吳碩， 趙遠濤， 李文戈， 吳艷鵬， 劉未來， 趙忠賢

(1.上海海事大學 商船學院， 上海 201306； 2.山東交通學院 團委， 山東 濟南 250357； 3.中國船級社上海規(guī)范研究所， 上海 200135； 4.滬東中華造船集團有限公司， 上海 200129)

近些年來，熱障涂層廣泛應用于飛行動力裝置、電力生產(chǎn)裝置，以及巡洋艦、輕型航空母艦等大型水面艦艇高性能燃氣輪機熱端部件的防護[1-2]，保護核心金屬結(jié)構(gòu)部件免受高溫氧化、沖蝕、腐蝕等復雜和惡劣狀況的影響[3]，增加零部件的壽命，提高效率以及發(fā)動機性能，從而降低燃料消耗。在熱障涂層的應用中，以6～8 wt.% Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(6～8YSZ)為表層陶瓷材料，MCrAlY(M=Ni, Co, Ni+Co等)合金層為粘結(jié)層的雙層結(jié)構(gòu)熱障涂層體系應用最為廣泛[4-6]。但YSZ涂層長期在1 200 ℃以上的高溫中工作時，涂層可出現(xiàn)燒結(jié)、相變(伴隨3～5 vol.%變化)，被CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)及海面鹽霧(主要為NaCl)與渦輪排氣(含SO2、NOx、V2O5)結(jié)合產(chǎn)生的Na2SO4和NaVO3等鹽類腐蝕，且易在粘結(jié)層與YSZ結(jié)合界面處形成熱生長氧化(thermally grown oxide，TGO)層，導致涂層失效[7-13]。為應對上述問題，學者們一方面研發(fā)多層或者梯度熱障涂層、改進等離子噴涂-物理氣相沉積技術等制備工藝；另一方面積極開發(fā)能適應發(fā)展需求的新型陶瓷材料以替代6～8YSZ，如使用CeO2、Gd2O3、Sc2O3、TiO2等對ZrO2基陶瓷材料進行摻雜改性，研發(fā)能在1 600 ℃以上工作的超高溫稀土鉭酸鹽熱障涂層等。因此，本文在論述當前主流熱障涂層制備方法對涂層性能影響的基礎上，總結(jié)歸納了傳統(tǒng)ZrO2基材料的摻雜改性和新型陶瓷材料的研究現(xiàn)狀，分析研判了新型熱障涂層陶瓷材料的研究方向和發(fā)展趨勢。

1 熱障涂層制備方法

熱障涂層的制備方法能影響涂層的微觀結(jié)構(gòu)，進而影響涂層的隔熱性能、抗氧化性能、使用壽命等。當前主要的制備方法包括等離子噴涂、電子束-物理氣相沉積、等離子-物理氣相沉積、高速火焰噴涂、高頻脈沖爆炸噴涂、化學氣相沉積法、磁控濺射、電弧蒸發(fā)等方法[14-18]。在實際應用和研究過程中，可根據(jù)所使用的材料，綜合考慮工藝成本、性能要求、涂層厚度、表面粗糙度、沉積部件外形特點等因素選擇適用的制備方法。

等離子噴涂方法(plasma spaying，PS)是將Ar、He、N2等氣體轉(zhuǎn)化為高溫、高速等離子體射流，加入固體粉末熔化、加速、撞擊、堆積在高溫合金基體上產(chǎn)生帶有不同尺寸氣孔的薄片層狀結(jié)構(gòu)涂層的技術[1,19]。等離子噴涂制備的涂層具有較高的孔隙率，有助于降低熱導率，提高抗熱震性能。但高孔隙率和層狀組織也降低了涂層的力學性能，使氧離子很容易通過層狀界面滲入，加速TGO的生長，導致涂層脫落[20]。通常情況下，PS被廣泛用于制備發(fā)動機燃燒室和渦輪靜葉陶瓷涂層。近年來，通過優(yōu)化噴涂工藝形成的高密度垂直裂紋(dense vertically cracked，DVC)微結(jié)構(gòu)越來越多地應用于各種等離子噴涂工藝，提高了涂層抗應變能力[21]。Chen等[22]使用大氣等離子噴涂(atmospheric plasma spraying，APS)制備了具有多孔垂直裂紋的高應變耐受性、高隔熱性和高燒結(jié)性能的8YSZ熱障涂層，如圖1所示。

圖1 具有多孔垂直裂紋結(jié)構(gòu)的8YSZ涂層截面[22]

電子束-物理氣相沉積方法(electron beam-physical vapor deposition, EB-PVD)是使用高能電子束聚焦在真空室中汽化材料錠，材料蒸氣隨后凝結(jié)在基材或組件的表面，形成柱狀組織涂層的技術[19]。涂層內(nèi)的柱間間隙降低了面內(nèi)彈性模量，提高了耐應變能力。EB-PVD技術的主要缺點是設備成本昂貴,沉積效率遠低于PS，且零件的尺寸受到真空室的限制。此外，柱狀晶體之間的空隙和孔洞為熱傳遞、熔鹽和外部氧氣滲入提供了通道，顯著降低了涂層的隔熱性能和強度，并可能導致沿結(jié)合界面的涂層失效。在未來，工藝簡化將是EB-PVD技術的主要突破口之一。Shen等[23-24]使用EB-PVD技術制備了具有羽狀納米結(jié)構(gòu)和柱狀孔隙的LaYbZrO/YSZ、GdYbZrO/YSZ等雙陶瓷層熱障涂層，如圖2所示，進一步提高了涂層的應變耐受性，表現(xiàn)出良好的熱沖擊壽命。

圖2 LaYbZrO/YSZ涂層微觀結(jié)構(gòu)[23]

等離子-物理氣相沉積技術(plasma spray-physical vapor deposition，PS-PVD)是在低壓等離子噴涂的基礎上融合電子束-物理氣相沉積技術形成的。其基本原理及設備如圖3所示，通過采用真空抽吸裝置保持工作空間的壓力(約50～200 Pa)，使用超大功率(100～180 kW)的等離子噴槍[25]，將YSZ等陶瓷材料加熱氣化并實現(xiàn)快速氣相沉積。由于噴管與腔室之間的壓差較大，等離子體氣體從噴管噴出，進入腔室后迅速膨脹，形成長度可達2 000 mm以上，直徑可達200～400 mm的射流，實現(xiàn)大面積致密金屬/陶瓷薄膜的快速、均勻沉積。該技術可實現(xiàn)氣相、液相與固相等多相的復合沉積，形成的涂層兼具了等離子噴涂(沉積效率高)與電子束-物理氣相沉積(涂層有高應變?nèi)菹?2種技術的優(yōu)點，通過改變噴涂參數(shù)，可實現(xiàn)層狀、柱狀和混合結(jié)構(gòu)涂層的快速沉積，制備出耐應變能力好的多相復合涂層[25-26]。此外，PS-PVD技術具有很好的繞鍍性，可以在幾何形狀復雜的部件表面快速、均勻沉積涂層[27]。PS-PVD技術及其發(fā)展是當前國際熱噴涂和熱障涂層領域的熱門研究課題，其研究重點是涂層結(jié)構(gòu)的定制調(diào)控和實用性能提升。Deng等[28]研究了7YSZ涂層沿PS-PVD等離子體射流徑向的組織和沉積性能，建立了射流中粒子的狀態(tài)和分布模型，認為大多數(shù)氣相分布在等離子體射流中心，距離中心越遠，部分熔融粒子的比例越大，由此導致了不同徑向部位沉積涂層的結(jié)構(gòu)差異，即由中心區(qū)域的柱狀結(jié)構(gòu)逐步過渡到無明顯柱狀結(jié)構(gòu)的混合涂層。

圖3 PS-PVD設備示意[29]

2 ZrO2基熱障涂層材料的摻雜改性

目前，ZrO2基陶瓷材料是應用最為廣泛的熱障涂層材料，ZrO2熱力學性能好，具有高熔點(約2 680 ℃)、低熱導率(約2.17 W/(m·K))、與高溫合金基體接近的熱脹系數(shù)(11～15.3×10-6K-1)、較低的彈性模量(約35 GPa，1 000 ℃)、較高的強度和斷裂韌性、高硬度和優(yōu)良的耐沖蝕性能[30]，但其在服役時會出現(xiàn)燒結(jié)、腐蝕、相變和粘結(jié)層氧化等問題，為此，眾多學者將穩(wěn)定劑等材料添加到氧化鋯中形成固溶體以期改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)防止發(fā)生相變，提高ZrO2的穩(wěn)定性、熱力學性能和服役壽命。

2.1 氧化物對ZrO2單相陶瓷摻雜改性

ZrO2在高溫熱循環(huán)過程中，會發(fā)生可逆的馬氏體相變(單斜相?四方相)，并伴隨體積變化[31-32]，且涂層越厚，產(chǎn)生的熱應力影響越大，裂紋越多。少量裂紋會在裂紋表面產(chǎn)生良好的牽引力，阻礙裂紋進一步擴展，顯著增加斷裂韌性。這種所謂的“相變增韌”效應是ZrO2高機械可靠性的根源[32]。但隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋的數(shù)量和尺度持續(xù)增加，過多裂紋最終會導致涂層的剝落失效。采用多種釔族稀土(Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等)氧化物和CeO2、Nd2O3、Sc2O3、TiO2等氧化物穩(wěn)定ZrO2，可形成多點位錯效應、晶格缺陷互補效應，能有效抑制相變，提高熱穩(wěn)定性，降低熱導率，并小幅提高熱膨脹系數(shù)、斷裂韌性和熱循環(huán)壽命[33-37]，但對不同穩(wěn)定體系的相變穩(wěn)定化機理方面的研究還不夠系統(tǒng)深入，且對抗高溫燒結(jié)性能的改善不明顯，均無法替代YSZ[38]。

2.2 氧化物對YSZ摻雜改性

關于YSZ熱物理性能的研究發(fā)現(xiàn)，摻雜與Zr4+半徑差異大的離子，會形成高濃度的晶格缺陷和更多的氧空位，提高聲子散射，降低涂層熱導率[39-42]。李文戈等通過參數(shù)選配利用APS方法制備了不同厚度的Yb2O3-Gd2O3共摻雜YSZ涂層(無粘結(jié)層)，1 200 ℃下穩(wěn)定隔熱溫度均在240 ℃以上，如圖4所示。摻雜Nd2O3、Eu2O3、Sc2O3等稀土氧化物置換部分Zr4+后形成置換型固溶體，可以增加YSZ的相穩(wěn)定性，降低涂層的孔隙率，提高涂層的致密性、顯微硬度和斷裂韌性[43-46]，但摻雜離子半徑較小的氧化物會導致非晶相的形成，使晶格常數(shù)變小，晶格能增加，應變?nèi)菹拊龃螅档蛷椥阅Ａ亢屯繉訜崞趬勖黐39,47-48]。在熱腐蝕性能改善方面，基于Lewis酸堿理論，摻雜Dy2O3、Gd2O3等離子半徑比Y2O3大的稀土氧化物(具有更強的Lewis堿度指數(shù))，能提升涂層抗CMAS等堿性熔鹽腐蝕的能力[49]；摻雜Yb2O3、La2O3、Sc2O3等酸性較強的氧化物可改善YSZ的抗Na2SO4、V2O5等酸性熔鹽熱腐蝕的性能[50-53]。摻雜Er2O3、Ta2O5等反應活性較高的氧化物，會形成致密化的反應層，堵塞滲透通道，顯著提高抗氧化性和抗CMAS性能[54-57]，此外，摻雜Gd2O3還能顯著降低CMAS的附著力[58]。

圖4 不同厚度Yb2O3-Gd2O3共摻雜YSZ涂層(無粘結(jié)層)隔熱效果

2.3 其他物質(zhì)改性研究

除氧化物摻雜改性之外，研究表明，降低YSZ涂層中的SiO2、Al2O3和Fe2O3等低熔點雜質(zhì)含量，可提高涂層的高溫穩(wěn)定性并延長服役壽命[59]。使用AlBO(Al20B4O36)晶須和BN(氮化硼)晶須摻雜YSZ涂層，可提高涂層的密度和抗沖蝕性能，BN晶須改性YSZ還能通過裂紋偏轉(zhuǎn)、晶須拔出和晶須橋接抑制涂層裂紋擴展，延長涂層熱循環(huán)壽命[60-61]。

綜上可知，多種離子半徑差異較大的稀土氧化物與Y2O3共同摻雜ZrO2后，會形成多點位錯復合效應，能完善相互之間單獨穩(wěn)定時的不足，降低熱導率，提升涂層綜合性能，并提高斷裂韌性和熱循環(huán)壽命，但各種氧化物穩(wěn)定劑的摻雜量和協(xié)同作用機理等仍需繼續(xù)研究。

3 新型熱障涂層陶瓷材料

在對ZrO2基陶瓷涂層進行改性研究之外，一些熱導率低(<2 W/(m·K))、熱膨脹系數(shù)高(>9×10-6K-1)、高溫相穩(wěn)定性好、抗燒結(jié)和抗腐蝕性能強、斷裂韌性高，且在高溫下與TGO層有良好化學穩(wěn)定性和黏著性的新型熱障涂層材料被廣泛研究，有希望取代YSZ成為新一代熱障涂層材料[62-63]。

3.1 A2B2O7型化合物

A2B2O7(A為La、Gd等稀土元素，B為Zr、Sn、Ce等四價元素)型化合物依據(jù)氧空位排列是否有序分為燒綠石(Pyrochlore)結(jié)構(gòu)和螢石(Fluorite)結(jié)構(gòu)，如圖5。A2B2O7型化合物具有熔點高、高溫相穩(wěn)定性好，熔點以下無相變，CMAS阻抗高等優(yōu)點，且其晶體結(jié)構(gòu)復雜，內(nèi)部空位多，晶胞中質(zhì)量較大的稀土原子能明顯增加聲子散射，使聲子平均自由程減少，熱導率降低[62]。除RE2Hf2O7(RE=La、Eu、Gd)等材料因熱導率較低受到少量關注外[64-66]，現(xiàn)今關于A2B2O7陶瓷化合物的研究主要集中于A2Zr2O7和A2Ce2O7型2類材料。

圖5 晶胞結(jié)構(gòu)圖[67]

3.1.1 稀土鋯酸鹽(A2Zr2O7)

A2Zr2O7以燒綠石結(jié)構(gòu)為主，彈性模量小、斷裂韌性不足是限制其應用的主要因素[68-70]，為此，一是通過摻雜YSZ纖維和多壁碳納米管(multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs)、鐵彈性第二相NdAlO3等材料能降低熱導率，提高結(jié)合強度，抑制裂紋擴展，提升力學性能和熱性能[71-72]；二是通過摻雜Nd、Dy、Ta等元素可增加點缺陷對聲子擴散的散射，增加結(jié)構(gòu)的復雜性和無序性，進一步降低熱導率，小幅提高熱膨脹系數(shù)[73-75]。在抗熱腐蝕性能方面，摻雜高反應活性的La2Zr2O7、Gd2Zr2O7、(Gd0.9Sc0.1)2Zr2O7會與CMAS、Na2SO4、V2O5、NaCl等熔鹽反應形成連續(xù)致密的反應層，抑制熔鹽的滲入腐蝕[75-79]。此外，阻止晶界的原子擴散以及引入Ce等質(zhì)量和鍵能較大的外來原子可進一步提高涂層抗燒結(jié)性能[80-81]。結(jié)合納米材料方法，王春杰等[82]采用水熱合成法分別制備了Sm2(Zr0.7Ce0.3)2O7納米材料和Sm2Zr2O7。研究結(jié)果表明燒綠石結(jié)構(gòu)的Sm2(Zr0.7Ce0.3)2O7相穩(wěn)定性好，抗燒結(jié)性、熱導率(1.04 W/(m·K))和熱膨脹系數(shù)(10.86×10-6K-1)等性能均優(yōu)于Sm2Zr2O7材料。

3.1.2 稀土鈰酸鹽(A2Ce2O7)

A2Ce2O7以螢石結(jié)構(gòu)為主，熱膨脹系數(shù)相對較高[83]。當前最受關注的材料是La2Ce2O7[84]，摻雜SrZrO3能進一步提高其相穩(wěn)定性，降低熱導率[85]，摻雜Gd2O3后能與CMAS反應生成磷灰石提高抗CMAS腐蝕能力[86-87]，但是，斷裂韌性差嚴重阻礙了其作為熱障涂層的實際應用，在其中摻雜YSZ能發(fā)生固溶反應，增加斷裂能，顯著提高其斷裂韌性等力學性能、熱物理性能和抗熱震性能[88-89]。此外，5種或5種以上陶瓷組元形成的固溶體，如(Sm0.2Eu0.2Tb0.2Dy0.2Lu0.2)2Ce2O7、(Sm0.2Eu0.2Tb0.2Dy0.2Lu0.2)2ZrCeO7等，會形成獨特的“高熵效應”(結(jié)構(gòu)的晶格畸變效應和動力學的遲滯擴散效應等)，能降低熱導率，提高抗燒結(jié)性能，增加其高溫穩(wěn)定性和熱膨脹系數(shù)[90-93]。

上述研究表明，通過摻雜改性，A2B2O7型化合物制備的涂層在隔熱性能、抗燒結(jié)性能、耐熔鹽腐蝕等方面顯示了較為全面的優(yōu)異性能，熱膨脹系數(shù)不匹配、斷裂韌性較低等關鍵性能缺陷也得到了一定程度的改善，是較有發(fā)展?jié)摿Φ臒嵴贤繉硬牧稀?/p>

3.2 鈣鈦礦(Perovskite)結(jié)構(gòu)氧化物

鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物(ABO3，A為La、Ba等稀土或堿土元素，B一般為Sc、Cr等過渡金屬元素)具有熔點高、熱導率低、熱膨脹系數(shù)相對較高(一般高于8.5×10-6K-1)等諸多優(yōu)點。其中，SrZrO3受到關注較多，盡管其相穩(wěn)定性較好，但存在斷裂韌性差、易燒結(jié)、耐腐蝕性差等性能短板，采用Yb2O3和Gd2O3共摻雜SrZrO3能降低熱導率和楊氏模量，同時保持與YSZ相似的斷裂韌性(提高約30%)[94-97]。除SrZrO3外，可與Na2SO4+V2O5熔鹽形成連續(xù)致密反應層有效阻止熔鹽滲透的La0.8Ba0.2TiO3[98]，具有優(yōu)異的熱物理性能的SrCeO3[99]、LaAlO3[100]、Ba(Sr1/3Ta2/3)O3[101]、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3[102-103]等普遍存在斷裂韌性過低等問題，通過與YSZ等構(gòu)成復合涂層可實現(xiàn)優(yōu)勢互補，有效提高涂層的隔熱性能和使用壽命。

因此，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料涂層具有熱導率較低、相穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)較高等優(yōu)勢，雖然較低的斷裂韌性等缺點極大限制其應用，但是通過摻雜改性或者與高韌性的材料構(gòu)成復合涂層可有效緩解此類問題。

3.3 稀土鉭酸鹽(Rare-earth Tantalate)

稀土鉭酸鹽熔點高，熱穩(wěn)定性好；由于其復雜的晶格結(jié)構(gòu)和離子尺寸、質(zhì)量差異產(chǎn)生的晶格非簡諧振動，增強了聲子散射，使其熱導率較低，且摻雜CeO2等稀土氧化物能進一步減少聲子平均自由程，降低熱導率，小幅度提高熱膨脹系數(shù)[104-105]，尤其是Ca3Gd3Ce7Ta2O26.5、Ca3Yb3Ce7Ta2O26.5、Sm3Ce7Ta2O23.5和Gd3Ce7Ta2O23.5等氧化物總原子量較高，元素組成復雜，高熵效應引起的聲子散射強，隔熱性能突出[106-108]；鐵彈相變形成的鐵彈疇能緩沖應力變化，大幅提高材料的高溫斷裂韌性[109]；在高溫下能穩(wěn)定存在，幾乎不發(fā)生體積變化；氧離子傳輸能力極弱；較低的楊氏模量使其具有低熱應力，外部條件相同時涂層厚度相比YSZ可提高約30%[110]。當前關于稀土鉭酸鹽的研究主要集中于熱導率和熱膨脹系數(shù)等關鍵熱物理性能，如表1所示。此外，ScTaO4等材料優(yōu)異的抗CMAS腐蝕等性能也被逐漸研究[111]。

表1 部分稀土鉭酸鹽熱物理性能

由此可知，稀土鉭酸鹽的熱導率均比YSZ低，熱膨脹系數(shù)相對較高，Dy3Ce7Ta2O23.5等個別材料甚至超過YSZ，相關研究[110,121]也已證明其具有較好的熱學、力學綜合性能。因此，稀土鉭酸鹽被認為是目前最具有潛力的新一代熱障涂層材料。

3.4 LnMAl11O19磁鉛石型(Magnetoplumbite)化合物

磁鉛石結(jié)構(gòu)的稀土鋁酸鹽化合物LnMAl11O19(Ln為La、Nd、Gd等，M為Mg、Mn、Fe等)具有低熱導、高熔點、高應力耐性和抗燒結(jié)性的特點，部分材料與YSZ構(gòu)成的復合雙陶瓷層可大幅提高涂層的熱循環(huán)壽命[122]。LnMgAl11O19(Ln=Nd、Sm、Gd)[123]等化合物具有極佳耐腐蝕性。其中，有缺陷的磁鉛石結(jié)構(gòu)的六鋁酸鑭(LaMgAl11O19)受關注最多，其熱導率低于YSZ，熱膨脹系數(shù)與YSZ較為接近[121,124]，但在制備過程中產(chǎn)生的非晶相會導致其產(chǎn)生較大的體積收縮，嚴重影響使用壽命。摻雜Gd2O3等氧化物可以降低LaMgAl11O19涂層制備過程中非晶相含量，改善涂層的熱膨脹性能[125]，并能有效抑制CMAS、V2O5等的熱腐蝕[126-127]。

因此，磁鉛石結(jié)構(gòu)的稀土鋁酸鹽化合物綜合性能良好，但其中過多非晶相的存在會減小其熱膨脹系數(shù)，影響耐腐蝕性能，摻雜Gd2O3等氧化物抑制非晶相的形成，或者與YSZ等構(gòu)成復合涂層是改善其性能的有效途徑。

3.5 其他新型陶瓷材料

除上述材料外，其他一些新型陶瓷材料也被關注，如釔鋁石榴石(Yttrium Aluminium Garnet, YAG)、稀土硅酸鹽(Rare Earth Silicate)等。

與YSZ相比，釔鋁石榴石(Y3Al5O12，YAG)具有良好的高溫力學性能、高隔熱性、良好的相穩(wěn)定性和低氧擴散率[94]，與CMAS幾乎不發(fā)生反應[128]，但較低的熱膨脹系數(shù)和極低的斷裂韌性是限制其應用的主要原因。將YAG噴涂在YSZ涂層上制成復合雙陶瓷涂層可利用其抗高溫氧化等性能并彌補其斷裂韌性的不足[129]；摻雜Pd等貴金屬能顯著降低涂層的平均表面粗糙度，進一步提高抗高溫氧化性能和抗熱沖擊等性能[130]。

部分稀土硅酸鹽陶瓷熱導率較低，且具有良好的相穩(wěn)定性和抗腐蝕能力。其中，稀土離子半徑較大的X1-RE2SiO5(RE=La、Nd、Sm、Eu、Gd)的熱膨脹系數(shù)為8.3～9.2×10-6K-1，抗CMAS腐蝕的阻力隨著與稀土元素的離子半徑增大而增大，彈性模量隨著離子半徑的下降而增加[131-132]；稀土離子半徑小的X2-RE2SiO5(RE=Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)的本征性能如圖6所示，可見熱導率等性能與元素種類差別較大[132]。

圖6 X2-RE2SiO5熱學、力學和抗腐蝕性能綜評雷達圖[132]

除此之外，具有多孔微觀結(jié)構(gòu)能保持極低熱導率的SrAl12O19[133]，能有效抑制CMAS腐蝕的LuPO4[134]，具有更強抗燒結(jié)性能、較低熱導率(0.832 W/(m·K)，800 ℃)的Y2O3穩(wěn)定的HfO2[135]，導熱系數(shù)低、高溫性能好、耐環(huán)境沉積腐蝕的BaNd2Ti3O10[136]，化學不均勻性導致熱導率遠低于YSZ、熱膨脹系數(shù)達12.8×10-6K-1、因鐵彈疇轉(zhuǎn)換對裂紋能量的吸收導致斷裂韌性(1.93～2.77 MPa m0.5)高的稀土鈮酸鹽(RENbO4)[137]等材料也是潛在的新型熱障涂層材料。

4 結(jié)論

1)熱障涂層制備工藝能決定涂層的微觀結(jié)構(gòu)，影響涂層的隔熱性和耐腐蝕性等性能，進而影響涂層的使用壽命。PS-PVD法在定制涂層微觀結(jié)構(gòu)，提高涂層使用壽命等方面優(yōu)勢較為明顯。

2)絕大多數(shù)新型陶瓷材料能滿足高隔熱性、高溫相穩(wěn)定性、抗燒結(jié)性、抗腐蝕性等性能指標，但較為共性的缺陷是熱膨脹系數(shù)、斷裂韌性等個別參數(shù)較低，限制了其作為熱障涂層陶瓷材料的實際應用；稀土鉭酸鹽以其優(yōu)越的熱學和力學綜合性能成為最有潛力全面滿足上述性能需求的陶瓷材料，能大幅提高熱障涂層的性能和壽命，但其在實際工作環(huán)境中的長期應用情況還需進一步研究。

3)結(jié)合摻雜改性，對涂層制備工藝、組織結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關系進行深入研究，改善熱膨脹系數(shù)不匹配、斷裂韌性差等問題，是提高現(xiàn)有ZrO2基陶瓷材料與A2B2O7型化合物等新型熱障涂層材料性能的重要內(nèi)容。