超高温热障涂层陶瓷层设计制备与抗烧结机理
编号:135
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更新:2025-04-10 09:20:21 浏览:19次
特邀报告
摘要
现役热障涂层(TBC)服役温度高于1250℃时,陶瓷层(YSZ)内部温差诱发其外表面片层与内部片层烧结收缩的巨大差异化。这种差异化烧结导致YSZ片层发生逐层剥落,致使TBCs寿命陡降。针对该问题,基于YSZ层烧结机理,首先验证了YSZ/La2Zr2O7异质表面抗烧结性,结果表明YSZ/La2Zr2O7的异质表面能够显著提升烧结抗力。基于此,设计了具有弥散分布异质片层的新型陶瓷面层(NAS涂层),并基于核壳微结构抗烧结粉末(La2Zr2O7外壳包覆YSZ内核)的制备,制备了抗烧结涂层。通过超高温暴露试验(≥1400℃),对比分析了NAS涂层和YSZ涂层的显微组织演变、烧结行为和粘附性能。结果表明,双进料大气等离子喷涂(APS)可以制备出具有机械结合界面的球形YSZ@LZ核壳粉末,即YSZ核部分被LZ壳覆盖。YSZ@LZ粉末沉积的NAS涂层包括YSZ基体和均匀分散的LZ片层。随着热暴露时间的延长,片层间隙面积减小,但YSZ片层与LZ片层之间的面积减小速度明显小于YSZ片层之间。从面积缩减比的贡献来看,LZ片层仅为YSZ片层的45%左右。添加13wt%后,YSZ涂层的断裂韧性保持较好。压痕裂纹的扩展路径和黏附功表明,烧结应力诱发的微裂纹倾向于在LZ片层或ZrO2/LZ界面内萌生和扩展,裂纹尖端到达ZrO2区域后趋于闭合。因此,在TBC中采用NAS涂层(即在YSZ涂层中插入抗烧结片层)不仅可以改善性能耐超高温烧结,还能缓解YSZ烧结引起的应力。
关键词
热障涂层,异质片层,抗烧结,超高温陶瓷涂层
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