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．．一材料与表面处理

热障涂层研究状况及进展

ＳｔａｔｕｓａｎｄＥｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＳｔｕｄｙｉｎｇｏｎＴｈｅｒｍａｌＢａｒｒｉｅｒＣｏａｔｉｎｇｓ

河北工业大学材料学院（３００１３０）王利强阎殿然何继宁

沧州青十三化建公司（０６１０００）宋向阳

【摘要】介绍ｊ热障涂层的发展，粘结底层和陶瓷层材料的选择机理及制备Ｉ艺，电子束物理气

相沉积（ＥＢＰＶＤ）技术代表ｊ未来热障涂层的发展趋势。阐述热障涂层的３种结构形式，提出

热障苗｝层体系存在的一些题和优化设计方案。

关键词热障涂层ＭＱＡ１ＹＺｒＯＥＢ—ＰＶＤ柱状晶热震

ＫｅｙｗｏｒｄｓＴＢＣｓ，ＭＣｒＡＩＹ，ＺｒＯ２，ＥＢ－ＰＶＤ，ｃｙｌｉｎｄｅｒｃｒｙｓｔａｌ，ｔｈｅｒｍａｌｓｈｏｃｋ

热障涂层（ＴＢＣｓ）是利用陶瓷材料热导率低、抗不宜做热障涂层的粘结底层。Ａｌ、０是影响

氧化、耐热冲击等特性制备的热绝缘陶瓷层，它能够ＭＣｒＡＩＹ合金抗氧化的重要元素。Ａｌ是生成Ａｏ１

阻止外部环境的热量向基体金属传递，提高基体的氧化膜所必需的元素，高Ａ１量能够延长高温氧化

工作温度。条件下涂层寿命，但又会带来额外的脆性，国内外倾

早在５０年代末，发动机热端部件采用等离子喷向于使用Ａｌ含量＜７．５％（质量百分比）的涂层。

涂热障涂层的研究工作就已开始“。最初是应用在组元Ｃｒ主要提高抗氧化和抗硫蚀。在高温条件下，

Ｘ一１５火箭喷嘴及燃气涡轮发动机的燃烧室部件。７０粘结底层中的Ａｌ选择氧化完毕后，继续在氧化铝

年代中期，等离子喷涂热障涂层首次成功地在试验膜与粘结底层之间形成氧化铬膜，起到屏蔽基体合

性发动机上通过了地面试验，这标志着热障涂层的金的作用。同时，ｃｒ能够促进Ａｏ１膜的生成。氧化

制备和应用进入了一个新的时代０。８０年代，热障膜过厚，会降低结合层的粘性，当ＭＣｒＡＩＹ层与陶

涂层应用范围不再局限于航天航空领域，在轮船、汽瓷层之间氧化膜厚度达到３～５ｍ，足以引起陶瓷

车、能源等领域的热端部件上也有广泛的应用与研层剥落“】１ｌ。加入０．３ｗｔ％～１ｗｔ％微量元素Ｙ不

究］。近年来，电子束物理气相沉积（ＥＢ—ＰＶＤ）方仅能够提高氧化物膜层与基体结合力的作用，而且

法逐渐用于制备热障涂层，由于会形成致密的柱状可以改善涂层的热震性能，涂层中还可以添加其他

晶结构，热障涂层具有很大的应变容限和更高的结合金化元素，如Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ等，具有增强粘结层抗氧

合强度，大大提高了热障涂层的抗热冲击能力“］。化及抗热腐蚀和提高与基体的结合力的作用“。

电子束物理气相沉积技术代表了目前和未来更高性２．陶瓷层材料

能热障涂层制备技术的发展方向。表面陶瓷层材料一般选用含６ｗｔ～８ｗｔ

Ｙｏ。的ｚｒＯ，即部分稳定矗Ｏ（ＰＳＺ）。它具有许多

制备材料

优异的特性：

１．粘结底层材料１）高熔点（２７００￣２８５０℃）；

热障涂层采用金属粘结底层的目的是为改善