刚性陶瓷瓦隔热响应特性及接触热阻试验研究

孙 佳, 陈 伟, 邓云中, 吴 锋, 姜 东

(1.四川大学 空天科学与工程学院, 成都 610065;2.中国航发四川燃气涡轮研究院, 绵阳 621703)

符号表

q热流密度，单位：W/(m2·K)

t温度，单位：℃

λ导热系数，单位：W/(m·K)

δ厚度，单位：mm

R接触热阻，单位：K·m2/W

p应力，单位：kPa

随着燃气轮机透平进口温度的不断提升，高温燃气所产生的热负荷对热端部件的材料研发和冷却设计提出了极高的要求。陶瓷材料以其隔热性能好、耐高温、质量轻等优点，已在燃气轮机中得到了广泛应用。其中，一种方式是陶瓷以热障涂层的形式参与热防护，采用热喷涂或气相沉积的工艺紧密附着在金属零部件表面[1]，该陶瓷材料热障涂层的隔热性能得到了较多的研究[2-3]。另一种则以刚性陶瓷结构件的形式进行应用，如燃烧室和排气段中的隔热瓦[4]。

尽管陶瓷材料的性能不断提高，但刚性陶瓷件作为一种硬脆材料，单独承载能力有限，通常需与金属结构件结合使用。二者固定连接，分别起隔热和承力作用。有时辅以合适的冷却措施，形成主、被动方式相结合的热防护系统。在其工作过程中，刚性陶瓷瓦的隔热效果既影响着热防护系统的整体性能，其所带来的温度梯度和热应力也制约着陶瓷瓦的使用寿命，进而影响热防护系统的稳定性和安全性。因此，有必要针对服役过程中面临的高温环境条件，开展陶瓷瓦的隔热效果响应特性研究，为基于刚性陶瓷瓦的热防护系统设计优化和工程应用提供参考。

伴随着高性能陶瓷材料研发，陶瓷材料自身的导热系数、热扩散系数等基础数据得到了较多积累[5-6]。……