热障涂层ppt课件.ppt

学术交流报告,1,主要内容,研究背景研究内容研究意义,2,研究背景,热障涂层是无机涂层的一个重要分支，它能够有效保护先进发动机高温部件并改善发动机性能,在发动机技术中占有十分重要的地位。,3,热障涂层的结构,目前，热障涂层的结构主要有双层结构，多层结构和梯度结构。双层结构结构简单，但由于金属和陶瓷热物性能相差较大，在使用过程中容易脱落。多层结构相对双层抗氧化性较好，但热震性能改善不大，且工艺复杂，重复性，可靠性较差。梯度涂层的化学成分，组织结构及力学性能呈连续变化，实现了陶瓷涂层与高温合金的最佳性能匹配，提高其结合强度，并使热应力得到缓解，有效防止涂层的剥落。,4,热障涂层陶瓷层材料,合适的热障涂层表面层材料应满足如下基本要求:(1)高熔点;(2)在室温与工作温度之间无相变;(3)热导率低;(4)良好的化学稳定性；(5)热膨胀系数与金属基体匹配;(6)与金属基体结合力高;(7)较低的烧结速率.其中,最重要的是热导率、热膨胀系数和高温相稳定性能,5,可用于热障涂层的材料的有氧化铝，氧化锆及其复合氧化物，稀土锆酸盐，稀土铈酸盐。氧化铝由于热导率相对较高，热膨胀系数较小，弹性模量大，致使其隔热性能和抗热冲击性能较差，目前已经被淘汰。氧化锆具有高熔点，良好的高温化学稳定性，低热导率，与金属基体材料相近的热膨胀系数以及优良的力学性能，是目前应用最为广泛的材料。氧化锆在1180度会发生相变，并伴随3%-5%的体积膨胀。为此，需加入稳定剂。常用的稳定剂有氧化钙，氧化镁，氧化钇，氧化铈，氧化硅，氧化铌等。,6,目前对稀土锆酸盐的研究主要集中在烧绿石结构的锆酸盐A3+2B4+2O7,该锆酸盐具有比YSZ更低的热导率、更高的高温稳定性.研究表明,从元素La到Gd的锆酸盐至少在1500下具有良好的相稳定性.稀土铈酸盐与稀土锆酸盐相比,由于CeO2的熔点低于ZrO2,所以理论上认为稀土铈酸盐热膨胀系数应该高于稀土锆酸盐.但目前有关稀土铈酸盐的报道仅限于La2Ce2O7和Nd2Ce2O7.研究表明,二者的热膨胀系数分别是1410-6/K和1310-6/K,远高于稀土锆酸盐,并且具有良好的高温相稳定性能,Nd2Ce2O7的热导率同样远低于YSZ.,7,涂层制备工艺,涂层制备工艺主要有等离子喷涂技术、液相等离子喷、电子束物理气相沉积、激光重熔或溶敷、自蔓延高温合成法(SHS)、电泳沉积等方法。目前最常用的是等离子喷涂，电子束物理气相沉积。,8,等离子喷涂涂层沉积快,生产效率高,对涂层材料要求宽松,操作简便,制备成本低。缺点是陶瓷涂层表面粗糙;涂层以机械结合为主,应变容限差;涂层中缺陷较多。EB-PVD制备的TBC稳定性好,高温下有良好的应变承受能力,从而提高了涂层的抗热疲劳性能;表面光滑,陶瓷层/粘结层界面为扩散冶金结合.但涂层的导热系数高于等离子喷涂层。且其沉积效率远低于APS,设备造价昂贵,制造的部件尺寸也受到真空室的限制。,9,液相等离子喷涂(SPS)得到的涂层晶粒尺寸小,结构致密,表面粗糙度小,结合强度,具有很好的绝热性能和强韧性。热稳定性好。沉积速率相对较快。具有良好的抗热震性和寿命。自蔓延合成方法具有操作过程简单、节能省时、反应迅速、成本低廉、纯度高等特点。但制备的材料往往空隙多,致密度低,强度低。通常采用反应时加压和加强生坯涂层的致密度来提高密度。,10,涂层的失效机制,TBCs的失效剥落涉及因素众多,主要有以下几类:(1)热膨胀失配而产生应力使涂层失效;(2)由于相变引起涂层体积变化而使涂层失效;(3)由于在中间层与外层界面热生长的氧化物(Thermallygrownoxide简称TGO)层对金属基体之间界面的破坏而造成失效。,11,研究内容,目前广泛应用的8YSZ的长期使用温度为1200，超过1200，相变加剧，易烧结，氧传导率高，过渡金属易被氧化，导致涂层失效，已难以满足涡轮