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树/柱状热障涂层的结构调控与沉积机理

等离子-物理气相沉积,树/柱状结构,表面防护,微观视线性

高隔热长寿命热障涂层（TBCs）是发动机热端部件表面防护的研究重点，等离子-物理气相沉积（PS-PVD）技术以其可实现高应变容限、高隔热柱状结构涂层制备的优势，成为航空发动机和燃气轮机防护涂层领域未来高性能TBCs制备技术的发展方向之一。具有高隔热、长寿命的树柱状结构涂层的调控一直是PS-PVD技术研究的热点，本研究首先基于实际涂层结构与蒙特卡洛模拟结果，揭示了具有树柱状结构的PS-PVD涂层兼具高隔热与长寿命的原因是柱间纵向孔隙缓和应变、柱内横向孔隙高隔热，基于建立的PS-PVD微观视线性沉积模型，阐明了涂层同时具有高热变容限与高隔热双重优异性能的结构机理；其次，面向树柱状结构涂层的调控制备，研究了涂层材料在PS-PVD射流内不同流域（PS-PVD射流可划分为类自由分子流的稀薄流区域、自由分子流区域及近壁边界层区域）的变化行为，并基于对材料相态的调控发展了用于调控制备工艺的参数集控方法。为新型高性能TBCs制备提供了理论基础与技术支撑。