PS-PVD 制备锆酸钆热障涂层及其性能研究

付朗，毛杰，邓子谦，邓春明，刘敏，曾德长

（1.华南理工大学 材料科学与工程学院，广州 510640；2.广东省科学院新材料研究所 现代材料表面工程技术国家工程实验室 广东省现代表面工程技术重点实验室，广州 510651）

热障涂层是采用耐高温和低热导的陶瓷材料与金属相复合，从而降低高温环境下金属表面温度的一种热防护技术。在航空发动机涡轮叶片表面制备热障涂层后，能显著降低叶片表面温度，大幅延长叶片服役寿命，提高发动机推力和效率[1-2]。典型的热障涂层由为基体提供抗氧化防护作用的中间金属粘结层与提供隔热作用的陶瓷面层组成[3]。质量分数为6%～8%的氧化钇部分稳定氧化锆（7YSZ）具有高熔点、低热导率、高热膨胀系数等优点，是过去几十年来应用最广泛的热障涂层陶瓷材料。但是当工作温度超过1200 ℃时，YSZ 材料将发生相变和烧结，其中相变会导致体积膨胀，在涂层内部产生应力集中而萌生裂纹，烧结则会引起涂层热物理和机械性能的恶化，最终造成涂层过早失效[4-8]。因此，探索超高温热障涂层陶瓷材料、开发新型热障涂层结构体系是目前热障涂层研究的重点。

锆酸钆（Gd2Zr2O7，GZO）的热导率低（1.33 W/(m·K)），在室温到1550 ℃间，其导热性能保持相对稳定，是一种具有潜力的热障涂层陶瓷材料[9-11]。但是单一锆酸钆材料的热膨胀系数低、断裂韧性差，难以单独作为陶瓷层与金属粘结层结合。因此，通常采用GZO/YSZ 双陶瓷层热障涂层体系，其中，YSZ 层位于GZO 层与金属粘结层之间，既能改善GZO 与金属粘结层间的热膨胀不匹配，又能延缓热生长氧化物（TGO）层生长，降低应力[12-17]。……