EB-PVD沉积多元共稳定ZrO热障涂层及性能研究

摘要

热障涂层用于燃气轮机热端部件，不仅可以显著提高燃气轮机的使用温度，延长热端部件的使用寿命，而且提高了燃气轮机的效率。目前所广泛使用的6～8wt％Y2O3部分稳定的ZrO2(6～8YSZ)由于易发生相变，只能在低于1200℃的温度下工作。因此开发耐更高温度的新型热障涂层材料具有重要的意义。
　　 本文以Ta2O5、Y2O3、ZrO2为原料，通过固相合成法制备了热障涂层材料TaYSZ和YSZ，并分别利用X-射线衍射、扫描电镜、热膨胀法和激光脉冲法表征了材料的相组成、显微结构、热膨胀系数与热导率。结果表明，热障涂层材料Ta-YSZ和YSZ的相成分均以为四方相主，但YSZ中含有单斜相，而Ta-YSZ不含单斜相。TaYSZ显微结构较YSZ均匀。Ta-YSZ的热膨胀系数大于YSZ，热导率小于YSZ。这有利于改善热障涂层的使用性能。
　　 利用电子束物理气相沉积法(EB-PVD)制备了Ta-YSZ热障涂层。分别利用X射线衍射和扫描电镜表征了沉积态涂层的相组成和显微结构。结果表明，Ta-YSZ热障涂层具有典型的EB-PVD制备热障涂层的柱状晶结构，其相成分以t/t'相为主。另外，评价了Ta-YSZ热障涂层的抗氧化性能和热循环性能。经过恒温静态氧化试验1200h后Ta-YSZ热障涂层失效；热循环寿命为600次。t/t'相的分解和Ta2O5的析出是造成Ta-YSZ热障涂层在恒温静态氧化试验和热循环试验中失效的主要原因。

目录

文摘

英文文摘

1 文献综述

1.1 前言

1.2 热障涂层

1.2.1 热障涂层的定义

1.2.2 热障涂层的结构

1.2.3 热障涂层的制备方法

1.2.4 热障涂层的粘结层

1.2.5 热障涂层的陶瓷顶层

1.3 热障涂层材料的研究现状

1.3.1 新型热障涂层材料

1.3.2 多元共稳定ZrO2基热障涂层材料

2 热障涂层材料的制备及性能

2.1 热障涂层材料的制备

2.2 热障涂层材料的性能

2.2.1 热障涂层材料SEM及结果分析

2.2.2 热障涂层材料XRD及结果分析

2.2.3 热障涂层材料密度和收缩率及结果分析

2.2.4 热障涂层材料热导率及结果分析

2.2.5 热障涂层材料热膨胀系数及结果分析

3 热障涂层的制备及性能

3.1 热障涂层的制备

3.2 热障涂层的性能

3.2.1 热障涂层SEM及结果分析

3.2.3 热障涂层的XRD及结果分析

3.2.4 热障涂层恒温静态氧化试验及结果分析

3.2.5 热障涂层热循环测试及结果分析

结论

展望

参考文献

在学研究成果

致谢