Yb_(2)Si_(2)O_(7)基复合材料的高温自愈合行为研究

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作者 刘玥豆 王旭 +2 位作者 刘玲 马壮 杨茗佳 《中国材料进展》 北大核心 2025年第3期217-225,共9页

SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料满足新一代航空发动机高推重比的发展要求,但在发动机内部高温恶劣环境下,需用环境障涂层对该复合材料进行防护。目前环境障涂层在服役过程中不可避免地会产生裂纹,因此,需要开发一种具有自愈合能力的环境障涂... SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料满足新一代航空发动机高推重比的发展要求,但在发动机内部高温恶劣环境下,需用环境障涂层对该复合材料进行防护。目前环境障涂层在服役过程中不可避免地会产生裂纹,因此,需要开发一种具有自愈合能力的环境障涂层,在裂纹出现时及时修复。以Yb_(2)Si_(2)O_(7)材料为基础,分别采用放电等离子烧结和无压烧结制备了Yb_(2)Si_(2)O_(7)-SiC和Yb_(2)Si_(2)O_(7)-Yb_(2)SiO_(5)复合陶瓷,开展了Yb_(2)Si_(2)O_(7)基复合材料的自愈合行为研究,并探究了该复合材料作为自愈合环境障涂层材料的可行性。结果表明,向Yb_(2)Si_(2)O_(7)陶瓷中添加SiC第二相时,含5%和10%(质量分数,下同)SiC的Yb_(2)Si_(2)O_(7)-SiC复合材料在空气中1100℃热处理1 h后,由于表面的SiC氧化形成SiO_(2),SiO_(2)的填充作用以及反应引起的体积膨胀促进了裂纹愈合;而在1300℃下热处理,SiC大量氧化产生较大体积膨胀,含5%和10%SiC的Yb_(2)Si_(2)O_(7)-SiC复合材料内部反而出现新的裂纹。而向Yb_(2)Si_(2)O_(7)陶瓷中添加Yb_(2)SiO_(5)第二相可以促进材料致密化和裂纹愈合,当Yb_(2)SiO_(5)添加量为50%时,复合材料的裂纹愈合效率最高,约为78%,主要可归因于具有较高热膨胀系数的Yb 2SiO 5受热膨胀,对Yb_(2)Si_(2)O_(7)产生压应力,促进了裂纹愈合。 展开更多

关键词 Yb_(2)Si_(2)O_(7) 复合材料 自愈合 裂纹 环境障涂层

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熔渗铝致密化环境障涂层的抗热循环性能研究

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作者 魏晓薇 董琳 +1 位作者 张小锋 杨冠军 《中国材料进展》 北大核心 2025年第2期125-133,共9页

环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)是碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC CMCs)在航空发动机热端部件应用的关键,但在制备过程中EBCs难以避免地产生表面裂纹及孔隙,成为发动机环境水氧等腐蚀介质的快速扩... 环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)是碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC CMCs)在航空发动机热端部件应用的关键,但在制备过程中EBCs难以避免地产生表面裂纹及孔隙,成为发动机环境水氧等腐蚀介质的快速扩散通道,因此,制备致密的EBCs是提高SiC_(f)/SiC复合材料抗腐蚀性能的关键。此外,为保证高低温循环服役条件下的持久性,EBCs需具备优异的抗热循环性能。采用熔渗铝封孔的方法获得致密化EBCs,研究了涂层在1050℃~室温热循环条件下的结构演变规律,揭示了致密化处理对涂层抗热循环性能的影响机制。结果表明,熔渗铝封孔法消除了喷涂态EBCs的表面裸露孔隙,并在表面形成镱铝石榴石(YbAG)原位反应层;在热循环过程中,喷涂态涂层内应力逐渐累积,致使纵向裂纹数量增多,裂纹间距减小;熔渗铝时的热处理过程显著提高了EBCs内应力,促使裂纹早期生长和扩展,裂纹数量和间距与喷涂态EBCs热循环200次后的相当,且在热循环过程中裂纹未新增和扩展。本研究为耐热循环熔渗铝致密化EBCs的制备提供了实验数据支撑。 展开更多

关键词 环境障涂层(EBCs) 致密化 熔渗 纵向裂纹 抗热循环性能

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热障涂层表面激光改性及其对涂层抗CMAS性能的影响

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作者 曹高明 吴静 《材料研究与应用》 2025年第2期301-307,共7页

热障涂层是影响航空发动机涡轮叶片抗腐蚀性能的3大关键因素之一,其可大幅提高涡轮叶片的工作温度。目前,涡轮叶片最常使用的是Y_(2)O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层,但是该涂层抵抗环境沉积物(简称CMAS,其成分主要为CaO、MgO、Al_(2... 热障涂层是影响航空发动机涡轮叶片抗腐蚀性能的3大关键因素之一,其可大幅提高涡轮叶片的工作温度。目前,涡轮叶片最常使用的是Y_(2)O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层,但是该涂层抵抗环境沉积物(简称CMAS,其成分主要为CaO、MgO、Al_(2)O_(3)和SiO_(2))腐蚀能力弱,在CMAS作用下涂层会发生相变、结构破坏及服役寿命大幅降低。为改善CMAS作用下YSZ热障涂层的相和结构稳定性,以及提高涂层的抗CMAS性能,采用脉冲Nd:YAG激光系统对镍基高温合金基体的YSZ涂层进行表面改性,通过优化激光参数获得激光改性的热障涂层,并对其进行1250℃×4 h的CMAS腐蚀试验。利用X射线衍射(XRD)、光学电镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等,表征改性涂层的相组成、表面形貌、改性层微观结构、改性层/原始涂层的界面结合状态,同时分析改性涂层组织结构特征和抗CMAS腐蚀性能。结果表明,YSZ涂层表面经过激光改性后,形成了具有柱状晶结构的改性层,该层表面光滑且内部存在纵向裂纹,其厚度及与下方原始涂层的界面结合状况均受激光改性参数的影响。通过激光参数的优化,确定激光光束长度为80 mm、扫描速度为8 mm·s^(-1),这有助于提高改性层/原始涂层的界面匹配性。CMAS腐蚀试验结果表明,激光改性涂层具有良好的相稳定性和结构稳定性。采用激光表面改性可提高热障涂层的抗CMAS腐蚀性能,但抗腐蚀性能提高的程度依赖于改性层的厚度和微观结构,特别是纵向裂纹的分布。 展开更多

关键词 热障涂层 CMAS YSZ 表面改性 激光参数优化 相组成 微观结构 纵向裂纹

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热障/环境障涂层红外隐身结构设计及性能

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作者 孟子豪 吴健 +2 位作者 张景钦 包启富 张小锋 《中国材料进展》 北大核心 2025年第3期226-234,225,共10页

任何大于绝对零度的物体都会向外辐射能量。在现代军事战争中,战斗机能否取得制空权是左右战争胜负的关键因素,其关键在于隐身技术是否可以有效避免战斗机被探测到。红外探测技术由于抗干扰能力强、检测精度高在战争中的应用日益增加,... 任何大于绝对零度的物体都会向外辐射能量。在现代军事战争中,战斗机能否取得制空权是左右战争胜负的关键因素,其关键在于隐身技术是否可以有效避免战斗机被探测到。红外探测技术由于抗干扰能力强、检测精度高在战争中的应用日益增加,因此对战斗机红外隐身技术的研究日渐迫切。主要通过电弧离子镀技术在热障涂层(主要成分为氧化钇稳定氧化锆,YSZ)表面制备Ag/Pt金属层得到复合涂层YSZ-Ag/Pt,观察复合涂层的微观形貌,对比复合涂层热循环前后的结合强度。结果表明,YSZ-Ag/Pt复合涂层的红外发射率相较于热障涂层有明显的下降,随着温度升高复合涂层的红外发射率均略有上升,其中,YSZ-Ag复合涂层的红外发射率在各温度段表现较好,YSZ-Pt复合涂层的红外发射率上升幅度最小。与YSZ-Ag复合涂层相比,YSZ-Pt复合涂层经过热循环后的结合强度更好。在应用的基础上开展了对环境障涂层在红外隐身领域的部分探索。在Yb2Si2O7(YbDS)涂层基础上制备Ag金属层,YbDS-Ag复合涂层红外隐身能力显著提高,为后续环境障涂层在红外隐身领域的研究提供了参考。 展开更多

关键词 热障涂层 环境障涂层 红外发射率 YSZ-Ag复合涂层 YSZ-Pt复合涂层 YbDS-Ag复合涂层

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先进航空发动机高温功能涂层研究进展 被引量：2

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作者 王一丹 郭谦 +9 位作者 周琪杰 张晨宇 宋炳儒 乔娇 樊东渊 何健 何雯婷 郭洪波 宫声凯 徐惠彬 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期48-69,共22页

航空发动机是飞机的“心脏”。先进航空发动机正在向高推重比、高效率、低油耗和长寿命方向发展。以热障涂层、热/环境障复合涂层、高温隐身涂层等为代表的高温功能涂层应用于航空发动机关键热端部件,起着提升发动机服役性能、服役寿命... 航空发动机是飞机的“心脏”。先进航空发动机正在向高推重比、高效率、低油耗和长寿命方向发展。以热障涂层、热/环境障复合涂层、高温隐身涂层等为代表的高温功能涂层应用于航空发动机关键热端部件,起着提升发动机服役性能、服役寿命和安全可靠性的重要作用。本文以热障涂层、热/环境障复合涂层、高温隐身涂层等为例,系统概述了近年来国内外以及北京航空航天大学在高温功能涂层材料设计、涂层制备科学与技术、涂层性能评价表征等方面的研究进展,并展望了先进航空发动机新型高温功能涂层所面临的挑战和发展动向。未来先进高温功能涂层的研究重点将集中在多功能复合涂层、极端环境适应性和工艺适配性等方面。 展开更多

关键词 热障涂层 热/环境障复合涂层 高温隐身涂层 涂层制备技术

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碳化硅陶瓷基复合材料表面环境障涂层结合强度 被引量：2

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作者 苏超群 邓龙辉 +9 位作者 刘若愚 蒋佳宁 云海涛 李归 苗小锋 陈文博 易出山 刘俐 董淑娟 曹学强 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期198-206,共9页

SiC陶瓷基复合材料(SiC-based ceramic matrix composites,SiC-CMC)是发展高推重比航空发动机理想的高温结构材料。为了防止发动机服役环境下燃气(富含H2O和O_(2))对SiC-CMC的腐蚀,需要在其表面制备抗水氧腐蚀、抗燃气冲刷和抗热冲击性... SiC陶瓷基复合材料(SiC-based ceramic matrix composites,SiC-CMC)是发展高推重比航空发动机理想的高温结构材料。为了防止发动机服役环境下燃气(富含H2O和O_(2))对SiC-CMC的腐蚀,需要在其表面制备抗水氧腐蚀、抗燃气冲刷和抗热冲击性能优异的环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)。在评价EBCs性能的诸多因素中,其与SiC-CMC基体之间的结合强度是一个重要技术指标,但结合强度的极限值一直未被探究清楚。本工作研究影响结合强度的主要因素,包含SiC-CMC基体状态、单晶Si的拉伸强度极限,以及Si黏结层的制备工艺等,获得了制备最高结合强度的有效途径。在EBCs与SiC-CMC组成的体系中,基体内部SiC纤维布之间的界面是结合强度最薄弱的部位,其次是EBCs的Si层。整个体系的结合强度极限值是15 MPa,它是单晶Si在[400]晶向的拉伸强度极限。采用大气等离子喷涂或者超音速火焰喷涂的Si黏结层结合强度相似,均低于同样工艺制备的莫来石或Yb2Si2O7涂层。 展开更多

关键词 碳化硅 复合材料 环境障涂层 结合强度

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高熵碳化物材料研究进展 被引量：1

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作者 何忠书 丁方政 +7 位作者 玄伟东 张强 赵云松 宋浩睿 邵冠兰 陈建国 王保军 任忠鸣 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期87-99,共13页

高熵陶瓷是近年来得到快速发展的新型材料,吸引了许多研究者的关注,具有的高熵效应赋予了其优异的性能。其中高熵碳化物具有优异的硬度、断裂韧性、隔热性能与抗腐蚀性能,在环境障涂层、热障涂层等领域具有广阔的应用前景。本文详细介... 高熵陶瓷是近年来得到快速发展的新型材料,吸引了许多研究者的关注,具有的高熵效应赋予了其优异的性能。其中高熵碳化物具有优异的硬度、断裂韧性、隔热性能与抗腐蚀性能,在环境障涂层、热障涂层等领域具有广阔的应用前景。本文详细介绍了高熵碳化物的预测理论、合成方法,同时对其抗氧化性能、力学性能、耐腐蚀性能以及隔热性能等方面进行了综述,指出了高熵碳化物在制备应用方面面临的问题,最后展望了高熵碳化物的发展方向。 展开更多

关键词 高熵碳化物 合成方法 环境障涂层 热障涂层 力学性能 隔热性能 耐腐蚀性能

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硅基聚合物耐高温衍生陶瓷涂层制备与应用研究进展 被引量：1

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作者 陈科吉 李鹏飞 +2 位作者 徐彩虹 吴子剑 张宗波 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期12-23,共12页

随着航空航天领域的不断发展,金属以及碳材料等高温结构部件的服役条件日益苛刻。通过恰当的工艺在高温结构部件表面制备硅基陶瓷涂层并赋予其特殊性能,可有效提高高温结构部件的使用寿命。近年来,聚合物前驱体转化陶瓷涂层逐渐成为一... 随着航空航天领域的不断发展,金属以及碳材料等高温结构部件的服役条件日益苛刻。通过恰当的工艺在高温结构部件表面制备硅基陶瓷涂层并赋予其特殊性能,可有效提高高温结构部件的使用寿命。近年来,聚合物前驱体转化陶瓷涂层逐渐成为一种无机涂层制备的新方法。该方法具有制备工艺简便、涂层功能拓展性强等特点,得到了研究者越来越多的关注。本文主要综述了硅基聚合物前驱体转化陶瓷涂层的研究进展。首先从聚合物陶瓷涂层的制备展开,简要介绍了硅基聚合物前驱体、填料种类以及涂覆工艺和裂解方式对涂层结构以及性能的影响。随后,重点讨论了聚合物前驱体转化陶瓷涂层在耐高温防护领域,包括抗氧化、环境障、热障涂层的应用进展。最后,指出了聚合物陶瓷涂层在涂层性能提升及缺陷控制等方面的问题,并对其发展方向进行了展望,例如通过在硅基前驱体中引入Hf,Zr,Ta等超高温元素,提高陶瓷涂层的耐温等级,以及发展高效的陶瓷化新技术,从而提高陶瓷转化效率及涂层适用性范围等。 展开更多

关键词 聚合物前驱体转化法 陶瓷涂层 高温防护 抗氧化 环境障 热障

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高温燃气环境下SiCf/SiC和SiC_(f)/SiC-EBC复合材料力学性能及损伤 被引量：2

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作者 王子媛 曹鑫鑫 +3 位作者 蒋婷 洪智亮 张程煜 朱旺 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期46-56,共11页

航空发动机中的碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)因承受高温高速燃烧气体的氧化腐蚀而发生损伤甚至失效。本工作利用燃气发生装置模拟航空发动机中复杂燃气环境,将以一定比例混合后的航空煤油与液氧燃料点燃,形成高温... 航空发动机中的碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)因承受高温高速燃烧气体的氧化腐蚀而发生损伤甚至失效。本工作利用燃气发生装置模拟航空发动机中复杂燃气环境,将以一定比例混合后的航空煤油与液氧燃料点燃,形成高温高速燃烧气体对材料进行考核。对SiC_(f)/SiC复合材料分别进行1200℃燃气环境10 h氧化实验和1000次热冲击实验,探究环境屏障涂层(environmental barrier coating,EBC)对SiC_(f)/SiC复合材料的防护作用。对燃气环境考核后的SiC_(f)/SiC复合材料和SiC_(f)/SiC-EBC复合材料进行单轴拉伸强度测试,并利用扫描电镜对其断口及截面微观形貌进行观察。结果表明:在燃气环境下氧化10 h后,SiC_(f)/SiC复合材料和SiC_(f)/SiC-EBC复合材料内部没有发生明显的界面层及纤维氧化,单轴拉伸强度下降不到2%;在燃气环境下经过1000次热冲击后,在SiC_(f)/SiC复合材料内部形成多处微裂纹并发生了界面层的氧化腐蚀,单轴拉伸强度下降41.3%;EBC涂层可以有效保护SiC_(f)/SiC复合材料免受高温燃气的氧化腐蚀,SiC_(f)/SiC-EBC复合材料在经过1000次热冲击后的单轴拉伸强度下降16.6%。 展开更多

关键词 航空发动机 SiC_(f)/SiC复合材料 环境屏障涂层 高温燃气 剩余强度

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热/环境障涂层用稀土铪酸盐的制备与性能研究现状

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作者 孙之芃 任雨桐 +5 位作者 廖贵秀 何灵 潘玲 周伟 肖鹏 李杨 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期16-27,共12页

归纳总结稀土铪酸盐材料的种类、制备方法、热学性能、力学性能以及抗低熔点氧化物熔盐腐蚀(CMAS)和高温水蒸气腐蚀的研究进展。现有研究表明,稀土铪酸盐具有低热导率、优异的高温相稳定性以及较好的抗CMAS腐蚀性能等特点,在T/EBC涂层... 归纳总结稀土铪酸盐材料的种类、制备方法、热学性能、力学性能以及抗低熔点氧化物熔盐腐蚀(CMAS)和高温水蒸气腐蚀的研究进展。现有研究表明,稀土铪酸盐具有低热导率、优异的高温相稳定性以及较好的抗CMAS腐蚀性能等特点,在T/EBC涂层领域展现了较好的应用前景。但为了克服单一稀土铪酸盐在抗水蒸气腐蚀和CMAS方面的局限,未来仍需针对多稀土组元/高熵化的稀土铪酸盐开展系统研究,进一步明晰组元引起的晶格畸变对材料理化性能的影响机制,探索防热、抗水蒸气腐蚀和抗CMAS等功能一体化的铪酸盐热-力-化多性能耦合调控方法及对应的材料制备工艺。 展开更多

关键词 稀土铪酸盐 热/环境障涂层 力学性能 热学性能 抗腐蚀性能

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大气等离子喷涂Si/Mullite+BSAS/Yb_(2)Si_(2)O_(7)环境障涂层的制备与水氧腐蚀行为

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作者 崔永静 郭孟秋 +4 位作者 马玉洁 周邦阳 范尚武 焦健 成来飞 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期37-45,共9页

以固相烧结法制备的Yb_(2)Si_(2)O_(7)粉体作为原材料,采用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/Yb_(2)Si_(2)O_(7)三层结构环境障涂层。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射分析仪、纳米压痕试验机等设备研究涂层... 以固相烧结法制备的Yb_(2)Si_(2)O_(7)粉体作为原材料,采用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/Yb_(2)Si_(2)O_(7)三层结构环境障涂层。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射分析仪、纳米压痕试验机等设备研究涂层的显微组织、相结构和力学性能。结果表明:粉体材料由83%Yb_(2)Si_(2)O_(7)相和17%Yb_(2)SiO_(5)相(质量分数)组成,等离子喷涂获得的Yb_(2)Si_(2)O_(7)层孔隙率为(6.61±0.65)%,涂层结合强度达(22.82±3.55)MPa,涂层断裂韧度达(1.98±0.12)MPa·m1/2。此外,涂层1350℃条件下水氧耦合腐蚀测试结果显示Yb_(2)Si_(2)O_(7)单斜相含量先降低后提高,硅黏结层高温氧化形成的热生长氧化物SiO_(2)与Mullite+BSAS界面相容,未发现Mullite+BSAS与Yb_(2)Si_(2)O_(7)层互扩散现象,硅层的损耗是涂层使用寿命的主要限制环节。 展开更多

关键词 环境障涂层 等离子喷涂 碳化硅陶瓷基复合材料 Yb_(2)Si_(2)O_(7)

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陶瓷基复合材料可磨耗环境障涂层制备及性能

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作者 袁世峰 郭婧 +3 位作者 郭孟秋 赵春玲 崔永静 焦健 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期82-94,共13页

随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用,与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术,制备4层结构的BSAS(Ba_(0.75)Sr_(0.25)Al_2Si_2O_8)-聚酯基可磨耗环境障涂层(A/EBCs),探究工艺参数对可磨耗面层孔隙... 随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用,与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术,制备4层结构的BSAS(Ba_(0.75)Sr_(0.25)Al_2Si_2O_8)-聚酯基可磨耗环境障涂层(A/EBCs),探究工艺参数对可磨耗面层孔隙率的影响规律以及涂层在1300℃下的相结构和组织演变。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)对涂层相结构、微观组织及成分进行分析表征。结果表明:BSAS-聚酯基可磨耗面层的孔隙率为26.4%~36.8%,BSAS-聚酯粒子温度敏感的参量是主气(氩气)流量、辅气(氢气)流量和喷涂距离,速度敏感的参量是主气(氩气)流量;其中主气(氩气)流量同时对BSAS-聚酯的粒子温度和速度具有反向影响作用。该可磨耗面层在1300℃高温氧化300 h保持单斜相结构,组织和成分稳定,局部析出球状非晶氧化硅颗粒。采用高温高速刮削实验对涂层可磨耗性能进行评价,涂层表面发现纳米高温合金微粒黏附,叶片高度磨损比(IDR)为20%,达到可磨耗封严涂层使用要求。 展开更多

关键词 可磨耗环境障涂层 等离子喷涂 碳化硅陶瓷基复合材料 BSAS 高温性能

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航空表面涂层技术的应用与发展 被引量：9

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作者 李其连 崔向中 《航空制造技术》 2016年第14期32-36,46,共6页

航空表面涂层技术是航空制造技术的重要组成部分,涂层材料与涂层制造技术创新对提高航空零部件产品性能、降低能源消耗、提升产品可靠性及服役寿命具有重要意义。主要对涉及航空工业领域热障涂层、复合材料表面环境障涂层、高温可磨耗... 航空表面涂层技术是航空制造技术的重要组成部分,涂层材料与涂层制造技术创新对提高航空零部件产品性能、降低能源消耗、提升产品可靠性及服役寿命具有重要意义。主要对涉及航空工业领域热障涂层、复合材料表面环境障涂层、高温可磨耗封严涂层及纳米涂层技术的应用现状与研究进展进行了阐述。 展开更多

关键词 航空涂层技术 热障涂层 环境障涂层 封严涂层 纳米涂层

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Sm_(2)Zr_(2)O_(7)基热障涂层材料研究现状 被引量：7

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作者 谢敏 刘洋 +3 位作者 李瑞一 裴训 宋希文 安胜利 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第3期51-63,70,共14页

由于航空发动机不断向高效率、高推重比方向发展,发动机热端部件表面热障涂层的服役条件也越来越苛刻。稀土锆酸盐作为新型热障涂层材料,其开发和应用受到越来越多国内外学者的关注。Sm_(2)Zr_(2)O_(7)材料在一系列稀土锆酸盐中具有烧... 由于航空发动机不断向高效率、高推重比方向发展,发动机热端部件表面热障涂层的服役条件也越来越苛刻。稀土锆酸盐作为新型热障涂层材料,其开发和应用受到越来越多国内外学者的关注。Sm_(2)Zr_(2)O_(7)材料在一系列稀土锆酸盐中具有烧绿石结构稳定、低热导率和高热膨胀系数等优点,具有良好的应用前景。为满足热障涂层更高的服役要求,Sm_(2)Zr_(2)O_(7)的掺杂改性及性能研究也成为了研究热点。首先,对热障涂层材料进行了简要概述,然后就Sm_(2)Zr_(2)O_(7)基陶瓷材料及其涂层的晶体结构、热物理性能、力学性能以及抗腐蚀性能等的研究进展进行了详细的介绍,为该材料在热障涂层领域的研究及应用提供参考。 展开更多

关键词 热障涂层 陶瓷材料 Sm_(2)Zr_(2)O_(7) 掺杂改性 复合改性 热物理性能 力学性能 抗腐蚀性能

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半透明复合隔热涂层的瞬态热分析 被引量：2

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作者 王平阳 程惠尔 谈和平 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期180-184,共5页

将光线踪迹 /节点分析法拓展 ,用以计算具有基底、多层半透明非灰介质内的辐射与导热瞬态耦合换热 .分析了吸收 -散射性非灰复合涂层的瞬态传热特性 ;考察了不透明界面 (表面有积灰 )、半透明界面 (表面没有积灰 )的表面辐射特性以及复... 将光线踪迹 /节点分析法拓展 ,用以计算具有基底、多层半透明非灰介质内的辐射与导热瞬态耦合换热 .分析了吸收 -散射性非灰复合涂层的瞬态传热特性 ;考察了不透明界面 (表面有积灰 )、半透明界面 (表面没有积灰 )的表面辐射特性以及复杂换热边界条件 .采用具有多个波段的谱带模型模拟高散射性氧化锆的辐射特性 ,与采用双热流结合格林函数法的计算结果比较表明 ,本文的计算结果可靠、精度高 ,为工程设计提供了参考依据 . 展开更多

关键词 半透明复合隔热涂层 瞬态热分析 数值模拟 辐射换热 高级涡轮发动机

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MCrAlY粘结层的微观组织及制备方法研究进展 被引量：11

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作者 陈守东 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第15期2582-2588,共7页

热障涂层具有良好的隔热和抗氧化效果,是目前最为先进的高温防护涂层之一,与先进高效气膜冷却技术、高温结构材料一起并称为先进航空发动机及高压涡轮叶片的三大关键技术,被广泛应用于航空航天、汽车和大型火力发电等行业。高性能的热... 热障涂层具有良好的隔热和抗氧化效果,是目前最为先进的高温防护涂层之一,与先进高效气膜冷却技术、高温结构材料一起并称为先进航空发动机及高压涡轮叶片的三大关键技术,被广泛应用于航空航天、汽车和大型火力发电等行业。高性能的热障涂层体系可以对基体金属进行充分的保护,延长航空发动机和燃气轮机的使用寿命。热障涂层(TBCs)由三个部分组成:粘结层(BC)、热生长氧化物层(TGO)和陶瓷顶层(TC)。MCrAlY涂层是陶瓷层和基底合金之间的粘结层,它可以提高基底高温合金的抗氧化、抗腐蚀能力以及陶瓷层的粘结强度,其热膨胀系数、屈服强度、抗蠕变强度等物理与力学性能直接决定热障涂层体系的服役性能和寿命。当TBCs在高温下服役时,TGO才会形成。而在TGO生成初期,其可在一定程度上起到抑制有害氧化物生长的作用,即可视为抗氧化涂层。但是随着TBCs在高温下服役时间的延长,基底合金与MCrAlY粘结涂层之间的元素互扩散行为加剧,TGO不断生长以及热生长氧化物发生变形产生裂纹,最终导致涂层整体发生破坏性剥落,失去保护作用,造成巨大的安全事故和经济损失。热障涂层粘结层的抗氧化性能是决定热障涂层寿命的主要因素,而粘结涂层的成分设计及制备工艺是影响粘结层高温抗氧化性能的关键因素。为提高TBCs的高温服役性能和延长其使用寿命,国内外学者在MCrAlY粘结涂层的元素成分优化设计及组织结构、抑制基底合金/粘结层元素互扩散的扩散障、建立精确预测TBCs服役性能的热力学-动力学模型以及优化粘结涂层制备工艺等方面开展了大量细致的研究工作。采用MCrAlY(M=Ni、Co或Ni+Co)粘结层的热障涂层具有良好的高温性能,可降低热端部件的温度,以延长热障涂层的使用寿命和提高其效率。寻求性能优良的粘结涂层已成为热障涂层领域的研究热点。热障涂层用粘结层的组成元素(Ni、Co、Cr、Al)、添加的微量活性元素(Y、Hf、Zr、Ta、Si或贵金属等)以及与涂层厚度、空隙、界面粗糙度和氧含量相关的制备工艺对合金涂层的性能起决定性作用。目前制备TBCs的技术主要有大气等离子喷涂(APS)技术和电子束-物理气相沉积(EB-PVD)技术。其中,APS层状结构热障涂层的沉积速率较高,隔热性能较好,但抗热震性能较差;而EB-PVD柱状结构热障涂层具备优异的抗热震性能和应变容限,但隔热性能较差、沉积速率低且制备成本高。为满足未来高推重比航空发动机叶片发展的需求,开发新型TBCs体系材料及新型TBCs制备技术是必经之路。本文综述了近年来热障涂层用MCrAlY粘结层的发展,主要介绍了MCrAlY粘结层的研究背景、应用领域及优点,讨论了粘结层成分优化设计、微观组织、性能退化以及制备方法等方面的最新研究进展。 展开更多

关键词 MCrAlY粘结层 成分优化设计 热障涂层 等离子喷涂 电子束-物理气相沉积

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等离子-物理气相沉积硅/莫来石/硅酸镱环境障涂层的高温防护和耐热冲击性能研究 被引量：2

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作者 王博 刘洋 +2 位作者 彭新 袁福河 程玉贤 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第3期64-70,共7页

通过SiCf/SiC复合材料表面等离子喷涂(APS)硅黏结层和莫来石中间层,等离子–物理气相沉积(PS–PVD)制备硅酸镱面层,喷涂的整个环境障涂层体系组织致密,PS–PVD工艺制备的硅酸镱为层状结构,孔隙率<1%。研究了SiCf/SiC复合材料环境障... 通过SiCf/SiC复合材料表面等离子喷涂(APS)硅黏结层和莫来石中间层,等离子–物理气相沉积(PS–PVD)制备硅酸镱面层,喷涂的整个环境障涂层体系组织致密,PS–PVD工艺制备的硅酸镱为层状结构,孔隙率<1%。研究了SiCf/SiC复合材料环境障涂层的抗静态氧化、循环氧化、水汽腐蚀和热冲击性能,发现复合材料表面的环境障涂层体系在1200℃、1300℃下静态氧化和循环氧化100h后皆保持表面完好,无剥落现象,具有较好的抗氧化性能。涂层在1300℃燃气热冲击试验寿命超过100次循环,且在1200℃、15%H_(2)O水汽环境中静态氧化100h以内的耐腐蚀性能良好。 展开更多

关键词 等离子–物理气相沉积 环境障涂层(EBC) 氧化 水汽腐蚀 热冲击

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热障涂层电磁/电容复合检测技术研究 被引量：2

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作者 陈棣湘 任远 王伟 《航空制造技术》 2020年第14期41-47,共7页

热障涂层能显著提升发动机叶片的耐高温能力,但由于其工作环境恶劣,容易发生裂纹、烧结、界面开裂、涂层脱落等失效现象。针对单一检测手段获取的信息量有限、难以实现热障涂层全面准确评估的现状,根据电磁法适合检测导电材料、电容法... 热障涂层能显著提升发动机叶片的耐高温能力,但由于其工作环境恶劣,容易发生裂纹、烧结、界面开裂、涂层脱落等失效现象。针对单一检测手段获取的信息量有限、难以实现热障涂层全面准确评估的现状,根据电磁法适合检测导电材料、电容法适合检测非导电材料的特点,提出了热障涂层电磁/电容复合检测技术,研究了所涉及的检测机理、复合式传感器设计以及涂层参数检测等关键问题。仿真和试验结果表明:传感器电磁检测单元和电容检测单元对涂层厚度的最大检测灵敏度分别达到0.1Ω/mm和15pF/mm,为涂层厚度及介电常数、电导率等参数的定量检测奠定了基础,为热障涂层全面准确的评估提供了有效的解决方案。 展开更多

关键词 热障涂层 发动机叶片 复合检测 涡流 平面电容器

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等离子喷涂复合热障涂层的静态氧化行为 被引量：2

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作者 张罡 张继红 《沈阳工业学院学报》 2002年第1期1-5,共5页

采用等离子喷涂方法 ,在 GH536高温合金基材上制备了传统的双层热障涂层 ( TBCs)和两种含有 Al2 O3与 Zr O2 陶瓷复合层的三层热障涂层 .传统 TBCs结构为 Ni2 2 Cr1 0 Al Y合金连接层和 8% Y2 O3部分稳定的Zr O2 陶瓷顶层 ;三层 TBCs分... 采用等离子喷涂方法 ,在 GH536高温合金基材上制备了传统的双层热障涂层 ( TBCs)和两种含有 Al2 O3与 Zr O2 陶瓷复合层的三层热障涂层 .传统 TBCs结构为 Ni2 2 Cr1 0 Al Y合金连接层和 8% Y2 O3部分稳定的Zr O2 陶瓷顶层 ;三层 TBCs分别采用了置于陶瓷层内侧及外侧的 Al2 O3复合层 .三种类型试样的 1 0 0 h、1 0 50℃静态氧化试验结果表明 :三层涂层较双层涂层的氧化阻力提高 ,双层涂层的氧化阻力最差 .不同复合层形式试样氧化动力学曲线不同 ,内置复合层的氧化增重最小 ,氧化阻力最佳 .1 0 50℃是氧化增重的临界点 ,外置复合层试样的氧化增重出现明显增加趋势 . 展开更多

关键词 等离子喷涂 热障涂层 静态氧化试验 复合陶瓷层 高温合金

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高熵陶瓷的制备及在热/环境障涂层中的应用现状 被引量：6

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作者 魏福双 刘勇 +2 位作者 张晓东 张东兴 王铀 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2021年第20期92-101,共10页

目前高熵陶瓷的研究与高熵合金相比尚处于起步阶段,但已开发并制备出多种体系的高熵陶瓷,其具有独特结构和优异性能,应用前景非常广阔。高熵陶瓷材料以其良好的相稳定性、与硅基陶瓷的热膨胀系数很好的匹配性,以及优异的耐水蒸气腐蚀性... 目前高熵陶瓷的研究与高熵合金相比尚处于起步阶段,但已开发并制备出多种体系的高熵陶瓷,其具有独特结构和优异性能,应用前景非常广阔。高熵陶瓷材料以其良好的相稳定性、与硅基陶瓷的热膨胀系数很好的匹配性,以及优异的耐水蒸气腐蚀性能而广泛应用于热障涂层,而环境障涂层及热环境障涂层也成为近几年热防护涂层的研究热点。基于此,总结了目前关于高熵陶瓷材料所采用的计算机模拟研究方法、合成方法和烧结工艺,介绍了目前高熵陶瓷材料在热/环境障涂层中的应用现状和不足之处。 展开更多

关键词 计算机模拟 制备 高熵陶瓷 热障涂层 环境障涂层

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