采用懸浮液等離子噴涂（SPS）分別制備8%氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（8%Y₂O₃-ZrO₂,8YSZ）熱障涂層和以8YSZ為陶瓷層底層,頂層為GZ（Gadolinium Zirconate）的雙陶瓷層熱障結構（YSZ/GZ）。在大氣環(huán)境箱式電阻爐中1150℃下對兩種熱障涂層進行了10 h、50 h和100 h時長的等溫氧化處理,通過對高溫氧化前后質量和孔隙率變化分析了兩種涂層的抗氧化性和燒結現(xiàn)象,采用掃描電子顯微鏡和能譜儀觀察分析了涂層不同等溫氧化時長下的微觀組織變化和熱生長氧化層（TGO）的元素構成,通過X射線衍射分析了氧化前的相的組成。結果表明:雙陶瓷層熱障結構具有更好的抗氧化性和高溫型,主要歸結于GZ晶體結構中存在穩(wěn)定的弗倫克爾缺陷的氧離子。陶瓷層和粘結層界面的TGO的產(chǎn)生和長大仍是其失效的主要原因。TGO主要由Al和Cr的氧化物組成。燒結現(xiàn)象在等溫氧化10 h處,最為明顯。 

【文章來源】：中國陶瓷. 2016,52(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

熱障圖層試樣的結構：（aFig.1Thestructureofthermalbarrier

LabStar）對試樣進行1150℃高溫氧化處理，加熱時長分別10h,50h和100h。加熱到規(guī)定的時間后，實驗試樣將在爐內(nèi)冷卻到室溫。采用重量測量儀（PCEAB-100）對高溫氧化前后的TBC試樣進行稱重。電子掃描顯微鏡（SEM,HitachimodelTM3000）和能譜儀（EDS,Bruker）被用來分析TBC試樣的橫截面的微觀結構和化學元素的構成。采用XRD（SEIFERT-TT3003）對試樣的相結構進行分析，具體參數(shù)是1.541的CuKα連續(xù)掃描、步長為0.01℃和10s的間隙時間。采用水滲入的方法測量開孔的孔隙率。2.實驗數(shù)據(jù)分析與討論2.1氧化增重量的變化分析圖2的數(shù)據(jù)分別由四種實驗樣品組成：基體材料，基體材料上噴涂粘結層，完整的YSZ熱障涂層，完整的YSZ/GZ涂層。圖2展示了在沒有熱障涂層的保護下，單獨的基質材料由于缺乏保護層很容易被氧化，氧化增重現(xiàn)象比較明顯。而噴涂有粘結層的基質材料相對于單獨的基質材料有較慢的氧化增重率，因為粘結層中的Al和Cr元素與氧元素反應生成金屬氧化物，起到一定的保護作用。YSZ系統(tǒng)有更低的氧化增重相對于上述兩者，因為YSZ陶瓷層有較低的熱導率，起到很好的隔熱效果。YSZ/GZ系統(tǒng)最低，歸結于GZ的晶體結構中存在穩(wěn)定的弗倫克爾缺陷相對于YSZ。同時所有的涂層氧化增重趨勢都遵循拋物線規(guī)律，在0～10h階段，氧化增重增長速率較快；在10～100h階段，氧化增重增長率逐漸趨于緩慢。圖2基質、基質/粘結層、YSZ系統(tǒng)、YSZ/GZ系統(tǒng)的等溫氧化增重值Fig.2Weightgainofsubstrate,substratewithonlybondcoat,YSZsystem,YSZ/GZsystemafterisothermaloxidation2.2孔隙率的變化分析圖3展示等溫氧化實驗前后的YSZ和YSZ/GZ圖3等溫氧化時長為10h、50h和100h的YSZ,和YSZ/GZ系統(tǒng)的孔隙率值的變化Fig.3ChangeofporosityvalueofYSZandYSZ/GZsystem

起到一定的保護作用。YSZ系統(tǒng)有更低的氧化增重相對于上述兩者，因為YSZ陶瓷層有較低的熱導率，起到很好的隔熱效果。YSZ/GZ系統(tǒng)最低，歸結于GZ的晶體結構中存在穩(wěn)定的弗倫克爾缺陷相對于YSZ。同時所有的涂層氧化增重趨勢都遵循拋物線規(guī)律，在0～10h階段，氧化增重增長速率較快；在10～100h階段，氧化增重增長率逐漸趨于緩慢。圖2基質、基質/粘結層、YSZ系統(tǒng)、YSZ/GZ系統(tǒng)的等溫氧化增重值Fig.2Weightgainofsubstrate,substratewithonlybondcoat,YSZsystem,YSZ/GZsystemafterisothermaloxidation2.2孔隙率的變化分析圖3展示等溫氧化實驗前后的YSZ和YSZ/GZ圖3等溫氧化時長為10h、50h和100h的YSZ,和YSZ/GZ系統(tǒng)的孔隙率值的變化Fig.3ChangeofporosityvalueofYSZandYSZ/GZsystemsafterisothermaloxidationtestfor10h,50hand100h.涂層孔隙率的變化情況。YSZ的初始孔隙率為13.5%，YSZ/GZ的初始孔隙率為17.2%。經(jīng)過10h等溫氧化后，兩者的孔隙率降低，因為燒結現(xiàn)象引起晶粒的致密化導致涂層中開孔的閉合。YSZ的孔隙率下降為9.5%，YSZ/GZ的孔隙率下降為13.5%。隨著等溫氧化時間的增加，燒結現(xiàn)象將導致孔隙率將進一步降低。但是0～10h的過程中，燒結影響十分顯著，而50～100h的等溫氧化過程中，孔隙率的減少的趨勢逐漸趨于平穩(wěn)。燒結現(xiàn)象能夠引起涂層應變公差的損失，導致涂層的失效發(fā)生。2.3微觀結構分析圖4展示了未經(jīng)高溫氧化涂層的電子掃描顯微鏡（SEM）橫截面微觀圖。從圖4中，柱狀結構及其孔隙和縱向裂紋能被觀察到。這些縱向裂紋可以有效地緩解由于基質材料和陶瓷材料之間的熱膨脹的差異，有效地提升涂層的應變公差。從圖4a中，可以得出YSZ層的平均厚度為300±10μm，平均縱向裂紋度為16個/mm,平均的柱狀寬度為53.62μm。從圖4b?

【參考文獻】：
碩士論文
[1]熱障涂層界面氧化的熱力學理論分析[D]. 鄒金龍.湘潭大學 2004



本文編號：3240748