先進(jin)熱障涂層

BC系統(tong)是(shi)典(dian)型的(de)(de)(de)雙層(ceng)式結構，它包括金(jin)屬粘結層(ceng)和陶瓷(ci)頂(ding)層(ceng)。粘結層(ceng)是(shi)保護基層(ceng)氧化和腐蝕的(de)(de)(de)并有改善陶瓷(ci)層(ceng)和基層(ceng)之(zhi)間(jian)結合強度(du)(du)的(de)(de)(de)作用。陶瓷(ci)頂(ding)層(ceng)相(xiang)比金(jin)屬機體(ti)而言擁有很低的(de)(de)(de)熱傳(chuan)導率，通過內冷陶瓷(ci)層(ceng)可(ke)以實現一個很大的(de)(de)(de)溫(wen)差(cha)度(du)(du)（幾百K）。因(yin)此，它既(ji)可(ke)以降低金(jin)屬基體(ti)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)以提(ti)高部件的(de)(de)(de)使用壽命(ming)又(you)可(ke)以提(ti)高渦(wo)輪發動機的(de)(de)(de)點火溫(wen)度(du)(du)來提(ti)高它的(de)(de)(de)工作效率。

自(zi)19世紀(ji)50年(nian)代(dai)****個軍(jun)用(yong)(yong)發(fa)動(dong)機(ji)搪瓷涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)制造(zao)起(qi)熱障涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)開始(shi)了工業化(hua)發(fa)展(zhan)。在(zai)19世紀(ji)60年(nian)代(dai)，****個帶有NiAl粘結(jie)層(ceng)(ceng)的(de)(de)火(huo)焰(yan)噴涂(tu)(tu)陶瓷涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)應用(yong)(yong)于商業航空發(fa)動(dong)機(ji)上。接下來的(de)(de)幾十(shi)年(nian)中(zhong)，熱障涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)材料和噴涂(tu)(tu)技術持續(xu)的(de)(de)發(fa)展(zhan)。19世紀(ji)80年(nian)代(dai)熱障涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)迅猛發(fa)展(zhan)。在(zai)這十(shi)年(nian)中(zhong)，氧(yang)化(hua)釔(yi)穩定的(de)(de)氧(yang)化(hua)鋯（YSZ）被(bei)認為(wei)是一(yi)種特殊的(de)(de)陶瓷頂層(ceng)(ceng)材料，因為(wei)它作為(wei)一(yi)個近30年(nian)來的(de)(de)標準而被(bei)確立。

根據(ju)沉積(ji)工(gong)藝的不同，已經確立了兩種(zhong)不同的方法(fa)。一種(zhong)是(shi)電子(zi)(zi)束物****相(xiang)(xiang)沉積(ji)（EB-PVD），另一種(zhong)是(shi)大(da)(da)氣等離(li)子(zi)(zi)噴(pen)涂(tu)（APS）。電子(zi)(zi)束物****相(xiang)(xiang)沉積(ji)法(fa)制備的涂(tu)層擁有柱(zhu)狀顯微(wei)結(jie)構并(bing)被廣泛應用(yong)(yong)于航(hang)空發動機的高熱機械載荷葉片中(zhong)。同電子(zi)(zi)束物****相(xiang)(xiang)沉積(ji)法(fa)相(xiang)(xiang)比(bi)，大(da)(da)氣等離(li)子(zi)(zi)噴(pen)涂(tu)以它的操作(zuo)粗(cu)放度及經濟可行(xing)性為傲(ao)，因(yin)此現在更多的TBC采用(yong)(yong)這種(zhong)方法(fa)。典型靜態部件，像燃燒器罐和葉片平(ping)臺都是(shi)用(yong)(yong)APS進行(xing)噴(pen)涂(tu)。

在(zai)固定的(de)(de)燃(ran)氣輪機(ji)中，其葉片也常使用熱(re)噴涂(tu)的(de)(de)方法進(jin)行噴涂(tu)。燃(ran)氣渦輪機(ji)效率的(de)(de)進(jin)一(yi)步提升有賴于(yu)燃(ran)燒及(ji)冷(leng)卻技術的(de)(de)進(jin)步與更高的(de)(de)渦輪機(ji)入口溫度(du)相結(jie)合(he)。這(zhe)意味(wei)著(zhu)由于(yu)在(zai)高溫下燒結(jie)和相轉變(bian)，標準材料YSZ必(bi)然會接近它的(de)(de)極(ji)限(xian)。

由(you)EB-PVD和APS方法加(jia)工(gong)的(de)(de)YSZ包(bao)含亞穩態(tai)的(de)(de)T`相。長(chang)時(shi)間處于高(gao)(gao)溫下，它能夠分解(jie)成高(gao)(gao)氧化釔相和低氧化釔相。后者在冷卻過程中將會轉變(bian)成為單斜晶相并伴隨很大的(de)(de)體積增(zeng)加(jia)，這將導致TBC的(de)(de)失效(xiao)。公認的(de)(de)上限溫度是(shi)1200℃。另(ling)外(wai)，由(you)于有限的(de)(de)相穩定性(xing)以及燒結導致涂層應變(bian)公差(cha)的(de)(de)損(sun)失而(er)降低了它的(de)(de)高(gao)(gao)溫性(xing)能，因此(ci)涂層會過早的(de)(de)失效(xiao)。

所以(yi)，在(zai)**近的(de)幾十(shi)年中(zhong)，人們為(wei)了尋找比(bi)YSZ更好(hao)的(de)陶瓷材料做了大(da)量的(de)工作。很多的(de)文獻都包含(han)這(zhe)個主題。

01燒綠石

為(wei)了(le)在(zai)1300℃以上的(de)(de)(de)條(tiao)件下(xia)服(fu)役，擁有(you)(you)燒(shao)綠石結構(gou)(gou)的(de)(de)(de)TBC材(cai)(cai)料比YSZ有(you)(you)更具(ju)吸引力(li)的(de)(de)(de)性(xing)能。特別是(shi)一(yi)些鋯酸(suan)鹽(yan)燒(shao)綠石更低的(de)(de)(de)熱導率使(shi)得這(zhe)類(lei)材(cai)(cai)料更加令人關(guan)注(zhu)。同樣，它們有(you)(you)著很(hen)不錯的(de)(de)(de)熱穩(wen)定(ding)性(xing)，這(zhe)可(ke)能與晶體中(zhong)(zhong)陽離(li)子有(you)(you)著固定(ding)的(de)(de)(de)位(wei)置有(you)(you)關(guan)。廣泛的(de)(de)(de)研究中(zhong)(zhong)，燒(shao)綠石是(shi)稀(xi)土鋯酸(suan)鹽(yan)（A2Zr2O7），其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)A可(ke)以是(shi)La、Gd、Sm、Nd、Eu和Yb中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)任(ren)意(yi)一(yi)個或是(shi)他(ta)們的(de)(de)(de)混合物。一(yi)些以鉿（La2Hf2O7 和 Gd2Hf2O7）和鈰(shi)（La2Ce2O7 and La2(Zr0.7Ce0.3)2O7)）為(wei)基的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料同樣也是(shi)備受(shou)關(guan)注(zhu)的(de)(de)(de)TBC材(cai)(cai)料。事實上，以鈰(shi)為(wei)基的(de)(de)(de)氧化(hua)物通常是(shi)一(yi)種(zhong)有(you)(you)缺(que)陷(xian)的(de)(de)(de)螢石結構(gou)(gou)，這(zhe)種(zhong)結構(gou)(gou)使(shi)得陽離(li)子的(de)(de)(de)交換更加容易，這(zhe)也解釋了(le)為(wei)什么這(zhe)些材(cai)(cai)料有(you)(you)很(hen)高的(de)(de)(de)燒(shao)結率。在(zai)La2Zr2O7中(zhong)(zhong)慘雜其(qi)(qi)他(ta)元(yuan)素能夠提(ti)高它的(de)(de)(de)燒(shao)結阻力(li)。

在(zai)燒(shao)綠石中(zhong)，La2Zr2O7 (LZ)是TBC應用****前景的(de)(de)材料之一。因為它(ta)相比YSZ具(ju)有(you)(you)更(geng)加出色(se)的(de)(de)特征(zheng)，在(zai)2000℃以上時它(ta)具(ju)有(you)(you)不(bu)錯的(de)(de)熱(re)(re)(re)穩定性能，熱(re)(re)(re)導率很(hen)低(di)1.56 W/m K，燒(shao)結傾向也很(hen)低(di)。但它(ta)也有(you)(you)缺點(dian)，它(ta)的(de)(de)熱(re)(re)(re)膨(peng)(peng)脹(zhang)系數(shu)(shu)(shu)較(jiao)低(di)。YSZ的(de)(de)熱(re)(re)(re)膨(peng)(peng)脹(zhang)系數(shu)(shu)(shu)為10–11×10−6 K−1，LZ的(de)(de)熱(re)(re)(re)膨(peng)(peng)脹(zhang)系數(shu)(shu)(shu)大概是9×10−6 K−1，由于熱(re)(re)(re)膨(peng)(peng)脹(zhang)系數(shu)(shu)(shu)不(bu)匹配將導致較(jiao)高的(de)(de)熱(re)(re)(re)應力。在(zai)這(zhe)方面，Gd2Zr2O7更(geng)具(ju)有(you)(you)優勢，它(ta)的(de)(de)熱(re)(re)(re)膨(peng)(peng)脹(zhang)系數(shu)(shu)(shu)是1.1×10−6K−1。

因為基體和粘結(jie)層都具(ju)有相當高(gao)的(de)(de)(de)熱膨(peng)脹系數(大約15×10−6 K−1)，由(you)于工作過程中(zhong)(zhong)TBC中(zhong)(zhong)靠近(jin)粘結(jie)層的(de)(de)(de)位置的(de)(de)(de)應力(li)堆積使得(de)裂紋能很容(rong)易的(de)(de)(de)擴展(zhan)。這可(ke)能就是(shi)為什么La2Zr2O7 和Gd2Zr2O7 單獨作為陶瓷頂(ding)層材料時TBC的(de)(de)(de)壽命很低的(de)(de)(de)原因。

在雙層(ceng)系統中（圖(tu)1）有一(yi)層(ceng)YSZ層(ceng)和一(yi)層(ceng)由燒(shao)綠(lv)石(shi)材料(liao)制成的頂層(ceng)。這種涂層(ceng)在熱循環測試中的壽命顯著提高。

在(zai)這種(zhong)雙層(ceng)結構中(zhong)，YSZ使它具有(you)接(jie)近(jin)粘結層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)韌性，頂層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)燒(shao)綠(lv)石材料使涂層(ceng)擁有(you)低(di)燒(shao)結和高溫穩定性。這些基于燒(shao)綠(lv)石/YSZ的(de)(de)(de)(de)(de)雙層(ceng)系(xi)統(tong)表現(xian)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)比YSZ****的(de)(de)(de)(de)(de)高溫性能從而有(you)望應用(yong)于提高燃氣輪機的(de)(de)(de)(de)(de)熱性能。圖2 是使用(yong)以NiCoCrAlY為粘結層(ceng)，IN738為基材并(bing)采用(yong)不(bu)同(tong)TBC系(xi)統(tong)進行噴(pen)(pen)涂的(de)(de)(de)(de)(de)燃燒(shao)器所(suo)得(de)到的(de)(de)(de)(de)(de)實驗結果。在(zai)給定的(de)(de)(de)(de)(de)循環條件下(xia)（5分鐘(zhong)加熱，2分鐘(zhong)冷(leng)卻）低(di)空率的(de)(de)(de)(de)(de)YSZ系(xi)統(tong)（大約12%）在(zai)1350℃以上(shang)時(shi)壽(shou)命明顯降低(di)。由(you)于以上(shang)原因，單(dan)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)TBC系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)表現(xian)更差。在(zai)尤利西研究所(suo)，由(you)La2Zr2O7 粉末通過(guo)噴(pen)(pen)霧干(gan)燥制成的(de)(de)(de)(de)(de)雙層(ceng)系(xi)統(tong)表現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)更好并(bing)且能夠提高TBC系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)高溫性能超過(guo)100K。如果把之前(qian)實驗中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)試樣換(huan)成商(shang)用(yong)Gd2Zr2O7 ，表現(xian)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)性能上(shang)稍差。另一方面(mian)，尤利西研究所(suo)使用(yong)不(bu)同(tong)粉末的(de)(de)(de)(de)(de)實驗顯示(shi)它有(you)一個很好的(de)(de)(de)(de)(de)循環壽(shou)命（看圖2）。很明顯，粉末的(de)(de)(de)(de)(de)形態和成分對涂層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)性能有(you)重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)影響。

盡管很(hen)多(duo)燒(shao)綠石材料相比于鈣鈦礦結(jie)構(gou)材料，使用熱噴涂(tu)方法更容易處理(li)，但仍存在一些問題。其中之一就(jiu)是在噴涂(tu)過程中成(cheng)分的(de)損失(shi)。由(you)于La2Zr2O7 中損失(shi)La2O3， 導(dao)致不穩定ZrO2 的(de)雜質相。這是不利于涂(tu)層的(de)性(xing)能的(de)。

盡(jin)管雙(shuang)層系統的高(gao)溫性(xing)能(neng)(neng)(neng)很有前景，但還是有必要提升它的中文性(xing)能(neng)(neng)(neng)。Chen 提出 分級YSZ/La2Zr2O7 結(jie)構能(neng)(neng)(neng)夠稍微提高(gao)熔爐的循(xun)環壽命(ming)。另一方面，R. Vassen 的一個梯度測試研究結(jie)果說明于分級結(jie)構相比，雙(shuang)層系統的性(xing)能(neng)(neng)(neng)比較好(hao)。

這(zhe)兩個相(xiang)對立(li)的結果可(ke)能是(shi)由于在梯度(du)測試中(zhong)，室(shi)溫(wen)時涂層中(zhong)的平均應力和儲(chu)存彈性能量相(xiang)比(bi)等溫(wen)測試時有(you)所降低(di)所造成的。

由焙(bei)燒(shao)粉末（50% La2Zr2O7    50% YSZ）混合制成的(de)YSZ和(he)La2Zr2O7 雙層(ceng)系統的(de)化學(xue)(xue)穩定性研究(jiu)中，在(zai)1250℃以下的(de)煅(duan)燒(shao)溫度沒有反應，這意味著(zhu)La2Zr2O7 和(he) YSZ 由很(hen)好的(de)化學(xue)(xue)適(shi)用性來制造雙層(ceng)TBC系統。

另一方面，燒綠石與(yu)鋁的(de)反(fan)應溫度(du)提高。因此(ci)，在長期(qi)使(shi)用過程中，粘結層上形成(cheng)的(de)氧(yang)(yang)化(hua)皮(pi)（鋁基，所謂的(de)熱生(sheng)長氧(yang)(yang)化(hua)層(TGO)）與(yu)燒綠石之間(jian)的(de)反(fan)應是能預料(liao)到的(de)。然而，這(zhe)個問(wen)題(ti)由于雙層結構(gou)而被避免了。

一(yi)些伴有腐(fu)蝕物的(de)(de)(de)特(te)定反(fan)應在(zai)一(yi)些案例(li)中也(ye)(ye)許也(ye)(ye)是有好(hao)(hao)處的(de)(de)(de)。**近，所謂的(de)(de)(de)CMAS（鈣-鎂-鋁-硅）攻擊已(yi)經(jing)備受關(guan)注了。首先，在(zai)航空發(fa)動機高溫作業時能夠(gou)觀(guan)察到這種(zhong)損壞機制，由空氣細碎片的(de)(de)(de)吸入(ru)形成(cheng)CMAS在(zai)TBC上(shang)沉積。在(zai)很高的(de)(de)(de)表面(mian)溫度下(xia)他們開始液(ye)化并(bing)且滲(shen)入(ru)到涂(tu)層中。在(zai)冷卻過程中，它們凝固并(bing)且減小(xiao)涂(tu)層的(de)(de)(de)應變公差。像Gd2Zr2O7的(de)(de)(de)一(yi)些燒綠石能夠(gou)與硅酸鹽發(fa)生反(fan)應導致晶化，CMAS的(de)(de)(de)滲(shen)透也(ye)(ye)會很早的(de)(de)(de)停止。因此(ci)，相比YSZ，一(yi)些燒綠石能更好(hao)(hao)的(de)(de)(de)對抗CMAS。

02 TBC的(de)缺(que)陷群

在(zai)這(zhe)種新(xin)型的(de)(de)(de)TBC材料(liao)中(zhong)，向氧(yang)化鋯(gao)中(zhong)參(can)雜(za)不同的(de)(de)(de)稀(xi)土陽(yang)離子(zi)。這(zhe)種參(can)雜(za)形成參(can)雜(za)物(wu)聚(ju)集(ji)(ji)(ji)群像ZrO2–Y2O3–Nd2O3(Gd2O3,Sm2O3)–Yb2O3(Sc2O3)系(xi)統，能夠(gou)降低(di)大概20 to 40%熱(re)(re)(re)(re)導率(lv)。對(dui)(dui)于5.5 mol% Y2O3–2.25 mol% Gd2O3–2.25 mol% Yb2O3穩(wen)(wen)定的(de)(de)(de)氧(yang)化鋯(gao)其熱(re)(re)(re)(re)導率(lv)從ZrO2–4.5 mol% Y2O3DF的(de)(de)(de)2.3  到2.6 W/m/K降低(di)至1.6–1.9 W/m/K.。對(dui)(dui)于8.5 mol% Y2O3–0.75 mol% Gd2O3–0.75 mol% Yb2O3穩(wen)(wen)定的(de)(de)(de)氧(yang)化鋯(gao)其熱(re)(re)(re)(re)導率(lv)為1.8 and 2.1 W/m/K。此外，參(can)雜(za)物(wu)能夠(gou)提(ti)高(gao)涂層的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)穩(wen)(wen)定性。與傳(chuan)統的(de)(de)(de)YSZ相(xiang)(xiang)比，缺(que)陷(xian)群集(ji)(ji)(ji)TBC的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)導率(lv)隨時間(jian)的(de)(de)(de)增加顯著地降低(di)(例(li)：1315℃時，傳(chuan)統YSZ熱(re)(re)(re)(re)導率(lv)為2.9×10−7，缺(que)陷(xian)群集(ji)(ji)(ji)TBC熱(re)(re)(re)(re)導率(lv)2.7×10−6 W/m Ks)。這(zhe)證明了它能夠(gou)提(ti)高(gao)涂層的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)穩(wen)(wen)定性。在(zai)相(xiang)(xiang)近(jin)的(de)(de)(de)參(can)雜(za)物(wu)水平下，與傳(chuan)統的(de)(de)(de)YSZ相(xiang)(xiang)比，它的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)循環性能有所提(ti)升或(huo)與之(zhi)相(xiang)(xiang)近(jin)。使用氧(yang)化鋯(gao)或(huo)者氧(yang)化鉿缺(que)模型的(de)(de)(de)缺(que)陷(xian)群聚(ju)方(fang)法(fa)使高(gao)達1650℃的(de)(de)(de)耐(nai)高(gao)溫能力成為可能。

對于(yu)更高的(de)(de)參(can)雜等級，立方相(xiang)很(hen)穩定(ding)。同傳統(tong)的(de)(de)7–8 wt.%氧(yang)(yang)化釔穩定(ding)的(de)(de)氧(yang)(yang)化鋯相(xiang)比，由(you)于(yu)韌(ren)性(xing)的(de)(de)降(jiang)低(di)(di)我(wo)們能(neng)(neng)觀(guan)察(cha)到它(ta)熱循環(huan)性(xing)能(neng)(neng)有所(suo)降(jiang)低(di)(di)。同燒綠(lv)石的(de)(de)討論(lun)相(xiang)似，雙層結構能(neng)(neng)夠顯著改(gai)進其(qi)性(xing)能(neng)(neng)。在1135℃，進行45分鐘(zhong)/15分鐘(zhong) 加熱/冷卻(que) 循環(huan)，涂層熱循環(huan)壽命從(cong)300-400次提升(sheng)到500-800次。

03 六鋁酸鹽

磁(ci)鐵鉛(qian)礦結(jie)構的(de)(de)(de)六鋁鑭酸(suan)鹽常被用(yong)于激光技(ji)術、催化劑(ji)和磁(ci)學(xue)等領(ling)域。由于它(ta)的(de)(de)(de)高熔點(dian)，高熱(re)(re)膨(peng)脹系數，低熱(re)(re)導率(lv)，****的(de)(de)(de)長時間電阻燒結(jie)和高達(da)1800℃結(jie)構穩定性(xing)等特點(dian)，這(zhe)類材料(liao)在熱(re)(re)障(zhang)涂(tu)(tu)層(ceng)應用(yong)中也有其(qi)(qi)優(you)越性(xing)。它(ta)的(de)(de)(de)組成(cheng)式是(La,Nd)MAl11O19，其(qi)(qi)中M可以是 Mg  Mn  Zn  Cr  Sm 。實驗證明添加Li對(dui)其(qi)(qi)有利。其(qi)(qi)中**令人關(guan)注(zhu)的(de)(de)(de)是(La,Nd)MAl11O19，根(gen)(gen)據它(ta)的(de)(de)(de)熱(re)(re)物理性(xing)能和APS中出現(xian)的(de)(de)(de)問題(ti)已被廣(guang)泛的(de)(de)(de)研究。由于從熔融態(tai)快速淬火，大(da)氣等離子(zi)噴涂(tu)(tu)涂(tu)(tu)層(ceng)是部分(fen)非晶態(tai)。根(gen)(gen)據初(chu)始熱(re)(re)處理再(zai)結(jie)晶發生在800℃到1200℃，它(ta)伴隨涂(tu)(tu)層(ceng)體積的(de)(de)(de)大(da)幅度降(jiang)低。

大量關(guan)于六鋁(lv)酸鹽參雜物(wu)的熱(re)物(wu)理(li)性能的研究說明(ming)LnMgAl11O19 (Ln=La, Gd, Sm, Yb)的熱(re)膨脹行只與La有關(guan)，而熱(re)導率可以通過(guo)共參來(lai)降低。

體(ti)積收縮歸功于部(bu)分非晶(jing)六鋁酸鹽的晶(jing)化(hua)。這(zhe)與逐步相變有關(guan)，包括由La–Al–Mg氧化(hua)物體(ti)系中(zhong)形成的第二相。六鋁酸鹽相在1500℃以(yi)上形成。在1400℃以(yi)下能夠觀察(cha)到像(xiang)LaAlO3這(zhe)樣(yang)典型的鈣鈦(tai)礦相。

類似的(de)(de)結論也出現在(zai)(zai)更簡單LaAl11O18六鋁酸鹽中，由于動力學效應(ying)，在(zai)(zai)1650℃以下(xia)沒有發現純六鋁酸鹽相。我們認為低楊氏(shi)模量和高(gao)斷裂韌性(xing)(xing)是(shi)這些涂層(ceng)熱(re)循環壽命較長的(de)(de)原因(yin)(yin)。這主要是(shi)因(yin)(yin)為六鋁酸鑭片(pian)晶(jing)(jing)(jing)的(de)(de)隨機排列，這是(shi)均(jun)衡(heng)的(de)(de)微孔率的(de)(de)成因(yin)(yin)并降低了陶瓷的(de)(de)熱(re)導率。這種片(pian)晶(jing)(jing)(jing)形態依賴(lai)于樣(yang)品的(de)(de)來源和成分。高(gao)橫縱比(bi)的(de)(de)片(pian)晶(jing)(jing)(jing)使它的(de)(de)斷裂韌性(xing)(xing)更高(gao)。

再結晶現象被認為是(shi)等離(li)子噴涂沉(chen)(chen)(chen)積的(de)(de)六(liu)鋁酸(suan)鹽(yan)涂層**主要的(de)(de)缺點(dian)。人們一(yi)直在尋找它(ta)的(de)(de)代替方法。不(bu)幸的(de)(de)是(shi)，在溶膠-凝膠或浸(jin)漬技術中煅燒(shao)時溫度的(de)(de)要求和電子束物(wu)****相沉(chen)(chen)(chen)積中Mg的(de)(de)揮(hui)發會給沉(chen)(chen)(chen)淀過(guo)程(cheng)帶來一(yi)些困難，

然而，等離子噴涂六(liu)鋁(lv)(lv)酸(suan)鹽涂層(ceng)能生(sheng)(sheng)長出切(qie)割裂紋網絡，這(zhe)增(zeng)加了涂層(ceng)的(de)(de)(de)應變公差進(jin)而產生(sheng)(sheng)了一(yi)個熱沖抗力(li)，在TBC應用中(zhong)這(zhe)是(shi)很有利的(de)(de)(de)（見圖3）。這(zhe)可能歸因于一(yi)個在聯鎖(suo)網絡陶(tao)瓷塊(kuai)中(zhong)的(de)(de)(de)應力(li)釋放機制(zhi)(zhi)，類似于一(yi)種(zhong)在柔性(xing)砂石中(zhong)發(fa)現(xian)的(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)機制(zhi)(zhi)。當把它用作雙層(ceng)TBC系統的(de)(de)(de)頂層(ceng)時，在高達(da)1350℃的(de)(de)(de)熱梯度的(de)(de)(de)燃燒(shao)室測試中(zhong)具有很不錯的(de)(de)(de)壽命。**近(jin)，提出了使用由AL和(he)六(liu)鋁(lv)(lv)酸(suan)鑭額分級復(fu)合材料來提高TBC的(de)(de)(de)延(yan)展(zhan)性(xing)和(he)斷裂韌性(xing)。

04 鈣鈦礦

這類(lei)ABO3的(de)晶(jing)體(ti)(ti)結構(gou)(gou)是(shi)晶(jing)角原子(zi)共(gong)享的(de)正八面體(ti)(ti)結構(gou)(gou)，它是(shi)剛性的(de)。在固(gu)溶液中(zhong)它能夠容納各種離子(zi)，包括大原子(zi)質(zhi)量的(de)離子(zi)。這種材料大多在高溫下很穩定，這使得它們(men)成為在發(fa)展(zhan)TBC應用材料發(fa)展(zhan)中(zhong)備受關注的(de)候選者(zhe)。

a 鋯(gao)酸鹽(yan)

早期TBC應用的(de)(de)(de)(de)候選材(cai)料是(shi)BaZrO3。 盡(jin)管它(ta)的(de)(de)(de)(de)融化(hua)溫(wen)(wen)度高達2600℃，但它(ta)的(de)(de)(de)(de)熱(re)穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)和化(hua)學穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)都很差，導致(zhi)熱(re)循(xun)環(huan)測試中(zhong)當表面溫(wen)(wen)度為1200℃時涂(tu)層(ceng)過(guo)早的(de)(de)(de)(de)失(shi)效。相比(bi)(bi)之下(xia)SrZrO3，無論是(shi)作為單獨的(de)(de)(de)(de)陶(tao)瓷頂層(ceng)還(huan)是(shi)在(zai)(zai)雙層(ceng)結(jie)構(gou)中(zhong)覆蓋在(zai)(zai)YSZ層(ceng)上，當高于1250℃的(de)(de)(de)(de)表面溫(wen)(wen)度下(xia)它(ta)都有(you)更(geng)好的(de)(de)(de)(de)熱(re)循(xun)環(huan)性(xing)能(neng)表現。在(zai)(zai)730℃左右的(de)(de)(de)(de)中(zhong)溫(wen)(wen)，它(ta)從斜(xie)方晶轉變(bian)成(cheng)為偽(wei)四方晶，這(zhe)(zhe)是(shi)我們不(bu)想(xiang)看(kan)到的(de)(de)(de)(de)相變(bian)。通過(guo)參雜Gd或Yb可(ke)以抑制(zhi)這(zhe)(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)相轉變(bian)同時也(ye)可(ke)以提高涂(tu)層(ceng)在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)下(xia)的(de)(de)(de)(de)熱(re)物理性(xing)能(neng)。另一方面，CaZrO3被認(ren)為是(shi)這(zhe)(zhe)類材(cai)料在(zai)(zai)TBC應用中(zhong)的(de)(de)(de)(de)****材(cai)料。盡(jin)管它(ta)的(de)(de)(de)(de)熔點比(bi)(bi)YSZ要低(di)，它(ta)的(de)(de)(de)(de)熱(re)導率很低(di)，只有(you)2W/M·K。  

b 復雜形式

除了高熔點外，復(fu)雜(za)鈣鈦(tai)礦另一個值得(de)關(guan)注的(de)(de)特(te)性是(shi)B位陽(yang)離(li)子(zi)的(de)(de)成序效(xiao)應，它能(neng)夠調節(jie)材料(liao)(liao)的(de)(de)性能(neng)。在大(da)氣等(deng)離(li)子(zi)噴(pen)涂(tu)(tu)中，沉(chen)積(ji)的(de)(de)涂(tu)(tu)層常常表(biao)現為無序立方相(xiang)這些無序立方相(xiang)在高于1250℃熱處(chu)理時能(neng)夠轉(zhuan)變為有序的(de)(de)。在La(Al1/4Mg1/2Ta1/4)O3中也能(neng)觀(guan)察(cha)到(dao)相(xiang)似(si)的(de)(de)成序效(xiao)應。這種(zhong)材料(liao)(liao)顯(xian)示出更有前景的(de)(de)涂(tu)(tu)層性能(neng)，因為在等(deng)離(li)子(zi)噴(pen)涂(tu)(tu)涂(tu)(tu)層中存在著垂直裂紋網絡。使用這種(zhong)材料(liao)(liao)作(zuo)為雙層結(jie)構的(de)(de)涂(tu)(tu)層的(de)(de)微觀(guan)結(jie)構如圖4所示。

盡管鈣(gai)鈦(tai)礦的(de)(de)整體特性很不錯，但是(shi)它的(de)(de)韌(ren)性不如(ru)YSZ。在大氣等離子噴(pen)涂(tu)過程中，由(you)于氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)蒸(zheng)汽壓的(de)(de)不同導致組(zu)成(cheng)鋯酸鹽的(de)(de)非氧化(hua)(hua)(hua)鋯成(cheng)分以(yi)及復(fu)雜鈣(gai)鈦(tai)礦中的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)鎂先蒸(zheng)發(fa)。這(zhe)種效應會導致不利于涂(tu)層性能的(de)(de)非化(hua)(hua)(hua)學計量相(xiang)的(de)(de)沉積。**近的(de)(de)研(yan)究(jiu)表(biao)明，通過優化(hua)(hua)(hua)等離子噴(pen)涂(tu)參數來縮短(duan)粒子在等離子焰流中的(de)(de)時間能夠使這(zhe)種效應**小化(hua)(hua)(hua)。

然而(er)等(deng)離子噴涂(tu)BaLa2Ti3O10時(shi)并沒有觀察到成(cheng)分(fen)揮發的(de)現(xian)象。這種鈣鈦礦有利(li)于降低熱(re)(re)導率，這是因為在(zai)(zai)分(fen)層氧化(hua)物中的(de)含有剛性(xing)多面體(ti)的(de)不同(tong)平面之間(jian)存(cun)在(zai)(zai)著(zhu)弱粘結面。在(zai)(zai)1200℃時(shi)它(ta)的(de)熱(re)(re)循環性(xing)能比過去的(de)7YSZ要好(hao)，這是因為大氣等(deng)離子噴涂(tu)涂(tu)層上(shang)的(de)分(fen)割裂紋的(de)存(cun)在(zai)(zai)，不存(cun)在(zai)(zai)因為非(fei)化(hua)學計量雜質相的(de)沉(chen)積而(er)所造成(cheng)的(de)缺點。

然而，進(jin)一步的(de)實驗需要證明具有相當低熔(rong)點的(de)這類材(cai)料(liao)是否適用于超過1200℃的(de)高(gao)溫應用。