氧化锆基热障涂层陶瓷材料的研究进展.pdf

第18卷第2期金属功能材料Vol.18,No.2

2011年4月MetallicFunctionalMaterialsApril,2011

氧化锆基热障涂层陶瓷材料的研究进展

朱正权,黄永章,李兴彦,王力军

(北京有色金属研究总院,北京100088)

摘要:热障涂层是一种高温防护涂层,由于其应用的重要性和广泛性,已成为近年来涂层研究领域的热点之一。

本文简要概述了国内外热障涂层陶瓷近年来的研究状况和发展趋势:目前最广泛使用的是Y2O3稳定ZrO2热障陶
瓷材料(YSZ),而烧绿石结构的稀土锆酸盐和稀土氧化物是今后前景非常好的热障涂层材料。
关键词:热障涂层;氧化锆;烧绿石;稀土锆酸盐
中图分类号:TQ17475811文献标识码:A文章编号:1005-8192(2011)02-0079-04

ResearchandDevelopmentofZirconiaCeramic
ThermalBarrierCoatings

ZHUZhengquan,HUANGYongzhang,LIXingyan,WANGLijun
(GeneralResearchInstituteforNonferrousMetals,Beijing100088)

Abstract:Thermalbarriercoating(TBCs)isakindofhightemperatureprotectioncoating.TBCshasbeenoneof
thehottopicsintheresearchareaofcoatingduetoitswideapplication.Thepresentpaperbrieflyreviewedthere
searchstatusanddevelopingtrendofvariousTBCssystemsbothathomeandabroad.Theyttriastabilizedzirconia
(YSZ)ceramicsiswidelyusedinTBCs,however,therareearthzirconateandtheiroxideswithpyrochlorestructure
canbeexploredasanovelprospectivecandidatematerialforuseinTBCs.
Keywords:thermalbarriercoating;zirconia;pyrochlorestructure;rareearthoxides

热障涂层(thermalbarriercoatings,简称压;(7)较高的热反射率。(8)较高的抗高温氧化及
TBCs)具有良好的隔热效果,是由陶瓷表面层和金抗高温腐蚀的能力。
属粘结层组成的涂层系统,主要用来降低基体的工在制备众多种类的热障涂层材料中,陶瓷材料

作温度,免受腐蚀、磨损、高温氧化。将热障涂层制ZrO2凭借优异的隔热和耐热性能而成为首选。
备在高温发动机热端部件上,不仅可以减少燃油消
1氧化锆的物理性能
耗,提高效率,延长热端部件的使用寿命,更能提高

基体抗高温腐蚀能力,提高发动机工作温度。热障ZrO2是一种耐高温的氧化物,熔点是2680,
涂层的研究成本要比其它新型高温合金材料低得导热系数为2.17W/mK,线膨胀系数是11~13
[1]-6-1
多,工艺也现实可行。10K。凭借以上优良性能,ZrO2是目前应用最

为了实现对基体合金材料的保护,热障涂层就广泛的热障涂层陶瓷材料。ZrO2的晶型有3种,即
是利用其表面陶瓷层的抗腐蚀性、耐高温性和低导单斜(m)、四方(t)和立方(c),当四方相转变到单斜
热性,因此,热障涂层材料应满足以下要求[2]:(1)高相时,会有一个体积增大效应,伴随有4%~6%的
熔点;(2)低密度;(3)良好的抗热冲击性能;(4)较高体积增大,这种体积增大引起高压应力,如此反复会
的热膨胀系数;(5)较低的热导率;(6)较低的蒸汽造成应力累积,易导致裂纹的形成,最终极有可能会

作者简介:朱正权(1983-),男,甘肃天水人,硕士研究生,研究方向为陶瓷热障涂层。
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导致材料的损坏,因此使用纯ZrO2制备的热障涂Sc2O3、ZrO2(Y2O3)+Si、ZrO2(Y2O3)+La2O3、

层性能较差。在不同温度下将发生如下的相结构转ZrO2(Y2O3)+SiO2、ZrO2(Y2O3)+CeO2等材料的
变:性能也进行了研究,取得了很大的进展[7~12]。加入

CeO2的ZrO2(Y2O3)使得涂层的热震性能明显提
高,几乎没有四方相向