ZrO2陶瓷颗粒在激光作用下组织形貌演变规律

郭溪溪, 路媛媛，林守钢，赖 境，刘德健

(1.华中科技大学 材料科学与工程学院，武汉 430074；2.湖北工业大学工程技术学院，武汉 430064)

航天领域对飞行速度的更高追求，使得超音速飞行器的热防护问题愈加严峻[1].热障涂层(Thermal Barrier Coatings, TBCs)被广泛用于保护燃气涡轮发动机中的高温金属部件.Y2O3部分稳定ZrO2陶瓷具有低导率、良好的热稳定性等优异的物理性能，成为最重要的热障涂层材料之一[2-5].ZrO2具有较低的导热系数，在金属内部引入ZrO2陶瓷颗粒可有效降低复合材料层的热导率[6].与传统的等离子喷涂(APS)、电子束物理气相沉积(EB-PVD)相比，采用激光表面处理技术制备ZrO2热障涂层，可使陶瓷颗粒与金属之间实现冶金结合，结合强度更高，涂层更不易剥落失效[6-8].

由于陶瓷颗粒和金属热膨胀系数之间的差异，制备大面积复合热障涂层仍存在比较严重的开裂问题.激光熔注技术是一种在金属表面制备颗粒增强复合材料层的新型技术，具有增强颗粒分布可控、工艺柔性化程度高等优点[9].采用激光熔注技术制备多尺度颗粒增强梯度复合材料层可使陶瓷和金属之间成分、结构及界面实现连续变化，有效减少两者之间因热膨胀系数差异产生的热应力，从而减少裂纹的产生[10-13].制备无裂纹复合涂层的关键是控制ZrO2陶瓷颗粒在复合材料层内部的分布和离散规律，使其呈梯度分布.ZrO2陶瓷颗粒的熔化程度直接影响其离散规律，因此，研究ZrO2陶瓷颗粒受激光作用后的熔化程度及组织形貌变……