《表1 ScYSZ涂层热导率[9]》

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《新型热障涂层材料及其制备技术的研究与发展》

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YSZ因其较低的热导率和较高的热膨胀系数成为当前应用最为广泛的热障涂层材料，但在工作温度高于1200℃时，会发生T′相（非相变的四方）→T相（四方）+C相（立方）→M相（单斜）的转变，引起体积膨胀，使涂层产生应力，促进裂纹的形成和扩展，从而降低涂层寿命[7]。因此，T′相的高温稳定性直接决定了YSZ涂层系统的使用寿命。目前的研究表明，通过多元氧化物掺杂形成稀土氧化物能有效降低YSZ的热导率和改善T′相的高温稳定性。冀晓娟等[8]通过第一原理计算分析了添加稀土元素对Zr O2晶胞X–O键（X=La、Ce、Gd、Nd、Yb）键长和晶格常数的影响。分析发现，稀土元素的加入使X–O键键长变大，引起晶格振动频率降低，使材料的热扩散系数降低，而稀土元素的共价半径越大，造成的膨胀畸变越大，热扩散系数也更小。李其连和刘怀菲[9]通过等离子喷涂制备了7.1%ScO2–1.5%Y2O3–ZrO2超高温热障涂层（Sc YSZ涂层，摩尔分数），并对涂层的组织、高温相稳定性、隔热性、热冲击性能和抗氧化性能进行了研究。结果表明，Sc YSZ涂层在1500℃热处理300 h后无单斜相出现，具有良好的高温稳定性；在900～1500℃范围内，涂层的热导率为0.93～1.19 W·m-1·K-1，明显低于目前广泛应用的YSZ涂层（1.2～1.5 W·m-1·K-1），如表1所示；掺杂稀土氧化物显著提高了涂层的抗热冲击性能，Ni Co Cr Al Ta Y/Sc YSZ涂层的热冲击寿命达2000次以上，而Ni Co Cr Al Ta Y/YSZ涂层热冲击寿命不足1000次。Rauf等[10]通过对大气等离子喷涂制备的纳米结构La掺杂YSZ热障涂层的研究发现，纳米结构的5LaYSZ涂层具有典型的双峰微观结构，并且是四方相，无m–ZrO2或La2O3相出现，涂层的热导率明显低于传统的YSZ涂层。Ahmadi-Pidani等[11]以Inconel738LC高温合金为基体、NiCoCrAlY为黏结层，采用等离子喷涂制备了Zr O2–25%CeO2–2.5%Y2O3涂层（CYSZ涂层，质量分数），并研究了脉冲激光处理对涂层组织和抗热震性能的影响，结果表明，CeO2掺杂改性后的涂层均由四方相组成，涂层的寿命增加了大约四倍。