరత్వాన్ని అందిస్తుంది. ఇటువంటి "డబుల్-లేయర్" TBCలు రెండు పదార్థాలలో ఉత్తమమైన వాటిని ఉపయోగించుకోగలవు.
అప్లికేషన్లు:ఈ లక్షణాల కారణంగా, GdZr₂O₇ తదుపరి తరం ఇంజిన్లు మరియు ఏరోస్పేస్ భాగాలకు అనువైనది. జెట్ ఇంజిన్ తయారీదారులు మరియు రాకెట్ డిజైనర్లు దీనిపై ఆసక్తి చూపుతున్నారు, ఎందుకంటే అధిక ఉష్ణోగ్రత సహనం అంటే మెరుగైన థ్రస్ట్ మరియు సామర్థ్యం. పవర్ ప్లాంట్ల కోసం గ్యాస్ టర్బైన్‌లలో (పునరుత్పాదక ఇంధన వనరులతో జత చేసిన వాటితో సహా), GdZr₂O₇ పూతలను ఉపయోగించడం వల్ల అదే ఇంధనం నుండి ఎక్కువ శక్తిని పిండవచ్చు. ఉదాహరణకు, "గ్యాస్ టర్బైన్ ఇంజిన్ల మెరుగైన సామర్థ్యానికి అవసరమైన అధిక ఉష్ణోగ్రతలను" చేరుకోవడానికి YSZ సరిపోదని మరియు బదులుగా గాడోలినియం జిర్కోనేట్ వంటి పదార్థాలను అధ్యయనం చేస్తున్నారని NASA పేర్కొంది.
టర్బైన్లకు మించి, తీవ్రమైన ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఉష్ణ రక్షణ అవసరమయ్యే ఏ వ్యవస్థ అయినా ప్రయోజనం పొందవచ్చు. ఇందులో హైపర్‌సోనిక్ విమాన వాహనాలు, అధిక పనితీరు గల ఆటోమోటివ్ ఇంజిన్లు మరియు సూర్యరశ్మిని తీవ్రమైన వేడికి కేంద్రీకరించే ప్రయోగాత్మక సౌర ఉష్ణ విద్యుత్ రిసీవర్లు కూడా ఉన్నాయి. ప్రతి సందర్భంలోనూ, లక్ష్యం ఒకటే:మొత్తం సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి వేడి భాగాలను ఇన్సులేట్ చేయండిమెరుగైన ఇన్సులేషన్ అంటే తక్కువ శీతలీకరణ అవసరం, చిన్న రేడియేటర్లు, తేలికైన డిజైన్లు మరియు ముఖ్యంగా, తక్కువ ఇంధనాన్ని మండించడం లేదా తక్కువ ఇన్పుట్ శక్తిని ఉపయోగించడం.
స్థిరత్వం మరియు శక్తి సామర్థ్యం
పర్యావరణ అనుకూలతగాడోలినియం జిర్కోనేట్దాని పాత్ర నుండి వస్తుందిసామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడం మరియు వ్యర్థాలను తగ్గించడం. ఇంజిన్లు మరియు టర్బైన్లు వేడిగా మరియు మరింత స్థిరంగా పనిచేయడానికి అనుమతించడం ద్వారా, GdZr₂O₇ పూతలు ఒకే ఉత్పత్తికి తక్కువ ఇంధనాన్ని మండించడానికి నేరుగా దోహదం చేస్తాయి. TBCలను మెరుగుపరచడం వలన "అదే మొత్తంలో శక్తిని ఉత్పత్తి చేయడానికి తక్కువ ఇంధనాన్ని మండించడం జరుగుతుంది, ఫలితంగా... తక్కువ గ్రీన్‌హౌస్ వాయు ఉద్గారాలు" జరుగుతాయని వర్జీనియా విశ్వవిద్యాలయం హైలైట్ చేస్తుంది. సరళంగా చెప్పాలంటే, పొందిన ప్రతి శాతం సామర్థ్యం ఒక యంత్రం జీవితంలో ఆదా అయ్యే టన్నుల CO₂గా అనువదించబడుతుంది.
ఒక విమానాన్ని పరిగణించండి: దాని టర్బైన్లు 3–5% మరింత సమర్థవంతంగా పనిచేస్తే, వేలాది విమానాలలో ఇంధన పొదుపు (మరియు ఉద్గార కోతలు) అపారమైనవి. అదేవిధంగా, విద్యుత్ ప్లాంట్లు - సహజ వాయువును మండించేవి కూడా - ప్రయోజనం పొందుతాయి ఎందుకంటే అవి ప్రతి క్యూబిక్ మీటర్ ఇంధనం నుండి ఎక్కువ విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయగలవు. విద్యుత్ గ్రిడ్‌లు పునరుత్పాదక శక్తిని టర్బైన్ బ్యాకప్‌తో కలిపినప్పుడు, అధిక సామర్థ్యం గల టర్బైన్లను కలిగి ఉండటం వలన తక్కువ శిలాజ ఇంధనం జోడించబడి గరిష్ట డిమాండ్‌ను సున్నితంగా చేస్తుంది.
వినియోగదారుల వైపు, ఇంజిన్ జీవితాన్ని పొడిగించే లేదా నిర్వహణను తగ్గించే ఏదైనా కూడా పర్యావరణ ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. అధిక-పనితీరు గల TBCలు హాట్-సెక్షన్ భాగాల జీవితాన్ని పొడిగించగలవు, అంటే తక్కువ భర్తీలు మరియు తక్కువ పారిశ్రామిక వ్యర్థాలు. మరియు స్థిరత్వ దృక్కోణం నుండి, GdZr₂O₇ స్వయంగా రసాయనికంగా స్థిరంగా ఉంటుంది (ఇది సులభంగా తుప్పు పట్టదు లేదా విషపూరిత ఆవిరిని విడుదల చేయదు), మరియు ప్రస్తుత ఉత్పత్తి పద్ధతులు ఉపయోగించని సిరామిక్ పౌడర్‌లను రీసైక్లింగ్ చేయడానికి అనుమతిస్తాయి. (వాస్తవానికి, గాడోలినియం అరుదైన భూమి, కాబట్టి బాధ్యతాయుతమైన సోర్సింగ్ మరియు రీసైక్లింగ్ ముఖ్యమైనవి. కానీ ఇది అన్ని హైటెక్ పదార్థాలకు వర్తిస్తుంది మరియు అనేక పరిశ్రమలు అరుదైన భూమికి సరఫరా-గొలుసు నియంత్రణలను కలిగి ఉంటాయి.)
గ్రీన్ టెక్నాలజీలలో అనువర్తనాలు
తదుపరి తరం జెట్ మరియు ఎయిర్‌క్రాఫ్ట్ ఇంజన్లు:ఆధునిక మరియు భవిష్యత్ జెట్ ఇంజిన్లు థ్రస్ట్-టు-వెయిట్ నిష్పత్తులు మరియు ఇంధన ఆర్థిక వ్యవస్థను మెరుగుపరచడానికి ఎప్పటికప్పుడు అధిక దహన ఉష్ణోగ్రతలను లక్ష్యంగా పెట్టుకుంటాయి. GdZr₂O₇ యొక్క అధిక స్థిరత్వం మరియు తక్కువ κ ఈ లక్ష్యాన్ని నేరుగా సమర్థిస్తాయి. ఉదాహరణకు, అధునాతన సైనిక జెట్‌లు మరియు ప్రతిపాదిత వాణిజ్య సూపర్‌సోనిక్ విమానాలు GdZr₂O₇ TBCల నుండి పనితీరు లాభాలను చూడగలవు.
పారిశ్రామిక మరియు విద్యుత్ గ్యాస్ టర్బైన్లు:యుటిలిటీలు పీక్ పవర్ కోసం మరియు కంబైన్డ్-సైకిల్ ప్లాంట్ల కోసం పెద్ద గ్యాస్ టర్బైన్లను ఉపయోగిస్తాయి. GdZr₂O₇ పూతలు ఈ టర్బైన్లను ప్రతి ఇంధన ఇన్పుట్ నుండి ఎక్కువ శక్తిని వెలికితీసేందుకు అనుమతిస్తాయి, అంటే అదే ఇంధనంతో ఎక్కువ మెగావాట్లు లేదా తక్కువ ఇంధనంతో అదే మెగావాట్లు. ఈ సామర్థ్యం పెరుగుదల MWh విద్యుత్తుకు CO₂ ను తగ్గించడంలో సహాయపడుతుంది.
ఏరోస్పేస్ (స్పేస్‌క్రాఫ్ట్ మరియు రీఎంట్రీ వెహికల్స్):అంతరిక్ష నౌకలు మరియు రాకెట్లు తీవ్రమైన పునఃప్రవేశం మరియు ప్రయోగ వేడిని అనుభవిస్తాయి. ఈ ఉపరితలాలన్నింటిపై GdZr₂O₇ ఉపయోగించబడనప్పటికీ, హైపర్‌సోనిక్ వాహన పూతలు మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత విభాగాలకు ఇంజిన్ నాజిల్‌లలో ఉపయోగించడం కోసం దీనిని అధ్యయనం చేస్తున్నారు. ఏదైనా మెరుగుదల శీతలీకరణ అవసరాలను లేదా పదార్థ ఒత్తిడిని తగ్గించగలదు.
గ్రీన్ ఎనర్జీ సిస్టమ్స్:సౌర ఉష్ణ విద్యుత్ ప్లాంట్లలో, అద్దాలు 1000+ °C చేరుకునే రిసీవర్లపై సూర్యరశ్మిని కేంద్రీకరిస్తాయి. ఈ రిసీవర్లను GdZr₂O₇ వంటి తక్కువ-κ సిరామిక్స్‌తో పూత పూయడం వల్ల ఇన్సులేషన్ మెరుగుపడుతుంది, సౌర-నుండి-విద్యుత్ మార్పిడిని కొంచెం సమర్థవంతంగా చేస్తుంది. అలాగే, ప్రయోగాత్మక థర్మోఎలెక్ట్రిక్ జనరేటర్లు (వేడిని నేరుగా విద్యుత్తుగా మారుస్తాయి) వాటి వేడి వైపు వేడిగా ఉంటే ప్రయోజనం పొందుతాయి.
ఈ అన్ని సందర్భాలలో,పర్యావరణ ప్రభావంఒకే పనికి తక్కువ శక్తిని (ఇంధనం లేదా విద్యుత్ ఇన్పుట్) ఉపయోగించడం వల్ల వస్తుంది. అధిక సామర్థ్యం అంటే ఎల్లప్పుడూ తక్కువ వ్యర్థ వేడి మరియు అందువల్ల ఇచ్చిన ఉత్పత్తికి తక్కువ ఉద్గారాలు. ఒక పదార్థ శాస్త్రవేత్త చెప్పినట్లుగా, గాడోలినియం జిర్కోనేట్ వంటి మెరుగైన TBC పదార్థాలు టర్బైన్లు మరియు ఇంజిన్‌లను చల్లగా నడపడానికి, ఎక్కువ కాలం పనిచేయడానికి మరియు మరింత సమర్థవంతంగా పనిచేయడానికి వీలు కల్పించడం ద్వారా "మరింత స్థిరమైన శక్తి భవిష్యత్తు"కి కీలకం.
సాంకేతిక ముఖ్యాంశాలు
గాడోలినియం జిర్కోనేట్ యొక్క లక్షణాల కలయిక ప్రత్యేకమైనది. కొన్ని ముఖ్యమైన వాస్తవాలను సంగ్రహంగా చెప్పాలంటే:
తక్కువ κ, అధిక ద్రవీభవన స్థానం:దీని ద్రవీభవన స్థానం ~2570 °C, కానీ దాని ఉపయోగకరమైన ఉష్ణోగ్రత దశ స్థిరత్వం (~1500 °C) ద్వారా పరిమితం చేయబడింది. ద్రవీభవన స్థానం కంటే చాలా తక్కువ అయినప్పటికీ, ఇది అద్భుతమైన అవాహకం వలె ఉంటుంది.
క్రిస్టల్ నిర్మాణం:దీనికి ఒక ఉందిపైరోక్లోర్లాటిస్ (అంతరిక్ష సమూహం Fd3m) అవుతుందిలోపభూయిష్ట ఫ్లోరైట్అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద. ఈ క్రమం నుండి క్రమరహిత పరివర్తన ~1200–1500 °C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వరకు పనితీరును తగ్గించదు.
ఉష్ణ విస్తరణ:GdZr₂O₇ YSZ కంటే ఎక్కువ ఉష్ణ విస్తరణ గుణకాన్ని కలిగి ఉంది. మెటల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను బాగా సరిపోల్చడం మరియు వేడి చేసేటప్పుడు పగుళ్ల ప్రమాదాన్ని తగ్గించడం ద్వారా ఇది ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది.
యాంత్రిక లక్షణాలు:పెళుసుగా ఉండే సిరామిక్‌గా, ఇది ప్రత్యేకంగా కఠినమైనది కాదు - కాబట్టి పూతలు తరచుగా దీనిని కలిపి ఉపయోగిస్తాయి (ఉదా. గట్టి బేస్ పొరపై సన్నని GdZr₂O₇ పై పొర).
తయారీ:GdZr₂O₇ TBC లను ప్రామాణిక పద్ధతుల ద్వారా (వాతావరణ ప్లాస్మా స్ప్రే, సస్పెన్షన్ ప్లాస్మా స్ప్రే, EB-PVD) అన్వయించవచ్చు. ఎపోమెటీరియల్ వంటి సరఫరాదారులు ప్లాస్మా స్ప్రే కోసం ప్రత్యేకంగా రూపొందించిన GdZr₂O₇ పౌడర్‌ను అందిస్తారు.
ఈ సాంకేతిక వివరాలు ప్రాప్యత ద్వారా సమతుల్యం చేయబడ్డాయి: గాడోలినియం మరియు జిర్కోనియం "అరుదైన-భూమి" మూలకాలు అయితే, ఫలితంగా వచ్చే ఆక్సైడ్ రసాయనికంగా జడమైనది మరియు సాధారణ పారిశ్రామిక ఉపయోగంలో నిర్వహించడానికి సురక్షితం. (సన్నటి పొడులను పీల్చకుండా ఉండటానికి ఎల్లప్పుడూ జాగ్రత్త తీసుకుంటారు, కానీ Gd₂Zr₂O₇ ఇతర ఆక్సైడ్ సిరామిక్స్ కంటే ప్రమాదకరం కాదు.)
ముగింపు
జిర్కోనేట్ గాడోలినియం(Gd₂Zr₂O₇) అనేది ఒక అగ్రశ్రేణి సిరామిక్ పదార్థం, ఇదిఅధిక ఉష్ణోగ్రత మన్నికతోఅసాధారణంగా తక్కువ ఉష్ణ వాహకత. ఈ లక్షణాలు ఏరోస్పేస్, విద్యుత్ ఉత్పత్తి మరియు ఇతర అధిక-వేడి అనువర్తనాలలో అధునాతన థర్మల్ బారియర్ పూతలకు అనువైనవిగా చేస్తాయి. అధిక ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రతలు మరియు మెరుగైన ఇంజిన్ సామర్థ్యాన్ని ప్రారంభించడం ద్వారా, గాడోలినియం జిర్కోనేట్ నేరుగా శక్తి పొదుపు మరియు ఉద్గార తగ్గింపులకు దోహదం చేస్తుంది - స్థిరమైన సాంకేతికత యొక్క గుండె వద్ద లక్ష్యాలు. పర్యావరణ అనుకూల ఇంజిన్లు మరియు టర్బైన్‌ల కోసం డ్రైవ్‌లో, GdZr₂O₇ వంటి పదార్థాలు కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి: అవి మన పర్యావరణ పాదముద్రను తగ్గించుకుంటూ పనితీరు పరిమితులను పెంచడానికి అనుమతిస్తాయి.
ఇంజనీర్లు మరియు పదార్థ శాస్త్రవేత్తలకు, గాడోలినియం జిర్కోనేట్ గమనించదగినది. దీని ఉష్ణ వాహకత (~1000 °C వద్ద సుమారు 1–2 W/m·K) ఏ సిరామిక్‌కైనా అత్యల్పంగా ఉంటుంది, అయినప్పటికీ ఇది తదుపరి తరం టర్బైన్‌ల తీవ్ర ఉష్ణోగ్రతలను తట్టుకోగలదు. సరఫరాదారులు (ఎపోమెటీరియల్‌తో సహాజిర్కోనేట్ గాడోలినియం (GZO) 99.9%ఉత్పత్తి) ఇప్పటికే థర్మల్ స్ప్రే పూతలకు ఈ పదార్థాన్ని అందిస్తున్నాయి, ఇది పెరుగుతున్న పారిశ్రామిక వినియోగాన్ని సూచిస్తుంది. క్లీనర్ ఏవియేషన్ మరియు పవర్ సిస్టమ్‌లకు డిమాండ్ పెరుగుతున్న కొద్దీ, గాడోలినియం జిర్కోనేట్ యొక్క ప్రత్యేకమైన లక్షణాల సమతుల్యత - వేడిని ఇన్సులేట్ చేస్తూనే దానిని భరించడం - ఖచ్చితంగా అవసరమైనది.
మూలాలు:అరుదైన-భూమి పైరోక్లోర్లు మరియు TBCలపై పీర్-సమీక్షించిన అధ్యయనాలు మరియు పరిశ్రమ ప్రచురణలు. (Gd₂Zr₂O₇ కోసం ఎపోమెటీరియల్ యొక్క ఉత్పత్తి జాబితా పదార్థ స్పెక్స్‌ను అందిస్తుంది.) ఇవి తక్కువ ఉష్ణ వాహకత విలువలను నిర్ధారిస్తాయి మరియు అధునాతన TBC పదార్థాల స్థిరత్వ ప్రయోజనాలను హైలైట్ చేస్తాయి.
పోస్ట్ సమయం: జూన్-04-2025