第一性原理在热障涂层研究中的应用

热障涂层（thermal barrier coating, TBC）是降低航空发动机、燃气轮机热端部件表 面温度的关键技术。随着发动机服役温度升高,TBC 工作环境更加恶劣,传统的 Y2O3部分稳定ZrO2（yttria partially stabilized zirconia, YSZ）TBC 面临着相变、高温烧结、环境沉积物（CMAS）腐蚀等严重问题,服役寿命大幅下降,严重威胁发动机安全运行,急需开发新型 TBC 材料。随着计算材料学和机器学习技术的发展,传统上依靠实验来寻找新型 TBC 材料的方法逐渐被理论计算所取代。第一性原理作为一种有效分析方法,能够大幅度降低新材料的研发周期与成本,对新型 TBC 材料的开发起到极大推进作用。利用第一性原理计算可以预测 TBC 材料的热物理性能、力学性能以及 TBC 在复杂服役环境下的稳定性。本文总结了第一性原理在新型 TBC 材料开发、涂层 CMAS 腐蚀行为和机理研究方面的应用进展,并对第一性原理在 TBC 研究领域的发展前景进行展望。