Anwendungen von Modellierung und Simulationzur Vorhersage der Spritzpartikel-Morphologie unterAPS-Prozessbedingungen

In der vorliegenden Arbeit wird die numerische Untersuchung des Aufpralls von einzelnen geschmolzenen, teilweise Yttrium-stabilisierten Zirkonium (PYSZ, partially yttria-stabilized zirconia) -Partikeltröpfchen auf flache Substratoberflächen mit unterschiedlichen Temperaturen bei Plasmaspritzbedingungen beschrieben. Das Hauptaugenmerk dieser Studie richtete sich darauf, ein besseres Verständnis der komplizierten physikalischen Vorgänge wie Partikelaufprall, Abkühlung und Erstarrung auf dem Substrat zu bieten. Die Ergebnisse der numerischen Simulationen zeigen, wie die Substrateigenschaften, insbesondere die Temperatur, das Erstarrungs- und Ausbreitungsverhalten der Partikel sowie die sich ergebende Morphologie des vollständig erstarrten Partikels beeinflussen. Die Simulationen wurden mit Hilfe eines Fluiddynamik Berechnungsprogramms vorgenommen; zur Berechnung der freien Oberflächen diente das Volume-of-Fluid-Verfahren (VoF). Im Rahmen dieser Studie wurden Partikeltröpfchen mit einem Durchmesser von 30 µm mit einer Geschwindigkeit von 180 m/s bei unterschiedlichen Temperaturen zum Aufprall auf die Substratoberfläche gebracht. Die unterschiedlichen Morphologien, Ausbreitungsfaktoren und Verspritzungseigenschaften der Spritzpartikel beim Aufprall wurden verglichen und diskutiert.