22 / 2024-07-26 22:18:30

材料在等离子物理气相沉积中的蒸发、输运与沉积机理

热障涂层,蒸发,沉积,等离子物理气相沉积,输运

涂层中的横向孔隙可以实现阻挡热流的作用，而纵向孔隙可以实现缓和热循环应变的作用，如何将两者合理的结合，是热障涂层实现高隔热与长寿命的重要途径之一。等离子-物理气相沉积（PS-PVD）技术可以气相沉积制备具有良好热应变容限的柱状结构涂层，为高隔热与长寿命涂层的制备提供了技术可能。PS-PVD特殊的操作条件，不仅可以使涂层材料熔化，还可以是材料气化蒸发，然而实验方法难以检测涂层材料熔化与气化过程与涂层沉积行为，严重影响涂层结构设计与调控。本研究利用数值模拟对材料在等离子物理气相沉积射流内的蒸发过程进行了研究，发现能够完全蒸发的材料粒径尺寸，进一步研究了射流内及近壁面附近气相材料的蒸气压与分压，掌握了由过饱和度决定的气相材料相态转变规律。进一步研究了气相材料的沉积行为，发现微观视线沉积下的遮挡效应是柱状结构生长的主要因素，它伴随着涂层生长的整个过程。本研究对PS-PVD边界层内材料的相态转变行为和气相材料的微观视线性沉积行为进行了研究，阐明了边界层内材料相态转变规律，揭示了PS-PVD工艺的微观视线沉积机制，对高效制备高隔热长寿命热障涂层提供了可以借鉴的参考价值。