氧化硅、氧化铝改性热障涂层材料

10月19日 09:45 78

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莫来石(Mullite)的组成为3Al2O3·2SiO2,是一种重要的陶瓷材料。它具有低密度高热稳定性、耐化学腐蚀、低热导率优良的力学性能和良好的蠕变性能。与YSZ相比,莫来石具有较高的热导率、较低的热膨胀系数和氧透过率,它的抗氧化能力要比YSZ强很多。在表面温度低于气轮机表面温度且涂层两侧温差较大的环境中,如在柴油机中,作为热障涂层材料,莫来石要比氧化锆更优越。两种材料通过发动机测试表明,使用莫来石涂层的发动机寿命要比使用氧化锆涂层的明显要长。在1000℃以上,莫来石涂层的热循环寿命比YSZ涂层短很多。由于莫来石与SiC的热膨胀系数很接近,所以它是用于SiC基体的最有前景的涂层材料。

与YSZ相比,Al2O3热导率较高(5.3W· m-1· K-1,1100℃)而热膨胀系数较低(9.6x10-6K-1 ,1000℃)。a- Al2O3是铝的所有氧化物中唯一的稳定相,具有很高的硬度和化学惰性。真空等离子喷涂和大气等离子喷涂的Al2O3涂层的抗腐蚀性能可与Al2O3块材相媲美。在YSZ中添加一定量的Al2O3能够提高涂层的硬度和粘结强度,同时弹性模量和韧性基本没有变化。另外可以通过在YSZ涂层上再制备一层Al2O3来提高涂层的硬度。但是,等离子喷涂的Al2O3涂层含有不稳定的相,如γ和δ- Al2O3。在热循环过程中,这些不稳定相转变为a - Al2O3,同时伴随着明显的体积变化(γ→a,约15%) ,这导致在涂层中产生裂纹。把过渡金属氧化物,如Cr2O3、Fe2O3和TiO2掺入Al2O3中能部分稳定a相。采用SiC纤维增韧可以大大改善Al2O3的力学性能。尽管Al2O3不是良好的热障涂层材料,但是把它加入YSZ可以提高涂层的寿命和提高基体的抗氧化性。8YSZ - Al2O3梯度涂层比8YSZ涂层的热循环寿命要长得多。

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