Lanthanum zirconate with a rare earth element (Cerium oxide (CeO2)) as a promising candidate for thermal barrier coating Rayed

Lanthanum zirconate with a rare earth element (Cerium oxide (CeO2)) as a promising candidate for thermal barrier coating Rayed. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
MS THESIS - Rayed AlDossari -200972930.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 24 May 2022.

Download (7MB)

Arabic Abstract

ARABIC ABSTRACT: ملخص الرسالة الاسم الكامل: رائد الدوسري كمادة واعدة لطلاء الحاجز الحراري )(CeO عنوان الرسالة: اللانثانم الزركون مع عنصر أرضي نادر )أكسيد السيريوم ( 2 الدرجة العلمية: ماجستير في العلوم مجال التخصص: هندسة ميكانيكية تاريخ الدرجة العلمية: 2021 تعتبر التوربينات الغازية من الأنظمة المهمة لتوليد الطاقة في مختلف المجالات. يعد انخفاض كفاءة توربينات الغاز أحد القيود التي تؤثر على الاقتصاد والطلب على الطاقة في جميع أنحاء العالم. يمكن زيادة كفاءة التوربينات الغازية عن طريق زيادة درجة بخصائص جديدة ، فسيكون (TBC) حرارة التشغيل. نظرًا لأن درجة حرارة التشغيل تزيد من الحاجة إلى طلاء الحاجز الحراري من خلال متطلبات مختلفة مثل نقطة الانصهار العالية والموصلية الحرارية TBC الهدف المنشود. يتم التحكم في اختيار مواد Yttria Stabilized المنخفضة والخمول الكيميائي. حتى الآن ، هناك عدد قليل من المواد التي تلبي هذه المتطلبات مثل زركونيا والألومي نا واللانثانوم. معامل التمدد العالي والموصلية الحرارية المنخفضة ومقاومة الصدمات الحرارية العالية هي نقاط (YSZ) ومع ذلك ، فإن استخدام الألومينا TBC. نظرًا لقيودها ، لا يمكن اعتبار الألومينا نفسها مرشحًا مناسبًا ل YSZ. القوة الرئيسية ل YSZ-alumina (Al2O و 3 (LHA) (LaAl11O عن طريق الخلط مع مركبات أخ رى مثل اللانثانم سداسي ألومينات ( 18 يمكن أن يؤدي إلى تحسين الانتشار الحراري والتوصيل الحراري والقدرة الحرارية. نظرًا للاستقرار الحراري العالي -YSZ) الهدف من هذا العمل هو تقييم أداء TBC. والتوصيل الحراري المنخفض لزركونات اللانثانم ، فإنه يعتبر أحد المواد الواعدة ل زركونات اللانثانم النقية و زركونات اللانثانم المُضاف إليها أكسيد السيريوم في البيئات القاسية. في هذا البحث تم دراسة تأثير إضافة أكسيد السيريوم مع زركونات اللانثانم على الخواص الميكانيكية والحرارية ومقاومة الأكسدة. بالإضافة إلى ذلك ، تم رُسبت مخاليط الملح هذه (V2O وأكسيد الفاناديوم .( 5 (Na2SO دراسة تأثير مخاليط الملح المختلفة مثل كبريتات الصوديوم ( 4 على العينات المركبة و عُرضت للحرارة عند 1100 درجة مئوية لمدة 50 ساعة. أظهر إضافة أكسيد السيريوم مع زركونات اللانثانم تحسينات في التوصيل الحراري ومعامل التمدد الحراري ومقاومة الأكسدة.

English Abstract

Abstract: Name: Rayed Al-Dossari Thesis Title: Lanthanum zirconate with a rare earth element (Cerium oxide (CeO2)) as a promising material for thermal barrier coating Degree: Masters of Science Major Field: Mechanical Engineering Date of Degree: 2021 Gas turbine is one of the important systems for power generation in different fields. Lower efficiency of gas turbines is a limitation that effect the economy and power demand around the world. Efficiency of gas turbines can be increased by increasing the operating temperature. As the operating temperature increases the need of thermal barrier coating (TBC) with novel properties becomes a desired aim. The selection of TBC materials is controlled by different requirements such as high melting point, low thermal conductivity and chemical inertness. Up to date, there are few materials satisfy these requirements such as Yttria Stabilized Zirconia (YSZ), Alumina and Lanthanum zirconates. High expansion coefficient, low thermal conductivity and high thermal shock resistance are the main strength points of YSZ. Due to its limitations, alumina itself can’t be considered as a suitable TBC candidate. However, utilizing of alumina by mixing it with other composites such as lanthanum hexa aluminate (LHA) (LaAl11O18) and YSZ-alumina (Al2O3 -YSZ) can result in improvement of thermal diffusivity, thermal conductivity and heat capacity. Due to the high thermal stability and low thermal conductivity of lanthanum zirconate, it is considered as one of the promised materials for TBC. The objective of this work is to evaluate the performance of pure lanthanum zirconate and rare earth cerium oxide - doped lanthanum zirconate in harsh environments. In this work, the XIII impacts of doping cerium oxide with lanthanum zirconate on the mechanical and thermal properties and oxidation resistance have been investigated. In addition, the impact of different salt mixtures such as sodium sulfate (Na2SO4) and vanadium oxide (V2O5) have been investigated. These salt mixtures deposited on the synthesized samples and exposed isothermally at 1100 °C for 50 hours. Doping cerium oxide with lanthanum zirconate showed improvements in thermal conductivity, coefficient of thermal expansion and oxidation resistance.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Mechanical
Department: College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor: Al-Athel, Khaled
Committee Members: Obot, Ime and Albinmousa, Jafar
Depositing User: RAYED AL-DOSSARI (g200972930)
Date Deposited: 30 May 2021 08:02
Last Modified: 30 May 2021 08:02
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141883