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稀土锆酸盐热障涂层材料研究进展/项建英等
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稀土锆酸盐热障涂层材料研究进展
项建英1,陈树海,黄继华,周国栋,梁文建,汪瑞军2,何务
(1北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;2北京金轮坤天特种机械有限公司,北京100083)
摘要稀土锆酸盐是最有希望应用于未来高性能航空发动机的热障涂层材料之ー。归納了国内外研究者在
稀土锆酸盐类瓷材料上取得的结果,系统分析了不同位置全取代或部分取代得到的掺杂陶瓷材料的热物理性能和
力学性能,并讨论了热障涂层材料研究的发展趋势,最后指出了稀土高酸盐热障涂层材料需要进一步研究的关鍵问
题
关键词热障涂层稀土酸盐热物理性能力学性能
中图分类号:TG174.44
文献标识码:A
Research Progresses of Rare-earth Zirconate Ceramic
Materials for Thermal Barrier Coatings
XIANG Jianying, CHEN Shuhai, HUANG Jihua, ZHOU Guodong
LIANG Wenjian!, WANG Ruijun', HE Qing
(1 School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083;
2 Beijing Golden Wheel Special Machine Co. Ltd. Beijing 100083)
Abstract Rare-earth zirconates is one of the prospective thermal barrier coatings(TBCS) materials for use ir
high performance turbine engine in the future. The research progress of home and abroad is summarized, and the ther-
mo-physical and mechanical properties of ceramic materials which substituted by completely or partly at different ele
ments were analyzed systematically. The research progress and development tendency of ceramic materials for TBCS
are analyzed and investigated, and then some key problems of rare-earth zirconates as TBCS materials in further reac-
her are reviewed in the end
Key words thermal barrier coatings, rare-earth zirconate, thermophysical properties, mechanical properties
热障涂层主要应用于航空发动机工业,具有良好的隔热R. Hassen等指出稀土错酸盐具有热导率较低的优点,周
效果与高温抗氧化性能,是目前最为先进的高温防护涂层之洪等也指出稀土锆酸盐是低热导率高熔点的物质,但由
一,也是应用前景最好的表面防护涂层之一。近年来,随于稀土错酸盐体系庞大,包含物质较多,而他们也没有对当
着航空燃气涡轮机向高流量比、高推重比、高进口温度方向前新型陶瓷层材料进行全面的综述和总结。本文详细地论
发展,燃烧室中的燃气温度不断升高,目前广泛应用的表层述了目前重点研究的陶瓷层材料稀土锆酸盐的发展和
陶瓷材料YSZ已难以满足其涡轮进口温度进一步升高的需研究现状,对其所包含的物质进行了分类,深人分析和讨论
要,主要原因是YSZ的使用温度超过1200℃,相变加剧、了其热物理性能,并探讨了其发展趋势。
易烧结、氧传导率高,过渡金属易被氧化,导致涂层失效。因
此,研究和开发使用温度更高、综合性能更好的新型热障涂
锆酸镧陶瓷材料特性
层陶瓷材料是提髙热障涂层使用温度和延长其使用寿命的
稀土锆酸盐是一类A2B2O,型的结构和性质特殊的化合
关键手段。
物,其晶体结构与烧绿石结构( Pyrochlore)相同,可以看成是
目前,世界各国对热障涂层陶瓷材料的开发进行了大量由缺少1/8格位氧的萤石结构( Fluorite)術生而来(如图1
的研究工作,并取得一系列新成果。曹学强等4对陶瓷层材所示),这种稀土镨酸盐晶体具有比YSZ更多的空位,更复杂
料的选择标准进行了详细的阐述,并给出了陶瓷层材料基本的晶胞结构,而且晶胞存在质量较大的稀土原子,大大增加
的性能要求和体系; Clark和 Phillpot也较系统地闻述了新了声子散射,导致平均自由程减小,因此其热导率一般都比
型低热导率陶瓷层材料,并指出了陶瓷层材料的模拟研究方传统的YSZ的热导率要低。
法和发展方向,但这些有关陶瓷层材料的综述和总结由于
La2Zr2O1(LZの是一种典型的稀土酸盐材料,其热物理
时间较久已经不能反映当今陶瓷层材料的发展现状和趋势。性能如表1所示?。从表1可以发现,LZ的热导率相对于
国家重点基础研究发展计划(613112)
项建英:男,1985年生,博士生,主要从事热障涂层的硏究Emai;xy1985233@163.com