稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层研究现状与趋势

作     者：王鹏程 赵运才 刘明 王慧鹏 马国政 王海斗 WANG Pengcheng;ZHAO Yuncai;LIU Ming;WANG Huipeng;MA Guozheng;WANG Haidou

作者机构：江西理工大学机电工程学院赣州341000 陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072 

出 版 物：《材料导报》 (Materials Reports)

年 卷 期：2021年第35卷第9期

页      面：9069-9076页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(51675531,51535011,51965023) 北京市自然科学基金(3172038) “十三五”装备预研项目(41423060315) 装发-教育部联合基金(6141A02033120) 

主　　题：热障涂层 稀土氧化物 热导率 氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ) 

摘      要：随着科技的进步与发展,面对日趋复杂的工作环境,传统的氧化钇部分稳定的氧化锆(Yttria partially stabilized zirconia)热障涂层材料在高于1200℃的环境下服役时,易出现相变、烧结收缩严重等问题,降低了涂层的隔热性能,同时伴随有一定的体积变化而加速涂层的剥落,需要研发性能更好的热障涂层以适应未来的工作环境。新一代热障涂层分为以下几类:(1)掺杂稀土氧化物改性YSZ热障涂层;(2)萤石或焦绿石结构热障涂层;(3)钇铝石榴石或磁铁铅矿热障涂层;(4)钙钛矿结构热障涂层。其中,采用稀土氧化物掺杂对YSZ进行改性的热障涂层由于可以有效降低热障涂层的热导率,提高其高温相稳定性、高温抗氧化性、高温抗腐蚀性能等而引起国内外学者的关注。本文主要介绍了目前几种有希望代替传统YSZ涂层的稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层,稀土氧化物包括CeO_(2)、Sc_(2)O_(3)、Gd_(2)O_(3)、La_(2)O_(3),对不同稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层材料的物理化学性质、研究现状及存在的问题进行了综述。其中掺杂CeO_(2)可降低涂层的热导率,使其耐Na_(2)SO_(4)腐蚀能力增强,并提高其热稳定性;掺杂Sc_(2)O_(3)不仅降低涂层的热导率,还大大提高其相稳定性,使涂层在1500℃高温下经过长时间热处理后仍然保持单一的t 相;掺杂Gd_(2)O_(3)可有效提高其耐热腐蚀性,但过量掺杂会降低涂层的力学性能;掺杂La_(2)O_(3)可增强涂层的抗烧结能力,有效降低其热导率。本文还对影响稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层性能的其他因素(如制粉方式、喷涂工艺等)的研究现状进行了简单的介绍,对今后热障涂层体系的发展趋势及研发思路进行总结,为新型热障涂层的研制提供参考。