EB-PVD高隔热热障涂层微观结构及热物理性能的研究

123456aa · 发表于 2022-4-10 12:47:57

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热障涂层（TBCs）是实现航空发动机高推重比、高效率、长寿命的关键技术之一。目前最常用的热障涂层材料是氧化钇部分稳定氧化锆（YSZ）。在高温服役环境下，热障涂层的隔热效果不仅取决于涂层材料的热导率，热辐射行为也成为了热量传递必须考虑的因素。本论文基于本课题组前期对稀土氧化物Gd2O3和Yb2O3掺杂YSZ（简称GY-YSZ）陶瓷材料的研究，设计并制备了GY-YSZ/YSZ交替沉积的新型高隔热涂层，并对其热传导和热反射性能、机械性能以及高温稳定性等进行了深入系统的研究。掌握了GY-YSZ/YSZ新型高隔热涂层的设计方案，并采用EB-PVD方法制备了相应的新型高隔热涂层，掌握了涂层的成分和结构的精确控制技术。采用GY-YSZ靶材与YSZ靶材双枪交替沉积制备了等厚200层、厚度比2:1的100层以及厚度比4：1的20层涂层。结果表明3种涂层均由立方相组成，为典型的柱状晶结构，具有（200）择优取向。研究了GY-YSZ/YSZ热反射涂层的热传导性能和热反射性能。等厚多层涂层的热导率在25℃-1200℃之间大约为1.16 W/mK -1.20 W/mK之间，比传统单层YSZ涂层下降了7%，厚度比2:1涂层的热导率大约在1.22 W/mK -1.24 W/mK之间，比传统单层YSZ涂层下降了5%。等厚涂层的红外反射率最高，在48%-55%之间，厚度比为2:1的涂层红外反射率次之，在38%-45%之间；普通单层涂层的红外反射率仅为26%-33%。研究了GY-YSZ/YSZ高隔热涂层的高温反射稳定性能和高温结构稳定性。三种不同涂层与沉积态的反射率相比在低波长区域的反射率基本保持不变而在长波长区域处，厚度比2:1的涂层和传统涂层的反射率迅速下降。经过10h，20h，100h的热处理后，三种涂层的陶瓷层均发生烧结，厚度比2:1涂层的烧结现象最严重，其次是传统涂层，等厚涂层的抗烧结性能最好。

EB-PVD高隔热热障涂层微观结构及热物理性能的研究

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