Des chercheurs ont démontré, pour la première fois, qu'une méthode d'analyse optique peut révéler des zones faibles dans les revêtements de barrière thermique en céramique qui protègent les turbines des moteurs à réaction des températures élevées et de l'usure. La technique pourrait être utilisée pour prédire combien de temps les revêtements dureraient dans un avion et pourrait éventuellement conduire à de nouveaux revêtements de barrière thermique, rendre les moteurs plus efficaces et réduire à la fois le coût et la pollution du transport aérien.

La durée de vie d'un revêtement de barrière thermique utilisé sur les aubes de turbine d'avion peut aller d'aussi peu que 1, 000 heures jusqu'à 10, 000 heures à pleine poussée turbine, même lorsque le revêtement est appliqué exactement de la même manière. Parce que la durée de vie est imprévisible et que les pannes en vol pourraient être catastrophiques, les aubes de turbine doivent être remplacées en fonction de la durée de vie estimée la plus courte.

"Notre technique de mesure de déformation peut analyser les revêtements immédiatement après la fabrication et identifier les aubes de turbine qui dureraient le plus longtemps dans l'avion, " a déclaré le chef de l'équipe de recherche, Andrew J. Moore, de l'Université Heriot-Watt, ROYAUME-UNI. "Finalement, nous voulons développer un dispositif d'imagerie qui montrerait la répartition des contraintes dans le revêtement d'une aube de turbine entière, informations qui seraient utilisées pour décider si cette aube de turbine entrerait en service.

Dans le journal de la Société d'optique Optique Express , les chercheurs ont démontré que les changements de l'indice de réfraction, une mesure de la vitesse à laquelle la lumière traverse un matériau, peut être observé lorsqu'un morceau de métal recouvert d'un revêtement de barrière thermique en céramique est tiré de manière contrôlée. L'équipe de recherche de Moore collabore avec Rolls-Royce, un des principaux fabricants de moteurs à réaction.

« Si nous pouvons établir une corrélation entre la répartition des contraintes et la durée de vie du revêtement, alors nous pourrions déterminer quels revêtements échoueront en premier et ne devraient pas être mis dans un avion et lesquels dureront beaucoup plus longtemps, " a déclaré Moore. " Cela augmenterait considérablement le temps entre les services, ce qui apporterait d'énormes économies."

La nouvelle technique pourrait également être utilisée pour prédire la durée de vie des revêtements développés pour être plus fiables ou tolérer des températures plus élevées, ce qui permet aux moteurs de fonctionner plus efficacement. Il pourrait également être utilisé dans les applications automobiles et nucléaires où les céramiques sont également utilisées comme barrières thermiques.

Voir à travers les matériaux opaques

L'utilisation d'un éclairage gigahertz (GHz) était la clé de la nouvelle technique car ces longueurs d'onde peuvent traverser certains matériaux opaques, comme la céramique, permettant l'analyse de l'intérieur du matériau. Longueurs d'onde visibles, d'autre part, ne peut être utilisé que pour l'analyse de surface de matériaux opaques.

Les chercheurs ont testé leur technique avec des morceaux de métal pulvérisés avec les mêmes revêtements céramiques que ceux utilisés sur les aubes de turbine de Rolls Royce. Ils ont mis les pièces dans une machine de traction qui appliquait une contrainte en tirant lentement le métal. Les chercheurs ont ensuite appliqué un éclairage GHz (280-380 GHz) au cours du processus, qui a voyagé à travers le revêtement en céramique et a rebondi sur le métal en dessous. La lumière réfléchie a ensuite été mesurée à l'aide d'un polariscope pour déterminer comment l'indice de réfraction de la céramique a changé avec la contrainte appliquée. Bien que la configuration optique actuelle de l'équipe n'acquière que des mesures ponctuelles, les chercheurs disent que la technique pourrait être utilisée avec une configuration d'imagerie pour analyser une lame entière.

"Avec l'éclairage GHz, nous avons pu voir des changements dans l'indice de réfraction avec la contrainte appliquée, " a déclaré Moore. " Cela montre que notre approche pourrait être appliquée pour l'assurance qualité à l'avenir. "

Les chercheurs ont récemment commencé à expérimenter l'utilisation d'un éclairage à plus haute fréquence dans la gamme térahertz (THz), ce qui pourrait améliorer la résolution spatiale de la technique. En collaboration avec l'Université de Cranfield, ROYAUME-UNI, ils utilisent également leur technique pour effectuer des mesures de déformation d'échantillons métalliques revêtus de céramique qui subissent un vieillissement accéléré. "Nous chercherons à voir quand les revêtements échouent, puis à corréler cela avec les mesures GHz et THz que nous avons prises avant le processus de vieillissement, " a déclaré Moore. " C'est une étape vers l'utilisation de notre technique pour identifier les revêtements qui échouent en premier. "