熱障涂層（TBC）已經(jīng)在航空發(fā)動機和燃氣輪機上實現(xiàn)工程應用,其中以ZrO₂為主要成分的YSZ涂層應用最為廣泛。電子束物理氣相沉積（EB-PVD）技術是制備TBC的主要方法之一,特別是其柱狀晶結構有效減小了涂層在服役過程中的熱應力而使其具有超長壽命。傳統(tǒng)的實驗研究方法存在周期長、成本高的缺點,也無法揭示內(nèi)在物理機制,因此以動力學模特卡洛（KMC）方法為代表的數(shù)值模擬廣泛應用于EB-PVD沉積過程的理論研究工作以用于揭示涂層沉積過程和改進生產(chǎn)工藝。然而,缺乏KMC模擬所必需的勢函數(shù)是進行ZrO₂沉積過程模擬的主要障礙之一。本論文首先采用第一性原理方法并結合分子動力學方法擬合出ZrO₂勢函數(shù),進而建立了基于KMC的EB-PVD沉積ZrO₂涂層理論模型,然后采用該模型研究了EB-PVD工藝參數(shù)對所制備涂層組織結構和形貌的影響。本文首先利用第一性原理方法對ZrO₂超胞進行結構優(yōu)化,同時利用粗�；椒▽ΤＰ徒稻S簡化,建立粗�；痁rO₂模型。為了擬合獲得適用范圍更廣的...

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 熱障涂層基本原理及應用效果
    1.3 熱障涂層制備方法
        1.3.1 熱噴涂
        1.3.2 電子束-物理氣相沉積
        1.3.3 等離子-物理氣相沉積
        1.3.4 PS和EB-PVD涂層性能比較
    1.4 ZrO₂及二氧化鋯摻雜二元氧化物熱障涂層的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 ZrO₂熱障涂層的實驗研究
        1.4.2 涂層計算機模擬研究
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容及思路
第2章 計算機模擬涂層生長理論基礎
    2.1 分子動力學理論
        2.1.1 力場簡介
        2.1.2 能量最小化
        2.1.3 體系系綜簡介
        2.1.4 溫度及控溫方法
        2.1.5 勢函數(shù)截斷半徑
    2.2 蒙特卡洛理論
    2.3 粗粒化模擬
    2.4 勢函數(shù)擬合理論方法
        2.4.1 直接玻爾茲曼反演
        2.4.2 蒙特卡羅反演
        2.4.3 力匹配法
        2.4.4 相對熵法
        2.4.5 迭代玻爾茲曼反演
    2.5 涂層生長理論
        2.5.1 薄膜生長模式
        2.5.2 EB-PVD結構區(qū)域模型
        2.5.3 表面形核與生長
    2.6 密度泛函理論
        2.6.1 Hohenberg-Kohn定理和Kohn-Sham方程
        2.6.2 交換關聯(lián)泛函
    2.7 卷積平滑(Savitzky Golay濾波器)
    2.8 本章小結
第3章 粗�；痁rO₂勢函數(shù)的擬合
    3.1 ZrO₂分子構型建模
    3.2 輸出文件格式轉換
    3.3 目標徑向分布函數(shù)計算
    3.4 多態(tài)迭代玻爾茲曼反演計算勢函數(shù)
        3.4.1 映射文件編寫
        3.4.2 多態(tài)迭代玻爾茲曼反演
    3.5 本章小結
第4章 EB-PVD沉積ZrO₂熱障涂層理論模型的建立和應用
    4.1 EB-PVD沉積ZrO₂涂層理論模型的建立和實現(xiàn)算法
        4.1.1 擴散能壘的計算
        4.1.2 沉積過程數(shù)學模型的建立
        4.1.3 沉積過程的KMC算法
    4.2 工藝參數(shù)對EB-PVD沉積ZrO₂熱障涂層形貌的影響
        4.2.1 基板溫度
        4.2.2 粒子初始動能
        4.2.3 沉積速率
        4.2.4 差異分析
    4.3 本章小結
結論
參考文獻
碩士期間發(fā)表學術論文及其他成果
致謝



本文編號：4018442