Os pesquisadores demonstraram, pela primeira vez, que um método de análise óptica pode revelar áreas fracas em revestimentos de barreira térmica de cerâmica que protegem as turbinas de motores a jato de altas temperaturas e desgaste. A técnica poderia ser usada para prever quanto tempo durariam os revestimentos em um avião e poderia eventualmente levar a novos revestimentos de barreira térmica, tornando os motores mais eficientes e reduzindo o custo e a poluição das viagens aéreas.

A vida útil de um revestimento de barreira térmica usado em lâminas de turbina de avião pode variar amplamente de apenas 1, 000 horas até 10, 000 horas com empuxo total da turbina, mesmo quando o revestimento é aplicado exatamente da mesma maneira. Como a vida útil é imprevisível e falhas durante o vôo podem ser catastróficas, as lâminas da turbina estão programadas para substituição com base na vida útil estimada mais curta.

"Nossa técnica de medição de deformação pode analisar os revestimentos imediatamente após a fabricação e trabalhar para identificar as lâminas da turbina que durariam mais no avião, "disse o líder da equipe de pesquisa, Andrew J. Moore, da Universidade Heriot-Watt, REINO UNIDO. "Em última análise, queremos desenvolver um dispositivo de imagem que mostre a distribuição de tensão no revestimento de uma lâmina de turbina inteira, informações que seriam usadas para decidir se aquela lâmina de turbina entraria em serviço. "

No jornal The Optical Society Optics Express , os pesquisadores demonstraram que as mudanças no índice de refração, uma medida de quão rápido a luz viaja através de um material, pode ser observado quando uma peça de metal revestida com uma barreira térmica de cerâmica foi puxada de forma controlada. A equipe de pesquisa de Moore está colaborando com a Rolls-Royce, um fabricante líder de motores a jato.

"Se pudermos correlacionar como a distribuição da deformação está relacionada à vida útil do revestimento, então poderíamos determinar quais revestimentos falharão primeiro e não devem ser colocados em uma aeronave e quais durarão muito mais tempo, "disse Moore." Isso aumentaria significativamente o tempo entre os serviços, o que traria uma grande economia. "

A nova técnica também pode ser usada para prever a vida útil dos revestimentos desenvolvidos para serem mais confiáveis ​​ou tolerar temperaturas mais altas, o que permite que os motores funcionem com mais eficiência. Ele também pode ser usado em aplicações automotivas e de energia nuclear, onde as cerâmicas também são usadas como barreiras térmicas.

Vendo através de materiais opacos

Usar iluminação gigahertz (GHz) foi a chave para a nova técnica porque esses comprimentos de onda podem viajar através de alguns materiais opacos, como cerâmicas, permitindo a análise de dentro do material. Comprimentos de onda visíveis, por outro lado, só pode ser usado para análise de superfície de materiais opacos.

Os pesquisadores testaram sua técnica com pedaços de metal borrifados com os mesmos revestimentos cerâmicos usados ​​nas lâminas das turbinas Rolls Royce. Eles colocaram as peças em uma máquina de tração que aplicou tensão puxando lentamente o metal. Os pesquisadores então aplicaram iluminação GHz (280-380 GHz) durante o processo, que viajou através do revestimento de cerâmica e ricocheteou no metal abaixo. A luz refletida foi então medida usando um polariscópio para determinar como o índice de refração da cerâmica mudou com a deformação aplicada. Embora a configuração óptica atual da equipe adquira apenas medições baseadas em pontos, os pesquisadores dizem que a técnica pode ser usada com uma configuração de imagem para analisar uma lâmina inteira.

"Com a iluminação GHz, fomos capazes de ver mudanças no índice de refração com a deformação aplicada, "disse Moore." Isso mostra que nossa abordagem pode ser aplicada para garantia de qualidade no futuro. "

Os pesquisadores recentemente começaram a experimentar o uso de iluminação de alta frequência na faixa de terahertz (THz), o que poderia melhorar a resolução espacial da técnica. Em colaboração com a Cranfield University, REINO UNIDO, eles também estão usando sua técnica para fazer medições de deformação em amostras de metal revestidas com cerâmica que sofrem envelhecimento acelerado. "Estaremos olhando para ver quando os revestimentos falham e, em seguida, correlacionar isso com as medições de GHz e THz que tomamos antes do processo de envelhecimento, "disse Moore." Este é um passo em direção ao uso de nossa técnica para identificar quais revestimentos falham primeiro. "