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极端条件下多元稀土掺杂氧化锆热障涂层失效机制探究

目录

内容概要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1.1研究背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1.2研究意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.3研究目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

热障涂层材料概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

2.1热障涂层的基本原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

2.2氧化锆作为热障涂层材料的特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.3稀土元素在热障涂层中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

极端条件下的热障涂层性能研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

3.1极端条件定义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

3.2极端条件对热障涂层性能的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

3.3极端条件下的热障涂层失效现象．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

多元稀土掺杂氧化锆热障涂层的制备方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

4.1溶胶-凝胶法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

4.2激光熔覆法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

4.3气相沉积法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

多元稀土掺杂氧化锆热障涂层的结构表征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

5.1微观结构分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

5.2化学成分分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

5.3热稳定性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

极端条件下多元稀土掺杂氧化锆热障涂层的性能测试．．．．．．．．．25

6.1热膨胀系数测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

6.2耐热冲击性能测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

6.3耐腐蚀性能测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

极端条件下多元稀土掺杂氧化锆热障涂层的失效机制分析．．．．．30

7.1微裂纹扩展机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

7.2热应力诱导相变机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

7.3稀土元素析出机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33

提高多元稀土掺杂氧化锆热障涂层性能的对策．．．．．．．．．．．．．．．34

8.1改善涂层结构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

8.2调整稀土元素掺杂比例．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

8.3优化制备工艺．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

1.内容概要

本研究聚焦于多元稀土元素掺杂的氧化锆材料作为热障涂层在极端条件下的表现及其失效机制。首先通过详尽的文献回顾和理论分析，确立了影响热障涂层稳定性和耐久性的关键因素。接着本文探讨了不同稀土元素组合对氧化锆基体性能的影响，包括其微观结构、力学性能以及热稳定性。特别地，文中引入了一种新的评价指标体系来量化这些影响，该体系考虑了温度、压力及化学环境等多维度变量。此外为了深入理解失效过程中的物理与化学变化，我们运用了一系列先进的表征技术，并结合数学模型对实验数据进行了深度解析。具体而言，基于热力学第一定律和扩散方程建立的理论模型被用来预测涂层在高温服役条件下可能经历的退化路径（公式如下所示）。

?

其中C代表浓度，D为扩散系数，RT,P表示随温度T

掺杂元素

涂层厚度(μm)

抗热震性(°C)

热导率