热障涂层的研究现状与发展方向
2024年稀土热障涂层材料市场分析现状
2024年稀土热障涂层材料市场分析现状引言稀土热障涂层材料是一种广泛应用于航空航天、船舶、汽车和能源领域的高技术涂层材料。
它具有优异的高温抗氧化性能和热障隔热性能，能够有效保护基底材料免受高温腐蚀和热应力的损伤。
本文将对稀土热障涂层材料市场的现状进行分析。
市场规模稀土热障涂层材料市场在过去几年呈现出快速增长的趋势。
据市场研究机构的数据显示，稀土热障涂层材料市场的规模从2016年的X亿美元增长到2020年的X亿美元。
预计在未来几年内，市场规模将继续保持较高增长率。
应用领域稀土热障涂层材料广泛应用于航空航天、船舶、汽车和能源领域。
航空航天领域是稀土热障涂层材料的主要应用领域之一，占据了市场的较大份额。
船舶领域对稀土热障涂层材料的需求也在不断增加，这源于船舶在高温海域的使用环境。
同时，随着汽车行业对节能减排要求的提高，稀土热障涂层材料在汽车领域的应用也将得到进一步拓展。
市场竞争格局稀土热障涂层材料市场存在着较为激烈的竞争。
目前市场上主要的稀土热障涂层材料供应商包括A公司、B公司和C公司等。
这些公司在技术研发、产品质量和售后服务等方面都具有一定的竞争优势。
此外，一些新兴的稀土热障涂层材料供应商也不断涌现，给市场竞争带来一定的压力。
发展趋势稀土热障涂层材料市场在未来将面临一些新的发展趋势。
首先，随着航空航天、船舶和汽车领域的快速发展，稀土热障涂层材料的需求将持续增加。
其次，新材料和新工艺的不断涌现将推动该市场的进一步发展。
例如，纳米技术的应用可以进一步提高稀土热障涂层材料的性能。
此外，环保要求的提高也将对该市场产生一定的影响，推动环保型稀土热障涂层材料的研发和应用。
总结稀土热障涂层材料市场具有较高的发展潜力，随着航空航天、船舶和汽车等领域的快速发展，其市场规模将持续增加。
市场竞争格局较为激烈，技术研发和产品质量将成为企业竞争的关键。
未来，新材料和新工艺的不断涌现以及环保要求的提高将推动该市场的进一步发展。
热障涂层材料发展趋势
热障涂层材料的发展趋势主要表现在以下几个方面：
1.高温稳定性的提高：随着航空发动机和燃气轮机的工作温度不断提高，热障涂
层材料必须具备更高的高温稳定性，以保持其良好的隔热性能和耐热性能。
因此，未来的研究将更加注重开发具有更高稳定性的热障涂层材料。
2.多层涂层技术的研究与应用：为了提供更好的隔热性能和更高的耐热性，多层
涂层技术已成为热障涂层领域的研究热点。
通过将不同材料和工艺组合起来，可以进一步优化热障涂层的性能，以满足更加复杂和严苛的工作环境要求。
3.新型材料的探索与研究：为了满足高温稳定性和其他性能要求，新型材料的探
索与研究已成为热障涂层领域的重要发展方向。
例如，纳米材料、陶瓷基复合材料等新型材料的出现为热障涂层的发展提供了新的机遇。
4.涂层制备工艺的改进与创新：随着航空发动机和燃气轮机的发展，对热障涂层
的制备工艺也提出了更高的要求。
未来的研究将更加注重涂层制备工艺的改进与创新，以实现更加高效、环保、低成本的制备过程。
5.综合性能的优化：除了高温稳定性外，热障涂层的机械性能、热膨胀系数匹配
性、附着强度等也是重要的性能指标。
未来的研究将更加注重这些性能指标的综合优化，以提高热障涂层的整体性能和可靠性。
总之，随着航空发动机和燃气轮机的发展，热障涂层材料将不断向着高温稳定性、多层涂层技术、新型材料、制备工艺和综合性能优化等方向发展。
航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状
航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状【1】航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状【2】概述航空发动机是现代航空运输的核心组件，而涡轮叶片则是发动机中最重要的零部件之一。
涡轮叶片承受着高温高压的工作环境，需要具备优异的耐热性和耐腐蚀性能。
为了提高涡轮叶片的寿命和性能，热障涂层技术应运而生。
本文将对航空发动机涡轮叶片热障涂层的研究现状进行探讨。
【3】热障涂层的作用热障涂层技术是通过在涡轮叶片表面涂覆一层耐高温材料，形成热障层，以减少叶片表面的工作温度，提高叶片的耐热性能和抗氧化能力。
热障涂层能够有效减少涡轮叶片的热应力和热疲劳损伤，延长叶片的使用寿命，并提高发动机的工作效率和可靠性。
【4】热障涂层研究的发展历程热障涂层技术在航空领域的发展可以追溯到上世纪50年代，最初采用的是金属涂层。
然而，金属涂层存在着氧化、粘结力差等问题，限制了其应用。
随着陶瓷涂层材料的研究和发展，陶瓷涂层逐渐取代金属涂层成为主流。
目前，热障涂层的研究重点主要集中在材料性能的优化、工艺改进以及涂层与基底材料之间的耦合问题等方面。
【5】热障涂层材料的选择航空发动机涡轮叶片的热障涂层材料需要具备优异的耐高温性能、热膨胀系数匹配性和抗氧化能力。
目前常用的涂层材料主要有氧化铝、氧化锆和复合材料等。
不同的涂层材料具有各自的特点和优势，在应用中需要根据具体的工作环境和性能要求来选择合适的材料。
【6】研究热障涂层的关键技术热障涂层的研究涉及到材料制备、涂层工艺、热处理和性能评价等多个方面。
其中，材料制备的关键技术包括热喷涂和物理气相沉积等方法，涂层工艺的关键技术包括预处理、喷涂参数控制和后处理等。
涂层与基底材料之间的耦合问题也是热障涂层研究中的一个重要方向。
【7】热障涂层的性能评价热障涂层的性能评价主要包括热稳定性、热膨胀性、抗氧化性和机械性能等指标。
常用的测试方法有热循环试验、热膨胀系数测试、高温氧化试验和机械性能测试等。
通过对涂层性能的评价，可以为进一步改进和优化涂层设计提供参考和依据。
热障涂层的研究现状与发展方向
热障涂层的研究现状与发展方向热障涂层（Thermal Barrier Coatings，TBCs）是一种应用于高温环境下的保护材料，可有效隔热、降低热应力，提高材料的使用寿命和性能。
随着高温领域的不断发展和应用需求的增加，热障涂层的研究也取得了很大的进展。
本文将介绍热障涂层的研究现状和未来的发展方向。
研究现状：1.材料选择：目前，热障涂层常用的材料是陶瓷氧化物，如氧化锆（ZrO2）。
这是因为氧化锆具有良好的高温稳定性和热隔离性能。
同时，为了增加涂层的韧性，常常将氧化锆与其他材料进行复合，如氧化钇（Y2O3）、氧化钆（Gd2O3）等。
2.涂层制备技术：常用的涂层制备技术有等离子喷涂、磁控溅射、物理气相沉积等。
这些技术可以形成致密、均匀的涂层，并能够提供所需的性能。
3.高温性能：研究人员通过改变合金元素的含量和添加合金元素，来改善热障涂层的高温性能。
例如，钛合金元素的添加可以提高热障涂层的抗氧化和抗热腐蚀性能。
4.应用领域：热障涂层广泛应用于航空、能源、汽车等领域。
例如，用于航空发动机的热障涂层可以提高发动机的工作温度，提高燃烧效率，降低燃料消耗。
发展方向：1.纳米材料研究：纳米材料具有较高的比表面积和界面效应，可以提高热障涂层的热导率和热膨胀系数匹配性。
因此，研究者们正在探索利用纳米材料制备热障涂层，并研究其热性能。
2.多层涂层研究：多层热障涂层可以提供更好的隔热性能和更高的耐热性。
目前，研究人员正在研究不同层次和组分的多层涂层结构，以提高涂层的性能。
3.高温腐蚀性能研究：热障涂层在高温腐蚀环境中容易受损。
因此，研究者们正在研究改善热障涂层的高温腐蚀性能，以提高其使用寿命。
4.综合性能优化：除了热性能，热障涂层的机械性能、热膨胀系数匹配性、附着强度等都是重要的指标。
因此，未来的研究将更加注重综合性能的优化，以提高热障涂层的整体性能和可靠性。
总结：热障涂层作为一种重要的保护材料，在高温环境下担负着隔热和降低热应力的任务。
航空发动机涡轮叶片热障涂层研究进展
参考内容
热障涂层技术是近年来广泛应用于航空发动机和燃气轮机涡轮叶片的关键技 术之一。本次演示将详细探讨该技术的原理、应用场景以及发展趋势。
一、技术原理
热障涂层技术主要利用了热交换机理和温度控制原理。在航空发动机和燃气 轮机中，涡轮叶片是关键的高温部件，容易受到高温燃气流的冲刷和腐蚀。热障 涂层通过在涡轮叶片表面涂覆一层耐高温、抗腐蚀的材料，有效降低叶片表面温 度，减少高温燃气流的侵蚀，提高叶片的可靠性和使用寿命。
2、气动外形的设计
涡轮叶片作为航空发动机和燃气轮机中的关键部分，其气动外形设计对于整 个动力系统的性能有着重要影响。热障涂层技术在涡轮叶片表面涂覆一层耐高温、 抗腐蚀的材料，不仅可以提高叶片的可靠性和使用寿命，还可以通过优化气动外 形设计，减小气流在叶片表面的阻力，提高整机的性能。
三、发展趋势
二、应用场景
1、发动机高温部件的温度控制
航空发动机和燃气轮机的高温部件，如涡轮叶片、燃烧室等，是整个动力系 统的关键部分。这些部件在高温、高压、高转速的极端环境下工作，对温度控制 的要求非常高。热障涂层技术通过在高温部件表面涂覆一层隔热性能优异的材料， 有效降低部件表面温度，提高发动机和燃气轮机的可靠性和性能。
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关键技术
热障涂层的制备技术包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶 胶-凝胶法等。其中，PVD和CVD技术能够制备出致密、均匀的涂层，但工艺温度 较高，容易导致基体热损伤；溶胶-凝胶法可以在较低的温度下制备出高纯度、 高致密度的涂层，但涂层的厚度和均匀性较差。因此，研究者们需要探索新的制 备方法，以获得具有优异性能的热障涂层。
2、涂层制备工艺的优化
热障涂层的制备工艺对于其性能和使用寿命有着重要影响。随着航空发动机 和燃气轮机性能的提高，对于热障涂层制备工艺的要求也更加严格。未来，需要 进一步优化涂层层的快速制备和大面积应用。
2024年稀土热障涂层材料市场环境分析
2024年稀土热障涂层材料市场环境分析引言稀土热障涂层材料是一种涂覆在高温工作部件表面的具有热障作用的材料，具有很好的抗热性和机械性能。
当前，稀土热障涂层材料市场正处于快速发展阶段。
本文将对稀土热障涂层材料市场的市场环境进行分析。
1. 市场规模稀土热障涂层材料市场的规模在过去几年呈现出稳定增长的趋势。
根据市场研究数据，2019年稀土热障涂层材料市场规模达到了XX亿元，预计到2025年将保持每年XX%的增长率，市场规模有望达到XX亿元。
2. 市场需求稀土热障涂层材料主要应用于航空航天、能源、汽车等行业。
随着这些行业的发展和需求的增加，稀土热障涂层材料市场的需求也在持续增长。
特别是航空航天领域对高温工作部件的需求不断增加，推动了稀土热障涂层材料市场的快速发展。
3. 市场竞争稀土热障涂层材料市场存在激烈的竞争。
市场上主要的竞争者包括国内外的化工企业和涂层材料供应商。
这些竞争者通过提供优质的产品和服务来争夺市场份额。
由于稀土热障涂层材料的生产技术和工艺要求较高，具有一定的技术门槛，因此市场上的主要竞争者主要是一些专业性较强的企业。
4. 市场趋势4.1 技术升级：随着科技的不断进步，稀土热障涂层材料市场的技术也在不断升级。
新的材料和涂层工艺的出现使稀土热障涂层材料的性能得到了很大的提升，进一步满足了市场的需求。
4.2 环保要求：随着环保意识的增强，市场对稀土热障涂层材料的环保要求也越来越高。
未来，市场将对环保型的稀土热障涂层材料需求增加，这将成为市场的一个新的增长点。
4.3 新兴市场：随着新兴市场的发展，稀土热障涂层材料市场的发展前景广阔。
特别是亚太地区的工业化进程加快，将带动稀土热障涂层材料市场的增长。
5. 市场挑战稀土热障涂层材料市场面临着一些挑战。
首先，材料成本较高，增加了生产成本。
其次，技术门槛较高，对生产企业的技术实力有较高的要求。
此外，市场竞争激烈，企业需要不断提高产品质量和服务水平以获得竞争优势。
热障涂层材料的研究和发展
热障涂层材料的研究与发展４１０厂张焰段绪海王世林杨秋生摘要热障涂层材料的研究与发展，始终受到人们极大的关注。
这不仅因为采用热障涂层结构，可以使航空发动机的气冷高温金属部件的温度降低５０－－－－２００℃，显著改善高温部件的耐久性，为航空工业的发展带来极大的便利，同时，这一研究在民用领域也存在着巨大的潜力。
目前，关于新型涂层材料及其制各工艺的研究工作还在进行。
本文针对热障涂层材料的研究与发展作了一些探讨。
关键词：热障涂层：ＺｒＯ：粉末；喷涂材料～、前言热障涂层的研究开始于５０年代初期，目的是为燃气轮机叶片及火箭发动机提供耐热、抗腐的防护。
６０年代开始应用于航空燃气轮机，但直到７０年代才获得突破性进展，试制成功了在高热通量条件下具有显著隔热作用的热障涂层（ＴＢＣ）。
热障涂层的典型结构是双层ＴＢＣ系统。
在金属基材与表面陶瓷涂层之间喷涂一层结合层。
因为陶瓷涂层与金属基材之间的结合性能较差，采用这种结构后，获得了非常满意的效果。
目前热障涂层主要应用于航空及工业燃气轮机燃烧室及加力燃烧室，并局部应用于燃气轮机的涡轮部分，并可望进一步应用于轮船柴油机、汽车发动机等方面。
热障涂层材料的研究与发展，始终受到人们极大的关注。
近年来，随着航空工业的飞速发展，对航空设备的性能要求越来越高。
现代航空涡轮发动机的发展趋势是大推力、高效率、低油耗和长寿命。
为了达到这些目标，主要措施是提高涡轮进口温度，减少发动机结构尺寸和重量。
航空发动机出现后近４０年间，涡轮进口温度平均每年约提高１５℃，而高温合金最高工作温度仅以平均每年１０＂（２左右的速度递增，目前已达到１０５０℃，相当于其熔点的７５％，进～步提高工作温度的潜力已十分有限。
为了满足涡轮进口温度不断提高的要求，在致力于进一步发展新型合金和冷却技术的同时，国际上正在积极发展高温热障涂层技术。
实验表明，应用这种技术可以允许提高燃烧室温度５０－２００。
Ｃ，如果在涡轮叶片上等离子喷涂二氧化锆涂层，则可以提高涡轮进口温度约８０。
航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状
航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状一、引言航空发动机是现代航空器的重要组成部分，其性能直接影响到飞机的安全和经济性。
涡轮叶片作为航空发动机的重要组件之一，承受着高温和高速气流的冲击，对其表面进行热障涂层的研究成为了发展的热点之一。
本文将综述航空发动机涡轮叶片热障涂层的研究现状，并对未来的研究方向进行展望。
二、背景在航空发动机中，高温气流是涡轮叶片面临的主要问题之一。
高温气流的冲击会导致涡轮叶片的热膨胀、氧化和烧蚀等问题，进而降低了发动机的性能和寿命。
为了解决这一问题，研究人员提出了热障涂层的概念。
三、热障涂层的种类热障涂层可以分为传统热障涂层和新型热障涂层两大类。
1. 传统热障涂层传统热障涂层主要包括YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) 和 GCO (Gadolinium Cerium Oxide) 等。
YSZ涂层被广泛应用于航空发动机中，具有优异的热障效果和氧化屏障性能。
GCO涂层相比于YSZ涂层，具有更好的机械和热损伤修复能力，但研究相对较少。
2. 新型热障涂层新型热障涂层主要包括二氧化铝涂层、钨合金涂层等。
经过改良的二氧化铝涂层具有更好的耐腐蚀性能和较低的热导率，但是其热障效果相对较差。
钨合金涂层则具有更好的高温性能和耐烧蚀能力，但是涂层的结构和制备工艺仍面临挑战。
四、热障涂层的制备工艺热障涂层的制备工艺对涂层性能的影响至关重要。
目前，常见的热障涂层制备工艺包括物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）、化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）和高速火焰喷涂（High VelocityOxygen/Fuel，HVOF）等。
1. PVDPVD技术通过物理手段将材料从固态直接转变为气态，然后沉积到基底上。
PVD制备的热障涂层具有致密的结构、低孔隙率和较高的结合强度，但是制备成本较高。
2. CVDCVD技术是利用化学反应将气态前驱体沉积在基底上，形成热障涂层。
2024年稀土热障涂层材料市场前景分析
2024年稀土热障涂层材料市场前景分析1. 引言随着高温工艺的广泛应用，对耐热材料的需求不断增加。
稀土热障涂层材料作为一种具有优异性能的高温材料，近年来受到了广泛的关注和研究。
本文将对稀土热障涂层材料市场前景进行分析，探讨其发展趋势和潜在机遇。
2. 稀土热障涂层材料的特性稀土热障涂层材料是一种由稀土元素和陶瓷基底组成的复合材料。
其具有以下特性：•良好的耐热性能：稀土热障涂层材料能够在高温环境下保持其结构和性能稳定，具有较高的熔点和抗氧化性能。
•优秀的隔热特性：稀土热障涂层材料具有较低的导热系数，能够有效减少热能传导，提高材料的绝热性能。
•良好的耐磨性和耐腐蚀性：稀土热障涂层材料具有良好的耐磨和耐腐蚀性能，能够有效延长材料的使用寿命。
3. 市场规模及发展趋势根据市场研究报告，稀土热障涂层材料市场在过去几年呈现出迅速增长的趋势。
预计到2025年，稀土热障涂层材料市场规模将达到XX亿美元，复合年增长率将保持在X％以上。
主要驱动稀土热障涂层材料市场增长的因素包括：•高温工艺的广泛应用：随着高温工艺在航空航天、能源、汽车等领域的应用不断扩大，对稀土热障涂层材料的需求不断增加。
•技术创新的推动：稀土热障涂层材料的研发和应用领域不断拓展，新技术的不断推出将进一步促进市场的发展。
•环保要求的提高：稀土热障涂层材料具有优异的环保特性，符合国际环保标准，将受到越来越多行业的关注和采用。
4. 市场机遇和挑战尽管稀土热障涂层材料市场前景广阔，但仍面临一些挑战。
其中，核心的机遇和挑战如下：4.1 机遇•新兴应用领域的发展：稀土热障涂层材料在航空航天、能源、汽车等领域的应用还有很大的发展空间，尤其是在新兴应用领域。
•技术创新的推动：新的材料和技术的不断推出将进一步提升稀土热障涂层材料的性能和应用范围，为市场带来更多机遇。
4.2 挑战•高成本：稀土热障涂层材料的生产成本相对较高，这对其广泛应用产生一定的限制。
•技术瓶颈：稀土热障涂层材料的研发和生产仍面临一些技术挑战，如材料的制备工艺和陶瓷基底的稳定性等。
2023年热障涂层行业分析报告及未来五至十年行业发展报告
热障涂层行业分析报告及未来五至十年行业发展报告目录前言 (4)一、热障涂层行业（2023-2028）发展趋势预测 (4)(一)、热障涂层行业当下面临的机会和挑战 (4)(二)、热障涂层行业经营理念快速转变的意义 (5)(三)、整合热障涂层行业的技术服务 (6)(四)、迅速转变热障涂层企业的增长动力 (6)二、热障涂层行业政策背景 (7)(一)、政策将会持续利好热障涂层行业发展 (7)(二)、热障涂层行业政策体系日趋完善 (7)(三)、热障涂层行业一级市场火热,国内专利不断攀升 (8)(四)、宏观经济背景下热障涂层行业的定位 (8)三、热障涂层产业未来发展前景 (9)(一)、我国热障涂层行业市场规模前景预测 (9)(二)、热障涂层进入大规模推广应用阶 (9)(三)、中国热障涂层行业的市场增长点 (9)(四)、细分热障涂层产品将具有最大优势 (10)(五)、热障涂层行业与互联网等行业融合发展机遇 (10)(六)、热障涂层人才培养市场广阔，国际合作前景广阔 (11)(七)、热障涂层行业发展需要突破创新瓶颈 (12)四、2023-2028年热障涂层业市场运行趋势及存在问题分析 (13)(一)、2023-2028年热障涂层业市场运行动态分析 (13)(二)、现阶段热障涂层业存在的问题 (13)(三)、现阶段热障涂层业存在的问题 (14)(四)、规范热障涂层业的发展 (16)五、热障涂层企业战略目标 (16)六、热障涂层业的外部环境及发展趋势分析 (16)(一)、国际政治经济发展对热障涂层业的影响 (16)(二)、国内政治经济发展对热障涂层业的影响 (17)(三)、国内突出经济问题对热障涂层业的影响 (17)七、热障涂层企业战略保障措施 (18)(一)、根据企业的发展阶段，及时调整组织架构 (18)(二)、加强人才培养与引进 (19)1、制定人才整体引进方案 (19)2、渠道人才引进 (20)3、内部员工竞聘 (20)(三)、加速信息化建设步伐 (20)八、热障涂层产业投资分析 (21)(一)、中国热障涂层技术投资趋势分析 (21)(二)、大项目招商时代已过,精准招商愈发时兴 (22)(三)、中国热障涂层行业投资风险 (22)(四)、中国热障涂层行业投资收益 (23)九、关于未来5-10年热障涂层业发展机遇与挑战的建议 (23)(一)、2023-2028年热障涂层业发展趋势展望 (23)(二)、2023-2028年热障涂层业宏观政策指导的机遇 (24)(三)、2023-2028年热障涂层业产业结构调整的机遇 (24)(四)、2023-2028年热障涂层业面临的挑战与对策 (25)前言中国的热障涂层业在当前复杂的商业环境下逐步发展，呈现出一个积极整合资源以提高粘连性的耐寒时代。
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热障涂层的研究现状与发展方向/ 周宏明等
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能力较差 。Sc2 O32Y2 O32ZrO2 ( S YSZ) 具有高温下的 t’相稳定性 和 抗 热 盐 腐 蚀 能 力[12 ] 。Raghavan 等[13 ] 研 究 了 ZrO22Y2 O32 Ta2 O5 (Nb2 O5 ) 陶 瓷 材料 的 性 能 , 结 果 表 明 该 材 料 在 1000 ～ 1500 ℃范围内均为四方结构 ,无明显相变 ,并具有低的热导率 (1. 8～2. 8 W/ (m ·K) ) ,宽的弹性模量范围 (150～232 GPa) 以 及与 YSZ 相近的热膨胀系数 。Rao 等[7] 研究了 CaO2Ce2 O 部分 稳定的 ZrO2 涂层的热物性能 ,结果表明该涂层在 1200 ℃下具 有良好的抗热震性能 。但是上述涂层系统中 ,其热物性能还没 有一种明显优于 ZrO22Y2 O3 。
据报道 ,目前美国几乎所有的陆用和船用燃气轮机都采用 了 TBCs ,每年约有 300t 氧化锆材料用在 TBCs 上 ,在未来 10 年中 TBCs 将达到 12 %的年增长率 ,其中在发动机部件中的年 增长率将达到 25 %[2] ,具有广阔的应用开发前景 。近年来 ,随 着航空燃气涡轮机向高流量比 、高推重比 、高进口温度方向发 展 ,燃烧室中的燃气温度和压力也不断提高 。目前 ,燃气温度已 接近 2000 K ,因此航空发动机涡轮叶片的合金材料上需喷涂热 障涂层以承受 1600 ℃以上的涡轮进口温度[4] 。实际应用的热 障涂层大多采用由陶瓷隔热表层和金属粘结底层组成的双层结 构 ,6 %～8 %氧化钇稳定的氧化锆 ( YSZ) 是目前使用最广泛的 陶瓷隔热表层材料 ,金属粘结底层主要为 MCrAl Y 合金 ,其中 M 代表 Ni 、Co 或 NiCo [5] 。由于 YSZ 热障涂层的长期使用温度 为 1200 ℃,超过 1200 ℃,相变加剧 ,易烧结 ,氧传导率高 ,过渡金 属易被氧化 ,导致涂层失效 ,已难以满足涡轮进口温度进一步提 高的需要 。
新型陶瓷隔热表层材料的研究是开发适用于下一代超音速 发动机的新的热障涂层材料体系的关键 ,也是未来热障涂层技 术发展的重要方向之一 。
延长涂层寿命 。Stecura 等[21] 的研究表明高铬低铝涂层比低铬 低铝涂层的寿命长 。Lo nga 等[22] 认为 Y 提高结合层抗氧化性 的主要原因为 : Y 可以抑制金属相中空位的聚集 ,阻止金属阳离 子向外扩散 ;通过形成栓状氧化物 ,增加氧化物的粘附性 ;提高 氧化物的塑性 ;抑制氧化物的横向生长 ,减小横向压应力 。
对结合层预氧化及渗铝处理也得到了研究和应用 。W. Lih 等[27] 在 MCrAl Y 结合层中加入 Al2 O3 成分 ,并对这种复合 结合层进行激光重熔 ,可显著提高结合层在 1050～1100 ℃时的 抗高温氧化性能 。通过预氧化可在结合层表面形成以 Al2 O3 为主的氧化物层 ,降低涂层在高温循环氧化中的氧化速度 ,并通 过实验得出最优的预氧化温度和时间分别为 1000 ℃和 50h 。
选择更好的 ZrO2 氧化物稳定剂 ,进一步提高热障涂层的 抗热循环性能是一个热点方向 。目前 ,除 ZrO22Y2 O3 以外 ,正 在开 发 的 一 些 涂 层 系 统 有 ZrO22CeO2 、ZrO22Yb2 O3 、ZrO22 Er2 O3 、ZrO22Dy2 O3 、ZrO22HfO22Y2 O3 以及稀土氧化物[7 ,9 ] 。例 如 ,Brando n 等[10] 采用 CeO2 作为 ZrO2 的稳定剂取得了良好的 效果 ,用 25 % (质量分数) CeO2 稳 定 的 氧 化 锆 在 1600 ℃时 效 1000h 才会分解 , 且热机械性能良好 。Schulz 等[11] 研究发现 25/ 2. 5wt % CeO2 / Y2 O3 作为稳定剂时 ,ZrO2 为介稳定的 t’相 , 且其稳定性优于 8wt % YSZ ,但耐 V 、S 腐蚀介质燃气的抗腐蚀
为开发满足下一代超音速发动机用热障涂层 ,人们除了继 续研究新型稳定剂的 ZrO2 陶瓷材料外 ,还努力开发新的热障 涂层材料[14] 。目前 ,针对新的热障涂层陶瓷材料的开发主要集 中于 稀 土 锆 酸 盐 。Vassen 等[15] 合 成 了 Sr ZrO3 、BaZrO3 和 La2 Zr2 O7 三种陶瓷粉体 ,并采用等离子喷涂法制备了热障涂 层 ,发现在 1200 ℃下 ,SrZrO3 、BaZrO3 的热稳定性较差 ,不适于 用作涂层材料 ,而 La2 Zr2 O7 表现出优异的热稳定性和抗热震性 能 ,是一种极有发展前景的下一代热障涂层陶瓷材料 。Wu Jie 等[16 ] 测定了 Gd2 Zr2 O7 (烧绿石结构) 、Gd2 Zr2 O7 (氟石 结 构) 、 Gd2. 58 Zr1. 57 O7 (氟石结构) 、Nd2 Zr2 O7 (烧绿石结构) 和 Sm2 Zr2 O7 (烧绿石结构) 的导热系数 ,发现它们的导热系数很小 ,且相差甚 微 ,但比 YSZ 的导热系数低 30 %以上 。Diet rich 等[17] 报道了一 种新的陶瓷材料 ———La YbO3 ,在室温至 1300 ℃范围内 ,其结构 均为钙钛矿型 ,并具有比 YSZ 更低的烧结速率和热导率 ,更小 的杨氏模量和更低的硬度 。国内 ,华南理工大学的陈汉存和中 科院金属所的关侃等[18] 研究了 SiO2 添加剂对等离子喷涂 ZrO2 涂层结构和性能的影响 ,表明添加 3wt %左右的 SiO2 可使涂层 的粘结强度和热冲击寿命提高 4～5 倍 。
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材料导报
2006 年 3 月第 20 卷第 3 期
热障涂层的研究现状与发展方向 3
周宏明 ,易丹青 ,余志明 ,肖来荣
(长沙中南大学材料科学与工程学院 , 410083)
摘要 热障涂层 ( TBCs) 是目前最先进的高温防护涂层之一 ,具有良好的隔热效果和抗高温氧化性能 。综述了 热障涂层的陶瓷材料 、粘结层材料 、涂层结构 、制备工艺及涂层失效机理等 5 个方面的研究现状 ,在此基础上提出了热 障涂层的发展方向 。
单斜相 1180 ℃ 正方相 2370 ℃ 立方相 2680 ℃ 熔点 950 ℃
从正方相向单斜相转变 ,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 。20 世纪 60 年代用 MgO 和 CaO 作为稳定剂 ,后来发现以这两种氧化物 作为稳定剂的涂层组织稳定性不好 ,燃气的硫化作用使 MgO 和 CaO 从涂层中析出 ,降低了对 ZrO2 相的稳定作用 ,使涂层的 热循 环 寿 命 降 低 , 目 前 这 两 种 稳 定 剂 已 基 本 被 Y2 O3 所 替 代[6 ,7] 。Stecura 等对不同 Y2 O3 含量稳定的 ZrO2 陶瓷涂层的 热物性能进行了分析 ,结果表明在 Y2 O3 含量为 6 %～8 %时[8] , 陶瓷涂层抗热循环性能最好 ,寿命最长 。
( School of Materials Science and Engineering , Cent ral Sout h U niversiact Thermal barrier coatings ( TBCs) become o ne of t he mo st advanced coatings for high2temperat ure
为提高结 合 层 的 抗 氧 化 能 力 , 延 长 涂 层 的 使 用 寿 命 , 在 MCrAl Y 中添加一些改变结合层抗氧化及耐热腐蚀性能的元素 (Si 、Ti 、Ta 、W 、Co 、Mo 、Hf) 的研究[23] 自 20 世纪 70 年代以来一 直在进行 。X. Huo 等[24] 发现 ,在 NiCoCrAl YSi 涂层中加入 Si , 由于 SiO2 本身抗氧化和热腐蚀 ,而且具有高温自愈合特性 ,因 此提高了涂层的抗氧化和热腐蚀性能 。近期 Czech 等[25] 的研 究表明 ,在 CoNiCrAl Y 中添加少量的 Re 后 ,可显著改善结合层 的高温抗氧化性能 ,更重要的是能够较大地延长涂层的热疲劳 寿命 。邓畅光等[26] 通过低压等离子喷涂技术在 Ni 基合金表面 制备了 Y2 O32CeO22TZP/ NiCoCrAl Y 梯度热障涂层 ,其中加入 稀土硅铁会提高涂层的抗热震和抗高温氧化性能 。
p rotection p resently , which show excellent t hermal barrier effect and high2temperat ure oxidation resistance. In t his pa2
per , t he research stat us of ceramic materials , metal2bo nding materials , const ructio n , p reparing technology and failure
Al2 O3 陶瓷 ,由于它的热膨胀系数太小 ,目前已经完全被 ZrO2 陶瓷材料取代 。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[2 ] (9 ×10 - 6 ～11. 5 ×10 - 6 K- 1 ) 。纯的 ZrO2 有 3 种晶型 : 单 斜相 、正方相和立方相 ,其转化条件如下 :
关键词 热障涂层 ( TBCs) 研究现状 发展方向 中图分类号 : T G 174. 45 文献标识码 :A
Research Status and Development Tendency of Thermal Barrier Coatings
ZHOU Ho ngming , YI Danqing , YU Zhiming , XIAO Lairo ng
3 国家自然科学基金资助项目 (20306031) 周宏明 :男 ,1974 年生 ,博士生 ,讲师 ,从事无机涂层材料制备方面的研究 Tel :07312883009 E2mail :ipezhm @yahoo . co m. cn