关键词:
热障涂层
失效机制
陶瓷材料
结构设计
摘要:
热障涂层(Thermal barrier coatings,TBCs)是一种应用于航空发动机、地面燃气轮机等动力装备的高效功能性隔热涂层,具有低导热系数、良好的高温相稳定性和断裂韧性等优点。随着动力系统强化程度的不断提高,关键部件常常在极端高温环境下服役,容易导致涂层发生开裂、分层、退化而过早失效。然而,目前关于长寿命热障涂层的失效机制、材料选择及结构设计缺乏相关系统总结。总结几种典型的热障涂层失效机制:残余应力失效、高温烧结失效、钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)渗透腐蚀失效和热生长氧化层(TGO)失效,提出减小涂层内部孔隙率、缩小层间热膨胀系数差、降低表面粗糙度等抑制涂层失效的方法。据此,从顶部涂层的材料选择与结构设计两方面阐述热障涂层的研究进展。从材料选择角度,归纳氧化锆和部分钇稳定氧化锆(YSZ)在长时高温环境下出现的问题,总结近年来的一些先进涂层材料,包括氧化物稳定氧化锆、A_(2)B_(2)O_(7)型氧化物、稀土钽酸盐以及自愈合材料。从结构设计角度,介绍不同涂层结构的制备方法,分别从微观结构、耐腐蚀性、涂层内部热应力、热循环寿命等方面对层状结构、柱状结构、纳米结构和功能梯度结构进行归纳。综述相关研究现状不仅能指出现有研究的不足及未来研究的发展方向,还能为开发更高抗腐蚀性、更好隔热性和更长寿命的新一代TBCs提供理论依据。