エンジンブレードの遮熱コーティングにおけるYSZ粉末11-125umの利点
イットリウム安定化ジルコニア粉末（YSZ粉末、通常8％Y₂O₃-ZrO₂）を粒子サイズ範囲11〜125μmでエンジンブレードの熱遮断コーティング（TBC）に使用すると、次のような大きな利点があります。
1. 優れた熱伝導性と断熱性能
– 低い熱伝導率 (2.2-2.9 W/m·K): 母材温度を効果的に下げ、ブレードの寿命を延ばします。
– 高い熱膨張係数（10-11×10⁻⁶/K）：ニッケル基高温合金基板に近いため、熱サイクル下での界面応力が低減します。
2. 高温相安定性
– 正方晶準安定相（t’相）：1200～1400℃で長期安定性があり、冷却中に単斜晶相（m相）に変化することで生じる体積膨張やコーティングの割れを回避します。8%モルのYSZ粉末は、ガスタービンエンジンの炭化水素燃焼環境において化学的に不活性です。
– イットリウムドーピング効果：Y₂O₃は相転移を抑制し、高温使用におけるコーティングの信頼性を向上させます。
3. 優れた耐熱衝撃性
– 高い破壊靭性：相変態強化メカニズム（応力誘起 t→m 相変態）によりエネルギーを吸収し、亀裂の伝播を遅らせます。
– 最適化された粒子サイズ設計：11〜125μmの粉末は、コーティング密度（低多孔性）と歪み許容度（応力を軽減するための適切な多孔性）のバランスをとります。
4. 優れた耐焼結性と化学的安定性
– 高温焼結耐性：粗い粒子サイズ（125μm）により比表面積が減少し、高温（> 1200°C）での過剰な粒成長によって引き起こされるコーティングの硬化が抑制されます。
– 化学的不活性: 燃焼ガス中の CMAS (カルシウムマグネシウムアルミニウムケイ酸塩) 腐食および酸化環境における浸食に耐えます。
5. プロセスの適応性
– プラズマ スプレー (APS) またはフレーム スプレーに適しています。11 ～ 125 μm の粒子サイズ範囲により、粉末の流動性が確保され、均一なコーティングが形成されます (通常の厚さは 100 ～ 500 μm)。
– 高い堆積効率：粗い粒子により、噴霧中に溶融しない粒子の割合が減り、コーティングの結合強度が向上します。
6. CMAS耐食性の向上
– 大きな粒子構造: CMAS 溶融浸透速度を低減し、ドーピング変更 (Al₂O₃/Ta₂O₅ など) により腐食をさらに遅らせることができます。
イットリウム安定化ジルコニア（11～125μm）は、高温相安定性、断熱性、耐熱衝撃性、プロセスの容易さなどの理由から、航空機エンジンやガスタービンブレードの TBC に最適な材料となっています。
