【摘要】：熱障涂層(Thermal barrier coating,TBC)技術(shù),能夠有效降低高溫部件的表面溫度,保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件,是當(dāng)今燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。目前廣泛應(yīng)用的熱障涂層材料是氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(Yttria stabilized zirconia,YSZ)材料,其擁有熱導(dǎo)率低、熱膨脹系數(shù)高、抗熱沖擊性能好等優(yōu)點(diǎn),但YSZ在1473K以上發(fā)生燒結(jié)使涂層失效,因此,尋找高性能熱障涂層材料成為研究熱點(diǎn)。鋯酸鑭材料由于熱穩(wěn)定性良好、熱導(dǎo)率低、抗燒結(jié)和氧隔絕性等諸多優(yōu)點(diǎn),在熱障涂層領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,但其存在的熱膨脹系數(shù)低和韌性差等缺點(diǎn),阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。YSZ包覆La_2Zr_2O_7復(fù)合陶瓷結(jié)構(gòu)材料將會(huì)對(duì)兩種材料揚(yáng)長(zhǎng)避短,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)La_2Zr_2O_7材料的改性。本文利用液相沉淀法,成功合成YSZ包覆La_2Zr_2O_7粉末,并對(duì)粉末與燒結(jié)成型后的復(fù)合陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)與相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析表征,證明了粉末的微觀結(jié)構(gòu)為YSZ表面包覆的核-殼結(jié)構(gòu),殼層部分為YSZ晶粒,核心部分為L(zhǎng)a_2Zr_2O_7晶粒,且燒結(jié)后也能保持這種核-殼結(jié)構(gòu)。相分析證明了粉末的La_2Zr_2O_7相與YSZ相的存在,不存在雜相,且粉末在1500℃高溫?zé)Y(jié)后并未發(fā)生相變。對(duì)燒結(jié)成型后的YSZ包覆La_2Zr_2O_7復(fù)合陶瓷的熱穩(wěn)定性、熱導(dǎo)率與熱膨脹系數(shù)等熱物理性能進(jìn)行了測(cè)試。發(fā)現(xiàn)YSZ包覆La2Zr207材料在1000℃以下具有良好的熱穩(wěn)定性。熱導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果表明YSZ的包覆,提高了 La_2Zr_2O_7材料的熱導(dǎo)率,盡管使其熱導(dǎo)率整體隨著溫度升高而增大,但在室溫至1000℃范圍內(nèi)熱導(dǎo)率僅略高于純La2Zr2I7材料,仍遠(yuǎn)低于YSZ材料,室溫至1000℃的熱導(dǎo)率在2.0 W/m·K以下,擁有良好的隔熱性能。熱膨脹系數(shù)結(jié)果表明,YSZ的包覆,提高了 La_2Zr_2O_7材料的熱膨脹系數(shù),在室溫至400℃熱膨脹系數(shù)為10.24μm/(m·℃),接近 YSZ,遠(yuǎn)高于純 La_2Zr_2O_7。通過(guò)納米壓痕實(shí)驗(yàn)與微裂紋觀察,對(duì)YSZ包覆La_2Zr_2O_7復(fù)合陶瓷的機(jī)械性能進(jìn)行了表征。納米壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,復(fù)合陶瓷的硬度為8.33GPa,與純La2Zr207相比變化不大,但彈性模量顯著降低到131.53GPa,說(shuō)明YSZ的包覆,整體上增加了 La_2Zr_2O_7的韌性。微裂紋形貌觀察發(fā)現(xiàn)YSZ的包覆,使得相同載荷下試樣中產(chǎn)生的微裂紋的寬度與長(zhǎng)度都相應(yīng)減小,裂紋走向也更加曲折,裂紋分裂、偏轉(zhuǎn)和搭橋現(xiàn)象更加頻繁,使得微裂紋難以擴(kuò)展,增加了材料的韌性。
【圖文】：

熱障涂層的概念于２０世紀(jì)４０年代末５０年代初被提出［８］，是指應(yīng)用于燃?xì)忮义陷啓C(jī)內(nèi)部高溫部件表面的一種無(wú)機(jī)涂層，主要起到隔絕高溫火焰，降低部件溫度，逡逑延長(zhǎng)部件使用壽命的作用，其原理如圖１－１所示，為了緩解陶瓷層與高溫合金基逡逑體之間的熱膨脹系數(shù)差異，從而提高兩者的結(jié)合強(qiáng)度，并提高基體的抗氧化能力，，逡逑往往在兩者之間制備一個(gè)粘結(jié)層（ｂｏｎｄ邋ｃｏａｔｉｎｇ，邋ＢＣ）。因此，一般所說(shuō)的熱障涂層逡逑體系包括粘結(jié)層和陶瓷層。逡逑冷＿逡逑涂《ｒｒａｃｓ邐離溫合！轱浻層陶資濕邐氣壀逡逑＇ｔ－：，、＇Ｉ逡逑圖１－１發(fā)動(dòng)機(jī)葉片上的ＴＢＣ及其原理［９］逡逑最早將熱障涂層投入實(shí)際應(yīng)用的是美國(guó)ＮＡＳＡ。其生產(chǎn)的Ｘ－１５型火箭飛機(jī)逡逑的尾噴管上第一次使用了邋ＴＢＣ涂層，而后，其又在Ｊ－７５型飛機(jī)的葉片上使用逡逑Ｚｒ０２－１２Ｙ２０３／ＮｉＣｒＡｌＹ材料的ＴＢＣ涂層，這標(biāo)志這現(xiàn)代ＴＢＣ技術(shù)的開(kāi)始［１（＼ＴＢＣ逡逑—直是燃?xì)廨啓C(jī)的核心技術(shù)之一，進(jìn)入二十一世紀(jì)后，ＴＢＣ技術(shù)逐漸成熟并從逡逑秘密研究開(kāi)始逐漸公開(kāi)。目前限制ＴＢＣ廣泛應(yīng)用的主要因素是其使用壽命，ＴＢＣ逡逑在服役過(guò)程中

出的涂層性能還有待加強(qiáng)。逡逑１．３．１等

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