颗粒弥散复合材料等效导热系数的估算

等效热导率是热障功能梯度材料的重要热物理性能,本文采用小最小热阻力法则和比等效导热系数相等法则,推导出了热障型陶瓷／金属复赤道儿热导系数的普通式。并研究了Ni-ZrO2系复合材料的等效热导率随成分变化的规律,将理论值和实测值进行了比较。结果表明该理论对热障功能梯度材料的设计具有指导意义。     

高炉风口上超音速火焰喷涂金属-陶瓷梯度层的可行性

在高炉风口表面制备一层适宜的金属-陶瓷梯度热障涂层,是提高风口寿命的一种有效的方法.本文旨在验证在风口上制备金属-陶瓷梯度保护层,提高高炉风口寿命的可行性.通过大型的有限元仿真软件AN-SYS,模拟分析了在紫铜表面喷涂陶瓷热障层的隔热效果,并且探讨了HVOF涂层的性能.结果发现,仅仅0.4 mm厚的ZrO2涂层就可以使铜基体温降200℃左右,而且超音速火焰喷涂打底的金属-陶瓷涂层的抗氧化性、热震性优于其他喷涂方法,这表示能够从材料和工艺两方面解决风口喷涂陶瓷层易脱落的问题.证明了在风口上喷涂金属-陶瓷梯度热障涂层的可行性以及利用HVOF打底层制备金属-陶瓷热障层的优势.     

陶瓷／金属高温热障涂层研究进展

在高温恶劣环境下，热障涂层能够长期可靠工作是发展高效燃汽轮机的关键。热障涂层由金属底层和具有较低热导率的陶瓷表面层组成，其失效一般是因金属－陶瓷界面的不稳定而引起，可以通过降低氧的扩散和热应力改善涂层的性能；最后阐述了陶瓷／金属热障涂层的研究前景。     

陶瓷／金属梯度热障涂层的制备及性能评价

为了评价陶瓷／金属梯度热障涂层的性能，设计了4种涂层方案和2种基体材料（1Cr18Ni9Ti和2Cr13）．利用单枪单送粉器成功地制备了线性梯度涂层．通过观察涂层的微观结构、测量涂层的抗热震性能和热残余应力来评价涂层的性能．利用扫描电镜对各种陶瓷涂层的微观结构进行了观察和分析，利用X射线能谱分析得到了陶瓷梯度涂层试样中的不同区域的衍射图．热震试验表明，梯度涂层比非梯度涂层具有更好的抗热震性能．采用钻孔法对不同涂层方案进行了残余应力的测量，结果表明，压应力出现在1Cr18Ni9Ti基体材料上，而拉应力出现在2Cr13基体材料上．     

金属/陶瓷梯度热障涂层

综述了金属/陶瓷梯度热障涂层的国内外研究成果,对两种主要的制备工艺及其特点和热应力进行了分析,重点对梯度热障涂层的设计、微结构、性能及失效机理进行了研究.展望了进一步的研究方向.     

金属-陶瓷梯度功能材料的研究和发展

一、引言 金属—陶瓷梯度功能材料(FGM)是具有全新材料复合概念的新型复合材料。它以金属和陶瓷为基本原材料,通过控制材料的组成和微观结构的梯度分布,消除传统的金属和陶瓷复合材料的性能不匹配界面,充分发挥金属和陶瓷的优异性能。金属—陶瓷梯度功能材料实质上是为了解决金属和陶瓷的界面连接问题。金属—陶瓷梯度功能材料是一种高新复合材料,具有优异的性能和可设计性,引起了材料科学工作者们的高度重视。金属—陶瓷由于能够缓和热应力,是未来航天飞行的理想耐热、隔热材料,同时在核能、电子、化学和生物医学等领域有着广阔的应用前景。 二、金属—陶瓷FGM的开发研究背景 梯度功能材料是日本学者于1984年首先提出来的。这一新材料的设想,与高新的航天技术的发展密切相关。航天飞机是人类征服宇宙空间时必需的运载工具。众所周知,目前的航天飞机是由火箭助推,垂直地     

航空发动机涡轮叶片热障涂层研究进展

涡轮叶片的热障涂层技术是保障和提升航空发动机性能的关键技术之一，涡轮叶片的工作环境要求热障涂层需要具备隔热性能好、热膨胀系数与基材相匹配、抗氧化性能好、抗熔盐腐蚀性能好等一系列特点，这对热障涂层的材料、结构以及制备工艺提出了巨大的挑战，是当前航空发动机领域的热点研究之一。本文对构成热障涂层的金属粘结层和陶瓷层材料，以及热障涂层体系结构的研究现状做了详细介绍，并简要介绍了常用的热障涂层制备方法，展望了金属粘结层和陶瓷层材料体系和制备技术的发展趋势，以期为未来航空发动机涡轮叶片热障涂层体系的构建提供有益参考。     

受机械力作用金属／陶瓷功能梯度板的亚谐共振研究

研究机械力作用下金属，陶瓷功能梯度薄板1／3次亚谐共振问题。按照功能梯度薄板的非线性动力学方程，得到金属，陶瓷功能梯度薄板受横向机械力作用的非线性振动方程。应用非线性振动的多尺度法得到系统1／3次亚谐共振近似解并进行数值计算。分析阻尼、激励、几何尺寸等参数对系统1／3次亚谐共振幅频响应曲线的影响。     

受机械力作用金属／陶瓷功能梯度板的超谐共振研究

研究机械力作用下金属／陶瓷功能梯度薄板3次超谐共振问题．按照功能梯度薄板的非线性动力学方程，得到金属／陶瓷功能梯度薄板受横向机械力作用的非线性振动方程。应用非线性振动的多尺度法得到系统3次超谐共振近似解并进行数值计算。分析阻尼、激励、几何尺寸等参数对系统3次超谐共振幅频响应曲线的影响．     

等离子喷涂热障涂层隔热性能分析方法

热障涂层材料已成为现代高性能航空发动机的关键材料,而隔热性能一直是评价热障涂层性能的一个重要指标。首先基于傅里叶导热定律,推导出一维稳态温度场的解析表达式,并讨论了陶瓷层厚度、陶瓷层上表面工作温度和金属基底下表面工作温度对热障涂层系统隔热性能的影响。设计了一种比较新颖的实验测试方法,成功实现了对热障涂层系统内部不同位置的温度进行实时测试和保存实验数据。结果表明,各个温度采集点的实验测试结果与理论预测结果吻合很好,说明提出的实验测试方法可以有效评估不同类型的热障涂层材料体系的隔热性能。     

Comparative analysis of steady state heat transfer in a TBC and functionally graded air cooled gas turbine blade

Internal cooling passages and thermal barrier coatings (TBCs) are presently used to control metal temperatures in gas turbine blades. Functionally graded materials (FGMs), which are typically mixtures of ceramic and metal, have been proposed for use in turbine blades because they possess smooth property gradients thereby rendering them more durable under thermal loads. In the present work, a functionally graded model of an air-cooled turbine blade with airfoil geometry conforming to the NACA0012 is developed which is then used in a finite element algorithm to obtain a non-linear steady state solution to the heat equation for the blade under convection and radiation boundary conditions. The effects of external gas temperature, coolant temperature, surface emissivity changes and different average ceramic/metal content of the blade on the temperature distributions are examined. Simulations are also carried out to compare cooling effectiveness of functionally graded blades with that of blades having TBC. The results highlight the effect of including radiation in the simulation and also indicate that external gas temperature influences the blade heat transfer more strongly. It is also seen that graded blades with about 70% ceramic content can deliver better cooling effectiveness than conventional blades with TBC.     

热障涂层陶瓷材料的研究现状及发展趋势

热障涂层陶瓷材料的研究是开发适用于下一代高性能航空涡轮发动机热障涂层体系的关键,也是未来热障涂层技术发展的重要方向之一.可用作热障涂层陶瓷材料的主要有用Al2O3、Y2O3等稳定剂稳定的ZrO2、稀土锆酸盐和一些具有钙钛矿结构的氧化物(石榴石、独居石以及LaMgAl11O19等),综述了上述热障涂层陶瓷材料的热物性能和力学性能,对其研究现状及发展趋势进行了分析和探讨.     

热障涂层热导率的研究进展

简要回顾了热障涂层体系的发展,讨论了氧化锆陶瓷材料的传热规律,包括涂层微观结构、陶瓷成分等因素的影响.同时指出了改进陶瓷涂层热导率的方法和开发适用于更高温度下的陶瓷涂层材料的指导原则,并详细介绍了改善热障涂层热导率的研究现状.     

On debonding of graded thermal barrier coatings

Thermal barrier coatings generally consist of a metallic substrate which is the primary structural component, a metallic bond coat which serves as oxygen diffusion barrier, a very thin layer of thermally grown oxide and a ceramic top coat that provides the main thermal shielding. Homogeneous ceramic coatings as top coats appear to have certain undesirable features such as high residual and thermal stresses, generally low toughness and relatively poor bonding strength. The new concept of compositional grading of the top coat may help to overcome some of these shortcomings by eliminating the material property discontinuities. A common mode of failure in thermal barrier coatings seems to be the debonding of the top coat. In this study the related interface crack problem for a graded ceramic/metal top coat is considered. It is assumed that the thermophysical properties of the top coat continuously vary between that of the bond coat at the top coat-bond coat interface and that of the ceramic at and near the free surface. The main objective of the study is to examine the influence of the material nonhomogeneity parameters and relative dimensions on the stress intensity factors and the crack opening displacements.     

(Sm0.2Gd0.2Dy0.2Y0.2Yb0.2)3TaO7高熵陶瓷的制备及热物理性能

寻求具有良好热物理性能的新型陶瓷材料是热障涂层领域的研究热点之一。本研究采用固相反应法制备了(Sm_0.2Gd_0.2Dy_0.2Y_0.2Yb_0.2)₃TaO₇高熵陶瓷材料, 对其晶体结构、显微组织、元素分布、结构稳定性和热物理性能进行了研究。结果表明: 制备的高熵陶瓷具有单一的缺陷萤石结构, 元素分布均匀, 晶粒尺寸在0.2~3 μm之间。经高温循环热处理后依然保持单一的萤石结构, 表现出良好的高温结构稳定性。25~800 ℃范围内热导率为0.72~0.74 W/(m?K), 远低于7YSZ, 1200 ℃下的热膨胀系数约为5.6×10^-6K^-1, 低于热障涂层(TBCs)对表面陶瓷层材料的要求, 但与环境障涂层(EBCs)硅基陶瓷基体的热膨胀系数((3.4~5.5)×10^-6K^-1)接近。     

Microstructural changes to metal bond coatings on gas turbine alloys with time at high temperature

Complex coating systems are required to protect nickel-based super alloys from high temperature oxidation and corrosion. Industrial gas turbine blades and heat shields are generally plasma sprayed with a metal bond coating containing nickel, chromium, cobalt, aluminium and yttrium, and then an external thermal barrier coating of yttria-stabilised zirconia is applied. In this study, samples of an IN939 alloy heat shield with both a metal bond coat and a ceramic thermal barrier coating have been heated in air at high temperature for up to 2000 hours to assess the long term stability of the metal bond coat. Polished sections of the heat treated samples were examined by SEM and EDX to determine microstructural changes. The Ni-Cr-Co-Al-Y coating was found to be a very effective barrier against oxidation; the only apparent oxidation being the growth of an alumina layer between the bond coat and ceramic thermal barrier coating. With time, the growth of the Ni₃Al phase in the metallic bond coat was observed, with extensive diffusion of other elements to and from the bond coat.     

热障涂层金属元素扩散阻挡层研究进展

介绍了热障涂层金属元素扩散阻挡层的需求背景,综述了热障涂层金属扩散阻挡层的设计原则、要求及发展历程并且进行了展望研究,重点讨论了难熔金属和贵金属、双多金属和陶瓷层等扩散阻挡层的性质,并从制备技术、阻扩散效果和应用范围等方面进行了对比.最后指出多元扩散阻挡层在未来长寿命热障涂层中具有较大的发展潜力,提出了在高温合金上制备...     

热障涂层的研究现状与发展方向

热障涂层(TBCs)是目前最先进的高温防护涂层之一,具有良好的隔热效果和抗高温氧化性能.综述了热障涂层的陶瓷材料、粘结层材料、涂层结构、制备工艺及涂层失效机理等5个方面的研究现状,在此基础上提出了热障涂层的发展方向.