热障涂层合成

热障涂层合成后作用如下:


  热障涂层是采用耐高温、低导热的陶瓷材料以涂层的方式与金属相复合、以降低高温环境下金属表面温度的一种热防护技术。在先进航空发动机中,热障涂层可以显著降低叶片合金的表面温度,大幅度延长叶片的工作寿命,提高发动机的推力和效率。自上世纪70年代以来,美英等西方国家都竞相发展热障涂层,并大量应用在叶片、燃烧室、隔热屏、喷嘴、火焰筒和尾喷管等航空发动机热端部件上。从开始研究到实际应用的几十年间,热障涂层的制备工艺不断得到改进,出现了很多热障涂层制备技术,如磁控溅射、高速火焰喷涂、化学气相沉积、等离子喷涂、电子束物理气相沉积等。其中,后两种工艺是热障涂层实际工程应用中最广泛采用的制备技术。目前,国际上有三种主流热障涂层材料结构体系,即继美国的双层结构、欧洲的梯度结构和中国的梯度粘结层结构。双层结构由陶瓷隔热层和金属粘结层组成,由于陶瓷层与金属层性能差异以及金属层氧化等原因,导致热障涂层易沿陶瓷/金属界面开裂和失效。陶瓷/金属界面结构设计一直是长寿命热障涂层研究的热点和难点。梯度粘结层结构针对双层结构存在明显界面的问题,在金属层和陶瓷层中间加入氧化粘结层,实现由金属层和陶瓷层之间成分连续变化、结构的梯度过渡,从而提升抗热震、氧化以及隔热等性能,延长热循环寿命。可以说在这个领域,中国已经赶上了国际最先进的步伐。

      高温/超高温涂层材料技术与装备。在先进航空发动机中,热障涂层可以显著降低叶片合金的表面温度,大幅度延长叶片的工作寿命,提高发动机的推力和效率,因此热障涂层与叶片冷却设计技术、单晶高温合金材料技术并列,被称之为先进航空发动机叶片的三大关键科学技术之一。从1996年起,中国开展了新型梯度粘结层热障涂层(GBTBC)的研究,研究成果对推动TBC在航空、舰船和地面燃气轮机叶片上的应用起到了重要作用,GBTBC在我国多个型号燃气涡轮发动机上获得了应用。近年来,中国研制的铈酸镧(LC)热障涂层是1300℃级别热障涂层材料技术发展中的重要突破,并在国际上率先实现了在先进航空发动机关键热端部件上的试用,在新型热障涂层研究方面达到国际领先水平。上述研究成果在我国航空发动机主要生产单位全面推广应用,支撑生产的叶片占我国目前涂有热障涂层的航空发动机叶片总数的95%以上。该技术与装备获2016年国家技术发明一等奖。