热障涂层的界面形貌对TGO层生长行为的作用机制
热障涂层的制备及其失效的研究现状
收稿日期:2009206201; 修订日期:2009206225 作者简介:邢亚哲(19762 ),陕西岐山人,讲师,博士.研究方向:材料表 面强化及器件制造. Email:x ingyazhe@gm https://www.360docs.net/doc/866598257.html, 热障涂层的制备及其失效的研究现状 邢亚哲,郝建民 (长安大学材料科学与工程学院,陕西西安710064) 摘要:热障涂层作为航空发动机和燃气轮机高温部件的保护涂层,其抗高温失效能力直接决定了部件的工作效率和寿命。回顾热障涂层的发展历史及研究现状,着重介绍了热障涂层的主要制备方法及其相应涂层的结构特征,综述了各类热障涂层失效的影响因素和失效机理。 关键词:热障涂层;电子束物理气相沉积;等离子喷涂;失效机理 中图分类号:TG174.44 文献标识码:A 文章编号:100028365(2009)0720922204 Re se a rc h Stat us in Fa bric at ion and Fa ilure of The rmal Barrie r Co atings XING Ya 2zhe,HAO Jian 2min (School of Mater ials Science and Engineering,Chang p an University,Xi p an 710064,China) Abst ract:Thermal barrier coatings are widely used to protect the components in aircraft and industrial gas 2turbine engines against high temperature damage.The e ne rgy efficiency and lifetime of these components are mainly dominated by the failure resistance of thermal barrier coatings in the high te mperature atmosphere.In this paper,the development and research status of thermal barrie r coatings are reviewe d.Especially,the main fabricating methods and the microstructure fe ature of the coatings,as well as the factors re sulting in the failure of thermal barrier coatings and its failure mechanisms,are summarized in detail. K e y words:Thermal barrier coatings;Electron beam physical vapor deposition;Plasma Spraying; Fa ilure mechanism 随着现代工业的发展,数以百计种类型的涂层被用在各种结构材料表面,以使这些材料表面免受腐蚀、磨损、侵蚀和高温氧化等危害。热障涂层(T BCs:Thermal Barrier Coatings)就是其中的一种,其具有最复杂的结构且工作在高温环境下,常作为航空发动机和燃气轮机受高温零件的保护涂层,以提高设备的工作温度和效能,同时减少温室气体的排放量。典型的TBCs 在结构上包含四个部分 [1] :1基体,即被保护的 零件;o金属结合层(BC:Bond Coat),通常为高温合金MCrA lY(M 代表Ni 、Co 或NiCo 合金);?热生长氧化物层(T GO:Thermally Grown Oxide),TGO 是在高温条件下外部氧通过T C 层到达BC 层表面并使其氧化而形成的,通常为一致密的Al 2O 3薄膜,在随后的工作过程中能够阻止外部氧向BC 层内部和基体的扩散,起到保护基体(零件)的作用;?陶瓷顶层(TC:Top Coat),一般为6%~8%Y 2O 32Zr O 2(YSZ), 正是由于YSZ 低的热传导率和相对较高的热膨胀系数,使其具有优越的热障和耐热冲击性能。目前,TBCs 研究的难点和重点主要为对其失效的控制[1~4]。为此,对TBCs 微观结构的研究显得尤为重要。而作为控制其微观结构的主要因素,即TBCs 的制备工艺就成了国内外学者们关注的热点。1 基于制备工艺的T BCs 的发展历程 早期在航空航天发动机中应用的TBCs(又称第一代T BCs),其BC 层和TC 层均采用大气等离子喷涂(APS:Atmospheric Plasma Spr aying)制备。对于APS BC 层,涂层含氧量较高,特别是有一定量的氧化镍生成,而氧化镍的存在致使难以形成在高温下具有保护性能的致密TGO 氧化膜,BC 层使用过程中容易在其内部也发生显著氧化而使层内结合弱化,裂纹易在BC 层内扩展而造成涂层剥落失效,使得该类T BCs 寿命较低。 随着低压(又称真空)等离子喷涂(LPPS:Low Pressur e Plasma Spraying)技术的进步和发展,逐步采用VPS 制备BC 层,避免了喷涂过程中高温合金BC 层的氧化,并通过热扩散处理,从根本上强化了BC
《生长素的生理作用》教学设计
《生长素的生理作用》教学设计 一、教学分析 1、教材分析 《生长素的生理作用》是人教版必修3《稳态与环境》第3章的第2节，是第1节《植物生长素的发现》的一个延伸和拓展，阐述生长素生理作用及生产实践应用的关键一节，也为第3节的学习做了知识储备。 本节课通过对数据、曲线、图形等材料的分析，介绍生长素作用的两重性，引导学生对生产、生活中的现象及问题的思考和分析，加深对生长素的生理作用特点的了解，把理论和实际相结合，树立学以致用的思想。 同时，本节的能力目标也在“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”的这一探究活动得到体现，此项探究活动能够训练学生实验设计及得出结论时逻辑上的严密性，是体验科学研究的一般过程、领悟预实验意义的良好载体。合理有序地组织好此探究活动，对于进一步发展学生的科学探究能力,并将科学发现在生产实践中进行应用，有着重要意义。 2、学情分析 （1）经过上一节的学习，学生已了解了什么是植物激素，并对植物产生向光性的原因以及生长素的产生、极性运输和分布特点有了相应的知识准备。 （2）高一的学生的学习兴趣浓厚、思维较活跃。在初中阶段已初步了解过探究实验的一般过程，并在必修一的学习中系统的学习过实验设计的方法和原则，具有一定的实验设计、分析能力。但对于探究的目的性、过程和结论形成缺乏系统的思考，因此在探究实验设计的过程中应加强引导，细化各步骤的问题，做好知识的铺垫。 二、设计思路 由于生长素与生产实践联系紧密，学生对此有一定的感性认识，比较容易建立生长素生理作用两重性与其浓度之间的关系。通过分析坐标曲线、教师呈现图片和实物等教学手段，学生掌握课程标准中的本节内容标准“概述植物生长素的作用”并不难。 较为复杂的是本节教学难点“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”探究活动的处理。由于该项探究活动跨越周期较长，材料、试剂不同也容易导致实验结果差异大，同时对学生探究能力要求相对较高，在1课时内无法完成。在设计本节课时，事先组织部分学生进行“生长素类似物浓度对插条生根的影响”的实验。通过实验的照片和数据记录，将其作为探讨生长素作用的两重性情景创设的材料，使学生对生长素的两重性有了直观印象，同时也为课堂探究奠定基础。同时，将课堂上的探究目标确立为对实验原理、方法的探究，让学生们在问题引导下积极思考，在合作讨论中有效学习，在整个探究性学习中提高能力。
植物生长素的作用机理
植物生长素的作用机理 陶喜斌 2014310218 种子科学与工程
摘要；经过多位科学家的研究，发现了与植物生长有关的重要激素——生长素。生长素在植物芽的生长，根的生长，果实的生长，种子休眠等方面有重要作用。那么，生长素是如何发挥这这些作用? 1;什么是生长素 生长素(auxin)是一类含有一个不饱和芳香族环和一个乙酸侧链的内源激素，英文简称IAA，国际通用，是吲哚乙酸(IAA；。4-氯-IAA、5-羟-IAA、萘乙酸(NAA)、吲哚丁酸等为类生长素。1872年波兰园艺学家谢连斯基对根尖控制根伸长区生长作了研究~后来达尔文父子对草的胚芽鞘向光性进行了研究。1928年温特证实了胚芽的尖端确实产生了某种物质，能够控制胚芽生长。1934年， 凯格等人从一些植物中分离出了这种物质并命名它为吲哚乙酸，因而习惯上常把吲哚乙酸作为生长素的同义词。 2;植物生长素的生理作用 生长素有多方面的生理效应，这与其浓度有关。低浓度时可以促进生长，高浓度时则会抑制生长，甚至使植物死亡，这种抑制作用与其能否诱导乙烯的形成有关。生长素的生理效应表现在两个层次上。 在细胞水平上，生长素可刺激形成层细胞分裂~刺激枝的细胞伸长、抑制根细胞生长~促进木质部、韧皮部细胞分化，促进插条发根、调节愈伤组织的形态建成。 在器官和整株水平上，生长素从幼苗到果实成熟都起作用。生长素控制幼苗中胚轴伸长的可逆性红光抑制~当吲哚乙酸转移至枝条下侧即产生枝条的向地性~当吲哚乙酸转移至枝条的背光侧即产生枝条的向光性~吲哚乙酸造成顶端 优势~延缓叶片衰老~施于叶片的生长素抑制脱落，而施于离层近轴端的生长素促进脱落~生长素促进开花，诱导单性果实的发育，延迟果实成熟。 生长素对生长的促进作用主要是促进细胞的生长，特别是细胞的伸长。植物感受光刺激的部位是在茎的尖端，但弯曲的部位是在尖端的下面一段，这是因为尖端的下面一段细胞正在生长伸长，是对生长素最敏感的时期，所以生长素对其生长的影响最大。趋于衰老的组织生长素是不起作用的。生长素能够促进果实的发育和扦插的枝条生根的原因是；生长素能够改变植物体内的营养物质分配，在生长素分布较丰富的部分，得到的营养物质就多，形成分配中心。生长素能够诱 导无籽番茄的形成就是因为用生长素处理没有受粉的番茄花蕾后，番茄花蕾的子房就成了营养物质的分配中心，叶片进行光合作用制造的养料就源源不断地运到子房中，子房就发育了。 生长素在植物体作用很多，具体有；1.顶端优势 2.细胞核分裂、细胞纵向伸长、细胞横向伸长3.叶片扩大4.插枝发根5.愈伤组织6.抑制块根7.气孔开放8.延长休眠9.抗寒 3;生长素的作用机理 3.1生长素作用机理的解释 激素作用的机理有各种解释，可以归纳为二； 一、是认为激素作用于核酸代谢，可能是在DNA转录水平上。它使某些基因活化，形成一些新的mRNA、新的蛋白质(主要是酶；，进而影响细胞内的新陈代谢，引起生长发育的变化。 二、则认为激素作用于细胞膜，即质膜首先受激素的影响，发生一系列膜结构与功能的变化，使许多依附在一定的细胞器或质膜上的酶或酶原发生相应
植物生长素的发现 教学设计(最新精品)
案例名称：植物生长素的发现 一、教材内容分析 本课是人教版高中生物必修三《稳态与环境》第三章第一节的内容。参考课时为1课时。本课主要内容包括：植物生长素的发现过程；生长素的产生、分布和运输。 《植物的激素调节》这一章的内容，揭示了植物体维持稳态的调节方式之一：激素调节，与第1、2章内容组成生物有机体稳态调节知识体系。《植物生长素的发现》这一节内容在全书中所占的比例并不多，但其内容与生产生活实际联系密切，所以是极其重要的。特别是其中”生长素的发现过程”的内容，层层深入揭示了植物向光性这一生命现象是在生长素调节作用下产生的个体适应性，隐含的科学研究的方法与过程，以及设计实验时所要控制的”单因子变量”问题，在整个必修课本中处于相当重要的地位，也是培养学生科学研究能力的很好的载体。随着生长素的发现，学生认识到植物激素的存在，并初步了解生长素作用──促进生长，这也为继续探索第二、三节生长素的其他生理作用及激素应用奠定基础，本节内容起着承上启下的作用。 本节内容在结构体系上体现了人们对科学理论的认识过程和方法，是进行探究式教学的极佳素材，也是培养学生科学研究能力的很好的素材。 二、教学目标 1．知识目标： ①概述生长素的发现过程。 ②阐明生长素的产生、运输和分布。 2．技能目标： ①了解发现生长素的过程和方法，培养设计探究实验的能力。 ②根据本节相关原理，尝试设计一些独特盆景方案并思考操作步骤。 3．情感态度、价值观目标： 关注日常生活现象，体验科学发现之美，形成积极探索、勇于进取的求知精神和追求真理的良好意志品质。 三、教学重点和难点 1.教学重点： 生长素的发现过程。 2.教学难点： 生长素的产生、运输和分布。 四、学习者特征分析 高一的学生在日常生活中很少有关于植物生长素的感性认识，虽然在学习了《动物和人体生命活动的调节》之后，学生对于生物的调节作用有了一定的认识，
热障涂层材料研究进展_周洪
*2005民口配套项目 周洪:男,1972年生,博士生,讲师,主要从事材料表面技术的研究工作 E -mail :zhouhong @https://www.360docs.net/doc/866598257.html, 热障涂层材料研究进展* 周 洪,李 飞,何 博,王 俊,孙宝德 (上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室,上海200030) 摘要 简要概述了热障涂层材料的基本要求,介绍了国内外热障涂层材料近年来的研究状况和发展趋势。目前 广泛使用的是Y 2O 3稳定Z rO 2热障陶瓷材料及其粘结层材料,而稀土锆酸盐和稀土氧化物是非常有前景的隔热材料。 关键词 热障涂层 M C rAlY 二氧化锆 Research Progresses in Materials for Thermal Barrier Coatings ZHO U Hong ,LI Fei ,HE Bo ,WANG Jun ,SUN Baode (T he Sta te K ey Labor atory of M e ta l M at rix Co mpo sitio ns ,Shanghai Jiao tong U niver sity ,Shanghai 200030) A bstract T he rmal bar rie r coating s (T BCs )o ffer the po tential to significantly improve efficiencies of aero en -g ines a s w ell as g as turbine engines fo r po wer generatio n.State -of -the -ar t T BCs ,ty pica lly consisting of an y ttria -stabi -lized zir co nia top coat and a metallic bo nd co at ,hav e bee n widely used to prolong lifetime now adays.In the pape r ,re -sear ch status a nd prog resses o f materials for the rmal bar rie r coating s a re briefly rev iew ed.Except y ttria stabilized zir -co nia ,o ther materials such a s lanthanum zirconate and rar e ear th o xides a re also promising materials for thermal bar rie r co ating s. Key words ther mal bar rier co atings ,M CrA lY ,zir co nia 0 引言 热障涂层(T hermal bar rier coating s ,简称T BCs )通常是指沉积在金属表面、具有良好隔热效果的陶瓷涂层,主要用来降低 基体的工作温度,免受高温氧化、腐蚀、磨损。美国N AS A -Lew is 研究中心为了提高燃气涡轮叶片、火箭发动机的抗高温和耐腐蚀性能,早在20世纪50年代就提出了热障涂层概念。在涂层材料选择和制备工艺上进行较长时间的探索后,80年代初取得了重大突破,为热障涂层的应用奠定了坚实基础。文献表明,目前先进陶瓷热障涂层能在工作环境下降低零件温度170℃左右[1～3]。随着热障涂层在高温发动机热端部件上的应用,人们认识到热障涂层的应用不仅可以达到提高基体抗高温腐蚀能力,进一步提高发动机工作温度的目的,而且可以减少燃油消耗、提高效率、延长热端部件的使用寿命。与开发新型高温合金材料相比,热障涂层的研究成本要低得多,工艺也现实可行[2,4]。 1 热障涂层系统材料体系 高温隔热涂层的研究发展经历了数十年。20世纪60年代研制出β-NiA l 基铝化物涂层,但其脆性大,A l 元素向基体扩散 快,寿命短;之后出现了加入Cr 、Ti 、Si 、Y 、T a 、Pt 等元素改进的铝化物涂层,其中镀Pt 渗Al 形成的铂铝涂层具有较长的寿命。目前普遍使用的热障涂层系统是以M Cr AlY (M =N i ,Co ,Fe ,N i +Co )高温抗氧化合金为中间粘结层,表面覆盖Y 2O 3稳定的Z rO 2陶瓷隔热涂层[5,6]。 1.1 热障涂层陶瓷材料 热障涂层材料需要具有难熔、化学惰性、相稳定和低热导、低密度、高热反射率等重要物理化学特征,同时要考虑其热膨胀 系数与基体材料相匹配。另外,针对高温部件氧化腐蚀的问题,应当考虑低烧结率、界面反应和抗高温氧化腐蚀等因素。 陶瓷材料具有离子键或共价键结构,键能高,因此熔点高、硬度高、化学性能稳定,是热障涂层的理想材料。但韧性、抗疲劳性和抗热震性较差,对应力集中和裂纹敏感。目前使用的热障涂层陶瓷材料多为金属氧化物,这是因为金属氧化物陶瓷的导热以声子传导和光子传导机理为主,热导率较低且其涂层在富氧环境中具有良好的高温稳定性[7]。常用氧化物陶瓷的导热顺序为[8]: BeO >M g O >Al 2O 3>CaO >Z rO 2 常用热障涂层陶瓷材料有Al 2O 3、Z rO 2、SiO 2等,主要性能如表1所示[6,8～10]。 研究表明[1,2,4,9～12],Z rO 2是目前应用广泛、综合性能最好的热障涂层材料。它具有高熔点、耐高温氧化、良好的高温化学稳定性、较低且稳定的热传导率和优良的抗热震性等特性,并且热膨胀系数接近金属材料。纯Zr O 2具有同素异晶转变,常温下稳定相为单斜结构;高温下稳定相则为立方结构: 单斜相(m ) 1170℃950℃ 正方相(t )2370℃ 立方相(c ) 单斜相与四方相间转化因伴有3%～6%的体积分数变化而导致热应力产生,因此,使用纯Z rO 2制备的热障涂层不稳定。为避免这个缺点,可采用M gO 、CaO 、CeO 2、Sc 2O 3、In 2O 3、Y 2O 3等氧化物来稳定Z rO 2,起到相变增韧的效果[8]。最早使用的是22%M gO 完全稳定的Zr O 2,在热循环过程中M gO 会从固溶体中析出,使涂层热导率提高,降低了涂层的隔热性能。CaO 对Zr O 2的稳定也不好,在燃气的硫化作用下,CaO 从涂层
EB-PVD制备热障涂层完整介绍
电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备热障涂层技术 黄升 摘要：本文介绍电子束物理气相沉积（EB-PVD）制备热障涂层技术，结合发展历程综述其技术原理、设备构造及工艺特点。 关键词：电子束物理气相沉积（EB-PVD）热障涂层 1 引言 当今航空涡扇发动机正朝高流量比、高推重比和高涡轮进口温度方向发展，这就使得发动机叶片所承受温度不断升高，据报道目前商用飞机燃气温度达1500 °C、军用飞机燃气温度高达1700 °C[1]。而当前所使用镍基高温合金最高工作温度只能达到1200 °C，并几乎已达到其使用温度上限，提升空间极其有限。面对发动机使用的高温障碍，降低发动机叶片温度就成了极其关键的任务。热障涂层就是一种降温的有效途径（见图1），自20世纪70年代初问世以来[2]，受到广泛重视并迅速发展成为高温涂层研究的热点[3-8]。 图1 涡轮叶片承温能力 所谓热障涂层（Thermal Barrier Coatings, TBCs）是指由金属缓冲层或者黏结层和耐热性好、隔热性好的瓷热保护功能层组成的层合型金属瓷复合涂层系统[9]。一般由具有一定厚度和耐久性的瓷涂层、金属粘结层和承受机械载荷的合金组成。目前根据不同设计要求热障涂层具有如图2所示双层、多层、梯度系统三种结构形式。 图2 热障涂层结构示意图 而电子束物理气相沉积（Electron bean-physical vapor deposition EB-PVD）制备热障涂层（TBCs）是在20世纪80年代开发，近年来不断发展成熟起来的新技术，其使用高能
电子束加热并汽化瓷源，瓷蒸汽以原子形式沉积到基体上而形成涂层。EB-PVD法制备的TBCs涂层表面光洁，有良好的动力学性能；涂层/基体的界面以冶金结合为主，结合力强，稳定性好。特别是其制备涂层组织为垂直基体表面柱状晶结构，具有很高的应变容限，较热喷涂制备涂层热循环寿命提升巨大。另外EB-PVD工艺技术精密，具有良好的可重复性。 简而言之，EB-PVD法制备热障涂层是兼具优良性能和巨大应用潜力的前沿技术。 2 EB-PVD技术发展历程 EB-PVD技术是伴随着电子束与物理气相沉积技术的发展而发展。直到上世纪中叶，电子束与物理气相沉积技术结合并成功地用于材料焊接及镀膜（或涂层）的制备。20世纪80年代，美国、德国等西方国家开始利用EB-PVD工艺制备热障涂层，但由于该设备在西方国家价格昂贵，且制备成本高，这使得对EB-PVD 技术的开发曾经一度停止[10, 11]。 20世纪50年代，前联对EB-PVD设备和工艺的投入全部集中在乌克兰巴顿焊接研究所，该所设计制造了30多台各种类型的EB-PVD设备。前联解体后，在科学院院士B A Movchen 的领导下，乌克兰巴顿焊接研究所成立了电子束国际中心（International Center for Electron Beam Technologies, ICEBT），并将EB-PVD设备的成本降低到接近西方国家同类设备的1/5。该中心成功地在叶片上制备出热障涂层，现已得到应用。到了上世纪九十年代中期，随着乌克兰巴顿焊接研究所研制的低成本的EB-PVD设备在世界各国的推广，从而掀起了EB-PVD技术的开发的新热潮[12-14]。 鉴于等离子喷涂（APS）涂层表面粗糙度大、孔隙多，难以适应气动性要求高的飞行器发动机涡轮转子叶片，加之APS涂层热稳定性和抗热冲击、热腐蚀性差。因此自20世纪70年代开始国外对EB-PVD制备TBCs开展了大量研究，自20世纪80年代美国、德国均获得可成功的应用[15]。由于EB-PVD TBCs柱状组织结构，能非常牢固地粘接在金属基体上，当基体受热膨胀时，柱状瓷晶体在水平方向具有大膨胀系数与基体匹配，在平面的氏模量较低，可更多地释放热应力，具有较好的抗热冲击性。正是这种高应力容限，使这种TBCs在高应力发动机上成功工作而不致剥落。这种特性是等离子喷涂TBCs不具备的。EB-PVD制备的TBCs在航空航天领域得到了广泛应用并发挥了巨大作用，正常情况下，TBCs可降低金属表面温度50～80 °C，个别高温点降温可达140 °C。 以EB-PVD技术在梯度热障涂层的研究历程中起的作用为例，为了解决金属与瓷热膨胀系数不匹配造成瓷层过早剥落现象，德国和加拿大研究人员最先提出了梯度热障涂层的设想。梯度热障涂层（图3）顶层YSZ（Yttria Stabilized Zironia）瓷层，底层为NiCoCrAlY金属粘接层，在二者之间引入了Al2O3-YSZ 梯度过渡层[16, 17]。该系统中金属粘接层到瓷层为连续过渡，消除了层状结构的明显层间界面，使涂层力学性能由基体向瓷层连续过渡。B A Movchan等人[18]选用Al-Al2O3-YSZ作为梯度过渡材料，利用EB-PVD采用单源多组分蒸发技术制备梯度热障涂层。采用EB-PVD方法制备梯度热障涂层，将在YSZ瓷层形成柱状晶结构，极提高瓷层的容应变能力。当Al2O3和ZrO2共同蒸发时，将在基体上得到具有微观多孔结构的Al2O3-YSZ混合层，可以降低材料的热导率。EB-PVD制备梯度TBC的抗热震性能得到了提高，在1135 °C (24 h)风冷至50 °C的热循环试验条件下，涂层能持续1500 h。
植物生长素的发现(市优质课教学设计)
《植物生长素的发现》教学设计 教材分析 植物激素调节一章是必修3植物个体水平的稳态与调节内容，揭示了植物体维持稳态的调节方式——激素调节，与第1、2章内容组成生物有机体稳态调节知识体系，即在个体水平上对生命系统进行研究。“植物生长素的发现”作为本章第一节揭示了植物向光性这一生命现象是在生长素调节作用下产生的个体适应性，随着生长素的发现学生认识到植物激素的存在，并初步了解生长素作用——促进生长，这也为继续探究第二、三节生长素的其他生理作用及激素应用奠定基础。“生长素的发现过程”是本节重点，涉及一系列经典的科学实验，教学时应让学生尝试像科学家一样去思考如何设计对照实验，如何从实验现象中去推理、归纳和发现。“科学实验设计的严谨性”是本节的难点，通过“生长素的发现过程”归纳出了科学实验设计的一般方法，在此基础上利用本节教材中的“技能训练”，学生就能较顺利地完成“科学实验设计的严谨性”分析，从而突破教学的难点。 学情分析 学生通过前面两章内容的学习，对生物体的调节作用有了一定的认识，并且在必修一和必修二中已经学习过“光合作用的探究历程”、“人类对遗传物质的探索过程”等多个包含生物科学史的内容，对科学研究的方法有了初步的了解，观察思维能力较强，但逻辑思维能力及对实验现象的分析能力、表达能力有待提高。因此在教学中，教师应注重激发学生进行探究和学习的兴趣，培养学生的分析和理解能力。 教学目标 1.知识目标 ①概述植物生长素的发现过程。 ②概述植物生长素的产生部位、运输和分布。 ③说出具有生长素效应的物质和植物激素的概念。 2.能力目标 ①尝试分析经典实验，提高逻辑思维的严密性。 ②通过对科学家实验的分析和技能训练，提高科学实验设计的严谨性。 3.情感、态度和价值观 引导学生深入思考科学家的工作过程，领悟科学探究的历程，学习科学家献身科学的精神，提高学生的科学素养，。 教学重点和难点 重点：生长素的发现过程。 难点：科学实验设计和推理的严谨性分析。 课时安排：一课时
(完整版)植物生长素的发现练习题
知识点一生长素的发现过程 1．下列利用胚芽鞘所做的实验中，能说明胚芽鞘尖端确实产生了“生长素”的是() 答案D 解析温特的实验设计证明了胚芽鞘尖端确实产生了某种化学物质，促进切去尖端的胚芽鞘弯曲生长。 2．如图所示，在燕麦胚芽鞘顶端的下部插入云母片(生长素不能透过)，从右边用光照射，燕麦胚芽鞘的生长情况将是() A．直立向上生长 B．向右弯曲生长 C．向左弯曲生长 D．不生长 答案B 解析由于云母片插入的位置偏下，不影响尖端生长素向背光侧转移，因此，背光侧的生长素浓度大于向光侧，生长速度大于向光侧，胚芽鞘弯向光源的方向生长。 3．某同学做了如图所示的实验，从实验结果可以直接得出的结论是() A．生长素进行极性运输 B．单侧光照引起生长素分布不均匀 C．生长素能促进植物生长 D．感受光刺激的部位是胚芽鞘尖端 答案C 解析由实验甲中去除尖端的胚芽鞘上端放置的琼脂块含生长素，胚芽鞘直立生长，而实验乙中去除尖端的胚芽鞘上端放置的琼脂块不含生长素，胚芽鞘不生长，可推知生长素能促进植物的生长。
4．根据所学知识判断，下列说法错误的是() A．图中能直立生长的是①、④和⑥ B．若探究植物的向光性，可设置①③进行对照 C．若探究植物胚芽鞘的感光部位，应设置④⑥进行对照 D．图中弯曲生长的是③⑤ 答案C 解析根据生长素的有无和分布是否均匀可以判断：①直立生长，②不生长不弯曲，③向光弯曲生长，④直立生长，⑤向光弯曲生长，⑥直立生长。设计实验时要遵循单一变量原则，若探究植物的向光性，可设置①③进行对照；若探究植物胚芽鞘的感光部位，应设置④⑤进行对照，④⑥不符合要求。 5．将切下的燕麦胚芽鞘顶部移到切口一侧，置于黑暗条件下，胚芽鞘的生长情况如图。这个实验能证明() A．顶端在光下产生某种“影响物” B．“影响物”具有促进胚芽鞘生长的效能 C．合成“影响物”不需要光 D．背光一侧“影响物”分布多 答案B 解析本实验是置于黑暗条件下的，所以A、C、D错误。 知识点二生长素的产生、分布和运输 6．在植物体内，合成生长素最旺盛的部位是() A．营养组织B．保护组织 C．分生组织D．机械组织 答案C 解析合成生长素最旺盛的部位是幼嫩的芽、叶和发育中的种子，这些部位属于分生组织。
热障涂层的研究进展 终结篇
Thermal Barrier Coatings for Gas-TurbineEngine Applications Science 296, 280 (2002); DOI: 10.1126/science.1068609 Nitin P. Padture,1* Maurice Gell,1 Eric H. Jordan2 重点阐述热障涂层成分的选择、结构设计、制备工艺、失效机理以及发展趋势。 随着科学技术的发展，在航天航空、燃气发电等领域，热障涂层得到更广泛的应用。热障涂层可使高温燃气和工作基体金属部件之间产生很大的温降(可达170 ℃或更高) ,达到延长热机零件寿命、提高热机热效率的目。所谓热障涂层是指由金属粘结层和陶瓷表面涂层组成的涂层系统。陶瓷层是借助于中间抗高温氧化作用的合金粘结层而与基体连结的。这一中间过渡层减少了界面应力，避免陶瓷层的过早剥落。 金属粘结层主要作用增强陶瓷涂层与基体的结合力、提高热膨胀系数匹配, 提高基体的抗氧化性。目前,常用作粘结层的合金为MCrAlY, M 代表Fe、Co、Ni 或二者的结合，但由于CoO、Fe2O3 等在高温下易与ZrO2 的单斜相或立方相发生化学反应, 因此, CoCrAlY 和FeCrAlY 不宜做热障涂层的粘结底层。由于NiCoCrAlY 粘结层的抗氧化、抗热腐蚀综合性能较好，因此热障涂层大多采用这种合金体系。MCrAl Y的成分对TGO 的生长速度、成分、完整性以及与基体的结合力等因素有决定作用。 陶瓷层的作用：隔热,抗高温、热冲击性能及高温耐腐蚀性能。ZrO2 成为首选是因为具有很高的熔点、良好的高温稳定性、低的热导率以及与基体材料最为接近的热膨胀率。氧化锆是一种耐高温的氧化物，熔点是2 680 ℃，它有三种晶体类型：单斜四方立方。从四方相向单斜相转变,伴随3 %～5 %的体积膨胀,导致涂层破坏，为延长涂层的使用寿命,ZrO2 中需加入稳定剂。研究结果表明当Y2O3 含量小于6%时，在热循环过程中会发生四方相到单斜相的转变，导致涂层剥落；在Y2O3 含量为6 %～8 %时,陶瓷涂层抗热循环性能最好,寿命最长。可能适用于高温热障涂层的陶瓷材料主要有氧化锆、氧化铝、氧化钇/氧化铈稳定的氧化锆、莫来石、锆酸镧、稀土氧化物等但氧化钇/氧化铈稳定的氧化锆整体性能为最好，仍是目前广泛应用的陶瓷热障涂层。 TBC 主要有3 种结构: 双层系统、多层系统和梯度系统,。双层系统陶瓷层一般为YSZ，粘结层材料普遍采用MCrAlY 合金。制备工艺简单, 是TBC 主要采用的结构形式。多层系统是在双层结构的基础上多加了几层封阻层。封堵层可以阻止外部的V2O5、SO2 侵蚀粘结层, 降低氧的扩散速度, 能有效地防止粘结层氧化。但抗热震性能改善不大, 而且工艺复杂。梯度系统是在陶瓷层和基体金属之间采用成分、结构连续变化的一种系统。它可以减小陶瓷层与粘结底层因线膨胀系数不同而引起的内应力, 提高涂层的结合强度和抗热震性能,消除了层状结构的明显层间界面, 使力学性能和线膨胀系数连续过渡,还形成了孔隙率梯度。 从热障涂层技术的发展及应用来看,涂层的制备技术以等离子喷涂( PS)和电子束物理气相沉积( EB2PVD) 两种为主。等离子喷涂( PS)是把金属或陶瓷粉末送入高温的等离子体火焰，将喷涂材料加热到熔融或高塑性状态，在高速等离子体焰流的引导下，高速撞击工件表面最终形成的喷涂涂层，操作简便，制备成本低, 沉积率高，几乎适用于所有难熔材料的喷涂，组织为层状的等轴晶, 涂层与金属基体的结合力相对较低,低的耐应变性，涂层是多孔的, 金属结合层易氧化导
植物生长素的发现(教学设计)
普通高中课程标准实验教科书·人教版·必修3 第三章第2节 《植物生长素的发现》教学设计 郭名宾（江西省信丰中学江西赣州 341600） 一、设计思路 科学史可以展现科学是永无止境的探究活动的本质特征，使人感受科学发展是一个线性累积、不断壮大的过程，领会“变化”才是科学本身具有的惟一不变特性。植物生长素的发现过程正是这样一个很好地展现科学在本质上是相对的、可变的、处在不断修正和发展过程中的素材。因此，本文基于以下的教学理念开展教学：问题为主线、探究为主轴、学生为主体、教师为主导，采用问题引导探究、教师引导学生的设计思路。 二、教学分析 1、教材分析与处理 《植物生长素的发现》编入了“达尔文、詹森、拜耳、温特等科学家的实验、评价实验设计和结论”等内容。教材以科学探索过程为脉络来安排教学内容，具有探究性的特点；文本呈现图文并茂，具有直观性的特点，为教师实施探究式教学提供了有力支撑。 基于以上设计理念，对教材知识作了适当调整（含顺序调整），本节课只学习生长素的发现过程和分析、评价实验设计的技能训练。 2、学情分析 曾学习过“假说──演绎法”、“类比推理”等，有一定的思考方法基础，且学生的观察、思维、逻辑推理等能力都较强，对植物向光性现象又有一定的感性认识。但对实验设计的各种能力（语言表达、实验分析、深入思考等）都有待提高，所以教学过程旨在培养学生的实验能力。 3、学习任务分析 教学重点：生长素的发现过程；教学难点：科学实验设计的过程及严谨性分析。通过学习，学生不仅要掌握生长素发现的过程，更要掌握对简单实验的设计、分析和评价的能力，感悟科学发现是一个继承与创新的辨证过程，需要实事求是和坚持不懈的科学态度。 三、教学目标 对于以上的教学分析，需达到的教学三维目标（见表1）。
人教版生物必修《植物生长素的发现》说课稿
人教版生物必修《植物生长素的发现》说课稿一、说教材 （一）教材分析 本课内容是人教版生物必修3第3章第1节，主要内容包括：植物生长素的发现；生长素的产生、分布和运输。课标要求：概述植物生长素的发现；考纲要求：Ⅱ。 植物激素调节一章是必修3植物个体水平的稳态与调节内容，揭示了植物体维持稳态的调节方式──激素调节的原理和应用知识，与第1、2章内容并列共同组成生物有机体稳态调节知识体系。 植物生长素的发现一节作为本章开篇一节，层层深入揭示了植物向光性这一生命现象是在生长素调节作用下产生的个体适应性，随着生长素的发现学生认识到植物激素的存在，并初步了解生长素的作用──促进生长，这也为继续探索第二、三节生长素的其他生理作用及激素应用奠定了基础，本节内容起着承上启下的作用。 这一节内容中“生长素的发现过程” 隐含的科学研究的方法与过程，以及设计实验时所要控制的“单因子变量问题，在整个必修课本中处于相当重要的地位，也是培养学生实验设计能力、提出问题、分析问题、解决问题等科学研究能力的很好的载体，其中包含的实验思想、方法、探究过程等更是历年高考的热点。通过学习，使学生了解生长素的发现过程，体验科学探究的曲折及发展历程，培养科学的思想方法及发展的科学观。 （二）教学目标
1．知识目标： ①概述生长素的发现过程。 ②解释植物向光生长的原因。 ③说明生长素的产生、运输和分布。 2．能力目标： ①体验发现生长素的过程和方法。初步学会科学探究实验的设计方法。 ②训练严密的逻辑思维能力，表达能力，养成良好的生物学素养。3．情感目标： 利用生长素发现过程教育学生关注生活现象，体验科学发现之美，形成积极探索、勇于进取的求知精神和追求真理的良好意志品质。（三）教学重点和难点 重点及分析： 生长素发现过程是本节课的重点。 生长素的发现过程既是掌握生长素生理作用的基础，又是理解生物激素调节作用的关键，同时还是能力培养的好材料。在科学研究与发现的历史过程中，不断发生着观察（包括实验观察）、根据观察发现问题并提出问题、根据分析提出假说和对假说的求证活动。课文中所介绍的生长素发现历史中的几个实验，完整地再现了假说的提出和求证过程，是对学生进行科学史教育的极好素材，同时也让学生体会到科学研究的实验方法以及严谨的思维逻辑过程，学生的科学思维方法和研究方法在此节能得到很好的训练。
生长素的作用机理
生长素的作用机理 生长素是发现最早的一类植物激素也是植物五大类激素中的一种．它参与着植物体内很多的生理作用如细胞的伸长生长、形成层的细胞分裂、维管组织的分化、叶片和花的脱落、顶端优势、向性、生根和同化物的运输等。所以研究生长素的作用机理对认识植物生长发育的许多生理过程有着不可估量的意义。 目前对激素作用的机理有各种解释，可以归纳为二：一是认为激素作用于核酸代谢，可能是在DNA转录水平上。它使某些基因活化，形成一些新的mRNA、新的蛋白质（主要是酶），进而影响细胞内的新陈代谢，引起生长发育的变化。另一则认为激素作用于细胞膜，即质膜首先受激素的影响，发生一系列膜结构与功能的变化，使许多依附在一定的细胞器或质膜上的酶或酶原发生相应的变化，或者失活或者活化。酶系统的变化使新陈代谢和整个细胞的生长发育也随之发生变化。此外，还有人认为激素对核和质膜都有影响；或认为激素的效应先从质膜再经过细胞质，最后传到核中。 虽然对激素作用机理有不同的解释，但是，无论哪一种解释都认为，激素必须首先与细胞内某种物质特异地结合，才能产生有效的调节作用。这种物质就是激素的受体。生长素作用于细胞时，首先与受体结合。经过一系列过程，引起细胞壁介质酸化和影响蛋白质合成，最终导致细胞的变化。 1.生长素受体结合蛋白（ABP1） ABP包括位于内质网膜上的ABP-I、可能位于液泡膜上的ABP-∏、位于质膜上ABP -III 以及生长素运输抑制剂 N1-naphthylp- hthalamic acid(NPA)和2，3，5一三碘苯甲酸(TIBA)的结合蛋白4类。 内质网上的ABP1合成后运输到细胞质膜上发挥生长素受体作用。生长素与细胞质膜上的ABP1结合后，钝化的坞蛋白转变为活性状态，并进一步激活质子泵将膜内H+泵到膜外，引起质膜的超极化，胞壁松弛，于是引起细胞的生长反应。内质网上的ABP1可能只是起贮藏库的作用。由于发育或其他信号引起的质膜上ABP1量的改变是通过内质网上的ABP1输出增加或减少调节的。由此可见，ABP1的分布和数量可以调节IAA功能的行使。 研究还发现，各种植物的ABP基因结构相似，编码的前体蛋白都具有主要的功能性结构序列。在氨基末端有一疏水信号序列，利于ABP在内质网膜间的穿透和转移，起信号转导作用；在羧基末端的KDEL四肽结构则使得ABP定位于内质网中的特定区域。研究认为，ABP1是一个同型二聚体糖蛋白，其亚基由163个氨基酸残基组成。如玉米的ABP1由3个组氨酸残基和1个谷氨酸残基组成1个结合部位，内含1个金属阳离子，这个部位极其疏水。在第2和第5位的半胱氨酸残基间还有1个二硫键，当生长素结合到这个部位时，羧酸酯与金属离子结合，而芳香环则与第151位的色氨酸残基等疏水性氨基酸残基结合。对ABP1羧基末端高度保守的氨基酸残基作定点突变时，发现第177位的半胱氨酸残基、第175位的天冬氨酸残基和第176位的谷氨酸残基是ABP1折叠和在质膜上起作用的重要残基，ABP1构象变化引发质膜信号传递。 2.信号转导 生长素信号传导分为两条主要途径：(1)质膜上的生长素结合蛋白(ASP)可能起接收细胞外生长素信号的作用，并将细胞外信号向细胞内传导．从而诱导细胞伸长。2)细胞中存在的细胞液／细胞核可溶性结合蛋白(SABP)与生长素结合，在转录和翻译水平上影响基因表达。生长素要引发细胞内的生化反应和特定基因表
热障涂层的三维界面形貌与热应力关系
第32卷第1期2011年1月 焊 接 学 报 TRANSACTI ONS OF T HE C H I N A W ELDI NG I N STI TUTI ON V o.l 32 N o .1 Januar y 2011 收稿日期:2010-03-30 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60879018) 热障涂层的三维界面形貌与热应力关系 王志平, 韩志勇, 陈亚军, 丁昆英 (中国民航大学材料工艺技术研究所,天津 300300) 摘 要:使用等离子喷涂方法制备出双层热障涂层(粘结层为N i C r A l Y,陶瓷层为Z r O 2).使用ABAQU S 有限元分析软件,采用间接耦合分析的方法,模拟计算了喷涂过程中陶瓷层/粘结层间三维结构椭圆界面的应力场分布,得出了粘结层表面三维椭球形貌单元位置和尺寸与热应力分布之间的关系.模拟结果表明,涂层制备后,椭球形貌单元位置和尺寸对于陶瓷层和粘结层的界面应力影响较为明显,在形貌单元尺寸一定的情况下,涂层边界附近形貌单元的热应力相对较大,是涂层失效的危险单元,单元角点处为各个单元的危险点,当短半轴为20 m 时界面危险点应力 y y 达到最大值324M Pa .关键词:热障涂层;热应力;界面形貌中图分类号:TG 172.6 文献标识码:A 文章编号:0253-360X (2011)01-0021- 04 王志平 0 序 言 基于提高航空发动机的经济性和可靠性的要求,热障涂层技术已成为未来发动机热端部件高温防护涂层技术的发展方向 [1,2] .由于涂层系统线膨 胀系数和导热系数在界面上跃变较大,尤其是在化学组成和物理性能陡变的粘结层和陶瓷层的结合界面上,无论在制备过程中还是在热载荷下,涂层内部的热应力容易导致涂层发生开裂、剥离、脱落等形式的失效. 界面粗糙化可以提高界面的结合强度,粗糙表面有利于增强机械结合力.然而,粗糙化的同时,界面出现复杂形貌,出现的垂直于界面的残余拉应力, 可能会导致涂层破裂和剥离[3,4] . 喷涂过程中残余应力与界面形貌的研究与预测的试验研究相对复杂,随着计算机技术的发展,有限元分析方法在分析涂层表面形貌与残余应力关系的研究得到了较快的发展 [5,6] . 考虑到涂层制备过程中出现的复杂的三维界面形貌,文中使用ABAQUS 有限元分析软件,研究了热障涂层制备过程中分界面上典型的三维椭球微坑形貌单元的热应力,对涂层的危险位置和可能的失效方式进行了初步分析. 1 热应力计算的基本原理 当涂层的温度发生变化时,由于热变形而产生线应变 (T 1-T 0),其中 是材料的线膨胀系数,T 1 是弹性体内任一点现时的温度值,T 0是初始温度值.如果物体的热变形不受任何约束时,则物体上有变形而不引起应力.但是,物体由于约束或各部分温度变化不均匀,热变形不能自由进行时,则在物体中产生应力. 涂层应力计算的过程一般可以分成以下几个步 骤.首先根据定解方程! 2 T =?c p T / t ,以及模型的初始条件和边界条件计算出涂层冷却过程中的温度场分布,其中!为热导率;?为密度;c p 为比热容;T 为温度;t 为时间.再根据涂层温度场分布和各部分的线膨胀系数计算在特定约束条件下的变形,然后利用几何方程由变形位移计算涂层各点的应变,最后根据材料的物理方程(应力与应变的关系)由应变计算各点的应力. 2 计算模型的建立 文中的研究对象为等离子喷涂方法制备的双层热障涂层,其陶瓷层(内含质量分数8%Y 2O 3的Zr O 2)厚度为250 m ,粘结层(N i 22Cr 10A l 1Y )厚度为100 m.粘结层表面均匀分布着椭球形微坑,长半轴长度为100 m,短半轴长度的变化范围为0~50 m.