Bir hipersonik füzenin burun konisi veya bir yolcu uçağının türbin kanadı... Her ikisi de metallerin erime noktasının çok üzerindeki sıcaklıklarda çalışmak zorundadır. Mühendislikte bu sorunu çözmek için metali soğutmak yetmez; metali ısıdan yalıtmak gerekir.
İşte bu noktada, Termal Bariyer Kaplamalar (TBC) ve Seramik Isı Kalkanları devreye girer. Ancak bu kalkanlar tek parça seramikten yontulmaz. Özel olarak formüle edilmiş, akışkanlığı ve saflığı optimize edilmiş mikronize seramik tozlarının, metal yüzeylere atomik düzeyde işlenmesiyle üretilirler.
Isı kalkanı üretiminde kullanılan seramik tozları genellikle 10 ila 100 mikron (µm) boyutundadır. Bu spesifik boyut aralığı kritik öneme sahiptir:
Akışkanlık (Flowability): Kaplama tabancalarında (plazma sprey) tozun tıkanmadan, su gibi akması gerekir.
Erime Davranışı: Toz taneciği, alevin içinden geçerken saniyenin binde birinde erimeli, ancak buharlaşmamalıdır.
Paketleme Yoğunluğu: Yüzeye çarptığında (splat), boşluksuz ve yoğun bir katman oluşturmalıdır.
Her seramik ısı kalkanı olamaz. Malzemenin yüksek erime noktasına ve çok düşük termal iletkenliğe sahip olması gerekir.
Endüstri standardıdır. Zirkonya (ZrO2), ısıyı iletmeme konusunda şampiyondur. Ancak saf zirkonya ısıtıldığında faz değiştirir ve çatlar. İçine %7-8 oranında Yitriya (Y2O3) tozu karıştırıldığında kristal yapısı stabilize olur.
Kullanım: Jet motoru türbin kanatları, gaz türbinleri.
Aşınma direnci ve ısı yalıtımı dengesi gerektiğinde kullanılır. Titanya (TiO2) katkısı, kaplamanın tokluğunu artırır.
Kullanım: Roket nozulları ve egzoz sistemleri.
Hipersonik (Mach 5+) hızlar için Zirkonyum Diborür (ZrB2) veya Hafniyum Karbür (HfC) tozları kullanılır. Bu malzemeler 3000°C üzerinde bile erimez.
Mikronize tozları yüzeye "yapıştırmak" için boya fırçası kullanamazsınız. En yaygın yöntem Plazma Sprey teknolojisidir.
Plazma Oluşumu: Bir tabancanın içinde elektrik arkı oluşturulur ve gaz (Argon/Hidrojen) plazma haline getirilir. Sıcaklık 10.000°C'yi aşar.
Toz Enjeksiyonu: Mikronize seramik tozu bu plazma jetinin içine püskürtülür.
Hızlandırma ve Çarpma: Tozlar anında erir ve ses hızına yakın bir hızla metal yüzeye fırlatılır. Yüzeye çarptıklarında "pankek" gibi yayılarak (splat) anında donar ve mekanik olarak kilitlenirler.
Bu süreç, metal yüzey üzerinde yüzlerce mikron kalınlığında, katman katman bir seramik zırh oluşturur.
Seramik ve metalin genleşme katsayıları farklıdır. Isındıklarında seramik kaplama metalden ayrılabilir (delaminasyon). Bunu önlemek için Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzeme (FGM) tekniği kullanılır:
En alt katman: %100 Metal (Bağlayıcı - Bond Coat).
Orta katman: %50 Metal Tozu + %50 Seramik Tozu.
En üst katman: %100 Seramik Tozu (Top Coat).
Bu geçişli yapı, termal şok direncini maksimuma çıkarır.
Bir uzay mekiği dünyaya dönerken veya bir savaş uçağı "afterburner" açtığında, felaketi önleyen şey, metal yüzey üzerindeki saç telinden ince o seramik toz katmanıdır. Mikronize toz teknolojisi, insanlığı sadece daha hızlı değil, aynı zamanda daha güvenli bir şekilde atmosferin ötesine taşımaktadır.
