热障涂层损伤机理的热力化耦合理论与表征方法

摘要

热障涂层(TBCs)是提高发动机服役温度最切实可行的办法,航空发动机推重比、可靠性、热效率的任何一点进步都将依赖于热障涂层技术的发展.剥落失效是制约国际热障涂层发展与应用的重要瓶颈,这一瓶颈在我国尤为突出,但目前人们对热障涂层剥落失效的热力化耦合本质机制理解还很不透彻,缺乏合适的理论模型与分析方法来分析和控制涂层的过早剥落.针对“剥落失效”制约TBCs发展与应用的瓶颈问题提炼出热障涂层损伤机理的热力化耦合理论与实验方法的关键科学问题.基于该科学问题进行了详细的评述,包括建立TBCs破坏机制分析的热力化耦合理论模型,发展考虑实际几何形状、真实微观结构、复杂服役环境与热力化耦合理论模型的有限元模拟方法,结合TBCs热力化耦合破坏实验的研究,分析TBCs高温氧化、CMAS腐蚀、冲蚀,以及三者共同作用的热力化耦合破坏机理,提炼出影响TBCs剥落失效的关键因素.在此基础上,发展TBCs关键性能的表征方法,并建立关键因素与TBCs材料、工艺之间的关联,指导TBCs的优化设计与安全应用.最后提出了未来的重点研究方向.