熱障涂層（TBC）已經(jīng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)上實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用,其中以ZrO₂為主要成分的YSZ涂層應(yīng)用最為廣泛。電子束物理氣相沉積（EB-PVD）技術(shù)是制備TBC的主要方法之一,特別是其柱狀晶結(jié)構(gòu)有效減小了涂層在服役過程中的熱應(yīng)力而使其具有超長(zhǎng)壽命。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究方法存在周期長(zhǎng)、成本高的缺點(diǎn),也無法揭示內(nèi)在物理機(jī)制,因此以動(dòng)力學(xué)模特卡洛（KMC）方法為代表的數(shù)值模擬廣泛應(yīng)用于EB-PVD沉積過程的理論研究工作以用于揭示涂層沉積過程和改進(jìn)生產(chǎn)工藝。然而,缺乏KMC模擬所必需的勢(shì)函數(shù)是進(jìn)行ZrO₂沉積過程模擬的主要障礙之一。本論文首先采用第一性原理方法并結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)方法擬合出ZrO₂勢(shì)函數(shù),進(jìn)而建立了基于KMC的EB-PVD沉積ZrO₂涂層理論模型,然后采用該模型研究了EB-PVD工藝參數(shù)對(duì)所制備涂層組織結(jié)構(gòu)和形貌的影響。本文首先利用第一性原理方法對(duì)ZrO₂超胞進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,同時(shí)利用粗�；椒▽�(duì)超胞模型降維簡(jiǎn)化,建立粗�；痁rO₂模型。為了擬合獲得適用范圍更廣的...

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 熱障涂層基本原理及應(yīng)用效果
    1.3 熱障涂層制備方法
        1.3.1 熱噴涂
        1.3.2 電子束-物理氣相沉積
        1.3.3 等離子-物理氣相沉積
        1.3.4 PS和EB-PVD涂層性能比較
    1.4 ZrO₂及二氧化鋯摻雜二元氧化物熱障涂層的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 ZrO₂熱障涂層的實(shí)驗(yàn)研究
        1.4.2 涂層計(jì)算機(jī)模擬研究
    1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容及思路
第2章 計(jì)算機(jī)模擬涂層生長(zhǎng)理論基礎(chǔ)
    2.1 分子動(dòng)力學(xué)理論
        2.1.1 力場(chǎng)簡(jiǎn)介
        2.1.2 能量最小化
        2.1.3 體系系綜簡(jiǎn)介
        2.1.4 溫度及控溫方法
        2.1.5 勢(shì)函數(shù)截?cái)喟霃?br>    2.2 蒙特卡洛理論
    2.3 粗�；M
    2.4 勢(shì)函數(shù)擬合理論方法
        2.4.1 直接玻爾茲曼反演
        2.4.2 蒙特卡羅反演
        2.4.3 力匹配法
        2.4.4 相對(duì)熵法
        2.4.5 迭代玻爾茲曼反演
    2.5 涂層生長(zhǎng)理論
        2.5.1 薄膜生長(zhǎng)模式
        2.5.2 EB-PVD結(jié)構(gòu)區(qū)域模型
        2.5.3 表面形核與生長(zhǎng)
    2.6 密度泛函理論
        2.6.1 Hohenberg-Kohn定理和Kohn-Sham方程
        2.6.2 交換關(guān)聯(lián)泛函
    2.7 卷積平滑(Savitzky Golay濾波器)
    2.8 本章小結(jié)
第3章 粗�；痁rO₂勢(shì)函數(shù)的擬合
    3.1 ZrO₂分子構(gòu)型建模
    3.2 輸出文件格式轉(zhuǎn)換
    3.3 目標(biāo)徑向分布函數(shù)計(jì)算
    3.4 多態(tài)迭代玻爾茲曼反演計(jì)算勢(shì)函數(shù)
        3.4.1 映射文件編寫
        3.4.2 多態(tài)迭代玻爾茲曼反演
    3.5 本章小結(jié)
第4章 EB-PVD沉積ZrO₂熱障涂層理論模型的建立和應(yīng)用
    4.1 EB-PVD沉積ZrO₂涂層理論模型的建立和實(shí)現(xiàn)算法
        4.1.1 擴(kuò)散能壘的計(jì)算
        4.1.2 沉積過程數(shù)學(xué)模型的建立
        4.1.3 沉積過程的KMC算法
    4.2 工藝參數(shù)對(duì)EB-PVD沉積ZrO₂熱障涂層形貌的影響
        4.2.1 基板溫度
        4.2.2 粒子初始動(dòng)能
        4.2.3 沉積速率
        4.2.4 差異分析
    4.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文及其他成果
致謝



本文編號(hào)：4018442