热障涂层陶瓷材料的研究现状与展望

《热障涂层陶瓷材料的研究现状与展望》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、38发展纵论热障涂层陶瓷材料的研究现状与展望李志明，钱士强，王伟(上海工程技术大学材料工程学院，上海201620)［摘要］目前主要研究的热障涂层陶瓷材料分为氧化物稳定的ZrO2、钙钛矿结构ABO3陶瓷、焦绿石或萤石结构A2B2O7陶瓷、磁铁铅矿结构MMeAl11O19陶瓷及其他先进陶瓷材料5大类。概述了各类材料的研究进展，对热障涂层陶瓷材料今后的发展方向进行了探讨，认为氧化物稳定的ZrO2在热障涂层中的应用地位必将被使用温度更高的新型陶瓷材料所替代。［关键词］热障涂层;稳定ZrO2;A2B2O7陶瓷;MMeAl11O19陶瓷;抗高温;隔热［中图分类号］TG174．45

2、［文献标识码］A［文章编号］1001－1560(2011)01－0038－040前言15类热障陶瓷涂料研究近况目前，高温合金材料已无法满足现代涡轮发动机1．1氧化物稳定的ZrO2［1］对高进口温度的要求，金属部件(如燃烧室内壁、涡氧化物稳定的ZrO2具有较低的热导率、较高的热轮叶片等)上需制备热障涂层，以承受更高的温度，同［4］膨胀系数和良好的高温性能，很长一段时期内充当［2］时提高发动机的使用寿命和效率。着主要的热障涂层陶瓷材料。用于稳定ZrO2的氧化物热障涂层具有隔热、抗高温氧化和耐腐蚀等作用，［5］种类繁多，二价稳定剂有CaO和MgO等，三价稳定剂其典型结构为双

3、层系统，由表层的陶瓷热障层和中间［6］［7］［8］［9］有Y2O3，Sm2O3，Nd2O3，Er2O3等，四价稳定剂的金属粘结层构成。在热障涂层中实际起隔热作用的［10］［11］有CeO2，HfO2等。其中，Y2O3是ZrO2最常用的稳是陶瓷热障层，它能有效减少向金属基体的热传导，保定剂，完全致密质量分数为7%的Y2O3-ZrO2陶瓷的热护关键零部件。合适的热障涂层陶瓷材料应满足高熔导率室温时为3．0W/(m·℃)，在700℃时为2．3点、低热导率、热膨胀系数与金属基体较匹配、低烧结［6］W/(m·℃)。为了降低热导率，YSZ曾被掺杂多种速率、良好的高温化学稳定性、与

4、金属层结合力高、在［12］［13，14］［14］添加剂，如CeO2，La2O3，HfO2等。在电子束［3］室温与工作温度之间无相变等要求。物理气相沉积法(EB-PVD)制备的YSZ涂层中掺杂氧化物稳定的ZrO2是目前应用最为广泛的热障涂La2O3和HfO2，所得复合材料的热导率约为0．5层陶瓷材料，钙钛矿结构的ABO3陶瓷和焦绿石或萤石W/(m·℃)，比普通YSZ热障涂层陶瓷材料低得多，在结构的A2B2O7陶瓷也不断受到关注;此外，新型磁铁铅1400℃煅烧后仍能得到柱状晶，有利于限制热传导;在矿结构的MMeAl11O19陶瓷及其他先进陶瓷材料也开始1200℃时形成的L

5、aZrO纳米颗粒分散于涂层中，通过227得到重视。如下综述了目前国内外热障涂层陶瓷材料［14］抑制孔收缩，使涂层具有超高烧结阻力。通常，各氧的研究现状，介绍了最新的先进热障涂层陶瓷材料并化物的掺杂对ZrO2的影响主要是阻止其固有相变，并通探讨了其今后的发展趋势。过点缺陷加剧声子散射从而降低材料热导率。氧化物稳定的ZrO2可以满足1200℃以下热障涂层对热物理性能和相稳定性能的要求。在更高温度［收稿日期］2010－07－15［基金项目］上海市科委纳米专项基金项目(0852nm01400);时，由于相变加剧等原因会使涂层失效，随着现代涡轮上海市重点学科建设项目(J5140

6、2)资助发动机向高进口温度方向发展，燃烧室中的燃气温度［通信作者］钱士强，教授，电话:021－67791203，E-mail:已接近1700℃甚至更高。因此，涡轮叶片的合金材料qsqli@online．sh．cn需采用使用温度更高的热障涂层以承受1600℃以上39［15］的温度。为此，需寻求新的陶瓷材料应用于热障涂径的其他离子替代。La2Zr2O7作为热障涂层陶瓷材料［30］层，氧化物稳定的ZrO2热障陶瓷材料面临严峻的挑战。应用的主要不足之处是其热膨胀系数较低，制备成1．2钙钛矿结构ABO3陶瓷涂层时在高温热循环下易剥落。由于CeO2具有较大的－5－14+4+［16

7、］热膨胀系数(1．3×10℃)，并且Ce和Zr具有相钙钛矿结构的ABO3陶瓷中，早期有SrZrO3，4+4+［17］［18］近的离子半径，即Ce可以部分取代Zr，因而CeO2掺BaZrO3，MgZrO3等应用于热障涂层。尽管SrZrO3［16］杂La2Zr2O7可以改善其热膨胀系数。采用化学沉淀法制的熔点高达2690℃，但其在高温下相稳定性较差，备了CeO2掺杂的La2Zr2O7热障涂层陶瓷材料，结果CeO2不适宜单独用作高温下的热障涂层材料。BaZrO3的熔掺杂提高了La2Zr2O7的热膨胀系数(高于8YSZ)，但对其点为2000℃，其膨胀系数相比