【摘 要】
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8YSZ热障涂层（TBCs）虽然具有耐高温、低热导率、优异的耐腐蚀与抗氧化等优点,但在1200℃以上条件下存在相变引起的体积膨胀,无法在更高温度条件下使用,亟需开发耐温等级更高、无相变的新型TBCs材料。本文以La Mg Al11O19（LMA）陶瓷材料为研究对象,采用大气等离子喷涂工艺（Atmospheric Plasma Spraying,APS）制备了LMA厚陶瓷涂层,研究了LMA涂层力学参
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8YSZ热障涂层（TBCs）虽然具有耐高温、低热导率、优异的耐腐蚀与抗氧化等优点,但在1200℃以上条件下存在相变引起的体积膨胀,无法在更高温度条件下使用,亟需开发耐温等级更高、无相变的新型TBCs材料。本文以La Mg Al11O19（LMA）陶瓷材料为研究对象,采用大气等离子喷涂工艺（Atmospheric Plasma Spraying,APS）制备了LMA厚陶瓷涂层,研究了LMA涂层力学参数的影响因素及其变化规律,探索力学参数和抗热震性能之间的关系,为厚涂层热震失效分析提供了理论基础。结合高温固相合成与离心式喷雾干燥工艺制备出流动性较好、粒径为25～106μm类球形LMA喷涂粉末,利用APS工艺制备出不同厚度LMA涂层,并采用不同CPSP（Critical Plasma Spraying Parameter）工艺参数制备出797μm厚LMA涂层,表征了涂层物相组成与微观结构。结果表明,涂层物相结构稳定、各层界面结合状态良好、无明显的分层、脱落等现象。相对而言,不同厚度涂层的孔隙率差异较小,但随着CPSP从1.20减到0.86,涂层孔隙率则由12.14%增加至24.88%,这主要归因于APS喷涂功率减小对LMA粉末熔化状态的影响。结合力学参数模型,研究了LMA厚涂层力学参数的影响规律,分析了涂层热震失效原因。随着涂层厚度由380μm增加至1162μm,结合强度由23.40±3.42MPa降至21.38±2.26 MPa;基于模型计算,涂层表面残余压应力则由-107.24±2.74 MPa变化至-161.18±2.64 MPa,而截面残余压应力由-64.52±2.07MPa变化至-121.62±6.06 MPa。在较大残余压应力的作用下,涂层截面断裂韧性小于表面,使TC/BC界面处的涂层断裂韧性降低。结果表明,厚度变化对涂层应力的影响相对较大。相比而言,随着CPSP从1.20减至0.86,涂层结合强度从15.98±0.36 MPa下降至4.87±0.7 MPa,其表面残余压应力由-162.10±12.13 MPa降至-93.49±3.28MPa,而截面残余压应力则由-116.02±5.92 MPa降至-70.68±3.99 MPa。涂层900℃和1100℃抗热震寿命随着CPSP的减少而呈增加趋势,主要归因于涂层内部残余应力的减小,从而将LMA厚涂层900℃热循环寿命由2571±245次提高至3394±78次。此外,由于LMA涂层存在一定含量的非晶相,使其在800℃～900℃和1100℃～1200℃范围内存在明显的体积收缩,因此在高温抗热震过程中由涂层非晶相的重结晶导致体积收缩也是涂层失效的重要因素。
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