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热障涂层高温服役中的基体约束效应及高应变容限结构设计

热障涂层,等离子喷涂,烧结,应变容限

用于航空发动机和燃气轮机叶片的热障涂层（Thermal barrier coatings, 简称TBCs）主要由位于高温合金基体表面的粘结层及等离子喷涂隔热陶瓷层所构成。由于长时间服役于1000℃以上，陶瓷涂层高温烧结行为是理解涂层高温服役行为的重要科学问题之一。鉴于制样方便等多方面的考虑，迄今的相关研究主要集中于从基体表面剥离的自由涂层，从而忽略了基体的约束效应。本研究在不同热膨胀系数的基体表面沉积制备陶瓷涂层，利用不同的涂层/基体体系来研究热障涂层高温服役中的基体约束效应。研究发现，在高温加热过程中，来自熔融喷涂粉末快速冷却凝固的残余应力及膜基热膨胀不匹配产生的拉应力共同作用，造成了层间间隙尖端撕裂，层间未结合区域增加，而基体约束下的烧结则使得涂层层间间隙则变窄，层内纵向裂纹增宽，这些孔隙结构的变化进一步影响了烧结进程，是涂层失效的主要原因之一。进一步，开展了高应变容限涂层结构设计，为长寿命热障涂层服役奠定基础。