《表1 常用热障陶瓷材料与金属物理性能对比》

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《等离子喷涂金属/陶瓷梯度热障涂层研究进展》

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在航天、航空、电力、化工、冶金等众多领域，存在很多需要在高温环境下运行的零部件，例如：航天发动机的涡轮机叶片、船舶内燃机的燃烧室部件[1]。在零件上制备一层热障涂层，能够有效降低零件表面温度，提高发动机功率，延长零部件服役寿命。目前，常用于热障涂层的材料有氧化锆系列、锆酸盐系列、钙钛矿结构系列和其他氧化物，几种常用陶瓷材料和金属基体的物理性能如表1所示[2-5]，陶瓷材料具有高熔点、热导率低的优势，但其与金属基体的热膨胀系数、弹性模量等物理性能存在明显的不匹配，在制备和使用过程中易出现结合效果差、裂纹、剥落等问题。金属/陶瓷梯度热障涂层是解决该问题的方法之一，其独特的设计理念[6]是指在高温侧使用耐热陶瓷来提供足够的耐热性，在低温侧使用导热性高的硬质金属来提供必要的机械韧性，通过从金属材料到陶瓷材料的成分逐渐变化来制备新的复合涂层，实现减少或消除涂层与基体之间的界面物性突变和界面应力等问题。20世纪80年代首次提出“功能梯度材料”这一科学术语应用于研制热障材料，距今几十年间，金属/陶瓷梯度热障涂层已经得到了广泛的研究[7]。