双陶瓷层热障涂层的隔热行为有限元模拟研究

基于热传导、热对流和热辐射理论建立了双陶瓷层热障涂层不透明和半透明物理模型,采用有限元ANSYS软件模拟了稳态温度场。结果表明双陶瓷层在不透明时,随总厚度或顶层厚度增加,顶层上表面温度近似线性增加,第2层和粘结层上表面温度近似线性降低。在陶瓷层半透明条件下,衰减系数对各层温度有一定影响。在衰减系数很大时,各层温度与不透明情况类似;在衰减系数较小时,顶层上表面温度略低于不透明时,第2层上表面温度略高于不透明时,粘结层上表面温度先快速后缓慢降低并保持不变,且远高于不透明时,界面反射能降低各层温度。     

热传导对双陶瓷热障涂层隔热效果影响研究

为了更好地设计双陶瓷热障涂层结构,考察在制备和服役过程中热导率的变化对隔热效果的影响,建立了双陶瓷热障涂层半透明数学模型,采用有限元ANSYS软件模拟了稳态隔热效果.结果表明:顶层陶瓷层的热导率增大降低了隔热效果,且随顶层厚度增加隔热效果降低幅度增大;第2层陶瓷层的热导率增大降低了隔热效果,且随顶层厚度增加隔热效果降低幅度减小;陶瓷层半透明且衰减系数很小时,顶层厚度增加,隔热效果先快速后缓慢增加至不变甚至略有降低,且远低于相同条件下不透明时.顶层陶瓷层热导率变化对隔热效果影响大于第2层陶瓷层.     

氧化锆基双陶瓷层热障涂层表层材料研究进展

双陶瓷层热障涂层是热障涂层技术的发展方向之一。等离子喷涂和电子束-物理气相沉积技术是目前最常用的双层涂层制备技术,但存在的固有缺点影响涂层性能的发挥。可实现非视线沉积的等离子-物理气相沉积技术效率高,能对涂层微观结构进行精准调控,发展潜力巨大。稀土氧化物掺杂ZrO2、A2B2O7型烧绿石和萤石结构化合物、钇铝石榴石、独居石结构的稀土磷酸盐、氧化铝等材料被作为表层陶瓷,分别与传统的6%~8%Y2O3部分稳定的ZrO2（(6~8)YSZ）层组合构成双陶瓷层,可有效降低涂层的热导率,极大地改善抗熔盐热腐蚀性能,提高耐热温度等。如YSZ/CeO2和TiO2共稳定的ZrO2双层涂层可大幅提高隔热性能,La2(Zr0.7Ce0.3)2O7能有效提高整个涂层的使用寿命,钇铝石榴石能阻隔氧渗入YSZ层并防止粘结层金属的氧化,GdPO4能与Na2SO4+V2O5熔盐反应形成稠密反应层并抑制熔盐的进一步渗入,纳米Al2O3可形成致密结构,并提高涂层的抗热腐蚀能力和抗高温氧化能力。但是,绝大部分材料的热膨胀系数较低、断裂韧性较差,限制了涂层整体性能的发挥。结合纳米技术和等离子-物理气相沉积等新的制备技术,改性修饰稀土锆酸盐等表层材料的热物理性能,引入稀土钽酸盐等热导率低、韧性强、阻氧性好的材料,被认为能提高双层涂层的隔热性能和使用寿命。