制备氧化锆（ZrO2）热障涂层喷涂方法选择

由于ZrO2陶瓷材料的熔点较高(2760℃)，热导率低(为1.0~ 2.0W/(m·K))，除电弧喷涂、冷气动力喷涂、高速火焰喷涂、氧-乙炔火焰重熔和中频感应重熔技术以及等离子喷焊工艺方法不能用于制备ZrO2陶瓷涂层外，其他热喷涂工艺方法均可以用来制备。

但是， 随着涂层性能要求的提高， 热障涂层的制备基本以等离子喷涂方法为主。但在实际应用中，或受限于条件，或为了降低成本、保证性能，常采用不同的热喷涂工艺方法。根据制备热障涂层运用单一设备还是多种设备，可将热障涂层制备工艺分为单一制备工艺和复合制备工艺两种。

单一制备工艺是指热障涂层粘结底层和ZrO2陶瓷面层均采用同一种喷涂方法进行制备的工艺，包括：大气等离子喷涂工艺、低压等离子喷涂工艺、真空等离子喷涂工艺、爆炸喷涂工艺、高速等离子喷涂工艺等。

复合制备工艺是指热障涂层粘结底层和ZrO2陶瓷面层分别采用不同的喷涂方法进行制备的工艺，包括：

1)真空+大气等离子复合喷涂工艺，热障涂层粘结底层采用真空等离子喷涂工艺制备，而ZrO2陶瓷面层采用大气等离子喷涂工艺制备。

2)高速火焰+大气等离子复合喷涂工艺，热障涂层粘结底层采用高速火焰喷涂，ZrO2 面层采用大气等离子喷涂。

3)高速火焰+高速等离子复合喷涂工艺，粘结底层采用高速火焰喷涂，ZrO2面层采用高速等离子喷涂等。

为解决等离子喷涂TBC存在的高气孔率和裂纹引起的抗氧化性和涂层寿命降低的问题，国内外针对激光制备TBC方法在激光表面重熔和激光熔覆两个不同的领域开展了广泛的应用探索研究。激光法制备TBC工艺有两种，即激光一次熔覆法和激光二次熔覆法。激光一次熔覆法制备TBC属于新领域，近十年才有研究报导，主要有预置法和送粉法。

预置法是将部分稳定的YPSZ与Ni基复合粉预置在基材上，再采用CO2激光熔覆，获得分层结构的复合涂层，表面为致密的ZrO2陶瓷层，其下为Ni基合金过渡层，ZrO2陶瓷层的上部为等轴晶，中下部为柱状晶，主要由t'相组成。送粉法是采用送粉装置将部分稳定的YPSZ与合金复合粉送入激光照射区域，利用激光将其熔覆在基材上，获得了自动分层的陶瓷层区域，均为柱状晶组织，且基本由t相组成。激光二次熔覆法是指首先在基体表面采用等离子喷涂ZrO2陶瓷层后再对其进行激光熔覆处理的工艺，采用该工艺可以获得表面光滑、连续、致密、无裂纹和孔隙等缺陷的陶瓷熔覆层，避免了送粉法激光熔覆工艺无法解决的裂纹问题。陶瓷熔覆层的组织为柱状晶，其生长方向与基体垂直。激光二次熔覆法为制备高性能低成本TBC提供了可行途径，但尚处于初步研究阶段，高温性能试验为空白，熔覆工艺参数、涂层分层组织、成分、形态、内外成形质量以及高温性能等对涂层寿命的影响还有待进一步深入研究。

近年来，采用电子束物理气相沉积(EB-PVD) 法制备具有高抗热震性能的TBC引起人们的关注。关于EB-PVD热障涂层的研究始于20世纪70年代，美国普惠公司于80年代取得突破，随后，该技术在德国等国也获得了成功应用。EB-PVD热障涂层是采用高能电子束加热并气化陶瓷源，形成陶瓷蒸气，再以原子为单位沉积到基体上而形成的，其涂层组织为垂直于基体表面的柱状组织，柱体与基体之间呈冶金结合，稳定性很好。在高温环境中，柱与柱之间可以分开以缓解由于热膨胀系数的差异而造成的热应力，从而大幅度提高涂层热疲劳抗力。研究表明，在ZrO2陶瓷和粘结底层之间发现有Al2O3区形成，该区的存在有利于提高热障涂层的抗氧化性。此外，采用EB-PVD制备的热障涂层，表面光滑，可复现原底层粗糙度，无需再加工，可减少燃气阻力，提高涂层使用寿命，且工艺参数比等离子喷涂易于控制，但是，EB-PVD 工艺也存在涂层隔热能力较低、涂层厚度不可控、表面清洗复杂、设备复杂昂贵、沉积速率相对较低、工艺流程繁琐等缺点，这些都是非常需要研究改进的。

鉴于等离子喷涂法制备的TBC和EB-PVD法制备的TBC之间存在的较大差别，有人将采用等离子喷涂法制备的TBC称为第一代TBC，采用EB-PVD法制备的TBC称为第二代TBC。