新型锆酸盐基热障涂层材料的研究进展

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1、第22卷第6期中国表面工程Vol.22No.6第20091期年12月CHINASURFACEENGINEERINGDecember2009陈爽等：铝阳极氧化膜的硫酸钇脉冲封闭49doi:10.3969/j.issn.1007−9289.2009.06.002新型锆酸盐基热障涂层材料的研究进展王铀，王亮（哈尔滨工业大学材料科学系，哈尔滨150001）摘要：简要回顾了传统7±1%Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)热障涂层的研究现状，指出YSZ涂层在高温热循环下存在着相变，抗烧结能力差等缺点。鉴于新型稀土锆酸盐系

2、列由于具有热导率低、抗烧结能力强等优点而被认为有望作为新一代热障涂层候选材料，重点概述了目前国内外在这种热障涂层材料的陶瓷块体制备及涂层材料方面的研究现状，并进一步探讨了未来新型稀土锆酸盐基热障涂层的发展方向。关键词：热障涂层；稀土；锆酸盐中图分类号：TG174.4文献标识码：A文章编号：1007–9289(2009)06–0008–11ResearchProgressofNewTypesofZirconate–basedThermalBarrierCoatingsWANGYou,WANGLiang(De

3、partmentofMaterialScience,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)Abstract:Thecurrentinvestigationstatusofyttriastabilizedzirconia(YSZ)thermalbarriercoatings(TBCs)wasbrieflysummarized.ItisindicatedthatthetraditionalYSZcoatinghasthedisadvantageofphasetran

4、sformationduringthermalcyclicandlowabilityofsinteringresistanceathightemperature.Becausenewtypeofrare–earthzirconate-basedserieswithlowthermalconductivityandhighabilityofsinteringresistancewillbeexpectedasanewgenerationmaterialsforthermalbarriercoatings,t

5、hecurrentresearchstatusofceramicbulkmaterialsandcoatingmaterialsofrare–earthzirconate–basedTBCswerereviewed.Andthedevelopmentdirectionofthisnewtypeofrareearthzirconate–basedTBCsforthefutureapplicationwasfurtherdiscussed.Keywords:thermalbarriercoating;rare

6、earth;zirconate0引言对发动机，涡轮机性能要求的提高，这种体系的热障涂层已经不能适应更高温度下工作，特别是在随着航空航天技术的发展，涡轮机进出口温度1125℃以上，这种传统的热障涂层会发生烧结现越来越高，燃烧室的推重比也要求越来越大。涡轮象，导致热导率升高，还会产生局域氧化现象，导机的叶片材料采用的是高温合金，然而高温合金使致在打底层与陶瓷层之间热生长氧化层（TGO）的用的温度比较有限，传统的镍基高温合金也只能承[1]受到1100℃左右的高温。为此，人们开发了热障热障涂层涂层材料，图1为耐高

7、温材料的发展历史过程，可/℃以看出热障涂层的使用温度高于任何一种高温合单晶合金金材料。直接凝固合金传统铸造合金7±1%Y2O3稳定的ZrO2（即YSZ）材料由于具工作温度锻造合金有热膨胀系数高，与高温合金基体的热膨胀系数相接近，热导率低，耐高温腐蚀性能强等优点被用做年份/年热障涂层材料已经应用几十年了。然而随着人们对[2]收稿日期：2009–09–17；修回日期：2009–11–05图1耐高温材料的发展历史作者简介：王铀(1954—)，男(汉)，黑龙江五常县人，教授，博导。Fig.1Development

8、historyofhightemperaturematerials[2]第6期王铀等：新型锆酸盐基热障涂层材料的研究进展9[3-4]产生，TGO的存在会带来热生长应力和界面结构、残余应力，结合强度，抗热震性能，抗高温氧合的减弱，并会在界面处萌生裂纹，在高温气流热化，隔热等性能方面的研究已经有很多相关报道。冲击作用下裂纹会沿着界面扩展，从而导致涂层过②热障涂层结合强度的研究。结合强度是陶瓷涂层早地失效。近几十年来，人们一直在努力