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納米結構雙陶瓷熱障涂層材料

主要研究內容

熱障涂層(TBC)被廣泛地應用在飛機發動機、渦輪機和汽輪機葉片上,保護高溫合金基體免受高溫氧化、腐蝕,起到隔熱、提高發動機進口溫度和發動機推重比作用的一種陶瓷涂層材料。

7±1wt%Y2O3穩定的ZrO2(即8YSZ)材料被用做熱障涂層材料已應用幾十年了。盡管研究表明納米8YSZ涂層效果更佳,但隨著對發動機,渦輪機性能要求的提高,這種體系的熱障涂層已不能適應更高溫度下工作。為滿足未來先進航空發動機對TBC更苛刻的性能要求,各種關于TBC的新材料和新工藝得到了快速發展。

由于鋯酸鹽系列材料耐高溫,熱導率低,線膨脹系數大,決定了它在耐高溫熱障涂層的潛在應用。所以,主要的發展趨勢是采用鋯酸鹽系列材料替代現有的8YSZ材料做熱障涂層,尤其是含鋯酸鹽的雙陶瓷熱障涂層被認為是未來發展長期使用溫度高于1200℃的最有前景的涂層結構之一。但目前還沒有可用于納米結構熱噴涂的鋯酸鹽粉體。我們首次成功制備出了鋯酸鑭LZ納米結構粉體喂料。并將它們與8YSZ粉體喂料采用等離子噴涂方式噴涂成納米結構的雙陶瓷型n-LZ/8YSZ熱障涂層。為進行對比,也制備了傳統微米結構單陶瓷型8YSZ和納米結構單陶瓷型8YSZ熱障涂層。結果表明,納米結構的雙陶瓷型涂層的隔熱效果明顯好于其它涂層,與相同厚度的納米結構單陶瓷型8YSZ熱障涂層和傳統微米結構單陶瓷型8YSZ熱障涂層相比,隔熱效果分別提高了35%和70%。此外,納米結構的雙陶瓷型涂層具有比其它兩種涂層層更好的熱震性能。

中國專利:ZL 02132534.0;ZL 200910072451.5

技術指標

納米結構的雙陶瓷型涂層的隔熱效果明顯好于其它涂層,其平均隔熱溫度為220.1℃,較相同厚度的納米結構單陶瓷層8YSZ熱障涂層的隔熱效果大約提高了35%。較相同厚度的傳統結構單陶瓷層8YSZ熱障涂層的隔熱效果大約提高了70%。且納米結構的雙陶瓷型涂層具有更好的熱震性能和抗高溫氧化能力。

應用領域

廣泛地應用在航空發動機,渦輪機,汽輪機葉片上,保護高溫合金基體(鎳基高溫合金,鈷基高溫合金)免受高溫氧化,腐蝕、磨損。起到隔熱,提高發動機進口溫度,發動機的流量比和推重比作用的一種陶瓷涂層材料。作為第四代防護涂層的代表,熱障涂層(TBC)是目前高溫防護性能最佳、應用前景最好的表面防護涂層之一。

  負責人:王鈾教授   E-MAIL:[email protected] 

        王鈾,男,漢族,1954年生。現任哈爾濱工業大學材料科學系教授、博士生導師。

王鈾教授是280余篇論文的作者,二十余項美國、中國或國際專利的發明人,數十篇文章為SCI收錄并為同行在國際雜志引用約2600余次。上世紀末因在摩擦學和表面工程方面的杰出貢獻被英國劍橋國際傳記中心選入《二十世紀2000杰出科學家》。

         專家云平臺主頁:http://www.hkmli.tw/people/show.php?itemid=3289 

 

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