Los investigadores han demostrado, por primera vez, que un método de análisis óptico puede revelar áreas débiles en los recubrimientos cerámicos de barrera térmica que protegen las turbinas de los motores a reacción de las altas temperaturas y el desgaste. La técnica podría usarse para predecir cuánto durarían los recubrimientos en un avión y eventualmente podría conducir a nuevos recubrimientos de barrera térmica. hacer que los motores sean más eficientes y reducir tanto el costo como la contaminación de los viajes aéreos.

La vida útil de un revestimiento de barrera térmica utilizado en las palas de las turbinas de aviones puede variar ampliamente desde tan solo 1, 000 horas hasta 10, 000 horas a pleno empuje de la turbina, incluso cuando el recubrimiento se aplica exactamente de la misma manera. Debido a que la vida útil es impredecible y la falla durante el vuelo podría ser catastrófica, Las palas de la turbina están programadas para ser reemplazadas en base a la vida útil estimada más corta.

"Nuestra técnica de medición de deformaciones puede analizar los revestimientos inmediatamente después de la fabricación y trabajar para identificar las palas de la turbina que durarían más en el avión". "dijo el líder del equipo de investigación, Andrew J. Moore, de la Universidad Heriot-Watt, REINO UNIDO. "Por último, queremos desarrollar un dispositivo de imágenes que muestre la distribución de la deformación en el revestimiento de una pala de turbina completa, información que se utilizaría para decidir si la pala de la turbina entraría en servicio ".

En la revista The Optical Society Óptica Express , los investigadores demostraron que los cambios en el índice de refracción, una medida de la velocidad a la que viaja la luz a través de un material, Se pudo observar cuando una pieza de metal revestida con un revestimiento cerámico de barrera térmica se tiraba de manera controlada. El equipo de investigación de Moore está colaborando con Rolls-Royce, un fabricante líder de motores a reacción.

"Si podemos correlacionar cómo se relaciona la distribución de la deformación con la vida útil del recubrimiento, luego podríamos determinar qué recubrimientos fallarán primero y no deberían colocarse en un avión y cuáles durarán mucho más, ", dijo Moore." Esto aumentaría significativamente el tiempo entre servicios, lo que supondría un gran ahorro ".

La nueva técnica también podría usarse para predecir la vida útil de los recubrimientos desarrollados para ser más confiables o tolerar temperaturas más altas. lo que permite que los motores funcionen de manera más eficiente. También podría encontrar uso en aplicaciones automotrices y de energía nuclear donde la cerámica también se usa como barreras térmicas.

Ver a través de materiales opacos

El uso de iluminación de gigahercios (GHz) fue clave para la nueva técnica porque estas longitudes de onda pueden viajar a través de algunos materiales opacos. como la cerámica, permitiendo el análisis desde dentro del material. Longitudes de onda visibles, por otra parte, solo se puede utilizar para el análisis de superficies de materiales opacos.

Los investigadores probaron su técnica con piezas de metal rociadas con los mismos revestimientos cerámicos utilizados en las palas de las turbinas Rolls Royce. Colocaron las piezas en una máquina de tracción que aplicaba tensión tirando lentamente del metal. Luego, los investigadores aplicaron iluminación de GHz (280-380 GHz) durante el proceso, que viajó a través del revestimiento cerámico y rebotó en el metal debajo. A continuación, se midió la luz reflejada utilizando un polariscopio para determinar cómo cambiaba el índice de refracción de la cerámica con la deformación aplicada. Aunque la configuración óptica actual del equipo solo adquiere mediciones basadas en puntos, los investigadores dicen que la técnica podría usarse con una configuración de imágenes para analizar una hoja completa.

"Con la iluminación de GHz pudimos ver cambios en el índice de refracción con la tensión aplicada, ", dijo Moore. Esto demuestra que nuestro enfoque podría aplicarse para garantizar la calidad en el futuro".

Los investigadores comenzaron recientemente a experimentar con el uso de iluminación de mayor frecuencia en el rango de terahercios (THz), lo que podría mejorar la resolución espacial de la técnica. En colaboración con la Universidad de Cranfield, REINO UNIDO, también están utilizando su técnica para realizar mediciones de deformación de muestras de metal recubiertas de cerámica que experimentan un envejecimiento acelerado. "Buscaremos ver cuándo fallan los recubrimientos y luego correlacionaremos eso con las mediciones de GHz y THz que tomamos antes del proceso de envejecimiento, ", dijo Moore." Este es un paso hacia el uso de nuestra técnica para identificar qué recubrimientos fallan primero ".