稀土钽酸盐热障涂层材料热物理性能优化

摘要

热障涂层材料作为航空发动机及燃气轮机高温部件的热防护涂层,可改善高温部件的服役条件,延长服役寿命,节约燃料.目前使用最多的热障涂层材料氧化钇稳定氧化锆(YSZ)在高温下(>1200℃)发生相变体积变化易导致涂层失效,同时热导率(2.5 W·m-1·K-1,900℃)仍然偏高,这些问题严重限制了其进一步的发展.近年来,稀土钽酸盐陶瓷材料(RETaO 4,RE 3TaO 7,RE为稀土元素)因其优良的热物理性能和力学性能引起了广泛关注,并且通过掺杂、置换、合金化效应等手段在晶体中引入缺陷可进一步降低稀土钽酸盐的热导率(1.04~1.30 W·m-1·K-1,900℃),其与YSZ系列相比热导率下降超过50%,而其热膨胀系数为10.2×10-6~11.8×10-6 K-1(1200℃)明显高于YSZ,与此同时稀土钽酸盐陶瓷的高温相稳定性及力学性能都得到了不同程度的改善.该文对过去稀土钽酸盐陶瓷材料的热物理性能优化情况进行总结,并对其未来发展及研究方向进行了展望.