YSZ喷涂粉末制备工艺及其对涂层性能影响

针对不同类型的Y2O3部分稳定ZrO2(YSZ)喷涂粉末,分析喷涂粉末对等离子喷涂氧化锆热障涂层结构和性能的影响。结果表明:熔融破碎型粉末涂层的孔隙率较小,热导率较大;空心球形粉末涂层孔隙率适中,层间孔隙率较大;扁平粒子界面数量较多,涂层的热导率最小,团聚烧结型粉末涂层虽然具有最大的孔隙率,但是层间孔隙率和扁平粒子界面数量小于空心球形粉末涂层的,其热导率介于两者之间;高纯和低密度YSZ喷涂粉末可提升热障涂层的抗烧结能力,从减小热障涂层热导率及延长高温使用寿命的角度考虑,应发展高纯、低密度的空心球形粉末技术。     

基于真实组织的模拟技术在热障涂层热导率预测中的应用探索

孔隙结构是影响涂层热导率的关键因素,采用激光脉冲法对2种工艺参数制备的YSZ热障涂层的热导率进行测试,并利用面向对象有限元分析技术(OOF)研究热障涂层微观结构对热导率的影响,探讨该技术在热障涂层隔热性能研究中应用的可行性和影响因素.结果 表明:基于真实涂层组织结构的热导率预测计算结果会受到模拟过程中的边界条件、网格划...     

Sm2(Zr0.9Ce0.1)2O7陶瓷的溶胶凝胶法制备及热导率

以Sm2O3,ZrO(NO3)2.2H2和Ce(NO3).6H2O为原料,采用溶胶凝胶法制备了Sm2( Zr0.9Ce0.1 )2O7陶瓷材料.用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)技术研究了样品的相组成和微观组织,用激光脉冲法测试了样品的热扩散系数.结果表明,采用溶胶凝胶成功制备了具有单一的萤石结构的Sm2 (Zr0.9 Ce0.1)2O7纳米粉体,其颗粒大小均匀,但团聚较为严重,其平均热导率仅为YSZ陶瓷的70％,较低热导率表明该材料有潜力用作新型热障涂层用陶瓷材料.     

热处理对热障涂层孔隙率及热导率的影响

热障涂层高温使用过程中不可避免发生烧结,引起涂层失效。为探索烧结过程对涂层可靠性的影响,采用等离子喷涂制备氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层,并对其进行1 000,1 100,1 200,1 300℃高温烧结试验,研究其高温烧结过程中的微观结构及热导率演变规律。结果表明:高温热处理引起热障涂层组织结构和热导率均发生变化,稳定状态的孔隙率为12%~14%,在热障涂层服役温度范围内热导率增加到1.25~1.45 W/(m·K)。     

稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层研究现状与趋势

随着科技的进步与发展,面对日趋复杂的工作环境,传统的氧化钇部分稳定的氧化锆(Yttria partially stabilized zirconia)热障涂层材料在高于1200℃的环境下服役时,易出现相变、烧结收缩严重等问题,降低了涂层的隔热性能,同时伴随有一定的体积变化而加速涂层的剥落,需要研发性能更好的热障涂层以适应未来的工作环境.新一代热障涂层分为以下几类:(1)掺杂稀土氧化物改性YSZ热障涂层;(2)萤石或焦绿石结构热障涂层;(3)钇铝石榴石或磁铁铅矿热障涂层;(4)钙钛矿结构热障涂层.其中,采用稀土氧化物掺杂对YSZ进行改性的热障涂层由于可以有效降低热障涂层的热导率,提高其高温相稳定性、高温抗氧化性、高温抗腐蚀性能等而引起国内外学者的关注.本文主要介绍了目前几种有希望代替传统YSZ涂层的稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层,稀土氧化物包括CeO2、Sc2 O3、Gd2 O3、La2 O3,对不同稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层材料的物理化学性质、研究现状及存在的问题进行了综述.其中掺杂CeO2可降低涂层的热导率,使其耐Na2 SO4腐蚀能力增强,并提高其热稳定性;掺杂Sc2 O3不仅降低涂层的热导率,还大大提高其相稳定性,使涂层在1500℃高温下经过长时间热处理后仍然保持单一的t'相;掺杂Gd2 O3可有效提高其耐热腐蚀性,但过量掺杂会降低涂层的力学性能;掺杂La2 O3可增强涂层的抗烧结能力,有效降低其热导率.本文还对影响稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层性能的其他因素(如制粉方式、喷涂工艺等)的研究现状进行了简单的介绍,对今后热障涂层体系的发展趋势及研发思路进行总结,为新型热障涂层的研制提供参考.     

编织碳纤维/环氧树脂复合材料热扩散仿真

对编织碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料的三维热扩散性能进行有限元仿真研究。通过TexGen软件创建20层编织CF/EP复合材料三维仿真模型,计算了不同孔隙率样品的有效体积比热和热导率来设置材料属性,并使用幅值曲线模拟周期性点光源进行仿真。首先以孔隙率为0%的样品为例,采用非线性拟合求解热扩散系数,选出最优的调制频率范围为0.1~2 Hz。在此基础上研究了孔隙率对复合材料热扩散性能的影响。结果表明,编织CF/EP复合材料在平面内的热扩散系数随着孔隙率的增大而减小,孔隙率小于1.55%时,孔隙率每增加1%,热扩散系数下降5.4%。孔隙率大于1.55%时,下降速度变慢,仅为2.4%。在平面内沿着经纱和纬纱方向的热扩散较快,经(纬)纱45°方向的热扩散较慢,而在垂直方向上,由于点光源的穿透性使法向的热扩散最快,体现了热扩散的各向异性。      

等离子喷涂-物理气相沉积制备7YSZ热障涂层及其热导率研究

通过等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术在3种不同工艺参数下制备7YSZ热障涂层。采用XRD和SEM分析涂层的相结构和微观组织,利用激光脉冲法测量涂层不同温度下的热导率。结果表明:通过调整工艺参数中电流的大小和等离子气体成分,可以制备截面呈柱状、致密层状和柱-颗粒状混合组织结构,表面呈"菜花"状或起伏的多峰状的YSZ热障涂层。涂层的相结构由粉末的单斜相氧化锆(m-ZrO_2)转变为涂层中的四方相氧化锆(t-ZrO_2),并保留至室温。在700~1100℃时,YSZ涂层的热导率随着温度的升高而增大。柱状晶结构涂层因具有较大的孔隙率,可以有效降低涂层的热导率,其热导率为1.0~1.2W·m~(-1)·K~(-1);而层状结构涂层由于比较致密,其热导率相对较高。     

Dy掺杂对Sm_2Ce_2O_7热物理性能的影响

以Dy_2O_3、Sm_2O_3和CeO_2为原材料,采用固相反应法制备了(Sm_(1-x)Dy_x)_2Ce_2O_7固溶体。采用XRD技术分析了其相结构,用扫描电子显微镜观察了其显微组织,用激光脉冲法和推杆膨胀法测试了其热扩散系数和热膨胀系数。结果表明,成功制备了具有单一萤石结构的(Sm_(1-x)Dy_x)_2Ce_2O_7固溶体,该系列固溶体显微组织致密,晶界清晰。其热导率和热膨胀系数均随着Dy~(3+)掺杂量的增加而降低,但均满足热障涂层的要求。该系列固溶体有潜力用作新型热障涂层表面陶瓷层材料。     

基于热障涂层微结构的多孔隔热材料传热分析

热障涂层制备工艺不同,微结构不同,基于四参数随机生长方法,构造了各向同性热障涂层微结构,各向异性的层状和柱状热障涂层的微结构。利用热阻网络法开发了多孔涂层材料导热计算程序,针对上述3种不同微结构YSZ热障涂层的有效导热系数进行二维数值计算。通过与理论求解的串并联模型的模拟结果对比,验证了本文方法的有效性。计算结果表明,提高涂层的孔隙率是增强涂层隔热性能的有效途径;孔隙率一定时,孔隙直径对涂层导热系数无显著影响;层状结构隔热能力显著强于柱状结构。     

45钢表面大气等离子喷涂氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层及其性能

为了制备高性能热障涂层,缩短国内外差距,在45钢表面大气等离子喷涂氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)热障涂层。利用X射线衍射和扫描电镜分析YSZ涂层的相结构和微观形貌,分别测定了YSZ涂层的孔隙率、热导率、显微硬度、结合强度及隔热性能。结果表明:YSZ涂层的孔隙率、隔热温差随喷涂电压增大而减小,随喷涂距离的增加而增大;维氏硬度、结合强度和热导率随喷涂电压增大而增大,随喷涂距离增加而减小;当喷涂电压为80 V,喷涂距离为100 mm时,YSZ热障涂层的结合强度为36.78 MPa,热导率为0.705 W/(m·K),具有较好的隔热性能。     

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.     

Natural thermal radiation of heat-absorbing thermal vacuum chamber shields

A simplified method for computing the natural thermal radiation of heat-absorbing shields of vacuum chambers is elucidated; computational dependences are presented for shields of herringbone outlines and the influence of the geometric profile characteristics on the magnitude of the natural radiation is shown.Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 30, No. 2, pp. 317–321, February, 1976.     

Failure during thermal cycling of plasma-sprayed thermal barrier coatings

The thermal cycling behavior of plasma-sprayed ZrO₂?12wt.%Y₂O₃ coatings was studied. Coatings were produced with and without bond coats of Ni-Cr-Al-Zr and in some cases the substrates were heated to above the optimum temperature prior to spraying. The coatings (attached to the substrate) were thermal cycled to 1200 °C and their cracking behavior was followed by acoustic emission (AE) techniques. It was possible to examine the failure mechanisms by statistical analysis of the AE data and to evaluate the influence of preheating and bond coating. It is shown that the AE spectrum changes when a bond coat is used because of the presence of microcracks which, in turn, dissipate energy and improve the coating integrity. The preheating effect is reflected by a decrease in the peak count rate and an increase in the temperature at which AE activity is initiated.     

Non-steady-state thermal diffusion and thermal conductivity in gas mixtures

Expressions are obtained which characterize effective thermal conductivity coefficients of gas mixtures, as measured by various experimental methods.Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 47, No. 1, pp. 87–93, July, 1984.     

热环境与热健康的分类探讨

从人体健康性的角度引入"热健康"、"热的亚健康"和"热不健康"三个概念,并以人体热舒适和热健康为出发点,参考ASHRAE标准的七级热感觉标度,将热环境分为4类(共7级),给出了热环境、热感觉、热调节区域、热调节方式以及人体状态和热健康状况的对应关系,分析了不同的热环境状况对人体热舒适和热健康的影响,并讨论了人体处于热舒适和热健康状态的最佳热环境.     

Interpretation of the thermal curve in differential thermal analysis

On the basis of an analysis of the heat transfer between samples and the surrounding medium, principles are formulated for the correct interpretation of the thermal curves in DTA. The influence of the type of phase transformation and the test conditions on the form of the thermal curve is shown.Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 36, No. 3, pp. 480–486, March, 1979.     

On the thermal expansion of composite materials and cross-property connection between thermal expansion and thermal conductivity

The paper focuses on the quantitative characterization of heterogeneous microstructures from the point of view of the material’s thermal expansion. First, we derive expression for the second rank thermal expansion contribution tensor of an inhomogeneity and specify it for various inhomogeneity shapes. Case of a spheroidal inhomogeneity in an isotropic material is discussed in detail. Thermal expansion contribution tensor is used as a basic building block to calculate effective thermal expansion of a heterogeneous material and to derive explicit cross-property connection between thermal expansion and thermal resistivity of a composite. We compare our results with experimental data available in literature and with other approaches.     

Exploration of porous SiC nanostructures as thermal insulator with high thermal stability and low thermal conductivity

正The crucial challenge for current nanoscale thermal insulation materials,such as Al_2O_3 and SiO_2 aerogel composites,is to solve the trade-off between extremely low thermal conductivity and unsatisfied thermal stability.Typical high-temperature ceramic SiC possesses excellent mechanical properties and