Resumen

Una barrera de permeación de deuterio es una pieza esencial en el componente central de los reactores nucleares. Puede proteger la estructura de acero de la penetración del deuterio en un reactor de fusión. Sin embargo, la tensión residual inducida en la operación influiría drásticamente en la resistencia mecánica del revestimiento, amenazando la seguridad de las instalaciones. En este trabajo, se ha realizado un análisis de elementos finitos para investigar la tensión residual en revestimientos a nanoescala de Al2O3 e Y2O3 y sus compuestos bajo choque térmico, de 700°C a 25°C. Se asume que la tensión principal máxima es la causa de la iniciación de grietas en el recubrimiento, ya que las cerámicas son frágiles y quebradizas bajo tensión de tracción. También se analizan la tensión máxima de cizallamiento y la tensión máxima de Mises en los sistemas, y se investiga el efecto del espesor en el rango de 100 nm a 1000 nm. La tensión principal máxima en el recubrimiento de Al2O3 alcanza su valor máximo, 1,33 GPa, cuando el grosor del recubrimiento alcanza los 450 nm. La tensión principal máxima disminuye a un ritmo muy lento a medida que el espesor supera los 450 nm. La tensión principal máxima en el recubrimiento de Y2O3 aumenta rápidamente a medida que aumenta el grosor cuando éste es inferior a 250 nm, y la tensión principal máxima se sitúa en torno a 0,9 GPa cuando el grosor supera los 500 nm. La tensión principal máxima en el recubrimiento compuesto de Y2O3/Al2O3 (150 nm) se produce en la capa de Al2O3 y no muestra diferencias con la capa única de recubrimiento de Al2O3 de 150 nm de grosor. El punto de máxima tensión principal de los tres tipos de recubrimiento se encuentra en el borde del recubrimiento, a 25 nm de la interfaz. El resultado muestra que la tensión térmica residual en el recubrimiento aumenta a medida que aumenta el grosor cuando éste es inferior a 200 nm debido a la singularidad de tensión de la interfaz. Y cuando el grosor supera los 500 nm, el aumento del grosor tiene poco impacto en la tensión térmica residual en el recubrimiento. El recubrimiento de una capa superior de Y2O3 no introducirá más tensión térmica residual en condiciones de choque térmico. El recubrimiento de Y2O3 provoca mucha menos tensión residual bajo choque térmico que el de Al2O3 debido a su módulo de Young mucho más bajo. La tensión principal máxima en el recubrimiento de Y2O3 de 300 nm de grosor es de 0,85 GPa, mientras que la del recubrimiento de Al2O3 es de 1,16 GPa. La tensión residual máxima del recubrimiento compuesto de Y2O3/Al2O3 (150 nm) viene determinada por la capa de Al2O3.

• Materias:Energía solar Termodinámica Energía limpia Biofotónica Efecto fotoeléctrico
• Subjects:Solar energy Thermodynamics Clean energy Biophotonics Photoelectric effect
• Palabras claves:tensión principal máxima, espesor, revestimiento, tensión térmica residual, gpa, al2o3, revestimiento de al2o3, capa de al2o3, revestimiento de y2o3, tensión principal
• Keywords:max principal stress, thickness, coating, residual thermal stress, gpa, al2o3, al2o3 coating, al2o3 layer, y2o3 coating, principal stress