热障涂层材料(TBC)涂覆于燃气轮机的叶片

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热障涂层材料(TBC)是涂覆于燃气轮机的叶片等高温部件表面以对其提供重要的隔热保护作用的一种多孔陶瓷涂层材料。目前应用最为广泛的 TBC 体系是采用大气等离子喷涂(APS)等方法制备的,使钇稳定氧化锆(YSZ)在高温合金表面形成多孔涂层结构。由此获得的 TBC 具有复杂的显微结构,对于其热学、力学等多方面性能有着重要的影响作用。随着燃气轮机的不断发展,其工作温度的不断提高,对 TBC 的各方面性能也提出了更高的要求,其中热导率是至关重要的一项参数。因此关于 TBC 的制备工艺对其显微结构及热导率的影响得到了大量的关注和研究。Kulkarni 等人系统研究了喷涂中原始粉料的状态(包括颗粒尺寸、颗粒温度、飞行速率等)以及沉积状态(基底温度、冲击角度)对 TBC 结构与性能的影响; kulkarni等人分析了原始粉料形貌对 TBC 热导率以及力学性能的影响;而Chi 等人探讨了热循环对 TBC 性能的影响,说明了涂层的原始形貌的不同会导致其在高温工作环境中表现出不同的烧结特性,因此其形貌设计是非常值得关注的。但是以上这些研究尚未关注 APS 的喷涂距离对 TBC 显微结构和热导率的影响。

1) 当喷涂距离增加时,球形气孔的含量显著增加,而水平裂纹和垂直裂纹的含量则相对降低,总的来说气孔率增加,并导致了热导率的降低。
2) 
对于不同气孔比例对热导率的具体影响, 可以采用一个迭代的模型大致估算出气孔比例与热导率的关系。