Isıl engelleme kaplamalarında efektif ısı iletim katsayısının değişimi
Changes in the thermal conductivity of thermal barrier coatings
Yazar: ÖZGE ALTUN
Danışman: PROF. DR. SONER ALANYALI
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Günümüzde yüksek teknolojik gelismeler kullanım yerine göre malzemeseçimini önemli kılmaktadır. Özellikle yüksek sıcaklıklarda çalısan parçalarda ısı iletimkatsayıları düsük, mekanik dayanımları yüksek olan malzemeler tercih edilmektedir.Isıl engelleme kaplamaları, gözenekli yapıları sayesinde düsük ısı iletim katsayısınasahip olmaları ve yüksek sıcaklıklara dayanımları nedeniyle günümüzde havacılık, dizelmotor endüstrisi ve enerji santrallerinde tercih edilen bir kaplama türüdür. Seramikesaslı olan bu kaplama türü, çoğunlukla, Elektron Isın-Plazma Buhar Biriktirme (EBPVD)ve Atmosferik Plazma Sprey (APS) olmak üzere iki farklı yöntemleuygulanmaktadır.Bu tez çalısmasında, ısı iletim katsayısı düsük olan ve mühendislik amaçlıuygulamalar için önem tasıyan APS yöntemiyle uygulanan kaplamanın ısı iletimkatsayısı incelenmistir. Bu amaçla, farklı gözeneklilik oranlarında hazırlanannumuneler kullanılarak deneysel çalısmalar yapılmıs, ayrıca sayısal modellemedegerçek mikroyapılar ele alınarak sonlu elemanlar metoduyla modellenmistir. Sayısalmodellemeden elde edilen ısı iletim katsayısı çözümleri ile deneylerden elde edilensonuçlar kıyaslanmıstır. Çalısma sonucunda; gözeneklilik oranı belirlenen ısılengelleme kaplamalarının mikro yapısının sayısal olarak modellenerek ısıl iletkenliğininbulunabileceği, gözeneklilik oranı arttıkça efektif ısı iletim katsayısının azaldığıgörülmüstür.Anahtar Kelimeler: Isıl engelleme kaplamaları, ısı iletim katsayısı, atmosferik plazmasprey, gözenekli ortamda ısı geçisi, zirkonyum oksit kaplama.

Abstract:
Nowadays, the selection of the materials for usage aim is getting importantbecause of the new high technologic developments. Especially for the parts operating athigh temperatures, the materials which have low thermal conductivity and highmechanical resistance are preferred. Thermal Barrier Coatings are used in aerospace,diesel engine and power plant technologies due to porous structures and low thermalconductivity. Generally this ceramic based coating is applied with two methods,Electron Beam-Plasma Vapor Deposition (EB-PVD) and Atmospheric Plasma Spray(APS).In this study, the thermal conductivity of the coating that is required especiallyin low thermal conductivity aimed engineering applications and applied by APS methodhas been investigated. For this aim, experimental studies were made using specimensprepared in different porosity levels. Also for the numerical modelling, realmicrostuructures were analysed with Finite Element Method. The results obtained fromnumerical modelling were compared with experimental study. Finally, it has beenshown that for a thermal barrier coating with known porosity level, the thermalconductivity could be calculated using numerical modelling and decrease while porositylevel is increasing.Keywords: Thermal barrier coatings, thermal conductivity, air plasma spray, heattransfer in porous media, zirconium oxid coating.