تغيرات الخصائص الهيكلية والحرارية للزركونيا المدعمة باليتريا تحت ظروف الغلاف الجوي للهيدروجين عند درجات الحرارة العالية

تعمل التوربينات الغازية المدفوعة بالهيدروجين تحت أجواء مختزلة عالية الحرارة يمكن أن ت destabilize الطلاءات الحرارية (TBCs). ومع ذلك، تبقى الاستجابة الهيكلية والحرارية للزركونيا المدعمة باليتريا (YSZ) في بيئات الهيدروجين غير واضحة بشكل كافٍ. في هذه الدراسة، تم استخدام 8 wt% من الزركونيا المدعمة باليتريا (YSZ) لإعداد عينات كتلية، والتي أظهرت مسامية بحوالي 30%، وتمت معالجتها حرارياً عند 1300 و1500 و1600 درجة مئوية تحت 99.995% H2 لمحاكاة ظروف توربينات الهيدروجين، وتمت دراسة التغيرات في خصائصها المجهرية والتركيبية والطور والحرارية بشكل منهجي. عززت المعالجة الحرارية بالهيدروجين الكثافة التدريجية مع التسبب في فقدان كبير للأكسجين (حوالي 8 wt%) وانخفاض طفيف في محتوى الإيتريوم، مما يشير إلى تشكيل مواقع ناقصة الأكسجين تحت ظروف مختزلة. أظهرت تحليلات الأشعة السينية أن نسبة الطور الأحادي الميل زادت مع درجة الحرارة، لتصل إلى حوالي 18 mol% عند 1600 درجة مئوية، مما يشير إلى عدم استقرار الهيكل الرباعي. أكدت مطيافية رامان تشويه الشبكة الناتج عن العيوب وتعديل بيئة الترابط Zr–O. حددت نتائج FT-IR تكوين أنواع –OH فوق 1500 درجة مئوية، مما يشير إلى تحلل الهيدروجين وامتصاصه في المواقع الناقصة للأكسجين. وبالمقابل، ارتفع معامل التمدد الحراري من 11.00 × 10−6 K−1 (كما هو حالته عند التلبيد) إلى 13.41 × 10−6 K−1 بعد المعالجة عند 1600 درجة مئوية. تظهر هذه النتائج أن التعرض للهيدروجين في درجات الحرارة العالية يؤدي إلى حضور مواقع ناقصة الأكسجين، وإعادة توزيع الأطوار، وزيادة التمدد الحراري في YSZ، مما قد يسرع من تدهور الهيكل تحت بيئات توربينات الهيدروجين. • تم تقييم أجواء الهيدروجين لتوضيح تدهور YSZ في توربينات H2 المستقبلية. • يولد H2 عالي الحرارة فراغات أكسجين تدفع التطور الهيكلي في YSZ. • تعزز تكوين الفراغات الناتج عن الهيدروجين التغيرات الطورية وتشويه الشبكة. • تغير التفاعلات المدفوعة بالفراغات سلوك الترابط لـ YSZ والاستجابات الحرارية.