PDF《热障涂层的研究现状与发展趋势》

1 170 ℃,四方ZrO2向立方ZrO2可逆 转变温度是

2 370 ℃. 当ZrO2中加入稳定剂(Y2O

3、MgO、CaO、CeO2) 构成二元系时, 相变点降低并形成一个温度区间. ZrO2 中单斜相转变为四方相的相变温度受添加元素的影 响.最早用于制备TBC的陶瓷材料为 22%MgO完全稳 定的ZrO2,在1400 ℃下涂层平衡组织为单斜相或四 方相, 在热循环过程中, MgO会从固溶体中析 出, 使涂层的热导率提高,降低了涂层的性能.经过进一 步的研究,改进为Y2O3稳定的ZrO2涂层材 料, Y2O3的含量对ZrO2热导率影响不大,但对于陶瓷层的 热膨胀系数影响非常大.当Y2O3含量小于 6%时,在 热循环过程中会发生伴有体积变化的四方相到单斜相 的转变,导致涂层剥落;

当Y2O3含量在 7%~8%时涂 层组织有良好的热稳定性. 在氧化锆热障涂层 中, 国 内外在热导率方面的研究主要集中在对热导率的影响 因素、寻找更低热导率的材料、如何降低热导 第17 卷第

1 期 刘纯波,等: 热障涂层的研究现状与发展趋势

3 表1可供热障涂层用陶瓷材料的优点和缺点 Table

1 Advantages and disadvantages of ceramic materials used as TBC Material Advantage Disadvantage Mullite 1) High corrosion-resistance 2) Low thermal conductivity 3) Good thermal-shock resistance below

1 237 K 4) Not oxygen-transparent 1) Crystallization at

1 023?1

273 K 2) Very low thermal expansion coefficient Alumina 1) High corrosion-resistance 2) High hardness 3) Not oxygen-transparent 1) Phase transformation at

1 273 K 2) High thermal conductivity 3) Very low thermal expansion coefficient YSZ+CeO2 1) High thermal expansion coefficient 2) Low thermal conductivity 3) High corrosion-resistance 4) Less transformation between t phase and m phase than YSZ 5) High thermal-shock resistance 1) Increased sintering rate 2) CeO2 precipitation at >

1

373 K 3) CeO2 loss during spraying La2Zr2O7 1) Very high thermal stability 2) Low thermal conductivity 3) Not oxygen-transparent 1) Relatively low thermal expansion coefficient Silicates 1) High corrosion-resistance 1) Decomposition into ZrO2 and SiO2 during thermal spraying 2) Very low thermal expansion coefficient Rare earth oxides 1) Low thermal conductivity 2) High thermal expansion coefficient 1) Phase instability Metal-glass composite 1) High thermal expansion coefficient 2) Not oxygen-transparent 1) High thermal conductivity Y3AlxFe5?xO12 1) Good high-temperature mechanical property 2) Low thermal conductivity 1) Low thermal expansion coefficient 2) Low melting point SrZrO3 1) High melting point 1) Low thermal expansion coefficient 2) Not good thermal-shock resistance LaPO4 1) Low thermal conductivity 2) High thermal expansion coefficient 3) High melting point 1) Phase transformation YSZ 1) Low thermal conductivity 2) High thermal expansion coefficient 1) Not good thermal-shock resistance 率及测量方法等问题上.在国外,Taylor等[11] 发现原 子的无序排列、多晶界面及晶界散射都会对热导率产 生影响;

在国内,Chen 等[12] 利用大气等离子体喷涂 制备了纳米结构氧化锆涂层,研究了其热膨胀系数和 热导率,发现热膨胀系数从室温到

1 200 ℃为11.0* 10?6 ~11.6*10?6 ℃, 热扩散率为 1.80*10?3 ~2.54*10?3 中国有色金属学报

2007 年1月4cm2 /s, 并指出晶粒越小,晶界面积越大,涂层的热导 率越小,孔隙的均匀分布有利于热导率的降低. 为了寻找适合更高温度使用的热障涂层材料,国 内外的学者们在Y2O3 部分稳定ZrO2 的基础上,对ZrO2(Y2O3)+HfO2 、 ZrO2(Y2O3)+Sc2O3 、 ZrO2(Y2O3)+ CeO