陶瓷热障涂层的研究

研究了用等离子喷涂工艺制备的不同组分、结构的ＺｒＯ２热障梯度涂层,在２．５马赫、１８００℃、５８００ｋＷ／ｍ＾２的热流冲刷５ｓ后,涂层表面仍较光滑,与烧蚀前无明显差别,更无剥落、崩裂现象,平均每毫米隔热涂层降温约４０２．２℃     

热障涂层研究的历史与现状

航空发动机性能的提高，对涂层技术提出了新的要求。综述了热障涂层系统的原理、应用及发展历史，分析了不同方法制造的底层，面层特点，讨论了影响热障涂层寿命的几个因素，并对破坏机理进行了阐述。     

热障涂层的发展现状

热障涂层(TBC)是目前最为先进的高温防护涂层之一,其具有良好的隔热效果与抗高温氧化性能.综述了TBC的制备工艺、结构特征与涂层材料的选择,归纳了涂层的主要失效形式,并对失效机理加以分析.     

ZrO2陶瓷-金属梯度热障涂层的显微结构特征

利用等离子喷涂技术制备了ZrO2陶瓷和NiCrAl金属的梯度热障涂层，利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和电子探针（EPMA）研究了涂层的显微结构和化学成分分布特征。实验发现：梯度过渡层的显微结构明显不同，以金属为主要组分的过渡层主要为层状结构，以陶瓷为主要组分的过渡层层状特征不明显；过渡层化学元素分布不均匀，其中Zr和Mg分布特征相同，Zr与Ni分布位置互补，Cr、Al主要以氧化物形式位于晶粒边界处。     

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.     

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。     

航空发动机用热障涂层陶瓷材料的发展现状及展望

热障涂层具有低热导率、高稳定性、高热膨胀系数等特点,是航空发动机高温部件热防护的重要手段,因此对热障涂层隔热性能和使用寿命的研究一直是工程应用领域的一个重要内容.国内外学者对热障涂层材料的结构、材料体系以及失效和损伤行为进行了广泛的研究.本文综述了热障涂层材料的国内外研究现状,并对其材料结构、材料体系及失效和损伤行为三个方面在不同影响因素下的差异进行了归纳和总结,同时对其今后的发展趋势进行了展望.     

二氧化锆热障涂层的性能与应用

近年来,等离子喷涂二氧化锆热障涂层在航空及工业用燃气轮机上的应用已有很大进展,在一定限度内已经用于燃气轮机的涡轮部分。由于这种涂层可以降低气冷高温部件的温度50～200℃,因此可以显著地改善高温部件的耐久性,或者容许提高燃气温度或减少冷却气体的需用量而保持高温部件目前所承受的温度不变,从而提高发动机的效率。许多研究工作正在继续进行,以期进一步认识、改进及标定涂层的性能。本文将评述这方面的研究工作,简述二氧化锆热障涂层的性能与应用。     

陶瓷热障涂层和热循环试验研究

对利用电子束物理气相沉积（ＥＢ－ＰＶＤ）制备的Ｙ２Ｏ３稳定ＺｒＯ２（陶瓷层ＹＳＺ）热循环试验进行了初步研究。试样在高温条件下经受了冷热循环试验。通过扫描电镜和Ｘ－衍射等方法揭示了ＴＢＣ涂层在热循环试验前后涂层形貌和相结构的变化。     

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.     

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.     

常规和纳米ZrO_2-7%Y_2O_3等离子喷涂热障层及其激光重熔后的抗热震性能

为了探讨激光重熔对等离子喷涂常规和纳米热障涂层(TBCs)的影响,采用等离子喷涂工艺在γ-TiAl合金表面制备了常规和纳米ZrO2-7%Y2O3TBCs,并对其进行激光重熔处理,研究了等离子喷涂常规TBCs、激光重熔-等离子喷涂常规TBCs、等离子喷涂纳米TBCs及激光重熔-等离子喷涂纳米TBCs 4种涂层在850℃下的抗热震性能。结果表明:4种TBCs热震失效次数依次为73,118,146,163次,相应的热震破坏形式分别为整体剥落、局部剥落、边角剥落和局部剥落;纳米结构有利于提高涂层的抗热震性能;激光重熔在一定程度上改善了等离子喷涂层的抗热震性能。     

热障涂层的研究和发展

介绍了用于燃气轮机的热障涂层的发展和研究现状，系统地阐述了热障涂层的组成，制备方法，失效机理及提高使用寿命的途径。     

热障涂层的研究进展与发展趋势

热障涂层一般由金属粘结层和具有低热导率的陶瓷顶层组成,应用于涡轮发动机的热端部件可显著提高其使用温度,延长部件的使用寿命,提高发动机的效率.综述了热障涂层的成分选择、制备方法及等离子喷涂和电子束物理气相沉积2种热障涂层的典型结构,分析了热障涂层的剥落失效机理,并简单介绍了热障涂层的寿命预测模型和隔热特性的研究.     

纳米ZrO2热障涂层热震性能研究

为了研究纳米热障涂层的热震性能,采用等离子喷涂工艺制备了纳米Y2O3-ZrO2(YSZ)热障涂层,并测试了涂层的热震性能.借助扫描电镜和X射线衍射等手段分析了涂层的物相构成和组织结构.结果表明,涂层中保留未完全熔融的小尺寸颗粒,且存在大量的孔径＜1 μm的微孔,该结构对提高涂层的热震性能极为有利.纳米涂层抗热震性能显著优于常规热障涂层,从室温至1 000℃,经800次热循环,涂层无明显的脱落现象.     

Testing of Thermal Barrier Coatings by Laser Excitation

Thermal barrier coatings (TBCs) are used to increase the operating temperature of land‐, sea‐, or air‐based turbines. As failure of the coating may result in serious damage of the turbine, reliable estimation of the lifetime is essential. Most experiments to assess the lifetime or to determine parameters for simulations of the behavior of TBCs are done by burner‐rig‐tests, where the operating conditions are simulated by cyclic heating of the surface and cooling of the backside of a coated sample. In this work a possibility is presented to do comparable experiments by heating the surface with laser irradiation instead of a burner. For this purpose a Nd:YAG‐laser with a maximum output power of 1 kW and a wavelength of 1064 nm is used. The laser spot can be moved by integrated optics across the sample surface to achieve homogeneous heating of the coating. Cooling of the backside is done by air. The temperature of the sample surface is determined by an infrared‐camera which also enables the possibility to detect failures in the coating via thermography. Additionally, acoustic sensors attached to the sample holder are used to detect failures in the sample. The investigated ceramic material (yttria stabilized zirconia) has a very low absorption coefficient at the used laser wavelength. Therefore, a pre‐treatment of the samples was needed to increase the absorption coefficient to be able to heat up the samples. In this paper, the experimental setup and first experimental results are presented.