陶瓷热障涂层隔热效果以及导热系数的研究

陶瓷涂层的热导率与磨损性能陶瓷涂层是一种常用的表面修饰技术，广泛应用于各个领域，如航空、汽车、电子等。

该涂层能够提供优异的热导率和磨损性能，为材料的使用提供了更多可能性。

本文将探讨陶瓷涂层的热导率和磨损性能，并对其原理进行解析。

一、陶瓷涂层的热导率热导率是一个材料传导热量的量度，它描述了热能在材料内部的传递速度。

在工业领域中，热导率对于材料的热管理非常重要。

陶瓷涂层具有较高的热导率，这使得其在高温环境下能够更好地分散和传导热能。

要了解陶瓷涂层的热导率，需要从其组成和结构入手。

一般来说，陶瓷涂层由陶瓷颗粒和基底材料组成。

陶瓷颗粒具有较高的热导率，而基底材料一般具有较低的热导率。

当这两种材料结合在一起形成涂层时，涂层整体的热导率介于两者之间。

此外，陶瓷涂层中，颗粒之间的间隙也会影响热导率。

当间隙较小时，热能很难在颗粒之间传递，从而降低了涂层的热导率。

相反，当间隙较大时，热能更容易在颗粒之间传递，热导率也会相应提高。

二、陶瓷涂层的磨损性能磨损性能是评估涂层耐磨性能的重要指标之一。

陶瓷涂层由于其硬度高、耐磨性好的特性，被广泛应用于需要高耐磨性的领域。

陶瓷涂层的优异磨损性能可以延长零部件的使用寿命，减少维修成本。

在涂层的磨损性能方面，最重要的参数是硬度。

一般来说，陶瓷涂层具有较高的硬度，能够抵御外界对其的磨擦和冲击。

同时，涂层中的陶瓷颗粒也能起到增加涂层硬度的作用。

此外，涂层的结构也会影响其磨损性能。

当涂层中颗粒分布均匀、致密时，涂层的磨损性能更好。

因为颗粒分布均匀可以均匀分担外界的磨擦力，从而减缓涂层的磨损程度。

三、陶瓷涂层的应用由于陶瓷涂层具有优异的热导率和磨损性能，其在各个领域有着广泛的应用。

以下是几个常见的应用领域：1. 航空航天领域：陶瓷涂层常用于航空发动机叶片、高温涡轮组件等部件，以提高其耐高温、防氧化和磨损性能。

2. 汽车工业：陶瓷涂层可应用于发动机缸体、气门和缸套等部件，以提高其耐磨性和耐高温性。

热障涂层的研究进展随着现代工业的发展，高温材料的应用越来越广泛，如航空发动机、燃气涡轮等。

然而，高温环境下的材料容易发生氧化、腐蚀等问题，降低了材料的使用寿命和可靠性。

为了解决这一问题，人们引入了热障涂层技术，使其在高温工作环境中具有更优异的性能。

热障涂层是一种在金属表面涂覆陶瓷材料的技术，通过降低热通量的方式实现保护材料的目的。

它的特性包括良好的隔热性、抗氧化性、抗腐蚀性、抗磨损性等，使其广泛应用于航空航天、石油、化工、冶金等行业。

近年来，研究人员对热障涂层的性能进行了深入的研究和探讨，取得了不俗的成果。

热障涂层材料的研究热障涂层材料的性能主要取决于表面涂层的结构和材料的选择。

目前，常见的热障涂层材料包括氧化铝、氧化锆、氧化镁、二氧化硅等，其中以氧化铝涂层应用最为广泛。

研究人员通过对涂层材料的组织结构、化学成分等方面的研究，不断优化和提升热障涂层的性能。

例如，一些研究人员通过改变涂层中氧化铝和氧化锆的组成比例，制备了一种新型热障涂层材料。

实验结果表明，该涂层具有更好的耐热性能和耐磨性能，可以有效地提升高温材料的使用寿命。

另外，一些研究人员通过改变热障涂层中陶瓷颗粒的尺寸、形状等参数，探讨了不同参数对涂层性能的影响。

研究结果发现，涂层颗粒尺寸越大，涂层的热阻值越大；而颗粒形状则会对涂层磨损、断裂等性能产生影响。

热障涂层加工技术的研究由于热障涂层是一种高技术含量的涂层技术，其加工过程也十分关键。

研究人员对热障涂层加工技术进行了系统研究，探讨不同加工方法对涂层性能的影响，并提出了相应的改进方案。

例如，一些研究人员对热障涂层的喷涂工艺进行了优化，采用了高速火焰喷涂技术，实现了高效、节能的喷涂过程，同时提高了涂层质量和性能。

另外，研究人员还在热障涂层加工过程中引入了纳米材料，提高了涂层的性能和稳定性。

纳米材料具有较高的比表面积和活性，可以增加涂层的强度、硬度和耐磨性。

热障涂层应用领域的研究热障涂层技术的应用领域越来越广泛，涉及到航空、航天、汽车、船舶、石油、化工、冶金等多个领域。

新型热障涂层陶瓷隔热层材料一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，高温环境下的材料性能问题日益凸显，尤其是在航空航天、能源转换和汽车制造等领域，对材料的高温稳定性和隔热性能提出了更高要求。

热障涂层陶瓷隔热层材料作为一种能够有效抵抗高温、降低热量传递的关键材料，正受到广泛关注。

本文旨在探讨新型热障涂层陶瓷隔热层材料的研发进展、性能特点、应用前景以及面临的挑战，以期为相关领域的科研工作者和工程师提供有益的参考和启示。

本文将首先介绍热障涂层陶瓷隔热层材料的基本概念、分类及其在高温环境下的重要性。

随后，将重点分析几种具有代表性的新型热障涂层陶瓷隔热层材料的制备工艺、性能优化及其在各个领域的应用实例。

还将讨论这些材料在实际应用中面临的主要问题，如热稳定性、抗氧化性、机械强度等，并提出相应的解决方案和发展趋势。

本文将对新型热障涂层陶瓷隔热层材料的未来发展进行展望，以期推动该领域的技术进步和产业升级。

二、热障涂层陶瓷隔热层材料概述热障涂层（Thermal Barrier Coatings，TBCs）是航空航天领域的关键技术之一，用于提高发动机和燃气涡轮机的工作效率，同时延长其使用寿命。

陶瓷隔热层材料作为热障涂层的重要组成部分，扮演着抵抗高温氧化、降低热传导、保持基体材料稳定性的关键角色。

陶瓷隔热层材料通常具有高热稳定性、低热导率、良好的化学稳定性和较高的机械强度。

这些特性使得陶瓷材料能够有效地阻挡高温气体对基体材料的直接侵蚀，降低基体材料的热应力，从而提高整体结构的热防护性能。

目前，常用的陶瓷隔热层材料主要包括氧化铝（AlO）、氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）、硅酸盐基陶瓷以及新型复合材料等。

氧化铝因其高熔点、高硬度和良好的化学稳定性而被广泛应用于热障涂层中。

氧化钇稳定的氧化锆则以其优异的抗热震性能和高温稳定性受到关注。

硅酸盐基陶瓷因具有较低的热导率和良好的抗腐蚀性能，也在热障涂层领域得到广泛研究。

随着材料科学的不断发展，新型陶瓷隔热层材料如纳米陶瓷、复合陶瓷等不断涌现。

陶瓷热障涂层的热导率和热扩散率测量＊邱　琳１，２，郑兴华１，２，李　谦１，２，唐大伟１，钱杨保３，张伟刚３（１．中国科学院工程热物理研究所，北京１００１９０；２．中国科学院研究生院，北京１０００３９；３．中国科学院过程工程研究所，北京１００１９０）摘　要：　提出了应用３ω法进行等离子喷涂热障涂层材料的热导率和热扩散率测量的方法。

测试了室温下２种典型的热障涂层材料Ｙ２ＳｉＯ５和Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７的热导率和热扩散率，测试结果与文献中的结果吻合良好。

实验中对不同孔隙率的样品的热导率在室温附近的温度区间内进行测试，结果表明，孔隙率的变化对热导率有明显的影响。

另外，孔隙率对热扩散率有双向的影响，即存在某一孔隙率值使得涂层样品的热扩散率最大。

关键词：　３ω法；热导率；热扩散率；热障涂层中图分类号：　ＴＢ３４；ＴＢ９４２文献标识码：Ａ文章编号：１００１－９７３１（２０１０）增刊Ⅱ－０２６４－０４１　引　言等离子喷涂陶瓷热障涂层（ｔｈｅｒｍａｌ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｃｏａｔ－ｉｎｇ，ＴＢＣ）作为金属基体的保护层常被沉积在燃气透平部件上来提高机械性能和延长寿命。

由于其高可行性和低成本，ＴＢＣ较其它两种保护先进透平热部件的技术（改进冷却技术和先进合金）更受关注。

近年来，为了配合先进透平对更高工作温度的要求，新型涂层材料层出不穷，其中以Ｙ２ＳｉＯ５为代表的硅基复合材料和以Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７为代表的烧绿石结构复合材料最受关注，这是因为与常规的ＴＢＣ相比，Ｙ２ＳｉＯ５和Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７具有更低的热导率（Ｙ２ＳｉＯ５约１．４０Ｗ／（ｍ·Ｋ），Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７约１．８０Ｗ／（ｍ·Ｋ））［１，２］和更高的热膨胀系数（Ｙ２ＳｉＯ５约８．３６×１０－６　Ｋ－１，Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７约４．５×１０－６　Ｋ－１）［１，２］。

在ＴＢＣ材料的应用方面，热导率是评价材料性能好坏的一个关键特性。

目前，对于ＴＢＣ的热导率的测量主要是先通过闪光法测量材料的热扩散率，然后进一步测量材料的密度和比热，最终得到材料的热导率，由于整个过程涉及多个物理量的测量，不可避免地引入了误差；而且闪光法要求待测样品必须是独立的样品，对于等离子喷涂陶瓷热障涂层来说，在使用闪光法测量其热物性参数之前需要先将其从基体（如不锈钢等）上剥离下来，对于较薄的涂层样品，如厚度＜１ｍｍ的涂层，将其从基体上剥离时很容易碎裂而不能得到合适尺寸的样品。

陶瓷热障涂层和热循环试验研究Study of Ceram ic T herm al B arrier Coating and T herm al Cycling T est陈孟成　吴凤筠　沈文雁　高阳　李建平(北京航空材料研究院)Chen M engcheng　W u Fengyun　Shen W enyen　Gao Yang　L i J ianp in(In stitu te of A eronau ticalM aterials,B eijing) [摘要]　对利用电子束物理气相沉积(EB2PVD)制备的Y2O3稳定Zr O2陶瓷层(YSZ)热循环试验进行了初步研究。

试样在高温条件下经受了冷热循环试验。

通过扫描电镜和X2衍射等方法揭示了TBC涂层在热循环试验前后涂层形貌和相结构的变化。

[关键词]　陶瓷　热障涂层　热循环 [Abstract]　In th is p ap er,the ther m al cycling test has been perfo r m ed on the TBC coatings w h ich m ade of Y2O3stab ilized Zr O2by electron beam physical vapou r depo siti on(EB2 PVD)1T he sam p les are sub jected to ther m al cycling test under the h igh tem peratu re1T he resu lts reveal the m o rpho logy and phase tran sfo r m ati on by m ean s of SE M and XRD1 Keywords　ceram ic　ther m al barrier coating　ther m al cycling 热障涂层(TBC s)主要以M C r A lY作为底涂层, Y2O3部分稳定的Zr O2涂层作为面涂层。

热障涂层的研究现状与发展方向热障涂层（Thermal Barrier Coatings，TBCs）是一种应用于高温环境下的保护材料，可有效隔热、降低热应力，提高材料的使用寿命和性能。

随着高温领域的不断发展和应用需求的增加，热障涂层的研究也取得了很大的进展。

本文将介绍热障涂层的研究现状和未来的发展方向。

研究现状：1.材料选择：目前，热障涂层常用的材料是陶瓷氧化物，如氧化锆（ZrO2）。

这是因为氧化锆具有良好的高温稳定性和热隔离性能。

同时，为了增加涂层的韧性，常常将氧化锆与其他材料进行复合，如氧化钇（Y2O3）、氧化钆（Gd2O3）等。

2.涂层制备技术：常用的涂层制备技术有等离子喷涂、磁控溅射、物理气相沉积等。

这些技术可以形成致密、均匀的涂层，并能够提供所需的性能。

3.高温性能：研究人员通过改变合金元素的含量和添加合金元素，来改善热障涂层的高温性能。

例如，钛合金元素的添加可以提高热障涂层的抗氧化和抗热腐蚀性能。

4.应用领域：热障涂层广泛应用于航空、能源、汽车等领域。

例如，用于航空发动机的热障涂层可以提高发动机的工作温度，提高燃烧效率，降低燃料消耗。

发展方向：1.纳米材料研究：纳米材料具有较高的比表面积和界面效应，可以提高热障涂层的热导率和热膨胀系数匹配性。

因此，研究者们正在探索利用纳米材料制备热障涂层，并研究其热性能。

2.多层涂层研究：多层热障涂层可以提供更好的隔热性能和更高的耐热性。

目前，研究人员正在研究不同层次和组分的多层涂层结构，以提高涂层的性能。

3.高温腐蚀性能研究：热障涂层在高温腐蚀环境中容易受损。

因此，研究者们正在研究改善热障涂层的高温腐蚀性能，以提高其使用寿命。

4.综合性能优化：除了热性能，热障涂层的机械性能、热膨胀系数匹配性、附着强度等都是重要的指标。

因此，未来的研究将更加注重综合性能的优化，以提高热障涂层的整体性能和可靠性。

总结：热障涂层作为一种重要的保护材料，在高温环境下担负着隔热和降低热应力的任务。

陶瓷材料的高温热导率研究近年来，随着高温工艺的广泛应用，对高温热导率的研究日益受到关注。

尤其是在工业生产领域，一些关键设备的热导率对于工艺参数和产品质量至关重要。

而陶瓷材料，作为一类具有优异性能的高温结构材料，其高温热导率问题一直是研究的焦点之一。

首先，我们需要了解陶瓷材料的基本特性。

陶瓷材料是由非金属制备而成，其晶体结构通常以氧化物为主要成分。

由于其结构的非金属性质和晶格的复杂性，导致陶瓷材料的热导率相对较低。

这也是限制陶瓷材料广泛应用于高温工艺的一个重要因素。

因此，提高陶瓷材料的高温热导率成为了研究的重点。

针对提高陶瓷材料热导率的研究，学者们提出了一些有效的方法。

一种常见的方法是通过改变材料组分，合成出具有更高热导率的陶瓷材料。

例如，研究人员发现掺杂一定量的金属元素可以提高陶瓷材料的热导率。

这是因为掺杂金属元素可以改变陶瓷材料结构的电子态，从而提高电子传导和热传导的能力。

此外，学者们还通过改变陶瓷材料的微观结构来提高热导率。

例如，研究人员发现通过控制陶瓷材料的晶粒尺寸和形貌可以增加晶体界面的数量，从而提高热传导的效率。

同时，研究人员还通过调控陶瓷材料的孔隙率和孔隙分布来改变热传导路径。

这些方法的应用可以有效地提高陶瓷材料的高温热导率。

除了改变材料本身的性质，研究人员还探索了其他方法来提高陶瓷材料的高温热导率。

例如，在陶瓷材料中引入纳米颗粒，可以有效地增加界面热阻，从而提高热导率。

此外，研究人员还通过设计复合陶瓷材料，利用两种不同材料的热扩散系数差异，来实现高温热导率的提高。

与此同时，学者们也注意到了温度对陶瓷材料热导率的影响。

一般来说，随着温度的升高，陶瓷材料的热导率会下降。

这是由于高温下，晶格振动增强，电子散射增加等因素导致的。

因此，对于高温工艺中的陶瓷材料，需要更加细致地研究其热导率与温度的关系。

在实际应用中，研究高温热导率的陶瓷材料对于提高工艺效率和产品质量有着重要的意义。

例如，在火电厂中，陶瓷材料的高温热导率对于提高发电效率、降低能耗非常关键。

周国栋 等 ： 双陶瓷层热障涂层的隔热行为有限元模拟研究
２ １ ６ ３
２ ／ （ ·Ｋ） ， 数为 ３ 冷却空气温度为１ 平均 ０ ０ ０Ｗ ｍ ０ ０ ０ Ｋ， ２ ／ （ ， 对流换热系 数 为 ３ 模型初始温度为 ７ ５ ０Ｗ ｍ · Ｋ） ３ ０ ０ Ｋ。
３． ２． ３ 热载荷施加及网格划分 表面效应单元加 选用 ｐ ｌ ａ ｎ ｅ ５ ５单 元 加 载 热 传 导， 载热对流 ， 表面 效 应 单 元 和 空 间 节 点 加 载 不 透 明 时 热 辐射 ， 生热率加载半透明时透过辐射 ， 热流密度加载剩 双陶瓷层热障涂层有 余透过辐射 ， １ 级智能 网 格 划 分 ， 限元模型如图 ３ 所示 。
并为双陶瓷层热障涂层结构提供设计依据 ， 本文采 响， 用有限元 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ 软件模拟研究了双陶瓷层 的 总 厚 度 和相对厚度在高温下对各层温度分布影响 。
２ 双陶瓷层热障涂层物理模型建立
航空发动机叶片热障涂层的厚度相对于叶片其它 方向无限小 ， 可以近似成沿着热障涂层厚度方向的一 维传热 。 本文主要研究考察双陶瓷层热障涂层高温时 稳态温度场 。 假 设 各 层 材 料 无 缺 陷 且 各 向 同 性 ， 第１ 层陶瓷层上表面和基体下表面漫反射 。
４ 双 陶 瓷 层 热 障 涂 层 的 有 限 元 模 拟 结 果 与 分 析
４． １ 双陶瓷层总厚度对各层温度的影响 双陶瓷层总厚度对 顶 层 上 表 面 温 度 的 影 响 如 图 ４ 所示 ， 随着总厚度从１ 无论陶瓷 ０ ０ ｍ 递增到４ ０ ０ ｍ， μ μ 弱时 ， 顶层上表面温度 层处于不透明还是半透明性强 、 近似线性增加 ， 且 温 度 值 比 较 接 近： 不 透 明 时， 顶层上 表面温度从 １ 衰减系数很大即半 ６ １ ４ Ｋ 增加到１ ７ ２ ４ Ｋ； 透明性弱 时 ， 从１ 衰减系数很小 ６ ０ ５ Ｋ 增加到１ ７ ２ １ Ｋ； 即 半 透 明 性 强 时 ，从 １ ６ ２ ２ Ｋ 增加到１ ７ １ ２ Ｋ，除 了 ， １ ０ ０ ｍ 时高于不透明 时 其 余 厚 度 时 均 低 于 相 同 厚 度 μ 下不透明时 ； 低于２ 顶层上表面温度高于半 ５ ０ ｍ 时， μ 透明性弱时 ， 高于２ 则 相 反。 考 虑 两 陶 瓷 层 ５ ０ ｍ 时， μ 间和第 ２ 层 陶 瓷 层 与 粘 结 层 间 界 面 反 射 １ ０％ 透 过 辐 ， ， 射影 响 半 透 明 性 弱 时 反 射 不 能 降 低 顶 层 上 表 面 温 度； 半透明性强时 ， 低于无反射时 ３～８ Ｋ。

热障涂层材料的研究与发展４１０厂张焰段绪海王世林杨秋生摘要热障涂层材料的研究与发展，始终受到人们极大的关注。

这不仅因为采用热障涂层结构，可以使航空发动机的气冷高温金属部件的温度降低５０－－－－２００℃，显著改善高温部件的耐久性，为航空工业的发展带来极大的便利，同时，这一研究在民用领域也存在着巨大的潜力。

目前，关于新型涂层材料及其制各工艺的研究工作还在进行。

本文针对热障涂层材料的研究与发展作了一些探讨。

关键词：热障涂层：ＺｒＯ：粉末；喷涂材料～、前言热障涂层的研究开始于５０年代初期，目的是为燃气轮机叶片及火箭发动机提供耐热、抗腐的防护。

６０年代开始应用于航空燃气轮机，但直到７０年代才获得突破性进展，试制成功了在高热通量条件下具有显著隔热作用的热障涂层（ＴＢＣ）。

热障涂层的典型结构是双层ＴＢＣ系统。

在金属基材与表面陶瓷涂层之间喷涂一层结合层。

因为陶瓷涂层与金属基材之间的结合性能较差，采用这种结构后，获得了非常满意的效果。

目前热障涂层主要应用于航空及工业燃气轮机燃烧室及加力燃烧室，并局部应用于燃气轮机的涡轮部分，并可望进一步应用于轮船柴油机、汽车发动机等方面。

热障涂层材料的研究与发展，始终受到人们极大的关注。

近年来，随着航空工业的飞速发展，对航空设备的性能要求越来越高。

现代航空涡轮发动机的发展趋势是大推力、高效率、低油耗和长寿命。

为了达到这些目标，主要措施是提高涡轮进口温度，减少发动机结构尺寸和重量。

航空发动机出现后近４０年间，涡轮进口温度平均每年约提高１５℃，而高温合金最高工作温度仅以平均每年１０＂（２左右的速度递增，目前已达到１０５０℃，相当于其熔点的７５％，进～步提高工作温度的潜力已十分有限。

为了满足涡轮进口温度不断提高的要求，在致力于进一步发展新型合金和冷却技术的同时，国际上正在积极发展高温热障涂层技术。

实验表明，应用这种技术可以允许提高燃烧室温度５０－２００。

Ｃ，如果在涡轮叶片上等离子喷涂二氧化锆涂层，则可以提高涡轮进口温度约８０。

厚膜陶瓷基片的热导率研究及其在散热封装中的应用近年来，随着电子设备的不断发展，其散热问题愈发凸显。

由于高功率集成电路（IC）的大量集成，其在运行过程中产生的热量也越来越多。

为了保证电子设备的正常运行和寿命，散热封装技术变得至关重要。

而厚膜陶瓷基片就是一种可行的散热材料，其具有优异的热导率和可靠的性能，因此在散热封装中得到了广泛应用。

首先，我们来研究一下厚膜陶瓷基片的热导率。

热导率是一个材料的重要物理性质，它代表了材料传热能力的大小。

对于散热封装中的应用来说，高热导率材料能够更有效地传导产生的热量。

厚膜陶瓷基片是一种多层复合材料，由铜箔和陶瓷层组成。

其中，陶瓷层通常由氧化铝、氮化铝等材料制成。

研究表明，厚膜陶瓷基片的热导率通常远高于其他常见散热材料，如有机基板和玻璃纤维基板。

其次，厚膜陶瓷基片的热导率高主要有以下几个原因。

首先，厚膜陶瓷基片的铜箔层具有较高的热导率。

铜是一种优良的导热金属，其热导率远高于其他常见金属。

其次，陶瓷层的热导率也较高。

一些陶瓷材料，如氧化铝、氮化铝等，具有较高的热导率，可以有效地传导热量。

此外，厚膜陶瓷基片的多层结构也能够提高其整体的热导率。

每一层的热传导效果叠加在一起，使得整个基片具有更高的热导率。

厚膜陶瓷基片在散热封装中的应用广泛，其优势主要体现在以下几个方面。

首先，由于厚膜陶瓷基片具有较高的热导率，可以更有效地传导产生的热量。

这对于高功率IC的散热封装来说非常重要，可以提高设备的稳定性和可靠性。

其次，由于陶瓷层的良好绝缘性能，厚膜陶瓷基片可以有效地隔离电路板上的不同元器件，避免了短路和其他电磁干扰。

此外，厚膜陶瓷基片还具有良好的机械性能和耐高温性能，可以满足复杂环境下的使用需求。

随着科技的不断进步，厚膜陶瓷基片也在不断发展和改进。

目前，研究人员通过改变陶瓷材料的组成、优化热传导路径等方式来提高厚膜陶瓷基片的热导率。

此外，还有一些新的散热材料正在被研究和应用，如石墨烯、氮化硼等。

热障涂层隔热性能研究热障涂层隔热性能研究热障涂层(Thermal Barrier Coatings, TBCs)是由陶瓷氧化物面层和起粘结作用的底涂层组成的防热系统。

它利用陶瓷材料优异的耐高温、耐冲刷、抗腐蚀和低导热性能,提高金属部件的许用工作温度,增强热端部件的抗高温能力,延长热端部件的使用寿命,提高发动机的工作效率。

由于热障涂层带来的隔热效果直接影响发动机的性能和可靠性,因此准确测定TBCs的隔热效果对于发动机设计和探索降低TBCs热导率的途径都非常关键,已经成为热障涂层最重要的性能要求之一。

鉴于传统的在发动机装机后实际运行时测试热障涂层隔热效果这一方法存在诸多弊病,如测试周期长、耗资巨大、方法复杂、风险大等,因此,建立一种在装机前进行发动机关键部件热障涂层隔热效果的表征与测定方法已非常必要和迫切。

目前广泛使用的热障涂层材料是氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ),该材料的使用温度不能超过1200℃,并且采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)时热导率偏高,不能满足未来高性能航空发动机的要求。

因此,研究新结构或新材料热障涂层已成为未来高性能航空发动机研制的关键问题。

采用激光脉冲法测定涂层热物理性能,结合涂层厚度、冷气流量、使用环境温度等对YSZ热障涂层的隔热效果进行表征和评定,并与隔热温差实测结果进行对比研究;同时研究温度、热历史、尺寸效应和激光穿透性问题对热障涂层热扩散系数等热物理性能的影响,探索解决激光脉冲法中存在的激光穿透性问题的途径。

结果表明,采用热物理性能法得到的隔热效果计算结果与实测结果吻合较好,能够满足隔热效果工程评定要求。

随测试温度升高,EB-PVD热障涂层的宏观热扩散系数先减小再增大,但在整个测试温度范围内,其幅度不大。

热处理使EB-PVD热障涂层中产生了垂直于基体表面的微裂纹,导致涂层热扩散系数高于沉积态。

喷Au加胶态石墨复合遮挡处理有效地解决了激光脉冲法测试涂层热扩散系数时的激光穿透性问题。

陶瓷高温隔热保温涂料研究结果阐述（志盛威华-艾工）斗转星移，时间长河在流淌，人类在发展进步，科学技术创新，新材料的应用，证明人类不断创造历史。

早在1969年,美国太空总署提出以陶瓷隔热砖提供太空船的绝热保护后,就认为涂料绝热是可能的。

美国太空总署发表的数据表明,厚9.5～31.8mm的陶瓷隔热砖中,真正发挥绝热作用的是陶瓷隔热砖上的0.25mm厚的陶瓷涂料外层,占绝热效果的95%,而陶瓷隔热砖的基层(泡沫体)只提供5%的绝热保护。

为此1977年,美国成立了一家公司,专门致力于研究、开发和生产这种涂料。

但其机理始终对外保密。

1992年美国学者Hunt,A.j.等在国际材料工程大会上提出了超级绝热材料的概念。

与此概念相近的还有“高性能绝热材料”。

在此之后很多学者陆续使用了超级绝热材料的概念超级绝热材料指在预定的使用条件下,其导热系数低于“无对流空气”导热系数的绝热材料。

一、陶瓷绝热隔热保温涂料的绝热机理：对于绝热隔热保温涂料而言,(固体)热传导主要由绝热材料中的固体部分来完成，热对流则主要由绝热材料中的空气来完成，热辐射的传递不需要任何介质。

因此要实现超级绝热材料的目的,一是要使材料的体积密度在保持足够的机械强度的同时,其体积密度要极端的小，二是要将空气的对流减弱到极限，三是要通过近于无穷多的界面和通过材料的改性使热辐射经发射、散射和吸收而降到最低。

北京志盛威华研究人员多年的研究结果表明,当材料中的气孔直径小于一定尺寸时,气孔内的空气分子则失去了自由流动的能力,而是相对地附着在气孔壁上,这时材料处于近似于真空状态。

同时由于材料内部含有极多的发射界面与散射微粒,再加上在热辐射吸收方面对材料进行改性,保证了陶瓷绝热隔热保温涂料不论在高温、常温及低温下有良好的绝热效果。

二、陶瓷绝热防腐涂料的协同绝热理论：陶瓷绝热隔热保温涂料涉及到真空绝热技术、红外反射技术、热力学技术以及散射技术、防腐技术等,它是众多绝热技术协同作用的结果。

纳米热障涂层材料制备工艺的热阻与耐热性研究纳米热障涂层材料是一种应用于高温工况下的保护涂层，具有良好的热障性能，可有效隔离热量传导，提高材料的耐热性能。

本文将介绍纳米热障涂层材料的制备工艺以及其热阻与耐热性能的研究。

纳米热障涂层材料的制备工艺通常包括溶胶凝胶法、物理气相沉积法和电化学沉积法等。

其中，溶胶凝胶法是最常用的制备方法，通过将适量的纳米粒子分散在溶胶中，形成均匀的溶胶胶体，然后通过热处理使溶胶胶体形成热障涂层。

此外，还可以添加适量的有机聚合物作为增黏剂，提高涂层的附着力和耐热性。

研究表明，纳米热障涂层材料可显著提高材料的热阻性能。

与传统的陶瓷热障涂层相比，纳米热障涂层具有更低的导热系数和更高的热稳定性。

纳米粒子的小尺寸和大比表面积使得热量传导受到限制，同时纳米粒子与基质材料之间的界面也起到了热障的作用。

此外，纳米热障涂层材料还具有良好的热膨胀匹配性，不易出现裂纹和剥落现象，从而提高了涂层的耐热性能。

研究人员通过实验研究了纳米热障涂层材料的热阻与耐热性能。

实验结果表明，纳米热障涂层的热阻随着涂层厚度的增加而增加。

随着温度的升高，涂层表面的温度升高，而涂层内部的温度升高较慢，这归功于纳米粒子对热传导的限制作用。

同时，纳米热障涂层还具有较好的耐热性能，能够在高温环境下保持长期稳定的热障效果。

此外，研究发现，纳米热障涂层材料的耐热性能与涂层的制备工艺和材料组分密切相关。

控制涂层的制备过程，选择合适的纳米粒子和增黏剂，能够有效提高涂层的耐热性能。

总的来说，纳米热障涂层材料的制备工艺与其热阻与耐热性能密切相关。

通过合理的制备工艺和优化材料组分能够制备出具有良好热障性能和耐热性能的纳米热障涂层材料，为高温工况下的材料保护提供了有效的解决方案。

相信在未来的发展中，纳米热障涂层材料将在航空航天、能源等领域得到广泛应用。

纳米热障涂层材料制备工艺的热阻与耐热性研究是当前研究领域的热点之一。

纳米热障涂层材料通过限制热量传导，有效地提高了材料的耐热性能，对于高温工况下的材料保护具有重要意义。

收稿日期：2011 － 10 － 12． 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目 （ 61311203B） ． 作者简介：周国栋（ 1981 － ） ， 男， 博士研究生； 黄继华（ 1962 － ） ， 男， 教授， 博士生导师． Email： Jihuahuang47@ sina． com． 通讯作者：黄继华，
（ School of Materials Science and Engineering， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083 ， Cign structure of doubleceramiclayer thermal barrier coatings，the effect of conductivity of double ceramic during preparation and working on thermal insulation was considered，and the translucent mathematical model was established． Steady thermal insulation was simulated by ANSYS software． The results show that when the conductivity of top ceramic increases，thermal insulation of doubleceramiclayer thermal barrier coatings decreases． The more the thickness of top coat is，the more the thermal insulation decreases． When the conductivity of the second layer increases，the thermal insulation decreases，and as the thickness of top coat increases，the decrease value of the thermal insulation decreases． When ceramic is translucent and the extinction coefficient is very small，the thermal insulation first increases fast and then slowly，and keeps unchanging or a little reduction， but much lower than that of opaque． The change of conductivity of top ceramic layer plays a larger role than that of the second ceramic layer in thermal insulation． Key words： thermal barrier coatings； doubleceramiclayer； thermal conduction； thermal radiation； translucent 随着航空发动机向更高推重比方向发展， 需 要更高燃气进口温度， 而传统的氧化钇稳定的氧 化锆 （ YSZ ） 热障涂层长期稳定使用温度上限为 1 200 ħ ． 高于 1 200 ħ ， YSZ 由于烧结致孔隙率降 致使隔热效果降低， 同时应变容 低而热导率增加， 限降低而弹性模量增加致热应力增大； 冷却时， YSZ 由于相变而体积变化， 导致热循环寿命降低． 国内外采用低热导率的新陶瓷材料制备单陶 瓷热障涂层， 虽隔热效果明显提高， 但因新陶瓷层 服役寿命仍不 的热膨胀系数与基体的差异较大， ［1 － 7 ］ ． 而采用双陶瓷新结构热障涂层， 理想 即表层 选用低热导率高隔热性能材料， 底层选用高热膨 、 ， 胀系数 高断裂韧性材料 可兼顾两种材料的优 有望满足更高性能航空发动机的要求 ． 研究发 点， 现双陶瓷热障涂层的热循环寿命高于单陶瓷层 ， ［8 － 12 ］ ． 热导率是影响涂 甚至好于较为成熟的 YSZ

隔热 性 能的研 究 现 状 和 最新 进 展 ， 展 望 了 热 障 涂 层 的
发展 方 向。
命 。高温 相变 和烧 结导致 涂层 失 效 ］ ， 已难 以满足 涡 轮进 口温 度进 一步 提高 的需要 。 为 了再提 高燃 气 轮 机 的效 率 ， 人们 依 旧在 寻 找 隔 热性 能更 好 的热 障涂层 材料 。良好 热 障涂层 一 些重 要
备 与涂层 后处 理工 艺 、 新 型 的组织 与结构 设计 等 。 高温 条件 下 ， 涂层 传 热 主 要 为 晶格 传 热 与辐 射 传 热， 提高 隔热性 能 ， 关 键 是 降低 声子 的平 均 自由程 ， 平 均 自由程 主要 由声 子 间碰撞 引起 的散射 和声 子 与 晶体
为 了使 燃气 轮 机适 应 这 一 恶 劣 的 工作 环 境 ， 降低 热端 部 件 的工作 温度 ， 防止部 件 的高温腐 蚀 ， 提 高燃 气 轮机
功率， 减 少燃 油 消 耗 ， 热 障涂 层 （ Ｔ Ｂ Ｃ ｓ ） 受 到广 泛 的研
降低 声子 平均 自由程与 辐射 ， 表现 为降 低材 料 热导 率 。 Ｄ ａ ｖ ｉ ｄ Ｒ ． Ｃ ｌ ａ ｒ ｋ ｅ ＿ ８ 综合 涂 层 各 种 因 素推 导 出在 选 择 低
热导 率 热 障 涂 层 材 料 时 如 果 满 足 ｜ ０ 。 Ｅ 。 ／ （ Ｍ／ ｍ） 。 取得 最小 值 ， ｐ为密度 ， Ｅ 是弹性 模量 ， Ｍ 是 分 子质 量 ， ｍ 是 一个 分子 中所 含 的 原子 数 ， 也 就 是 当材 料满 足 大
的分 子 量 ， 复杂 的 晶体 结构 ， 无 方 向性 的键 合 ， 每 个 分
中 图分Ａ
热性 能 的主要 研 究 方 向包 括 开 发 新 材料 、 探 索 新 的制

陶瓷热障涂层的研究陶瓷热障涂层是一种新型的以陶瓷热障材料为基础的涂层结构，具有良好的耐热性和热收缩耐受性。

因此，已受到各种行业的广泛应用，如航空航天、船舶、核电、石油等行业。

在这些行业中，陶瓷热障涂层的研究和应用一直在不断发展，以提高热障性能。

首先，由于陶瓷热障涂层的热收缩耐受性良好，可以很好地帮助提高表面耐热性。

为此，该热障涂层上经常覆盖一层流体性能优良的耐热涂料，可以极大地改善其耐热性能。

此外，为了进一步提高热障涂层的耐热性，制备热障涂层时，也可以将有机材料、金属材料、复合材料和陶瓷材料混合使用，并在热障涂层的表面形成一层可分离的氧化物层。

这样可以最大限度地提高陶瓷热障涂层的耐热性能。

其次，在热障涂层制备时，也会将金属、复合材料、陶瓷材料等多种材料混合使用，以提高其力学性能、 recyclability和热性能。

为此，可以在陶瓷热障涂层中引入一定比例的多孔陶瓷增强材料，其可以在一定程度上提高涂层的抗压强度、裂纹扩展率等力学性能。

此外，该多孔陶瓷增强材料还具有很好的低热性能，可以有效降低涂层的热传导系数。

另外，由于陶瓷热障涂层的高热性能，在航空航天、船舶等行业中，还可以应用于现有的涂层结构中。

例如，在船舶行业中，可以利用陶瓷热障涂层来保护船舶活塞和锅炉，以防止过热而造成损坏。

此外，在航空航天行业中，也可以应用陶瓷热障涂层来保护飞机引擎，从而避免由于过热而导致爆炸。

总之，在航空航天、船舶、核电、石油等行业，陶瓷热障涂层的研究和应用一直在不断发展，旨在提高涂层的热障性能。

而提高涂层的热障性能，一方面可以通过覆盖一层优良的耐热涂料来提高表面耐热性，另一方面可以添加各种多孔陶瓷增强材料，以提高陶瓷热障涂层的耐热性能、力学性能和热性能。

另外，陶瓷热障涂层还可以应用于现有的涂层结构中，以防止因过热而造成损坏。

陶瓷热障涂层的发展不仅可以为各行业提供众多的热障材料，而且还可以提高技术的安全性，从而改善行业的效率和安全性。

多孔陶瓷纳米复合材料的高效隔热特性研究随着工业和科技的发展，能源短缺和环境问题愈加突出。

因此，研究开发高效隔热材料具有重要意义。

多孔陶瓷纳米复合材料作为一种潜在的隔热材料，具有优异的热隔离性能和多孔结构的优势，受到了广泛关注。

本文将从多孔陶瓷纳米复合材料的结构设计、热传导机制以及热隔离性能的评估等方面进行探讨。

首先，多孔陶瓷纳米复合材料的结构设计起到关键作用。

通过合适的材料选择和结构优化，可以实现材料的高效隔热特性。

一种常见的多孔陶瓷纳米复合材料是氧化铝纳米颗粒填充在陶瓷基体中。

设计合适的孔隙结构和纳米颗粒分布，可以有效减少热传导通路，从而降低热传导性能。

同时，控制陶瓷基体的孔隙度和孔径分布，可以增加材料的热阻。

其次，热传导机制是多孔陶瓷纳米复合材料的热隔离性能的关键。

常规材料的热传导主要通过导热传递和辐射传热来完成，而多孔陶瓷纳米复合材料由于其特殊的结构特点，与传统材料有所不同。

首先，孔隙结构导致了多重散射，从而增加了热阻。

此外，纳米颗粒的添加可以阻碍热量的传输。

通过研究热传导机制，可以合理设计和优化复合材料的结构，提升其隔热性能。

最后，热隔离性能的评估对于多孔陶瓷纳米复合材料的研究至关重要。

一个常用的评估方法是导热系数测量。

导热系数是衡量材料导热能力的重要指标，通过实验测量可以了解材料的隔热性能。

此外，温度分布和热流分析等方法也可以用来评估材料的热性能。

通过这些评估方法，可以得到材料的热阻值和隔热性能等定量数据，为材料设计和优化提供科学依据。

多孔陶瓷纳米复合材料的高效隔热特性是现代工程中一个重要的研究方向。

通过合理的结构设计、深入的热传导机制研究和准确的热隔离性能评估，可以进一步提升陶瓷纳米复合材料的隔热性能。

这对于应对能源短缺和环境问题，提高工业生产效率和减少能源消耗具有重要意义。

总之，多孔陶瓷纳米复合材料的高效隔热特性研究是一个具有挑战性和前景的课题。

通过结构设计、热传导机制研究和热隔离性能评估的综合分析，可以开发出具有优异隔热性能的多孔陶瓷纳米复合材料，为工业生产和能源利用提供新的解决方案。