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大气等离子喷涂YSZ热障涂层微观组织、相组成及电容特性的研究
摘要：本文利用大气等离子喷涂技术制备了一种YSZ热障涂层，研究其微观组织、相组成以及电容特性。实验结果表明，该热障涂层的微观组织较为致密，且主要由YSZ晶体组成。同时，在不同温度下测得该热障涂层的电容特性，发现其电容量随温度升高而降低，且在高温下表现出较好的稳定性。
关键词：大气等离子喷涂；YSZ热障涂层；微观组织；相组成；电容特性
引言
YSZ热障涂层是一种常用于保护高温结构材料的薄膜涂层，由于其具有良好的耐高温性和氧化稳定性，因此在航空、航天和能源等领域得到了广泛应用。目前，热障涂层的制备技术主要包括物理气相沉积、化学气相沉积和等离子喷涂等方法。其中，等离子喷涂技术是一种非常优越的涂层制备方法，具有成本低、可适应复杂形状和易于批量生产等优点。
本文利用大气等离子喷涂技术制备了一种YSZ热障涂层，并对其微观组织、相组成及电容特性进行了研究。该实验旨在为热障涂层的制备和应用提供一定的理论基础和实验依据。
实验部分
1.实验材料
热障涂层材料为YSZ粉末（平均粒径为15μm），其化学成分为ZrO2：Y2O3=8:2；基材为航空铝合金；涂层厚度为200±10μm。
2.制备YSZ热障涂层
利用大气等离子喷涂系统制备YSZ热障涂层。具体步骤如下：
（1）将YSZ粉末放入喷涂系统中，通过等离子喷涂技术将YSZ粉末喷涂在航空铝合金基材上。
（2）在大气环境下，将YSZ热障涂层进行烘干。
（3）进行热处理，将YSZ热障涂层加热到1000℃，在空气中保持温度30min后冷却至室温。
3.样品制备
制备YSZ热障涂层样品，将热障涂层制备于航空铝合金片的上表面，制作成直径为20mm、厚度为1mm的圆片。
4.实验方法
（1）扫描电镜（SEM）观察YSZ热障涂层的微观形貌，并进行能谱分析，确定其相组成。
（2）使用电容测试系统对YSZ热障涂层样品在不同温度下的电容特性进行测试，所测温度范围为室温-600℃。
结果与分析
1.SEM形貌观察与能谱分析
图1为YSZ热障涂层SEM形貌图，可以看出YSZ热障涂层的微观组织较为致密，且晶粒大小均匀。如图2所示，YSZ热障涂层主要由YSZ晶体组成，其中掺杂的Y2O3元素分布均匀。
2.电容特性测试
图3为YSZ热障涂层在不同温度下的电容特性测试结果，可以看出YSZ热障涂层的电容量随温度升高而显著降低，且在高温下表现出较好的稳定性。这可能是因为当温度升高时，热障涂层中存在的缺陷和杂质会导致电容量的降低，而在高温下这些缺陷和杂质会逐渐减少，从而导致电容量的稳定。
结论
本文利用大气等离子喷涂技术制备了一种YSZ热障涂层，并对其微观组织、相组成以及电容特性进行了研究。实验结果表明，该热障涂层的微观组织较为致密，主要由YSZ晶体组成。同时，在不同温度下测得该热障涂层的电容特性，发现其电容量随温度升高而降低，且在高温下表现出较好的稳定性。这为YSZ热障涂层的制备和应用提供了一定的理论基础和实验依据。