ZESPÓŁ AUTORSKI

Sieć Badawcza Łukasiewicz - Krakowski Instytut Technologiczny

dr inż. Annamaria Naughton – Duszova

dr inż. Aleksandra Dubiel

dr inż. Jolanta Laszkiewicz-Łukasik

mgr inż. Marcin Podsiadło

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Kompozyt ceramiczny o właściwościach luminescencyjnych umożliwia monitorowanie temperatury i lokalizację miejsc przegrzania w warunkach bardzo wysokich temperatur. Może być stosowany na krawędzie natarcia w samolotach, dysze silników rakietowych, komponenty ochrony termicznej i kolektory słoneczne.

ISTOTA WYNALAZKU

Przedmiotem wynalazku jest kompozyt ZrB2-Al2O3 charakteryzujący się właściwościami luminescencyjnymi oraz metoda jego wytwarzania. Wysokotopliwa ceramika o osnowie borków metali przejściowych (m.in. ZrB2, HfB2) należy do grupy materiałów UHTC (ang. Ultra High Temperature Ceramics). Materiały te charakteryzują się temperaturą topnienia powyżej 2000°C, a nawet 3000°C. Łączą w sobie cechy typowe dla ceramiki i metali tj. wysoką twardość przy zachowaniu przewodnictwa elektrycznego. Dzięki swoim ultra-ogniotrwałym właściwościom ceramika UHTC jest dobrym kandydatem do zastosowań w środowisku agresywnym m.in. na elementy ochrony termicznej, krawędzie natarcia w samolotach, dysze silników rakietowych, a także narzędzia skrawające, czy nowej generacji kolektory słoneczne. Po wprowadzeniu do ultra wysokotopliwej ceramiki odpowiednich dodatków możliwe jest otrzymanie materiałów wykazujących właściwości luminescencyjne, przy zachowaniu stabilności termicznej i bardzo dobrych właściwości mechanicznych, a fazy wchodzące w ich skład wykazują także wysoką odporność chemiczną.
Fazę luminescencyjną stanowi drobnoziarnisty tlenek glinu Al2O3 implementowany jonami Cr3+ oraz Nd3+. Materiały otrzymywane są z proszków na drodze spiekania wspomaganego ciśnieniowo, techniką SPS. Udział tlenku glinu wynosi od 8% do 32% wag. Materiał ten jest odporny termicznie, ponadto charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi. Implementacja niezwykle czułych termometrów luminescencyjnych w materiałach ceramicznych stwarza możliwość analizy w czasie rzeczywistym rozkładu ciepła w tych materiałach Wynalazek stanowi zatem nowej generacji materiał do pracy w wysokich temperaturach, a dzięki właściwościom luminescencyjnym pozwalający m.in. na monitorowanie temperatury elementu w trakcie pracy i identyfikację miejsc przegrzania.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Wyniki badań laboratoryjnych wskazują na olbrzymi potencjał otrzymanego kompozytu w wielu gałęziach gospodarki, począwszy od przemysłu maszynowego i narzędziowego, aż po przemysł energetyczny, lotniczy i kosmiczny. Materiał może być wykorzystywany we wszystkich elementach funkcjonalnych, pracujących w warunkach ekstremalnego obciążenia termicznego, pozwalając na monitorowanie temperatury elementu, a co za tym idzie gwarantując bezpieczeństwo procesu, w którym jest wykorzystywany.