热障涂层在中国的发展及应用

我国在热障涂层研究方面起步较晚，加之热障涂层在工业发达国家被列为保密技术，对我国一直实行封锁，因此我国的热障涂层与国外先进技术水平相比尚有明显的差距。在20世纪六七十年代曾利用等离子喷涂为燃烧室火焰简等制备热障涂层，随后逐步开始在航空发动机其他部分部件上应用。为适应我国航空发动机发展的需要，在90年代中期，相关单位开展了电子束物理气相沉积技术制备热障涂层的研究，并从国外引进大功率多电子束物理气相沉积设备。随着航空航天技术的发展，目前我国的热障涂层技术也有了较大的进步，自“九五”以来，先后突破了燃气涡轮叶片YSZ/MCrAIY热障涂层制备关键技术，掌握了MCrAIY粘结层成分和组织控制技术、陶瓷层柱状晶生长取向控制技术、叶片涂层厚度控制技术、涂层后气膜冷却孔尺寸控制技术等多个涡轮叶片热障涂层制备关键技术，研制的YSZ/MCrAIY双层结构热障涂层已经在多个型号燃气涡轮发动机叶片、燃烧室喷口等热端部件上获得应用。21世纪初，用电子束物理气相沉积技术成功地将热障涂层制备在某发动机1级涡轮叶片上，经装机试车考核，该热障涂层的性能达到国外同类产品的技术水平。

目前，热障涂层在我国航空发动机涡轮叶片上的应用研究已经开始并得到重视，已在某些涡轮叶片上喷涂出热障涂层，取得了阶段性成果。热障涂层技术的应用可以大幅提升发动机和地面燃气轮机的综合性能，延长其使用寿命，是高性能发动机和燃气轮机研制的关键技术之一，随着我国大飞机、地面燃气轮机、固体燃料发动机技术的不断进步，对热障涂层的需求将会越来越巨大，热障涂层将在航空航天、舰船、核工业、汽车等领域的热端部件上拥有广泛的应用前景。

与此同时，热障涂层制造工艺及设备将得到不断改进，设计人员对带热障涂层的认识将更加全面，热障涂层工艺人员技术也将更加姻熟，可以预计，热障涂层将会在我国获得巨大的发展。

国内热障涂层的研究工作起步较晚，等离子喷涂热障涂层的研究工作始于20世纪70年代。进入80年代后期，中航工业北京航空材料研究院、北京航空航天大学、中航工业北京航空制造工程研究所等单位先后开展了EB - PVD制备热障涂层工艺研究。“十一五”期间，北京航空材料研究院采用EB - PVD法制备了YSZ双层结构TBCs，突破了双层结构热障涂层体系的关键材料和技术问题，TBCs的各项性能指标均达到了预期考核目标。通过从国外引进了多功能改进型物理气相沉积装置，该设备不但加强了北京航空材料研究院在TBCs领域的研究和生产实力，而且带动了国内该行业的发展。实现了EB -PVD技术在国内航空发动机涡轮叶片的成功应用，满足了我国航空发动机发展的重大需求。

此外，针对热障涂层技术在我国行业内的应用情况，可简单概述为：

(1)新型航空发动机叶片要求采用热障涂层。“ 九五”期间，航空工业发展了多机种的预研工作，其中前期开始了高推重比发动机关键部件的研制，随着预研工作和地面试车考核工作的同期开展，高推重比发动机涡轮部件已进行深入研制，并已经在某型号发动机涡轮叶片上实现了TBCs的小规模应用。

(2)舰用燃机使用热障涂层。在西安航空发动机(集团)公司承制的从乌克兰引进的某型舰用燃机的制造工艺中，其中涡轮1级导向叶片采用等离子热喷涂工艺和工作叶片采用EB -PVD工艺均要求施加热障涂层。

(3)目前某新型发动机火焰筒、燃烧室部件，以及机匣部位也采用了热障涂层。此外，在国内航空发动机技术领域中，等离子喷涂制备热障涂层的工艺已经在某新型航空发动机的涡轮导向叶片和隔热屏等零件上成功应用。

(4)对于现役发动机，在修理过程中也采用了这一工艺， 利用热障涂层来修复发动机的热端部件,延长了某型号发动机的翻修寿命。

陶瓷热障涂层的研究和应用到现在已经有近40年的历史，但其应用范围主要集中在航空航天领域。随着科技人员的不断努力，陶瓷热障涂层的应用范围在不断扩大。目前,陶瓷热障涂层不仅应用于航空、航天、地面燃机、船舶能源、核工业等国防领域，而且也成功地应用于动力装备、机械制造业钢铁、冶金、石油化工、纺织、印刷、电子、电力等工业。