【摘 要】
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涡轮进口温度大幅提升,使得传统6 wt.%～8 wt.%Y2O3-Zr O2（Yttria Stabilized Zirconia,YSZ）热障涂层的使用遭遇挑战,研究具备低热导率、良好热稳定性的新型热障涂层具有战略意义。本课题的研究目的是利用大气等离子喷涂制备氧化铕掺杂YSZ涂层（Eu YSZ）、氧化钐掺杂YSZ涂层（Sm YSZ）和YSZ涂层（YSZ）,通过研究三种涂层的基本性能、隔热性能和热
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涡轮进口温度大幅提升,使得传统6 wt.%～8 wt.%Y2O3-Zr O2（Yttria Stabilized Zirconia,YSZ）热障涂层的使用遭遇挑战,研究具备低热导率、良好热稳定性的新型热障涂层具有战略意义。本课题的研究目的是利用大气等离子喷涂制备氧化铕掺杂YSZ涂层（Eu YSZ）、氧化钐掺杂YSZ涂层（Sm YSZ）和YSZ涂层（YSZ）,通过研究三种涂层的基本性能、隔热性能和热稳定性,来分析多元稀土元素掺杂对热障涂层性能的影响。重点研究内容包括:首先利用大气等离子喷涂制备Eu YSZ、Sm YSZ、YSZ涂层,对三种涂层进行基本性能表征。三种涂层的微观形貌相似,且具有相近的孔隙率。三种涂层均由t′-Zr O2相组成。在力学性能方面,三种涂层硬度基本相同;Eu YSZ、Sm YSZ涂层的弹性模量低于YSZ涂层;Eu YSZ、Sm YSZ涂层的断裂韧性略高于YSZ涂层。然后对Eu YSZ、Sm YSZ、YSZ涂层进行了热导率测量和隔热试验。在热导率测量上,Eu3+、Sm3+掺杂不影响涂层密度,Eu3+、Sm3+掺杂导致Eu YSZ和Sm YSZ涂层的定压比热容低于YSZ涂层,且Eu YSZ和Sm YSZ涂层的热扩散系数低于YSZ涂层,最终得到Sm YSZ、Eu YSZ涂层的热导率显著低于YSZ涂层。在隔热性能上,拥有较低热导率的Eu YSZ、Sm YSZ涂层也拥有比YSZ涂层更优秀的隔热性能。最后对Sm YSZ、Eu YSZ、YSZ涂层进行了热稳定性分析,良好的热稳定性能延长涂层使用寿命,也将保证涂层在长期服役时仍拥有较好的隔热性能。在相稳定性上,1200℃下,三种涂层的相稳定性由高到低分别是YSZ、Sm YSZ、Eu YSZ;1400℃下,Eu YSZ的相稳定性略差于Sm YSZ、YSZ的相稳定性,而Sm YSZ、YSZ的相稳定性相近。在抗烧结性上,Sm YSZ呈现出比Eu YSZ、YSZ涂层更好的抗烧结性;而Eu YSZ、YSZ涂层的抗烧结性相近。在热循环寿命上,三种涂层的热循环寿命由高到低分别是Sm YSZ、Eu YSZ、YSZ涂层。
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