熱障涂層高溫跨尺度服役機理及多維度結構設計

作者：李廣榮,楊冠軍

摘要：縱向隔熱功能和橫向應變容限是熱障涂層長壽命隔熱使役功能所要求的兩個重要性能指標,是涂層從材料選擇、結構設計到制備工藝優化所面向的基本目標。然而,由于長期工作在超過1000.C的典型高溫條件下,熱障涂層必然發生的結構變化引發了隔熱功能與應變容限的改變。因此,以往大量研究都以闡明熱障涂層熱服役過程中的結構演變規律為主要內容,旨在尋找延緩涂層失效的方法。本文首先回顧了熱障涂層高溫構效演變的相關研究,發現迄今得到的主要理論成果仍然與涂層實際表現出來的動態演變規律有較大差距,原因主要有三方面:其一,對涂層本征層狀結構特征的認識還不夠深入;其二,關注的涂層結構變化大多是宏觀尺度上的變化,缺乏相應的微觀結構深入分析;其三,研究多集中于考慮單一因素影響,尚未綜合考慮基體對涂層的約束作用。基于此,本文進一步從熱障涂層的微觀基本單元入手研究了復雜環境下熱障涂層的高溫服役行為,提出了材料/孔隙內耦合、應力/高溫外協同的新型高溫跨尺度服役機理。最后,從延緩隔熱性能衰退、提高應變容限、延長服役壽命等多維度發展了新型高隔熱長壽命TBCs的結構設計與制備方法。

發文機構：西安交通大學材料科學與工程學院金屬材料強度國家重點實驗室

關鍵詞：熱障涂層等離子噴涂跨尺度構效演變多維度結構設計高性能Thermal barrier coatings(TBCs)Plasma sprayScale-progressive sinteringMulti-dimensional designHigh performance

分類號： TB383[一般工業技術—材料科學與工程]