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  本文關(guān)鍵詞：新型Sm_2Zr_2O_7熱障涂層材料與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京理工大學(xué)》 2014年

新型Sm_2Zr_2O_7熱障涂層材料與性能研究

孫現(xiàn)凱  

【摘要】：隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件的隔熱效果和使用溫度要求的提高，傳統(tǒng)的YSZ涂層越來(lái)越難以滿足需求。因此，新型熱障涂層材料成為研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。焦綠石結(jié)構(gòu)的Sm2Zr2O7（SZO）陶瓷材料具有熱導(dǎo)率低、熔點(diǎn)高及相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)成為重要的候選材料之一。但是，研究結(jié)果表明，采用SZO陶瓷材料制備的熱障涂層，其熱沖擊性能較差，該缺點(diǎn)嚴(yán)重制約著SZO熱障涂層的實(shí)際應(yīng)用。本論文主要研究如何提高SZO熱障涂層的熱沖擊性能。 本論文通過(guò)A位和B位同時(shí)摻雜材料改性、涂層結(jié)構(gòu)優(yōu)化及真空預(yù)氧化處理等方面的研究，探討SZO熱障涂層的熱沖擊失效機(jī)理，確定影響SZO熱障涂層抗熱沖擊性能的關(guān)鍵影響因素，得出的主要研究結(jié)果如下： 采用化學(xué)共沉淀合成了SZO和(La0.5Sm0.5)2(Zr1-xCex)2O7（x=0.1，0.2，0.3，0.4，0.5）陶瓷材料。當(dāng)x0.3時(shí)，(La0.5Sm0.5)2(Zr1-xCex)2O7材料的相結(jié)構(gòu)為焦綠石結(jié)構(gòu)；當(dāng)x＞0.3時(shí)，其相結(jié)構(gòu)為螢石結(jié)構(gòu)；(La0.5Sm0.5)2(Zr0.7Ce0.3)2O7（LSZCO）粉末比表面積的影響因素顯著性順序?yàn)椋簆H值＞PAA添加量＞反應(yīng)物濃度＞反應(yīng)溫度，得到的優(yōu)化工藝參數(shù)為pH=11、PAA添加量0.6vol%、反應(yīng)物濃度為0.6mol/L、反應(yīng)溫度50oC，采用該工藝制備的前驅(qū)體粉末粒徑范圍為15～40nm。 分別采用球磨、噴霧干燥和感應(yīng)等離子體球化制備了SZO團(tuán)聚體粉末，噴霧干燥和感應(yīng)等離子體球化制備的SZO團(tuán)聚體粉末具有更加優(yōu)良的等離子噴涂工藝適應(yīng)性。感應(yīng)等離子體團(tuán)聚體粉末球化率的影響因素顯著性順序?yàn)椋簹錃饬髁浚練鍤饬髁浚痉磻?yīng)室壓力＞送粉速率，得到的優(yōu)化工藝參數(shù)為：氬氣流量60slpm、氫氣流量8slpm、反應(yīng)室壓力12psig、送粉速率12g/min。粒徑20~80μm粉末的球化率為94.8%，其流動(dòng)性與未球化前相比，提高了20.4%。 在同等邊界條件下，采用圓管法比較了SZO、LSZCO及YSZ熱障涂層的隔熱效果，其涂層隔熱效果的排序?yàn)椋篖SZCO＞SZO＞YSZ。當(dāng)涂層厚度為0.3mm，冷卻氣體流量為3m3/h，與SZO涂層和YSZ涂層相比，LSZCO涂層的隔熱效果分別提高了10.3%和28.7%，摻雜La3+和Ce4+使SZO材料的熱導(dǎo)率降低了19.1%，對(duì)提高涂層的隔熱性能有利。 采用單面熱沖擊法測(cè)試了涂層在1300oC下的抗熱沖擊性能。單層結(jié)構(gòu)SZO涂層（SCL-SZO）在熱沖擊過(guò)程中，由于不同材料的熱膨脹系數(shù)存在差異，在SZO/BC、SZO/TGO及BC/TGO界面處均產(chǎn)生熱應(yīng)力，在熱應(yīng)力的作用下，橫向擴(kuò)展型裂紋沿SZO/TGO界面處SZO層一側(cè)形成，使SZO層從SZO/TGO界面處脫落，最終導(dǎo)致涂層失效。 與SZO相比，LSZCO和YSZ材料的熱膨脹系數(shù)分別提高了8.3%和14.1~20%。與SCL-SZO涂層相比，采用真空預(yù)氧化處理、摻雜La3+、Ce4+材料改性和SZO/YSZ雙陶瓷層結(jié)構(gòu)（DCL-SZO/YSZ）使涂層的抗熱沖擊壽命分別提高了33.3%、70.7%和340%，表明SZO材料較低的熱膨脹系數(shù)所引起的SZO/BC界面熱應(yīng)力是影響SCL-SZO涂層熱沖擊性能的關(guān)鍵因素。因此，在不降低材料熱導(dǎo)率前提下，繼續(xù)提高材料的熱膨脹系數(shù)，，是進(jìn)一步提高SCL-SZO涂層抗熱沖擊性能的關(guān)鍵。對(duì)于DCL-SZO/YSZ涂層，由于TGO厚度的增加所引起B(yǎng)C/TGO界面熱應(yīng)力是導(dǎo)致涂層失效的關(guān)鍵因素。與SCL-SZO涂層相比，真空預(yù)氧化處理可以使DCL-SZO/YSZ涂層的的壽命至少提高19倍達(dá)到3000次以上，采用該種方法可有效提高涂層的抗熱沖擊性能。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

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3 宋建榮;7YSZ/Al_2O_3/Ni-343多層熱障涂層的同步合成及其性能研究[D];武漢理工大學(xué);2010年

4 劉懷菲;二元稀土氧化物復(fù)合穩(wěn)定氧化鋯熱障涂層材料的制備及性能研究[D];中南大學(xué);2011年

5 陳和興;鎳基合金基體熱障涂層界面擴(kuò)散和反應(yīng)的研究[D];中南大學(xué);2004年

6 毛衛(wèi)國(guó);熱—力聯(lián)合作用下熱障涂層界面破壞分析[D];湘潭大學(xué);2006年

7 牟仁德;熱障涂層隔熱性能研究[D];北京航空材料研究院;2007年

8 劉奇星;熱障涂層渦輪葉片失效的有限元模擬[D];湘潭大學(xué);2012年

9 韓玉君;熱噴涂熱障涂層的界面化合物組成控制及其高溫失效機(jī)理研究[D];天津大學(xué);2013年

10 陳亞軍;熱障涂層熱生長(zhǎng)氧化物形成及生長(zhǎng)過(guò)程的干預(yù)與控制研究[D];天津大學(xué);2010年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉春陽(yáng);粘結(jié)層表面狀態(tài)對(duì)熱障涂層使用壽命影響的研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2009年

2 鄒金龍;熱障涂層界面氧化的熱力學(xué)理論分析[D];湘潭大學(xué);2004年

3 丁艷霞;熱障涂層中界面形貌對(duì)涂層系統(tǒng)中應(yīng)力影響的研究[D];吉林大學(xué);2007年

4 范兵;具有熱障涂層噴管的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的仿真計(jì)算[D];重慶大學(xué);2003年

5 吳多錦;熱障涂層界面破壞實(shí)時(shí)測(cè)試分析及實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的研制[D];湘潭大學(xué);2011年

6 鄺宣科;預(yù)處理改善納米熱障涂層性能研究[D];上海工程技術(shù)大學(xué);2012年

7 吳錦楊;自愈合熱障涂層的制備和研究[D];華中科技大學(xué);2012年

8 鐘志春;熱障涂層表面開(kāi)裂與界面剝離失效的聲發(fā)射定量評(píng)價(jià)[D];湘潭大學(xué);2013年

9 孫穎;渦輪葉片熱障涂層結(jié)構(gòu)狀態(tài)超聲檢測(cè)方法研究[D];南昌航空大學(xué);2013年

10 逄穎;熱障涂層金屬底層晶粒細(xì)化及其對(duì)涂層性能的影響[D];中國(guó)民航大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：新型Sm_2Zr_2O_7熱障涂層材料與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：96747