8YSZ-Al₂O₃复合热障涂层研究进展

来源期刊：材料导报2021年第7期

论文作者：鲁发章 刘海韬 黄文质

文章页码：7042 - 14117

关键词：8YSZ-Al₂O₃复合涂层;微观结构;性能调控;高温应用;

摘    要：热障涂层可以为航空发动机等高温部件提供热防护,对延长其使用寿命具有重要意义。近年来高温部件的使用温度不断提升,对热障涂层的耐温性也提出了更高的要求。长时间高温热循环后,常规热障涂层容易出现开裂、剥落等失效行为,直接影响航空发动机的安全性和可靠性。8YSZ作为经典的热障涂层材料,具有优异的抗热震和隔热性能。但8YSZ致密度较低,涂层中存在较多的空隙和缺陷,其高温抗氧化和耐高温熔盐腐蚀等性能仍有较大的改进空间。而Al₂O₃作为常用的陶瓷涂层材料,致密度高、力学性能出色,但过小的热膨胀系数使其无法单独用作热障涂层材料。通过对比可以发现,8YSZ和Al₂O₃的性能具有较好的互补性。基于8YSZ和Al₂O₃各自的性能优势,研究者们开始将Al₂O₃引入8YSZ制备8YSZ-Al₂O₃复合涂层,探索将复合涂层用作热障涂层的可行性。研究发现,Al₂O₃的加入使8YSZ-Al₂O₃复合涂层中产生无定形相,无定形相的含量、重结晶与其耐温性能紧密相关。随着Al₂O₃含量的增加,复合涂层的微观结构变得更加致密,其杨氏模量和硬度等力学性能也呈增加趋势。引入Al₂O₃可以有效调节8YSZ涂层的微观结构和力学性能。受此影响,复合涂层的抗氧化和耐熔盐腐蚀等性能有较为明显的提高,但其抗热循环性能仍需进一步优化。本文按照复合涂层微观结构与力学性能调控、制备工艺与结构优化和高温应用的顺序重点介绍了8YSZ-Al₂O₃复合涂层的研究现状,阐述了其相对传统8YSZ涂层的主要优点及不足,并简要展望了未来发展趋势。