采用懸浮液等離子噴涂（SPS）分別制備8%氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（8%Y₂O₃-ZrO₂,8YSZ）熱障涂層和以8YSZ為陶瓷層底層,頂層為GZ（Gadolinium Zirconate）的雙陶瓷層熱障結(jié)構(gòu)（YSZ/GZ）。在大氣環(huán)境箱式電阻爐中1150℃下對(duì)兩種熱障涂層進(jìn)行了10 h、50 h和100 h時(shí)長(zhǎng)的等溫氧化處理,通過對(duì)高溫氧化前后質(zhì)量和孔隙率變化分析了兩種涂層的抗氧化性和燒結(jié)現(xiàn)象,采用掃描電子顯微鏡和能譜儀觀察分析了涂層不同等溫氧化時(shí)長(zhǎng)下的微觀組織變化和熱生長(zhǎng)氧化層（TGO）的元素構(gòu)成,通過X射線衍射分析了氧化前的相的組成。結(jié)果表明:雙陶瓷層熱障結(jié)構(gòu)具有更好的抗氧化性和高溫型,主要?dú)w結(jié)于GZ晶體結(jié)構(gòu)中存在穩(wěn)定的弗倫克爾缺陷的氧離子。陶瓷層和粘結(jié)層界面的TGO的產(chǎn)生和長(zhǎng)大仍是其失效的主要原因。TGO主要由Al和Cr的氧化物組成。燒結(jié)現(xiàn)象在等溫氧化10 h處,最為明顯。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)陶瓷. 2016,52(03)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

熱障圖層試樣的結(jié)構(gòu)：（aFig.1Thestructureofthermalbarrier

LabStar）對(duì)試樣進(jìn)行1150℃高溫氧化處理，加熱時(shí)長(zhǎng)分別10h,50h和100h。加熱到規(guī)定的時(shí)間后，實(shí)驗(yàn)試樣將在爐內(nèi)冷卻到室溫。采用重量測(cè)量?jī)x（PCEAB-100）對(duì)高溫氧化前后的TBC試樣進(jìn)行稱重。電子掃描顯微鏡（SEM,HitachimodelTM3000）和能譜儀（EDS,Bruker）被用來(lái)分析TBC試樣的橫截面的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)元素的構(gòu)成。采用XRD（SEIFERT-TT3003）對(duì)試樣的相結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，具體參數(shù)是1.541的CuKα連續(xù)掃描、步長(zhǎng)為0.01℃和10s的間隙時(shí)間。采用水滲入的方法測(cè)量開孔的孔隙率。2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與討論2.1氧化增重量的變化分析圖2的數(shù)據(jù)分別由四種實(shí)驗(yàn)樣品組成：基體材料，基體材料上噴涂粘結(jié)層，完整的YSZ熱障涂層，完整的YSZ/GZ涂層。圖2展示了在沒有熱障涂層的保護(hù)下，單獨(dú)的基質(zhì)材料由于缺乏保護(hù)層很容易被氧化，氧化增重現(xiàn)象比較明顯。而噴涂有粘結(jié)層的基質(zhì)材料相對(duì)于單獨(dú)的基質(zhì)材料有較慢的氧化增重率，因?yàn)檎辰Y(jié)層中的Al和Cr元素與氧元素反應(yīng)生成金屬氧化物，起到一定的保護(hù)作用。YSZ系統(tǒng)有更低的氧化增重相對(duì)于上述兩者，因?yàn)閅SZ陶瓷層有較低的熱導(dǎo)率，起到很好的隔熱效果。YSZ/GZ系統(tǒng)最低，歸結(jié)于GZ的晶體結(jié)構(gòu)中存在穩(wěn)定的弗倫克爾缺陷相對(duì)于YSZ。同時(shí)所有的涂層氧化增重趨勢(shì)都遵循拋物線規(guī)律，在0～10h階段，氧化增重增長(zhǎng)速率較快；在10～100h階段，氧化增重增長(zhǎng)率逐漸趨于緩慢。圖2基質(zhì)、基質(zhì)/粘結(jié)層、YSZ系統(tǒng)、YSZ/GZ系統(tǒng)的等溫氧化增重值Fig.2Weightgainofsubstrate,substratewithonlybondcoat,YSZsystem,YSZ/GZsystemafterisothermaloxidation2.2孔隙率的變化分析圖3展示等溫氧化實(shí)驗(yàn)前后的YSZ和YSZ/GZ圖3等溫氧化時(shí)長(zhǎng)為10h、50h和100h的YSZ,和YSZ/GZ系統(tǒng)的孔隙率值的變化Fig.3ChangeofporosityvalueofYSZandYSZ/GZsystem

起到一定的保護(hù)作用。YSZ系統(tǒng)有更低的氧化增重相對(duì)于上述兩者，因?yàn)閅SZ陶瓷層有較低的熱導(dǎo)率，起到很好的隔熱效果。YSZ/GZ系統(tǒng)最低，歸結(jié)于GZ的晶體結(jié)構(gòu)中存在穩(wěn)定的弗倫克爾缺陷相對(duì)于YSZ。同時(shí)所有的涂層氧化增重趨勢(shì)都遵循拋物線規(guī)律，在0～10h階段，氧化增重增長(zhǎng)速率較快；在10～100h階段，氧化增重增長(zhǎng)率逐漸趨于緩慢。圖2基質(zhì)、基質(zhì)/粘結(jié)層、YSZ系統(tǒng)、YSZ/GZ系統(tǒng)的等溫氧化增重值Fig.2Weightgainofsubstrate,substratewithonlybondcoat,YSZsystem,YSZ/GZsystemafterisothermaloxidation2.2孔隙率的變化分析圖3展示等溫氧化實(shí)驗(yàn)前后的YSZ和YSZ/GZ圖3等溫氧化時(shí)長(zhǎng)為10h、50h和100h的YSZ,和YSZ/GZ系統(tǒng)的孔隙率值的變化Fig.3ChangeofporosityvalueofYSZandYSZ/GZsystemsafterisothermaloxidationtestfor10h,50hand100h.涂層孔隙率的變化情況。YSZ的初始孔隙率為13.5%，YSZ/GZ的初始孔隙率為17.2%。經(jīng)過10h等溫氧化后，兩者的孔隙率降低，因?yàn)闊Y(jié)現(xiàn)象引起晶粒的致密化導(dǎo)致涂層中開孔的閉合。YSZ的孔隙率下降為9.5%，YSZ/GZ的孔隙率下降為13.5%。隨著等溫氧化時(shí)間的增加，燒結(jié)現(xiàn)象將導(dǎo)致孔隙率將進(jìn)一步降低。但是0～10h的過程中，燒結(jié)影響十分顯著，而50～100h的等溫氧化過程中，孔隙率的減少的趨勢(shì)逐漸趨于平穩(wěn)。燒結(jié)現(xiàn)象能夠引起涂層應(yīng)變公差的損失，導(dǎo)致涂層的失效發(fā)生。2.3微觀結(jié)構(gòu)分析圖4展示了未經(jīng)高溫氧化涂層的電子掃描顯微鏡（SEM）橫截面微觀圖。從圖4中，柱狀結(jié)構(gòu)及其孔隙和縱向裂紋能被觀察到。這些縱向裂紋可以有效地緩解由于基質(zhì)材料和陶瓷材料之間的熱膨脹的差異，有效地提升涂層的應(yīng)變公差。從圖4a中，可以得出YSZ層的平均厚度為300±10μm，平均縱向裂紋度為16個(gè)/mm,平均的柱狀寬度為53.62μm。從圖4b?

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]熱障涂層界面氧化的熱力學(xué)理論分析[D]. 鄒金龍.湘潭大學(xué) 2004



本文編號(hào)：3240748