陶瓷层内部裂纹分布形态对热障涂层热震过程中TGO处应力影响的数值模拟研究

摘要

热障涂层在热震过程中的失效,通常是由热震过程中的应力累积造成的,但归根结底都是伴随着热生长氧化物层(Ther-mally Grown Oxide,TGO)的生长及TGO内部及附近裂纹的扩展造成的.本文针对等离子体喷涂单陶瓷层的质量分数为8wt.％的Y2O3稳定的ZrO2 (YSZ)涂层体系,将打底层NiCrAlY和YSZ层之间的TGO层等效为具有正弦结构曲线的界面层.采用有限元方法模拟计算了陶瓷层内部横向裂纹和纵向裂纹对热障涂层热震过程中TGO处应力的影响规律.研究结果表明:相对于横向裂纹,纵向裂纹更能够释放部分TGO处的拉应力集中.当存在横向裂纹时,最大拉应力分布TGO/BC界面的波峰处,最大压应力则分布在TGO内部正负曲率拐点处.当存在纵向裂纹时,最大拉应力则转移到纵向裂纹尖端附近.横向裂纹和纵向裂纹对TGO处应力的影响存在明显的差异.纵向裂纹的分布位置也对最大应力产生一定影响.