$Bi_2Sr_2CaCu_2O_x$(Bi-2212) and $Bi_2Sr_2Ca_2Cu_3O_y$(Bi-2223) high-Tc superconductors(HTS) have been manufactured by plasma spraying, partial melt process(PMP) and annealing treatment(AT). A Bi-2212/2223 HTS coating layer was synthesized through the peritectic reaction between a 0212 oxide coating layer and 2001 oxide coating layer by the PMP-AT process. The 2212 HTS layer consists of whiskers grown in the diffusion direction. The Bi-2223 phase and secondary phase in the Bi-2212 layer were observed. The secondary phase was distributed uniformly over the whole layer. As annealing time goes on, the Bi-2212 phase decreases with mis-orientation and irregular shape, but the Bi-2223 phase increases because a new Bi-2223 phase is formed inside the pre-existing Bi-2212 crystals, and because of the nucleation of a Bi-2223 phase at the edge of Bi-2212 crystals by diffusion of Ca and Cu-O bilayers. In this study the spray coated layer showed superconducting transitions with an onset Tc of about both 115 K, and 50 K. There were two steps. Step 1 at 115 K is due to the diamagnetism of the Bi-2223 phase and step 2 at 50 K is due to the diamagnetism of the Bi-2212 phase.
In this research, anode for SOFC has been manufactured from two different kinds of feedstock materials through thermal spraying process and the properties of the coatings were characterized and compared. One kind of feedstock was manufactured from spray drying method which includes nano-components of NiO, YSZ (300 nm) and graphite. And the other is manufactured by blending the micron size NiO coated graphite, YSZ and graphite powders as feedstock materials. Microstructure, mechanical properties and electrical conductivity of the coatings as-sprayed, after oxidation and after hydrogen reduction containing nano composite which is prepared from spray-dried powders were evaluated and compared with the same properties of the coatings prepared from blended powder feedstock. The coatings prepared from the spray dried powders has better properties as they provide larger triple phase boundaries for hydrogen oxidation reaction and is expected to have lower polarization loss for SOFC anode applications than that of the coatings prepared from blended feedstock. A maximum electrical conductivity of 651 S/cm at $800^{\circ}C$ was achieved for the coatings from spray dried powders which much more than that of the average value.
Rare-earth zirconates, such as $La_2Zr_2O_7$ and $Gd_2Zr_2O_7$, have been investigated as one of the candidates for replacing conventional yttria-stabilized zirconia (YSZ) for thermal barrier coating (TBC) applications at higher turbine inlet temperatures. In this study, double-ceramic-layer (DCL) TBCs of YSZ 1st layer and $La_2Zr_2O_7$ top coat layer are fabricated by suspension plasma spray with serial liquid feeders. Microstructures, hardness profiles, and thermal durability of DCL-TBCs are also characterized. Fabricated DCL-TBCs of YSZ/$La_2Zr_2O_7$ exhibit excellent properties, such as adhesion strength (>25 MPa) and electrical thermal fatigue (~1429 cycles), which are comparable with TBCs fabricated by atmospheric plasma spray.
Rare-earth zirconates, including lanthanum zirconate and gadolinium zirconate, have been investigated as ones of the most promising candidates for next-generation thermal barrier coating (TBC) materials due to their excellent properties such as low thermal conductivity, chemical stability at high temperature and so on. In this study, TBCs with three compositions, in the $La_2O_3-Gd_2O_3-ZrO_2$ system with reduced rare-earth contents from $RE_2Zr_2O_7$ compositions, were fabricated by using suspension plasma spray with different suspension preparation methods. The phase formation, microstructure, and thermal properties of TBCs were examined. In particular, each coating exhibited single fluorite phase and a dense, vertically-separated microstructure. The potential of coatings with rare-earth zirconates for TBC applications was also discussed.
In order to comply with demand for high efficient gas turbines operating at higher temperatures, considerable amounts of research efforts have been performed with searching for the next-generation thermal barrier coatings (TBCs) with respect to coating materials as well as processing methods. In this study, thermal barrier coatings in the $(La_{1-x}Gd_x)_2Zr_2O_7$ system, which is one of the most versatile materials replacing yttria-stabilized zirconia (YSZ), are fabricated by suspension plasma spray with suspension made of synthesized powders via solidstate reaction. Dense, $100{\sim}400{\mu}m$ thick coatings of fluorite-phase zirconate with moderate amount of segmented microstructures are obtained by using suspension plasma spray. Phase formation and thermal diffusivity are characterized with coating compositions. The feasibility of $(La_{1-x}Gd_x)_2Zr_2O_7$ coatings for TBC applications is also discussed.
Considerable research efforts have been explored attempting to enhance the thermal durability of thermal barrier coatings (TBCs) at the high operating temperatures of gas turbines. In this study, the suspension plasma spray (SPS) process was applied to produce TBCs with a segmented structure by using an yttria-stabilized zirconia (YSZ) suspension. Four different experiment sets were carried out by controlling the ratio between surface roughness of the bond coat and feed stock size ($R_a/D_{50}$) in order to examine the effect of $R_a/D_{50}$ ratio on the microstructure of SPS-prepared coatings. When the $R_a/D_{50}$ had a high value of 11.8, a deposited thick coating turned out to have a cone-type columnar microstructure. In contrast, at the low $R_a/D_{50}$ values of 2.9 and 0.18, a deposited thick coating appeared to have a dense, vertically-cracked microstructure. However, with the very low $R_a/D_{50}$ value of 0.05 the coating was delaminated.
나노입자 제조 기술이 점차 발전하면서 금속산화물, 반도체용 및 태양전지용, 신소재 등 다양한 응용분야에 사용하고 있다. 따라서 이와 같은 나노입자 제조방법으로는 펄스 레이저 용사법(pulsed laser ablation), 플라즈마 아크 합성법(plasma arc synthesis), 열분해법(pyrolysis), plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD)법 등과 같은 기상공정이 많이 사용되고 있다. 기상공정은 기존의 공정에 비해 고순도 입자의 대량 생산, 다성분 입자의 화학적 균질성 유지, 비교적 간단하고 깨끗한 공정 등의 장점을 가지고 있다. 기상공정에서 일반적인 입자 형성 메커니즘은 기체 상태의 화학 물질이 물리적 공정 혹은 화학 반응에 의해 과포화상태에 도달하게 되며, 이 때 동질 핵생성(homogeneous nucleation)이 일어나고 생성된 핵(nuclei)에 기체가 응축되고 충돌, 응집하면서 입자는 성장하게 된다. 열분해법은 실리콘 나노입자를 생산하는 기상공정 중 하나이다. 일반적으로 열분해 공정은 지속적으로 열이 가해지는 반응기 내에 반응기체인 $SiH_4$을 주입하고, 운반기체는 He, $H_2$, Ar, $N_2$ 등을 사용하였을 때, 높은 열로 인해 $SiH_4$가 분해되며, 이 때 가스-입자 전환 현상(gas to particle conversion)이 일어나 실리콘 입자가 형성된다. 그러나 입자 형성과정은 $SiH_4$ 농도, 유량, 작동 압력, 온도 등 매우 다양한 요소에 영향을 받는다. 고, 복잡한 화학반응 메커니즘에 의해 명확히 규명되지는 못하고 있다. 이에 본 연구에서는 복잡한 화학반응을 해석하는 상용코드 CHEMKIN 4.1.1을 이용하여 열분해 반응기 내에서의 실리콘 입자 형성, 성장, 응집, 전송 모델을 만들고 이를 수치해석하였다. 표면 반응, 응집, 전송에 의한 입자 성장 메커니즘을 포함하고 있는 aerosol dynamics model을 method of moment법으로 해를 구하였으며, 이를 실험 결과와 비교하여 모델링을 검증하였다. 또한 반응기의 온도, 압력, 가스 농도, 유량 등의 요소를 고려하여 실리콘 나노입자를 형성하는 최적의 조건을 연구하였다.
The heating unit of direct heating method manufactured as the plasma spray coating of $TiO_2/NiCr$ conductive heating material on the surface of heating unit in order to improve the disadvantages of indirect heating method. $TiO_2$ and NiCr (80wt.%Ni-20wt.%Cr) that had the properties of conduction and heating was chosen for the conductive heating material. The compositions of the composite powders were studied $TiO_2-30wt.%NiCr\;and\;TiO_2-10wt.%NiCr$. As the heating temperature was increased, the hardness of heating layer was increased because of the fine microstructure and the decrease of porosity. The adhesion strength was decreased for coarsening and connection of voids in the insulation layer, and the electrical resistivity of heating layer was increased for fine crack formation and growth. In this study, the best efficient sprayed coatings with heating unit was concluded as the plasma sprayed $TiO_2-10wt.%NiCr$ coatings that was heat treated at $300^{\circ}C$.
In this study, the photocurrent characteristics of plasma sprayed $TiO_2$ coatings have been investigated according to additive transition metal (Fe, Mn, Nb powder) and heat treatment conditions. The plasma sprayed $TiO_2$ coatings by heat treatment at $400^{\circ}C$ and 90 min had the higher photocurrent at ultraviolet light, no photocurrent at visible light. The photocurrent of plasma sprayed $TiO_2$ coatings added by Fe, Mn, Nb (named by plasma sprayed $TiO_2$ composite coatings) was lower than that of plasma sprayed $TiO_2$ coatings at ultraviolet light, as was low in intensity ratio of XRD(101)/(110). and the atomic percentage of oxygen by plasma sprayed $TiO_2$ composite coatings was higher than that by plasma sprayed $TiO_2$ coatings. The photocurrent of plasma sprayed $TiO_2$ composite coatings in heat treatment at $400^{\circ}C$ and 90 min was higher than that of plasma sprayed $TiO_2$ coatings in same heat treatment conditions at ultraviolet and visible light, as was high in oxygen affinity by heat treatment.
With increase in demand for higher operating temperatures of gas turbines, extensive research efforts have been carried out to enhance the performance of thermal barrier coatings (TBCs) in the field of coating processing as well as materials. In this study, thermal barrier coatings in lanthanum/gadolinium zirconate system, which is one of the most promising candidates for replacing yttira-stabilized zirconia (YSZ) in thermal barrier coating applications, are fabricated via suspension plasma spray. Dense, $300{\sim}400{\mu}m$ thick coatings of fluoritephase zirconate with modest amount of segmented microstructures are obtained by using suspension plasma spray with suspensions of planetary-milled mixture between lanthanum and/or gadolinium oxide and nano zirconia. These coatings exhibit thermal conductivities of 1.6 ~ 1.7 W/mK at $1000^{\circ}C$, which is relatively lower than that of YSZ.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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