客户面临的挑战
喷气发动机涡轮必须能够在极端温度环境下，在多年的使用和数百万英里的飞行中完美运行。热障涂层技术是使这一切成为可能的技术之一。陶瓷薄层材料传热率极低，使涡轮叶片能够承受非常高的温度，帮助喷气发动机更高效地运转。
位于奥兰多的佛罗里达中央大学目前正在进行热障涂层的前沿研究。该校是佛罗里达先进飞机推进技术中心 (FCAAP) 的合作大学，FCAAP 是一家由国家资助的研究机构，为航空航天业开发高技能劳动力和设计新技术。在 UCF，力学、材料和航空航天工程系的研究人员正在研究热障涂层氧化物应变的演变过程，获得有助于提高涡轮机性能的科学观念。
Seetha Raghavan 博士带领学生团队致力于分析在特定热负荷和力学负载下热障涂层氧化层的表现。该团队使用光谱学和高能 x 射线来获取在热负荷和力学负载下样件的原位测量值。通过这个方法，Raghavan 博士团队能够准确观察高强度陶瓷的实时断裂情况。
在此之前，对光谱信号应变的观察仅限于基于微探针的测试装置。而这种方法， 因其固有的空间限制，对设备集成条件提出了苛刻要求。到目前为止，开发适用微探针空间的专用加载设备的尝试，已对系统的最大负载范围、控制能力和精度造成了影响。
为解决这一问题，Raghavan 博士决定采用英国雷尼绍公司生产的具有纤维光学探针的拉曼光谱仪，将其安装至 MTS 系统，实现了精确的拉曼/光学光致发光数据采集，并可通过非接触远程激光进行原位加载。但这种方法也产生了一些其他问题。光谱仪和加载系统的数据需要相互响应，两种数据流都需要在压缩或拉伸时实时进行应力映射。
另外一个问题来自热障涂层本身氧化物内的高压缩应变特性。压缩试验中，校正具有应变的光谱峰值时，需要在相对较小的多晶氧化铝样件横截面上施加较大负载。由于这些试样的抗压强度比抗拉强度高出一个数量级以上，因此要获得高质量的数据，避免过早断裂，需要高度均匀和精确地施加压缩负载。
Raghavan 博士指出，“在其他仪器的复杂设置中，我们需要有精确、高度可靠的负载和出色的控制能力。”
MTS 解决方案
为满足这些要求，Raghavan 博士选择了 MTS Insight 50 系统，该系统采用了双柱 50 kN 的桌面型设计。该系统可在连续负载时提供高分辨率控制，也可在生成自动应力映射时保持恒定负载，这两者对于使用光谱法确定热障涂层内氧化物的应变表现至关重要。
“我们选择 MTS Insight 50 系统的原因是该系统使我们能够用原位光谱技术对高强度陶瓷进行应力测试，” Raghavan 博士说，“而且，能够与熟知如何整合这些复杂设置的 MTS 技术人员共事，我们也受益匪浅。”
机电设备 MTS Insight 负载框架由一流的 TestWorks® 软件驱动，这对于满足 UCF 团队的需求至关重要。该软件必须与专有的光谱仪软件无缝对接，并确保光谱信号在施加负载的同时被准确记载，以便光谱负载图准确无误。
“MTS 技术人员在保证 TestWorks 软件匹配数据收集时间，并修改软件以保持应变方面提供了许多帮助，” Raghavan 说道，“他们真的希望这种新型仪器组合可以按照我们的具体规格运行。”
即使实验室中的仪器和方法复杂多样，但直观且易于使用的控制装置也很重要。
“我们系负责设计的高年级学生承担了新仪器硬件和软件集成模块的开发。在高年级设计组集成仪器的过程中，完整的 MTS 解决方案提供了很多帮助，因为这样不需要花费太多时间来了解 TestWorks 软件，” Raghavan 博士表示，“它很灵活，界面对于学生来说简单易操作。在我们的实验课上也很有用。”
客户获得的优势
Raghavan 博士认为，该系正在进行的热障涂层的研究将为整个航空航天业带来更高效的结构化和材料表征工具。
“这很令人振奋，是很有前途的技术,” 她说，“这些测试功能为我们提供了非常复杂的无创测量方法，将帮助我们在原位力学表征方面取得显著进展。这种方法反映出该领域实时评估高强度陶瓷以及碳添加剂复合材料的巨大潜力。它将为航空航天业和更广泛的材料科学领域带来具有高度影响力的成果。”
关键是通过高度精确和均匀施加的负载校准光谱峰值，所有这些目标都可以通过 TestWorks 软件和 MTS Insight 50 系统轻松实现。
Raghavan 博士表示，“对我们实验室来说，进行可靠、高度精确的加载并持续提供高质量高分辨率的负载测量至关重要。这也是我们选择与 MTS 合作的原因。”
除了精确的硬件，MTS 技术人员具有前瞻性的方法也帮助实验室快速、轻松地创建出有效的测试解决方案。
“MTS 技术人员热心对待我们的项目，” Raghavan 还说，“他们非常积极地帮助我们了解使用这一非常独特的测试应用程序我们需要具备哪些条件。在购买任何 MTS 产品之前，我们都会广泛讨论集成问题，MTS 甚至直接与光谱学系统制造商讨论了软件兼容性问题。他们全心投入帮助我们达成目标。我们同心协力，成功推进了无创材料表征的技术边界。”
