【摘 要】
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随着航空航天技术的发展,提高发动机的推力十分重要。航空发动机涡轮叶片长期在高温下工作,推重比提高,随之而来的是发动机涡轮前的进口温度的不断升高,热辐射占比越来越重,屏蔽高温辐射是一个迫在眉睫的问题,对新型航空发动机热障涂层而言,抑制热辐射的研究是很有意义的。本文采用掺杂氧化锆的途径提高涂层材料的发射率,在满足具有良好的高温相稳定性和低的热导率等基础性能的前提下以达到抑制红外辐射的目的。利用氧化镍、
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随着航空航天技术的发展,提高发动机的推力十分重要。航空发动机涡轮叶片长期在高温下工作,推重比提高,随之而来的是发动机涡轮前的进口温度的不断升高,热辐射占比越来越重,屏蔽高温辐射是一个迫在眉睫的问题,对新型航空发动机热障涂层而言,抑制热辐射的研究是很有意义的。本文采用掺杂氧化锆的途径提高涂层材料的发射率,在满足具有良好的高温相稳定性和低的热导率等基础性能的前提下以达到抑制红外辐射的目的。利用氧化镍、氧化铒、氧化钇、氧化镱和氧化锆粉末为原料,用高温固相合成法制备了复合陶瓷材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)手段分析材料的物相组成并考察其高温相稳定性;采用激光导热仪等测试手段研究该复合陶瓷材料的比热、热扩散系数、热导率等热物理性能;采用傅里叶光谱仪对陶瓷试样的发射率进行了测试。相结构研究结果显示,NiO、Er2O3、Yb2O3三元共掺杂体系1500℃下300 h具有良好的高温相稳定性,特别是Er2O3和Yb2O3的掺杂量分别为2%和4%时;热物理性能研究结果显示,NiO、Er2O3、Yb2O3三元共掺杂可以有效降低陶瓷材料的热导率,2EYNYSZ陶瓷试样的热导率(1.451.55 W/(m·K))从室温至1500℃每个温度对应的热导率同样均低于YSZ(1.682.08 W/(m·K))的热导率,与YSZ相比,降低了18%左右,说明掺杂量越高,热导率越低,在同等条件下比YSZ具有更好的隔热效果。红外发射率研究结果显示,测试了1500℃下热处理5 h后的陶瓷材料在不同温度下的发射率,温度越高,发射率越大;单独掺杂NiO可以有效提高材料的发射率,铒、镱共掺杂,在0.98μm和1.55μm波段具有很高的发射率,将NiO、Er2O3和Yb2O3三者结合,不仅整体具有高的发射率,并且在特定波段可以产生高发射率。随着掺杂量的增大,材料整体的发射率有所提高。在这五种陶瓷体系中,2EYNYSZ陶瓷材料表现出了优异的抑红外辐射性能,在900℃高温下具有较高的发射率,并且具有低热导率、良好的高温相稳定性的特点。研究结果可以为热障涂层成分设计、工艺改进方面提供方向指引。
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